Achtergronden

Baking soda is een wit kristallijn poeder (NaHCO3) dat bij scheikundigen beter bekend is als natriumbicarbonaat, natriumbicarbonaat, natriumwaterstofcarbonaat, of natriumzuurcarbonaat. Het wordt geclassificeerd als een zuur zout, gevormd door de combinatie van een zuur (koolzuur) en een base (natriumhydroxide), en het reageert met andere chemicaliën als een milde alkali. Bij temperaturen boven 300 graden Fahrenheit (149 graden Celsius), ontleedt zuiveringszout in natriumcarbonaat (een stabielere substantie), water, en kooldioxide.

De inheemse chemische en fysische eigenschappen van zuiveringszout verklaren zijn brede waaier van toepassingen, met inbegrip van het schoonmaken, het desodoriseren, het bufferen, en het vuur doven. Baking soda neutraliseert geuren chemisch, eerder dan ze te maskeren of te absorberen. Daarom wordt het gebruikt in badzout en deodorant lichaamspoeders. Baking soda neigt om pH van 8.1 (7 is neutraal) te handhaven zelfs wanneer de zuren, die pH verlagen, of basissen, die pH opheffen, aan de oplossing worden toegevoegd. Zijn capaciteit om te tabletiseren maakt tot het een goed bruisend ingrediënt in antacids en gebitreinigingsproducten. Natriumbicarbonaat is ook te vinden in sommige anti-plaque mondspoelmiddelen en tandpasta. Wanneer zuiveringszout in pastavorm of droog op een vochtige spons als reinigingsmiddel wordt gebruikt, zorgt de kristallijne structuur voor een zacht schurende werking die helpt vuil te verwijderen zonder gevoelige oppervlakken te bekrassen. De milde alkaliteit werkt om vetzuren in vuil en vet om te zetten in een vorm van zeep die kan worden opgelost in water en gemakkelijk kan worden afgespoeld. Baking soda wordt ook gebruikt als rijsmiddel bij het maken van bakwaren zoals brood of pannenkoeken. In combinatie met een zuurmiddel (zoals citroensap) komt kooldioxidegas vrij dat door de cellen van het product wordt opgenomen. Als het gas uitzet tijdens het bakken, zetten de celwanden ook uit, waardoor een zuurdesem ontstaat.

Naast de vele toepassingen thuis, heeft zuiveringszout ook veel industriële toepassingen. Bijvoorbeeld, zuiveringszout geeft kooldioxide vrij wanneer het wordt verwarmd. Aangezien kooldioxide zwaarder is dan lucht, kan het vlammen smoren door zuurstof buiten te houden, waardoor natriumbicarbonaat een nuttig middel in brandblussers wordt. Andere toepassingen zijn de bestrijding van luchtverontreiniging (omdat het zwaveldioxide en andere zure gasemissies absorbeert), schurende stralen voor het verwijderen van oppervlaktecoatings, chemische productie, leerlooien, oliebron boorvloeistoffen (omdat het calcium neerslaat en als smeermiddel fungeert), rubber- en plasticproductie, papierproductie, textielverwerking, en waterbehandeling (omdat het het niveau van lood en andere zware metalen vermindert).

Uit Engeland geïmporteerd, werd zuiveringszout voor het eerst gebruikt in Amerika tijdens de koloniale tijd, maar het werd niet geproduceerd in de Verenigde Staten tot 1839. In 1846 richtten Austin Church, een arts uit Connecticut, en John Dwight, een landbouwer uit Massachusetts, in New York een fabriek op om zuiveringszout te produceren. De zoon van Dr. Church, John, bezat een molen die de Vulcan Spice Mills werd genoemd. Vulcanus, de Romeinse god van de smederij en het vuur, werd voorgesteld door een arm en een hamer, en het nieuwe zuiveringszoutbedrijf nam het logo van de arm en de hamer over als zijn eigen logo. Vandaag de dag is het Arm & Hammer merk van zuiveringszout een van de meest bekende merknamen.

Noemd naar Nicolas Leblanc, de Franse chemicus die het uitvond, was het Leblanc proces de vroegste manier om sodaash (Na2CO3) te produceren, waaruit natriumbicarbonaat wordt gemaakt. Natriumchloride (tafelzout) werd verhit met zwavelzuur, waarbij natriumsulfaat en zoutzuur ontstonden. Het natriumsulfaat werd vervolgens met steenkool en kalksteen verhit tot natriumcarbonaat, of natriumcarbonaat.

