Proces clor-sodă
Această intrare sau secțiune privind procesele chimice nu menționează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente . |
Procesul clor-sodă este procesul chimico-industrial prin care se obțin clor gazos, hidroxid de sodiu și hidrogen prin electroliză din clorură de sodiu în soluție ( saramură ). Produsele pot fi utilizate în același ciclu pentru a produce derivați precum acidul clorhidric (prin reacția de ardere a hidrogenului cu clor) și hipocloritul de sodiu (prin reacția dintre clorul gazos și soluția de sodă caustică).
Se poate folosi clorură de potasiu în locul clorurii de sodiu, caz în care se obține soluție de potasiu caustic în locul soluției de sodă caustică.
Producția la scară industrială de clor-sodă a început în 1892 . Procesul necesită un consum ridicat de energie și produce sodă caustică și clor în cantități egale de moli . Acest lucru a făcut necesară găsirea de noi utilizări pentru clor, care are o cerere mai mică. Inițial a fost eliberat în atmosferă, ulterior sub formă de acid clorhidric în apă, cu efecte poluante.
Proces
În prezent, producția de sodă și clor gazos se realizează prin trei metode diferite: sistemul de membrană semipermeabilă și metoda celulei cu diafragmă . A treia, cea mai veche metodă, este cea a celulei catodice de mercur , care este dăunătoare mediului înconjurător din cauza problemelor de eliminare a apelor uzate (solide, lichide și gazoase) contaminate cu mercur. Clorul și soda produse prin metoda celulei cu mercur sunt, de asemenea, contaminate cu urme de mercur. Membranele semipermeabile și sistemul diafragmei nu implică utilizarea mercurului. În trecut, diafragmele de azbest au fost utilizate în procesul diafragmei, recent au fost înlocuite cu materiale care nu sunt dăunătoare sănătății umane.
Celula membrana
Cea mai modernă metodă de producere a clorului și sodei caustice este cea a electrolizei clorurii de sodiu / potasiu în soluție apoasă în interiorul unei celule membranare, formată din două camere (compartimentul anodic și compartimentul catodic) menținute separate printr-un schimb ionic semipermeabil. membrană constând dintr - o rășină perfluorurați (cu grupări sulfonice sau carboxilice legate chimic), permeabil la Na + și H 2 o, dar nu la OH- și Cl-. Saramura concentrată de clorură de sodiu este introdusă în prima cameră (compartimentul anodic) al celulei, unde ionii de clorură se oxidează în clor molecular pe anod.
- 2 Cl - → Cl 2 + 2 și -
Așa-numita saramură epuizată , epuizată de clorură a reacționat la anod și de sodiu migrat în compartimentul catodic, iese și din compartimentul anodic. Fiecare pereche de electrozi constituie o celulă elementară. Ar trebui luată în considerare și oxidarea oxigenului apos în oxigen gazos. Dar concentrația hidroxililor (OH-) este atât de scăzută în condițiile de pH ale celulelor electrochimice (aproximativ 4-5) încât reacția este minimizată. Cu toate acestea, chiar dacă într-un procent mic, 1-2%, se produce oxigen (fără acidificare suplimentară) care constituie un poluant pentru clorul molecular:
- H 2 O → ½ O 2 + 2 H + + 2e -
Soda diluată este alimentată în compartimentul catodic, H + prezent din disocierea apei este redus la hidrogen gazos, eliberând ioni hidroxil în soluție:
- H 2 O + e - → ½ H 2 + OH -
Soluția de sodă caustică iese apoi din compartiment, mai concentrată decât cea hrănită.
Similar oxidării, ar trebui luată în considerare și reducerea ionului de sodiu la sodiu elementar, dar având această pereche un potențial standard mai mic decât cel al perechii de apă / hidrogen gazos, această reacție nu are loc.
Membrana semipermeabilă permite ionilor de sodiu să treacă din compartimentul anodic în compartimentul catodic, în timp ce împiedică trecerea ionilor hidroxilici din compartimentul catodic în compartimentul anodic. Ionii de sodiu din compartimentul catodic în soluție cu hidroxilii permit producerea de sodă caustică (NaOH). Reacția generală a electrolizei cu clorură de sodiu este:
- 2 NaCI + 2 H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2 NaOH
- Cl 2 + 2 OH - → Cl - + ClO - + H 2 O
Variantele procesului descris pot produce clorat.
- 3 Cl 2 + 6 OH - → 5 Cl - + ClO 3 - + 3 H 2 O
Datorită naturii corozive a clorului molecular într-un mediu umed, anodul trebuie să fie din titan , în timp ce catodul poate fi nichel . Pe aceste materiale se depune un tip diferit de acoperire (acoperire, film) în funcție de furnizorul de tehnologie. Această acoperire permite o reducere semnificativă a supratensiunilor. În rezumat, în celula unității cei doi electrozi sunt separați de membrana semipermeabilă. Soluția saturată de clorură de sodiu este introdusă în compartimentul anodic. Deci, datorită curentului continuu care este trecut prin circuit, clorul se dezvoltă la anod și hidrogen la catod. Membrana permite doar ionilor de sodiu să ajungă în compartimentul catodic și să reacționeze cu hidroxilii produși prin reducere, formând hidroxid de sodiu, în timp ce ionilor de clorură li se împiedică să reacționeze cu soda. Clorul molecular se dezvoltă la anod în timp ce hidrogenul se dezvoltă la catod și se formează ioni hidroxil.