In de late jaren 1800 werd een andere methode om natriumcarbonaat te produceren bedacht door Ernest Solvay, een Belgisch chemisch ingenieur. De Solvay-methode werd al snel toegepast in de Verenigde Staten, waar zij het Leblanc-proces verving. Bij het Solvay-proces worden kooldioxide en ammoniak in een geconcentreerde oplossing van natriumchloride gebracht. Ruw natriumbicarbonaat slaat neer en wordt verhit tot natriumcarbonaat, dat vervolgens verder wordt behandeld en geraffineerd tot natriumbicarbonaat met een zuiverheidsgraad van de United States Pharnacopoeia (U.S.P.).

Hoewel deze methode om zuiveringszout te produceren op grote schaal wordt gebruikt, is zij ook problematisch omdat de bij het proces gebruikte chemicaliën verontreinigend zijn en problemen bij de verwijdering veroorzaken. Een alternatief is de raffinage van natriumcarbonaat uit trona-erts, een natuurlijke ertslaag.

Ruw materiaal

Baking soda, of natriumbicarbonaat, is afkomstig van natriumcarbonaat dat wordt verkregen door middel van het Solvay-proces of uit trona-erts, een hard, kristallijn materiaal. Trona dateert van 50 miljoen jaar geleden, toen het land rond Green River, Wyoming, bedekt was met een meer van 1.554 vierkante kilometer (600 vierkante mijl). Toen dit meer in de loop van de tijd verdampte, liet het een 200 miljard ton grote afzetting van zuiver trona achter tussen lagen zandsteen en schalie. De afzetting in het Green River Basin is groot genoeg om gedurende duizenden jaren in de gehele wereldbehoefte aan natriumcarbonaat en natriumbicarbonaat te voorzien.

Omdat het synthetische proces dat bij de Solvay-methode werd gebruikt enige verontreinigingsproblemen opleverde, baseert Church & Dwight Co. Inc. steeds meer van zijn produktie op de winning van trona. Een andere grote producent van natriumcarbonaat, de FMC Corporation, is eveneens afhankelijk van trona voor de produktie van natriumcarbonaat en natriumbicarbonaat. Trona wordt gedolven op 1.500 voet (457,2 meter) onder de oppervlakte. FMC’s mijnschachten bevatten bijna 4.022,5 kilometer aan tunnels en bestrijken een oppervlakte van 62 vierkante kilometer. Deze tunnels zijn 4,57 meter breed en 2,74 meter hoog, zodat de benodigde apparatuur en voertuigen er doorheen kunnen rijden.

Het fabricageproces

Soda maken

• 1 Natriumcarbonaat kan chemisch worden vervaardigd volgens het Solvay-proces, of het kan worden gemaakt van trona-erts. Als trona-erts wordt gebruikt, moet het eerst worden gedolven. Nadat het naar boven is gehaald, wordt het trona-erts naar verschillende verwerkingsinstallaties getransporteerd. Daar wordt het erts geraffineerd tot een slurry natriumsesquicarbonaat, een tussenproduct van natriumcarbonaat dat in feite zowel natriumcarbonaat (natriumcarbonaat) als zuiveringszout (natriumbicarbonaat) bevat.

Baking soda

• 2 Vervolgens wordt de tussenoplossing van natriumcarbonaat in een centrifuge gebracht, die de vloeistof scheidt van de kristallen. De kristallen worden vervolgens opgelost in een bicarbonaatoplossing (een door de fabrikant gemaakte natriumcarbonaatoplossing) in een roterende oplosser, waardoor een verzadigde oplossing ontstaat. Deze oplossing wordt gefilterd om alle onoplosbare materialen te verwijderen en wordt dan door een toevoertank naar de top van een carbonatietoren gepompt.
• 3 Gezuiverd kooldioxide wordt onderin de toren gebracht en onder druk gehouden. Terwijl de verzadigde natriumoplossing door de toren beweegt, koelt zij af en reageert met het kooldioxide tot natriumbicarbonaatkristallen. Deze kristallen worden op de bodem van de toren verzameld en overgebracht naar een andere centrifuge, waar de overtollige oplossing (het filtraat) wordt uitgefilterd. De kristallen worden vervolgens gewassen in een bicarbonaatoplossing, waardoor een koekvormige substantie wordt gevormd die klaar is om te worden gedroogd. Het filtraat dat uit de centrifuge wordt verwijderd, wordt gerecycleerd naar de roterende oplosser, waar het wordt gebruikt om meer intermediaire natriumcarbonaatkristallen te verzadigen.
• 4 De gewassen filterkoek wordt vervolgens gedroogd op een continue transportband of in een verticale buisdroger, een zogenaamde flashdroger. De theoretische opbrengst van het proces, volgens de Church & Dwight Company, is tussen 90 en 95 procent, en het geproduceerde zuiveringszout is meer dan 99 procent zuiver.