Celula diafragmă
În procesul de clor-sodă utilizând celula diafragmă, cele două compartimente sunt separate printr-o diafragmă permeabilă, [1] făcută anterior cu fibre de azbest (azbest). Soluția este introdusă în compartiment cu anod și curge în al doilea compartiment. Ca și în celula membranară, ionii clorură sunt oxidați la anod pentru a produce clor gazos, în timp ce la catod apa se împarte pentru a forma hidroxid de sodiu și hidrogen. Rolul diafragmei este de a preveni reacția dintre sodă și clor. În acest moment, soluția de sodiu părăsește celula. În mod normal, soda caustică trebuie concentrată la 50% și trebuie purificată de sare. Acest rezultat poate fi obținut prin procese de evaporare care implică un consum de aproximativ trei tone de abur pentru fiecare tonă de sodă. Sarea separată poate fi apoi reutilizată pentru a satura soluția de clorură de sodiu care este reintrodusă în ciclu. În ceea ce privește clorul gazos produs, acesta conține urme de oxigen care sunt adesea eliminate prin lichefiere și evaporare .
Celula de mercur
În procesul celulelor cu mercur, cunoscut și sub numele de procesul Castner-Kellner , [2] soluția saturată de clorură de sodiu plutește pe catod, care este un film lichid de mercur. Clorul este dezvoltat la anod, în timp ce sodiul se dizolvă în mercur în așa-numitul amalgam . [2]
- Na + + nHg + e - → Na (Hg) n
Amalgamul curge în așa-numita celulă secundară (de-amalgamator) unde reacționează cu apa pentru a forma hidroxid de sodiu și eliberează mercurul metalic.De asemenea, în reacție se formează hidrogen gazos. [2]
- Na (Hg) n + H 2 O → NaOH + ½ H 2 + n Hg
Mercurul este apoi reciclat la intrarea celulei electrolitice.
Celulele cu mercur sunt treptat eliminate din cauza impactului lor ridicat asupra mediului și a consumului ridicat de energie. De fapt, nu au existat cazuri rare de otrăvire cu metilmercur , produse tocmai de poluarea acestui tip de celule, precum cea cauzată de Dryden Chemical Company , în Grassy Narrows din Ontario ( Canada ), între 1962 și 1970 [3]. . Poluarea cauzată de Chisso Corporation, în Golful Minamata ( Japonia ) și Marea Shiranui, din 1956 până în 1973, unde moluștele, crustaceii și peștii din golf, intrând în lanțul alimentar, au cauzat otrăvirea cu mercur a localnicilor, de unde și numele de „ Minamata boală ".
În Italia, fabricile Eni din Gela ( Sicilia ) din 1971 până în 1994 au fost recunoscute ca fiind responsabile de poluarea cu mercur. [4] [5] [6]
În laborator
Electroliza clorurii de sodiu poate fi efectuată în laborator folosind două pahare , una conținând soluția și cealaltă conținând apă pură, conectate prin intermediul unei punți sărate care poate fi obținută prin îndoirea unui tub (nemetalic) și a capetelor care trebuie închise cu clapete de țesătură sau batiste. Așezați un electrod în soluția care va produce hidroxid de sodiu și hidrogen, iar celălalt electrod (care poate fi o tijă de carbon sau un creion) în soluția care va produce clor. În cele din urmă, electrozii sunt conectați la o diferență de potențial de 12 volți.
Notă
- ^ Academic Press Dictionary of Science and Technology .
- ^ a b c Diagrama Group , p. 30 .
- ^(EN) Efecte de otrăvire cu mercur continue la Grassy Narrows . CBC. Știri. Canada. 4 iunie 2012.
- ^ Planta petrochimică Chlorosoda sub acuzație [ link rupt ] . Poluarea cu daune. Cabinet de avocatură Adamo. 28 noiembrie 2011.
- ^ Judecata nr. 160 [ conexiune întreruptă ] . Curtea din Gela. 16 martie 2011
- ^ Clorosoda di Gela, departamentul ucigaș . În fiecare zi. 1 august 2012.
Bibliografie
- (EN) Hartmut Wendt, Enciclopedia Ullmann de chimie industrială, "Electrochimie", ediția a VII-a, Wiley-VCH, 2004, DOI : 10.1002 / 14356007.a09_183 .
- ( EN ) Diagram Group, The Facts on File chemistry handbook , ediția a II-a, Infobase Publishing, 2006, ISBN 0-8160-5878-4 .
- ( EN ) Academic Press Dictionary of Science and Technology - "Diaphragm cell" , Oxford, Elsevier Science & Technology, 1992.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre procesul Chloro-soda
linkuri externe
- ( RO ) Tilak V. Bommaraju, Paul J. Orosz și Elizabeth A. Sokol, Enciclopedia Electrochimică - „Electroliza saramurii” , pe electrochem.cwru.edu . Adus la 8 iulie 2011 (arhivat din original la 18 mai 2009) .