Sortering en opslag van de verschillende kwaliteiten

• 5 Vervolgens worden de gedroogde natriumbicarbonaatkristallen op deeltjesgrootte in verschillende kwaliteiten gescheiden. Standaardkwaliteiten van natriumbicarbonaat en speciale kwaliteiten worden vervaardigd om aan de specifieke eisen van de klant te voldoen, en de deeltjesgrootte is de belangrijkste bepalende factor voor de kwaliteiten. Poederkwaliteit #1 en fijne korrelkwaliteit #2 worden veel gebruikt in voedingsmiddelen, chemische en farmaceutische producten. Korrelkwaliteiten #4 en #5 worden gebruikt in voedingsmiddelen en donuts, schoonmaakmiddelen, farmaceutica en vele andere producten. Industrieel zuiver natriumbicarbonaat wordt gebruikt in diverse toepassingen, waaronder oliebronboorvloeistoffen, brandblusmateriaal en waterzuivering.
• 6 Elke soort gaat naar een voorraadvat waar de atmosfeer, het kooldioxide en het vochtgehalte worden gecontroleerd om het product te “harden”. Eenmaal uitgehard, zijn de kwaliteiten klaar om verpakt en verzonden te worden.

Kwaliteitscontrole

De kwaliteit van natriumbicarbonaat wordt in elke fase van het fabricageproces gecontroleerd. Materialen, apparatuur en het proces zelf worden geselecteerd om natriumbicarbonaat van de hoogst mogelijke kwaliteit te produceren. Volgens bronnen bij FMC heeft de onderneming bij de bouw van de installaties materialen en uitrusting gekozen die verenigbaar zijn met de strenge kwaliteitseisen voor de productie van natriumbicarbonaat van farmaceutische kwaliteit. FMC maakt ook gebruik van Statistical Process Control (SPC) om een onveranderlijke dagelijkse kwaliteit te handhaven, en de belangrijkste bedrijfsparameters worden in kaart gebracht om de procesbeheersing te handhaven. Productkwaliteitsparameters worden geregistreerd per lotnummer, en monsters worden twee tot drie jaar bewaard.

Alle U.S.P.-kwaliteiten voldoen aan de specificaties van de United States Pharmacopoeia en Food Chemicals Codex voor gebruik in farmaceutische en voedseltoepassingen. Bovendien voldoet voedselveilig natriumbicarbonaat aan de eisen van de Amerikaanse Food and Drug Administration als een stof die algemeen erkend is als veilig (GRAS).

De toekomst

Aan het begin van de twintigste eeuw werd jaarlijks 53.000 ton (48.071 metrische ton) zuiveringszout verkocht. Terwijl de bevolking spectaculair toenam, daalde de verkoop tegen 1990 tot ongeveer 32.000 ton (29.024 metrische ton) per jaar. Zelfrijzend bakmeel en cake- en biscuitmengsels hebben de vraag naar zuiveringszout als een belangrijk bakingrediënt doen afnemen. Niettemin is de vraag naar het produkt nog steeds aanzienlijk. Commerciële bakkers (met name koekjesfabrikanten) zijn een van de belangrijkste gebruikers van dit product. Een van de belangrijkste eigenschappen van natriumbicarbonaat is dat het, wanneer het aan hitte wordt blootgesteld, kooldioxidegas (CO2) vrijmaakt waardoor de bakwaren rijzen. Natriumbicarbonaat wordt ook gebruikt in de farmaceutische en de gezondheidsindustrie, en het heeft ook andere industriële toepassingen. Het blijft dus een belangrijk product voor vandaag en voor de toekomst.

Waar vindt u meer informatie

Boeken

Coyle, L. Patrick, Jr. De Wereld Encyclopedie van Voedsel. Facts on File, 1982.

Root, Waverley and Richard de Rochemont. Eten in Amerika: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Periodieken en pamfletten

Grosswirth, Marvin. “De wonderen van NaHCO3,” Science Digest. March, 1976.

Geschiedenis van de Arm & Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Natrium Bicarbonaat. FMC Corporation.

Natrium bicarbonaat -Chemische eigenschappen, Fabricage. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman