Introducción

Viniste a la tienda intentando comprar jabón sin perfume. Naturalmente, para entender qué productos de esta gama huelen y cuáles no, hay que coger cada botella de jabón y leer su composición y propiedades. Finalmente elegimos el correcto, pero al observar varias composiciones de jabón, notamos una tendencia extraña: en casi todas las botellas estaba escrito: "La estructura del jabón contiene hidróxido de sodio". Ésta es la historia habitual de la introducción de la mayoría de las personas al hidróxido de sodio. Aproximadamente la mitad de la gente “escupirá y olvidará” y algunos querrán saber más sobre él. Es por ellos que hoy les contaré qué es esta sustancia.

Definición

El hidróxido de sodio (fórmula NaOH) es el álcali más común en el mundo. Como referencia: el álcali es una base altamente soluble en agua.

Nombre

En diferentes fuentes se le puede llamar hidróxido de sodio, sosa cáustica, sosa cáustica, sosa cáustica o álcali cáustico. Aunque el nombre "álcali cáustico" se puede aplicar a todas las sustancias de este grupo. Sólo en el siglo XVIII se les dio nombres separados. También existe un nombre “invertido” para la sustancia que ahora se describe: hidróxido de sodio, que suele utilizarse en las traducciones al ucraniano.

Propiedades

Como ya dije, el hidróxido de sodio es muy soluble en agua. Si pones aunque sea un pequeño trozo en un vaso de agua, después de unos segundos se encenderá y "correrá" y "saltará" silbando sobre su superficie (foto). Y esto continuará hasta que se disuelva por completo en él. Si, una vez completada la reacción, sumerges la mano en la solución resultante, quedará jabonosa al tacto. Para saber qué tan fuerte es el álcali, se sumergen en él indicadores (fenolftaleína o naranja de metilo). La fenolftaleína que contiene se vuelve de color carmesí y el naranja de metilo se vuelve amarillo. El hidróxido de sodio, como todos los álcalis, contiene iones de hidróxido. Cuantos más haya en la solución, más brillante será el color de los indicadores y más fuerte será el álcali.

Recibo

Hay dos formas de obtener hidróxido de sodio: química y electroquímica. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de ellos.

Solicitud

La deslignificación de la celulosa, la producción de cartón, papel, tableros de fibra y fibras sintéticas no pueden realizarse sin hidróxido de sodio. Y cuando reacciona con las grasas se obtienen jabones, champús y otros detergentes. En química, se utiliza como reactivo o catalizador en muchas reacciones. El hidróxido de sodio también se conoce como aditivo alimentario E524. Y estas no son todas las áreas de su aplicación.

Conclusión

Ahora ya sabes todo sobre el hidróxido de sodio. Como puede ver, aporta grandes beneficios a las personas, tanto en la industria como en la vida cotidiana.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio incluyen cal y ferrita.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio tienen desventajas importantes: se consumen muchos portadores de energía y la sosa cáustica resultante está muy contaminada con impurezas.

Hoy en día, estos métodos han sido sustituidos casi por completo por métodos de producción electroquímicos.

método de cal

El método de la cal para producir hidróxido de sodio consiste en hacer reaccionar una solución de sosa con cal apagada a una temperatura de aproximadamente 80 °C. Este proceso se llama caustificación; pasa por la reacción:

N / A 2 CO 3 + Ca(OH) 2 = 2NaOH + CaCO 3

La reacción da como resultado una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de carbonato de calcio. El carbonato de calcio se separa de la solución, que se evapora para obtener un producto fundido que contiene aproximadamente el 92% en peso. NaOH. Luego se funde el NaOH y se vierte en bidones de hierro, donde se solidifica.

método de ferrita

El método de ferrita para producir hidróxido de sodio consta de dos etapas:

N / A 2 CO 3 +Fe 2 ACERCA DE 3 = 2NaFeO 2 +CO 2

2NaFeО 2 +xH 2 O = 2NaOH + Fe 2 oh 3 *xH 2 ACERCA DE

La reacción 1 es un proceso de sinterización de carbonato de sodio con óxido de hierro a una temperatura de 1100-1200 °C. Además, se forma ferrita de sodio sinterizada y se libera dióxido de carbono. A continuación, la torta se trata (lixivia) con agua según la reacción 2; Se obtiene una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de Fe 2 O 3 *xH 2 O que, luego de separarlo de la solución, se devuelve al proceso. La solución alcalina resultante contiene aproximadamente 400 g/l de NaOH. Se evapora para obtener un producto que contiene aproximadamente el 92% de la masa. NaOH, y luego se obtiene un producto sólido en forma de gránulos o escamas.

Métodos electroquímicos para producir hidróxido de sodio.

Electroquímicamente se obtiene hidróxido de sodio. electrólisis de soluciones de halita(un mineral compuesto principalmente de cloruro de sodio NaCl) con la producción simultánea de cloruro de hidrógeno. Este proceso se puede representar mediante la fórmula resumida:

2NaCl + 2H 2 Aproximadamente ±2е - → H 2 +Cl 2 + 2NaOH

Los álcalis cáusticos y el cloro se producen mediante tres métodos electroquímicos. Dos de ellos son la electrólisis con cátodo sólido (métodos de diafragma y membrana), el tercero es la electrólisis con cátodo de mercurio líquido (método de mercurio).

En la práctica de producción mundial se utilizan los tres métodos de producción de cloro y sosa cáustica, con una clara tendencia a aumentar la proporción de electrólisis de membrana.

7. Purificación de dióxido de azufre de venenos catalíticos.

Las emisiones de gases tienen un efecto muy negativo en la situación medioambiental en los lugares donde se encuentran estas empresas industriales y también empeoran las condiciones sanitarias e higiénicas de trabajo. Las emisiones masivas agresivas incluyen óxidos de nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, dióxido de carbono y muchos otros gases.

Por ejemplo, el ácido nítrico, el ácido sulfúrico y otras plantas de nuestro país emiten anualmente a la atmósfera decenas de millones de metros cúbicos de óxidos de nitrógeno, que son un veneno fuerte y peligroso. A partir de estos óxidos de nitrógeno se podrían producir miles de toneladas de ácido nítrico.

Una tarea igualmente importante es la purificación de gases a partir de dióxido de azufre. La cantidad total de azufre que se emite a la atmósfera en nuestro país sólo en forma de dióxido de azufre es de unos 16 millones de toneladas. . en el año. A partir de esta cantidad de azufre se pueden producir hasta 40 millones de toneladas de ácido sulfúrico.

El gas de los hornos de coque contiene una cantidad significativa de azufre, principalmente en forma de sulfuro de hidrógeno.

Cada año se liberan a la atmósfera varios miles de millones de metros cúbicos de dióxido de carbono con los gases de combustión de las chimeneas de las fábricas y las centrales eléctricas. Este gas se puede utilizar para producir fertilizantes eficaces a base de carbono.

Los ejemplos anteriores muestran los enormes valores materiales que se liberan a la atmósfera a través de las emisiones gaseosas.

Pero estas emisiones causan daños más graves porque envenenan el aire en ciudades y empresas: los gases tóxicos destruyen la vegetación, tienen un efecto extremadamente nocivo para la salud de las personas y los animales, destruyen estructuras metálicas y corroen los equipos.

Aunque en últimos años Las empresas industriales nacionales no funcionan a plena capacidad, pero el problema de combatir las emisiones nocivas es muy grave. Y dada la situación medioambiental general del planeta, es necesario tomar las medidas más urgentes y radicales para limpiar los gases emitidos de impurezas nocivas.

Venenos catalíticos

Venenos de contacto, sustancias que provocan “envenenamiento” de los catalizadores (Ver. catalizadores) (generalmente heterogéneo), es decir, reduciendo su actividad catalítica o deteniendo completamente el efecto catalítico. El envenenamiento de catalizadores heterogéneos se produce como resultado de la adsorción del veneno o del producto de su transformación química en la superficie del catalizador. El envenenamiento puede ser reversible o irreversible. Así, en la reacción de síntesis de amoníaco sobre un catalizador de hierro, el oxígeno y sus compuestos envenenan el Fe de forma reversible; en este caso, cuando se expone a una mezcla pura de N 2 + H 2, la superficie del catalizador se libera de oxígeno y se reduce el envenenamiento. Los compuestos de azufre envenenan al Fe de forma irreversible; la acción de una mezcla pura no puede restaurar la actividad del catalizador. Para evitar el envenenamiento, la mezcla reactiva que ingresa al catalizador se limpia a fondo. Entre los K. i. más comunes. Los catalizadores metálicos incluyen sustancias que contienen oxígeno (H 2 O, CO, CO 2), azufre (H 2 S, CS 2, C 2 H 2 SH, etc.), Se, Te, N, P, As, Sb, as. así como hidrocarburos insaturados (C 2 H 4, C 2 H 2) e iones metálicos (Cu 2+, Sn 2+, Hg 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+). Los catalizadores ácidos suelen estar envenenados por impurezas básicas y los catalizadores básicos por impurezas ácidas.

8. Obtención de gases nitrosos.

Los óxidos de nitrógeno liberados después del blanqueo se condensan en condensadores de agua y salmuera y se utilizan para preparar la mezcla cruda. Dado que el punto de ebullición del N 2 O 4 es de 20,6 ° C a una presión de 0,1 MPa, en estas condiciones el NO 2 gaseoso se puede condensar completamente (presión de vapor saturado de N 2 O 4 a 21,5 ° C por encima del N 2 O 4 líquido). igual a 0,098 MPa, es decir, inferior a la atmosférica). Otra forma de obtener óxidos de nitrógeno líquidos es condensarlos bajo presión y a bajas temperaturas. Si recordamos que durante la oxidación por contacto de NH 3 a presión atmosférica, la concentración de óxidos de nitrógeno no supera el 11% en volumen, su presión parcial corresponde a 83,5 mm Hg. La presión de los óxidos de nitrógeno sobre el líquido (elasticidad del vapor) a la temperatura de condensación (–10 °C) es igual a 152 mm Hg. Esto significa que sin aumentar la presión de condensación, no se pueden obtener óxidos de nitrógeno líquidos a partir de estos gases, por lo que la condensación de óxidos de nitrógeno de dicho gas nitroso a una temperatura de –10 ° C comienza a una presión de 0,327 MPa; El grado de condensación aumenta bruscamente al aumentar la presión hasta 1,96 MPa; con un aumento adicional de la presión, el grado de condensación cambia ligeramente.

El procesamiento de gas nitroso (es decir, después de la conversión de NH 3) en óxidos de nitrógeno líquidos es ineficaz porque Incluso con P = 2,94 MPa, el grado de condensación es del 68,3%.

En condiciones de condensación de N 2 O 4 puro, el enfriamiento no debe realizarse por debajo de una temperatura de –10 ° C, porque a –10,8 °C cristaliza N 2 O 4. La presencia de impurezas NO, NO 2, H 2 O reduce la temperatura de cristalización. Así, una mezcla con la composición N 2 O 4 +5 % N 2 O 3 cristaliza a –15,8 °C.

Los óxidos de nitrógeno líquidos resultantes se almacenan en tanques de acero.

9. Preparación de superfosfato simple y doble.

"Superfosfato" es una mezcla de Ca(H 2 PO 4) 2 *H 2 O y CaSO 4. El fertilizante de fósforo mineral simple más común. El fósforo del superfosfato está presente principalmente en forma de fosfato monocálcico y ácido fosfórico libre. El fertilizante contiene yeso y otras impurezas (fosfatos de hierro y aluminio, sílice, compuestos de flúor, etc.). El superfosfato simple se obtiene a partir de fosforitas tratándolas con ácido sulfúrico según la reacción:

California 3 (RO 4 ) 2 + 2H 2 ENTONCES 4 = California(h 2 CORREOS. 4 ) 2 + 2CaSO 4 .

superfosfato simple- polvo gris, casi no apelmazante, moderadamente disperso; en el fertilizante hay 14-19,5% de P 2 O 5 asimilado por las plantas. La esencia de la producción de superfosfato simple es la transformación de la fluorapatita natural, insoluble en agua y soluciones del suelo, en compuestos solubles, principalmente fosfato monocálcico Ca(H 2 PO 4) 2. El proceso de descomposición se puede representar mediante la siguiente ecuación resumida:

2Ca5F(PO4)3 +7H2SO4 +3H2O=3Ca(H2PO4)2*H2O]+7+2HF; (1) ΔН= - 227,4 kJ.

En la práctica, durante la producción de superfosfato simple, la descomposición se produce en dos etapas. En la primera etapa, aproximadamente el 70% de la apatita reacciona con el ácido sulfúrico. Esto produce ácido fosfórico y sulfato de calcio hemihidrato:

Ca 5 F(PO 4) 3 +5H 2 SO 4 +2,5H 2 O = 5(CaSO 4 *0,5H 2 O) +3H3PO 4 +HF (2)

El diagrama funcional para la producción de superfosfato simple se muestra en la Fig. Los procesos principales tienen lugar en las tres primeras etapas: mezcla de materias primas, formación y endurecimiento de la pulpa de superfosfato, maduración del superfosfato en el almacén.

Arroz. Diagrama funcional de la producción de superfosfato simple.

Para obtener un producto comercial de mayor calidad, el superfosfato, después de madurar, se neutraliza con aditivos sólidos (caliza, roca fosfórica, etc.) y se granula.

superfosfato doble- fertilizante de fósforo concentrado. El principal componente que contiene fósforo es el dihidrógeno ortofosfato de calcio monohidrato Ca(H 2 PO 4) 2 H 2 O. Por lo general, también contiene otros fosfatos de calcio y magnesio. En comparación con el fosfato simple, no contiene lastre: CaSO 4. La principal ventaja del superfosfato doble es la pequeña cantidad de lastre, es decir, reduce los costos de transporte, almacenamiento y embalaje.

El superfosfato doble se produce por la acción del ácido sulfúrico H 2 SO 4 sobre los fosfatos naturales. En Rusia, se utiliza principalmente el método en línea: descomposición de las materias primas, seguida de granulación y secado de la pulpa resultante en un tambor granulador-secador. El superfosfato doble comercial de la superficie se neutraliza con tiza o NH 3 para obtener un producto estándar. Una cierta cantidad de superfosfato doble se produce mediante un método de cámara. Los componentes que contienen fósforo son básicamente los mismos que los del superfosfato simple, pero en cantidades mayores y el contenido de CaSO 4 es del 3-5%. Cuando se calienta por encima de 135-140 °C, el superfosfato doble comienza a descomponerse y fundirse en el agua de cristalización y, después de enfriarse, se vuelve poroso y quebradizo. A 280-320 °C, los ortofosfatos se transforman en meta, piro y polifosfatos, que se encuentran en formas digeribles y parcialmente solubles en agua. Se funde a 980 °C y, tras enfriarse, se convierte en un producto vítreo en el que entre el 60 y el 70 % de los metafosfatos son solubles en citrato. El superfosfato doble contiene 43-49% de anhídrido de fósforo digerible (pentóxido de fósforo) P 2 O 5 (37-43% soluble en agua), 3,5-6,5% de ácido fosfórico libre H 3 PO 4 (2,5-4,6% R 2 O 5):

Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca(H 2 PO 4) 2 + 2CaSO 4

También existe un método para descomponer materias primas que contienen fósforo con ácido fosfórico:

Ca 5 (PO 4) 3 F + 7H 3 PO 4 = 5Ca(H 2 PO 4) 2 + HF

Diagrama de flujo del proceso tecnológico para la producción de superfosfato doble: 1 - mezcla de fosforita triturada y ácido fosfórico; 2 - descomposición de la fosforita en etapa I; 3 - descomposición de la fosforita en etapa II; 4 - granulación de pulpa; 5 - purificación del polvo de gases que contienen fósforo; 6 - secado de gránulos de pulpa; 7 - producción de gases de combustión (en el horno); 8 - cribado de producto seco; 9 - molienda de fracciones grandes; 10 - separación de fracciones finas y medianas (comerciales) en la segunda pantalla; 11 - mezcla de fracciones finas y gruesas trituradas; 12 - amonización (neutralización) del ácido fosfórico residual; 13 - purificación de gases que contienen amoníaco y polvo; 14 - enfriamiento de la fracción comercial neutralizada de superfosfato doble;

10.Preparación de extracción de ácido ortofosfórico.

Preparación de extracción de ácido fosfórico.

Inmediatamente antes de obtener EPA, el fósforo se obtiene mediante una tecnología especial.

Figura 1. Diagrama de producción de fósforo.: 1 - búnkeres de materias primas; 2 - batidora; 3 - alimentador de anillos; 4 - tolva de carga; 5 - horno eléctrico; 6 - cucharón para escoria; 7 - cucharón para ferrofósforo; 8 - precipitador eléctrico; 5 - condensador; 10 - recolección de fósforo líquido; 11 - tanque de sedimentación

El método de extracción (permite producir el ácido fosfórico más puro) incluye las etapas principales: combustión (oxidación) del fósforo elemental en exceso de aire, hidratación y absorción del P4O10 resultante, condensación del ácido fosfórico y captura de la niebla de la fase gaseosa. . Hay dos formas de obtener P4O10: oxidación del vapor de P (rara vez utilizado en la industria) y oxidación del P líquido en forma de gotas o películas. El grado de oxidación del P en condiciones industriales está determinado por la temperatura en la zona de oxidación, la difusión de los componentes y otros factores. La segunda etapa de la producción de ácido fosfórico térmico, la hidratación del P4O10, se lleva a cabo mediante absorción con ácido (agua) o mediante interacción del vapor de P4O10 con vapor de agua. La hidratación (P4O10 + 6H2O4H3PO4) pasa por las etapas de formación de ácidos polifosfóricos. La composición y concentración de los productos formados dependen de la temperatura y presión parcial del vapor de agua.

Todas las etapas del proceso se combinan en un aparato, excepto la recogida de niebla, que siempre se realiza en un aparato separado. En la industria se suelen utilizar circuitos de dos o tres dispositivos principales. Dependiendo del principio de enfriamiento del gas, existen tres métodos para producir ácido fosfórico térmico: evaporación, evaporación por circulación, evaporación por intercambio de calor.

Los sistemas evaporativos basados ​​en la eliminación de calor durante la evaporación de agua o ácido fosfórico diluido son los más simples en diseño de hardware. Sin embargo, debido al volumen relativamente grande de gases residuales, el uso de tales sistemas sólo es aconsejable en instalaciones de pequeña capacidad unitaria.

Los sistemas de circulación-evaporación permiten combinar en un solo aparato las etapas de combustión de P, enfriamiento de la fase gaseosa con ácido circulante e hidratación de P4O10. La desventaja del esquema es la necesidad de enfriar grandes volúmenes de ácido. Los sistemas de intercambio de calor y evaporación combinan dos métodos de eliminación de calor: a través de las paredes de las torres de combustión y refrigeración, así como mediante la evaporación del agua de la fase gaseosa; Una ventaja significativa del sistema es la ausencia de circuitos de circulación de ácido con equipos de bombeo y refrigeración.

Las empresas nacionales utilizan esquemas tecnológicos con un método de enfriamiento por circulación y evaporación (sistema de doble torre). Características distintivas del esquema: la presencia de una torre adicional para enfriamiento de gas, el uso de intercambiadores de calor de placas eficientes en los circuitos de circulación; el uso de una boquilla de alto rendimiento para la combustión de P, que proporciona una atomización fina uniforme de un chorro de P líquido y su combustión completa sin la formación de óxidos inferiores.

El diagrama tecnológico de una planta con capacidad de 60 mil toneladas anuales de 100% H3PO4 se muestra en la Fig. 2. El fósforo amarillo fundido se atomiza mediante aire calentado a una presión de hasta 700 kPa a través de una boquilla en una torre de combustión irrigada con ácido circulante. El ácido calentado en la torre se enfría haciendo circular agua en intercambiadores de calor de placas. El ácido del producto que contiene entre 73 y 75 % de H3PO4 se retira del circuito de circulación al almacén. Además, el enfriamiento de los gases de la torre de combustión y la absorción de ácido se llevan a cabo en la torre de enfriamiento (hidratación), lo que reduce la placenta y la carga de temperatura en el precipitador electrostático y promueve una purificación efectiva del gas. La eliminación de calor en la torre de hidratación se realiza haciendo circular H3PO4 al 50%, enfriado en intercambiadores de calor de placas. Los gases de la torre de hidratación, después de ser purificados de la niebla de H3PO4 en un precipitador electrostático de placas, se liberan a la atmósfera. 1 tonelada de H3PO4 100% consume 320 kg P.

Arroz. 2. Esquema de circulación de doble torre para la producción de extracción de H3PO4: 1 - colector de agua ácida; 2 - almacenamiento de fósforo; 3.9 - colectores de circulación; 4.10 - bombas sumergibles; 5.11 - intercambiadores de calor de placas; 6 - torre de combustión; 7 - boquilla de fósforo; 8 - torre de hidratación; 12 - precipitador eléctrico; 13 - ventilador.

11. Catalizadores para la oxidación de dióxido de azufre en anhídrido sulfúrico. Contactando

El anhídrido sulfúrico se produce por oxidación del dióxido de azufre con oxígeno atmosférico:

2SO2 + O2 ↔ 2SO3,

Esta es una reacción reversible.

Desde hace tiempo se sabe que el óxido de hierro, el pentóxido de vanadio y, especialmente, el platino finamente triturado aceleran la oxidación del dióxido de azufre en anhídrido sulfúrico. Estas sustancias son catalizadores de la reacción de oxidación del dióxido de azufre. Por ejemplo, a 400° C en presencia de amianto platinizado (es decir, amianto en cuya superficie se aplica platino finamente triturado), casi el 100% del dióxido de azufre se oxida con el oxígeno atmosférico en anhídrido sulfúrico. Con más alta temperatura el rendimiento de anhídrido sulfúrico disminuye a medida que se acelera la reacción inversa: la descomposición del anhídrido sulfúrico en dióxido de azufre y oxígeno. A 1000° C, el anhídrido sulfúrico se descompone casi por completo en sus sustancias originales. Por tanto, las principales condiciones para la síntesis de anhídrido sulfúrico son el uso de catalizadores y el calentamiento a una temperatura determinada, no demasiado alta.

La síntesis de anhídrido sulfúrico también requiere el cumplimiento de dos condiciones más: el dióxido de azufre debe purificarse de impurezas que inhiben la acción de los catalizadores; El dióxido de azufre y el aire deben secarse, ya que la humedad reduce el rendimiento de anhídrido sulfúrico.

Introducción .

Actualmente, mediante la electrólisis de una solución de cloruro de sodio se producen industrialmente hidróxido de sodio o sosa cáustica (NaOH), cloro, ácido clorhídrico HC1 e hidrógeno.

Soda cáustica o hidróxido de sodio: un álcali fuerte, comúnmente llamado soda cáustica, se utiliza en la fabricación de jabón, en la producción de alúmina, un producto intermedio para la producción de aluminio metálico, en la industria de pinturas y barnices, en la industria de refinación de petróleo, en la producción de rayón, en la industria de síntesis orgánica y otros sectores de la economía nacional.

Cuando se trabaja con cloro, cloruro de hidrógeno, ácido clorhídrico y sosa cáustica, se deben seguir estrictamente las reglas de seguridad: la inhalación de cloro provoca tos aguda y asfixia, inflamación de las membranas mucosas. tracto respiratorio, edema pulmonar y, posteriormente, formación de focos inflamatorios en los pulmones.

El cloruro de hidrógeno, incluso en niveles bajos en el aire, provoca irritación en la nariz y la laringe, hormigueo en el pecho, ronquera y asfixia. En caso de intoxicación crónica por bajas concentraciones, los dientes se ven especialmente afectados, cuyo esmalte se destruye rápidamente.

La intoxicación por ácido clorhídrico es muy similar. Con envenenamiento por cloro.

Métodos químicos para producir hidróxido de sodio.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio incluyen cal y ferrita.

El método de la cal para producir hidróxido de sodio implica hacer reaccionar una solución de soda con lechada de cal a una temperatura de aproximadamente 80°C. Este proceso se llama caustificación; se describe por la reacción

Na 2 C0 3 + Ca (OH) 2 = 2NaOH + CaC0 3 (1)

precipitado de solución

La reacción (1) produce una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de carbonato de calcio. El carbonato de calcio se separa de la solución, que se evapora para producir un producto fundido que contiene aproximadamente un 92% de NaOH. El NaOH fundido se vierte en bidones de hierro donde se endurece.

El método ferrítico se describe mediante dos reacciones:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)

ferrita de sodio

Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)

precipitado de solución

La reacción (2) muestra el proceso de sinterización de carbonato de sodio con óxido de hierro a una temperatura de 1100-1200°C. En este caso se forma ferrita de sodio sinterizada y se libera dióxido de carbono. A continuación, la torta se trata (lixivia) con agua según la reacción (3); Se obtiene una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de Fe 2 O 3 que, luego de separarlo de la solución, se devuelve al proceso. La solución contiene aproximadamente 400 g/l de NaOH. Se evapora para obtener un producto que contiene aproximadamente un 92% de NaOH.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio tienen desventajas importantes: se consume una gran cantidad de combustible, la sosa cáustica resultante está contaminada con impurezas, el mantenimiento de los dispositivos requiere mucha mano de obra, etc. Actualmente, estos métodos han sido reemplazados casi por completo por la producción electroquímica. método.

El concepto de electrólisis y procesos electroquímicos.

Los procesos electroquímicos son procesos químicos que ocurren en soluciones acuosas o masas fundidas bajo la influencia de una corriente eléctrica directa.

Las soluciones y sales fundidas, soluciones de ácidos y álcalis, llamadas electrolitos, pertenecen al segundo tipo de conductores en los que la transferencia de corriente eléctrica se realiza mediante iones. (En los conductores del primer tipo, por ejemplo los metales, la corriente es transportada por electrones). Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un electrolito, se descargan iones en los electrodos y se liberan las sustancias correspondientes. Este proceso se llama electrólisis. El aparato en el que se lleva a cabo la electrólisis se denomina electrolizador o baño electrolítico.

La electrólisis se utiliza para producir una serie de productos químicos: cloro, hidrógeno, oxígeno, álcalis, etc. Cabe señalar que la electrólisis produce productos químicos de un alto grado de pureza, que en algunos casos es inalcanzable mediante métodos químicos de producción.

Las desventajas de los procesos electroquímicos incluyen el alto consumo de energía durante la electrólisis, lo que aumenta el coste de los productos resultantes. En este sentido, es aconsejable realizar procesos electroquímicos únicamente con energía eléctrica barata.

Materias primas para la producción de hidróxido de sodio.

Para producir hidróxido de sodio, cloro e hidrógeno se utiliza una solución de sal de mesa, que se somete a electrólisis. La sal de mesa se encuentra en la naturaleza en forma de depósitos subterráneos de sal gema, en las aguas de lagos y mares, y en. en forma de salmueras o soluciones naturales. Los depósitos de sal gema se encuentran en el Donbass, los Urales, Siberia, Transcaucasia y otras zonas. Algunos lagos de nuestro país también son ricos en sal.

En verano, el agua se evapora de la superficie de los lagos y la sal de mesa precipita en forma de cristales. Este tipo de sal se llama sal autodiluyente. EN agua de mar Contiene hasta 35 g/l de cloruro de sodio. En lugares con clima cálido, donde se produce una intensa evaporación del agua, se forman soluciones concentradas de cloruro de sodio, a partir de las cuales cristaliza. En las profundidades de la tierra, en capas de sal, fluye agua subterránea que disuelve el NaCl y forma salmueras subterráneas que emergen a la superficie a través de perforaciones.

Las soluciones de sal de mesa, independientemente de la forma de preparación, contienen impurezas de sales de calcio y magnesio y, antes de transferirlas al taller de electrólisis, se purifican de estas sales. La limpieza es necesaria porque durante el proceso de electrólisis se pueden formar hidróxidos de calcio y magnesio poco solubles, que alteran el curso normal de la electrólisis.

La limpieza de las salmueras se realiza con una solución de soda y lechada de lima. Además de la purificación química, las soluciones se liberan de impurezas mecánicas mediante sedimentación y filtración.

La electrólisis de soluciones de sal de mesa se realiza en baños con cátodo de hierro sólido (acero) y con diafragmas y en baños con cátodo de mercurio líquido. En cualquier caso, los electrolizadores industriales utilizados para equipar las grandes plantas modernas de cloro deben tener un alto rendimiento, un diseño simple, ser compactos y funcionar de manera confiable y constante.

Electrólisis de soluciones de cloruro de sodio en baños con cátodo de acero y ánodo de grafito. .

Permite producir hidróxido de sodio, cloro e hidrógeno en un solo aparato (electrolizador). Cuando una corriente eléctrica continua pasa a través de una solución acuosa de cloruro de sodio, se puede esperar la liberación de cloro:

2CI - - 2eÞ C1 2 (a)

así como oxígeno:

20N - - 2eÞ 1/2O 2 + H 2 O(b)

H 2 0-2eÞ1/2О 2 + 2H +

El potencial normal del electrodo para la descarga de iones OH - es + 0,41 V, y el potencial normal del electrodo para la descarga de iones de cloro es + 1,36 v. En una solución neutra saturada de cloruro de sodio, la concentración de iones hidroxilo es aproximadamente 1 · 10 - 7 g-eq/l. A 25° C, el potencial de descarga de equilibrio de los iones hidroxilo será

Potencial de descarga de equilibrio, iones de cloro a una concentración de NaCl en solución de 4,6 g-eq/l es igual

En consecuencia, el oxígeno debe descargarse primero en el ánodo con una sobretensión baja.

Sin embargo, en los ánodos de grafito, la sobretensión de oxígeno es mucho mayor que la sobretensión de cloro y, por lo tanto, sobre ellos se producirá principalmente la descarga de iones C1, con liberación de cloro gaseoso según la reacción (a).

La liberación de cloro se facilita aumentando la concentración de NaCI en la solución debido a una disminución en el valor del potencial de equilibrio. Ésta es una de las razones para utilizar soluciones concentradas de cloruro de sodio que contienen 310-315 g/l.

En el cátodo de una solución alcalina, las moléculas de agua se descargan según la ecuación

H 2 0 + mi = H + OH - (c)

Los átomos de hidrógeno, después de la recombinación, se liberan como hidrógeno molecular.

2Н Þ Н 2 (g)

La descarga de iones de sodio de soluciones acuosas sobre un cátodo sólido es imposible debido a su mayor potencial de descarga en comparación con el hidrógeno. Por tanto, los iones de hidróxido que quedan en la solución forman una solución alcalina con iones de sodio.

El proceso de descomposición del NaCl se puede expresar de esta forma mediante las siguientes reacciones:

es decir, se forma cloro en el ánodo y hidrógeno e hidróxido de sodio en el cátodo.

Durante la electrólisis, además de los procesos principales descritos, también pueden ocurrir procesos secundarios, uno de los cuales se describe en la ecuación (b). Además, el cloro liberado en el ánodo se disuelve parcialmente en el electrolito y se hidroliza según la reacción.

En el caso de la difusión de álcali (iones OH -) al ánodo o el desplazamiento de productos catódicos y anódicos, los ácidos hipocloroso y clorhídrico son neutralizados por el álcali para formar hipoclorito y cloruro de sodio:

HOC1 + NaOH = NaOCl + H 2 0

HC1 + NaOH = NaCl + H20

Los iones ClO - en el ánodo se oxidan fácilmente a ClO 3 -. En consecuencia, debido a procesos secundarios durante la electrólisis, se formarán hipoclorito de sodio, cloruro y clorato de sodio, lo que conducirá a una disminución en la eficiencia actual y la eficiencia energética. En un ambiente alcalino, se facilita la liberación de oxígeno en el ánodo, lo que también empeorará el rendimiento de la electrólisis.

Para reducir las fugas Reacciones adversas, se deben crear condiciones para evitar la mezcla de productos catódicos y anódicos. Estos incluyen la separación de los espacios del cátodo y del ánodo mediante un diafragma y la filtración del electrolito a través del diafragma en la dirección opuesta al movimiento de los iones OH - hacia el ánodo. Estos diafragmas se denominan diafragmas de filtro y están hechos de amianto.

· Precauciones al manipular hidróxido de sodio · Literatura ·

El hidróxido de sodio se puede producir industrialmente mediante métodos químicos y electroquímicos.

Métodos químicos para producir hidróxido de sodio.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio incluyen cal y ferrita.

Los métodos químicos para producir hidróxido de sodio tienen desventajas importantes: se consumen muchos portadores de energía y la sosa cáustica resultante está muy contaminada con impurezas.

Hoy en día, estos métodos han sido sustituidos casi por completo por métodos de producción electroquímicos.

método de cal

El método de la cal para producir hidróxido de sodio consiste en hacer reaccionar una solución de sosa con cal apagada a una temperatura de aproximadamente 80 °C. Este proceso se llama caustificación; pasa por la reacción:

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 = 2NaOH + CaCO 3

La reacción da como resultado una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de carbonato de calcio. El carbonato de calcio se separa de la solución, que se evapora para obtener un producto fundido que contiene aproximadamente el 92% en peso. NaOH. Luego se funde el NaOH y se vierte en bidones de hierro, donde se solidifica.

método de ferrita

El método de ferrita para producir hidróxido de sodio consta de dos etapas:

1. Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 = 2NaFeO 2 + CO 2
2. 2NaFeO 2 + xH 2 O = 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O

La reacción 1 es un proceso de sinterización de carbonato de sodio con óxido de hierro a una temperatura de 1100-1200 °C. Además, se forma ferrita de sodio sinterizada y se libera dióxido de carbono. A continuación, la torta se trata (lixivia) con agua según la reacción 2; Se obtiene una solución de hidróxido de sodio y un precipitado de Fe 2 O 3 *xH 2 O que, luego de separarlo de la solución, se devuelve al proceso. La solución alcalina resultante contiene aproximadamente 400 g/l de NaOH. Se evapora para obtener un producto que contiene aproximadamente el 92% de la masa. NaOH, y luego se obtiene un producto sólido en forma de gránulos o escamas.

Métodos electroquímicos para producir hidróxido de sodio.

Electroquímicamente se obtiene hidróxido de sodio. electrólisis de soluciones de halita(un mineral compuesto principalmente de cloruro de sodio NaCl) con la producción simultánea de hidrógeno y cloro. Este proceso se puede representar mediante la fórmula resumida:

Los álcalis cáusticos y el cloro se producen mediante tres métodos electroquímicos. Dos de ellos son la electrólisis con cátodo sólido (métodos de diafragma y membrana), el tercero es la electrólisis con cátodo de mercurio líquido (método de mercurio).

En la práctica de producción mundial se utilizan los tres métodos de producción de cloro y sosa cáustica, con una clara tendencia a aumentar la proporción de electrólisis de membrana.

En Rusia, aproximadamente el 35% de toda la soda cáustica producida se produce por electrólisis con cátodo de mercurio y el 65% por electrólisis con cátodo sólido.

Método del diafragma

Diagrama de un antiguo electrolizador de diafragma para producir cloro y álcalis.: A- ánodo, EN- aisladores, CON- cátodo, D- espacio lleno de gases (sobre el ánodo - cloro, sobre el cátodo - hidrógeno), METRO- apertura

El más sencillo de los métodos electroquímicos, en términos de organización del proceso y materiales de construcción del electrolizador, es el método de diafragma para producir hidróxido de sodio.

La solución salina del electrolizador de membrana se introduce continuamente en el espacio anódico y fluye a través de una membrana de amianto revestida sobre una malla catódica de acero, a la que en algunos casos se añade una pequeña cantidad de fibras poliméricas.

En muchos diseños de electrolizadores, el cátodo se sumerge completamente debajo de una capa de anolito (electrolito del espacio del ánodo) y el hidrógeno liberado en la rejilla del cátodo se elimina de debajo del cátodo mediante tubos de salida de gas, sin penetrar a través del diafragma hasta el ánodo. espacio debido a la contracorriente.

El contraflujo es una característica muy importante del diseño del electrolizador de diafragma. Gracias al flujo en contracorriente, dirigido desde el espacio anódico al espacio catódico a través de un diafragma poroso, es posible producir álcalis y cloro por separado. El flujo a contracorriente está diseñado para contrarrestar la difusión y migración de iones OH - al espacio anódico. Si la contracorriente es insuficiente, entonces comienza a formarse ion hipoclorito (ClO -) en el espacio anódico en grandes cantidades, que luego se puede oxidar en el ánodo al ion clorato ClO 3 -. La formación de iones clorato reduce seriamente el rendimiento actual de cloro y es un subproducto importante en este método de producción de hidróxido de sodio. También es perjudicial la liberación de oxígeno, lo que además provoca la destrucción de los ánodos y, si están hechos de materiales de carbono, la liberación de impurezas de fosgeno en el cloro.

Ánodo: 2Cl - 2e → Cl 2 - proceso principal 2H 2 O - 2e - → O 2 +4H + Cátodo: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - proceso principal ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - СlО 3 - + 3Н 2 O + 6е - → Сl - + 6ОН -

Se pueden utilizar electrodos de grafito o carbono como ánodo en electrolizadores de diafragma. Hoy en día, han sido sustituidos principalmente por ánodos de titanio con revestimiento de óxido de rutenio-titanio (ánodos ORTA) u otros de bajo consumo.

En la siguiente etapa, la lejía electrolítica se evapora y el contenido de NaOH se ajusta a una concentración comercial de 42-50% en peso. de acuerdo con la norma.

La sal de mesa, el sulfato de sodio y otras impurezas, cuando su concentración en la solución aumenta por encima de su límite de solubilidad, precipitan. La solución cáustica alcalina se decanta del sedimento y se transfiere como producto terminado a un almacén o se continúa con la etapa de evaporación para obtener un producto sólido, seguido de fusión, descamación o granulación.

La sal inversa, es decir, la sal de mesa que ha cristalizado en sedimento, se devuelve al proceso, preparándose a partir de ella la llamada salmuera inversa. Para evitar la acumulación de impurezas en las soluciones, las impurezas se separan antes de preparar la salmuera inversa.

La pérdida de anolito se compensa añadiendo salmuera fresca obtenida por lixiviación subterránea de capas de sal, salmueras minerales como la bischofita, previamente limpia de impurezas, o disolviendo halita. Antes de mezclarla con la salmuera de retorno, la salmuera fresca se limpia de suspensiones mecánicas y de una parte importante de iones de calcio y magnesio.

El cloro resultante se separa del vapor de agua, se comprime y se suministra para la producción de productos que contienen cloro o para licuefacción.

Debido a su relativa simplicidad y bajo costo, el método del diafragma para producir hidróxido de sodio se usa ampliamente en la industria actualmente.

método de membrana

El método de membrana para producir hidróxido de sodio es el más eficiente desde el punto de vista energético, pero al mismo tiempo es difícil de organizar y operar.

Desde el punto de vista de los procesos electroquímicos, el método de membrana es similar al método de diafragma, pero los espacios del ánodo y del cátodo están completamente separados por una membrana de intercambio catiónico impermeable a los aniones. Gracias a esta propiedad es posible obtener licores más limpios que en el caso del método de diafragma. Por tanto, en un electrolizador de membrana, a diferencia de un electrolizador de diafragma, no hay un flujo, sino dos.

Como en el método del diafragma, un flujo de solución salina ingresa al espacio anódico. Y en el cátodo - agua desionizada. Del espacio catódico fluye una corriente de anolito empobrecido, que también contiene impurezas de hipoclorito, iones clorato y cloro, y del espacio anódico fluye álcali e hidrógeno, prácticamente libres de impurezas y cercanos a la concentración comercial, lo que reduce los costos de energía para su evaporación. y purificación.

El álcali producido por electrólisis de membrana es casi tan bueno en calidad como el producido por el método del cátodo de mercurio y está reemplazando lentamente al álcali producido por el método del mercurio.

Al mismo tiempo, la solución salina de alimentación (tanto fresca como reciclada) y el agua se limpian previamente de posibles impurezas. Esta limpieza minuciosa está determinada por el alto costo de las membranas de intercambio catiónico de polímeros y su vulnerabilidad a las impurezas en la solución de alimentación.

Además, la forma geométrica limitada y, además, la baja resistencia mecánica y estabilidad térmica de las membranas de intercambio iónico, determinan en su mayor parte las construcciones relativamente complejas de las instalaciones de electrólisis de membranas. Por la misma razón, las instalaciones de membranas requieren los sistemas de seguimiento y control automáticos más sofisticados.

Método de mercurio con cátodo líquido.

Entre los métodos electroquímicos para producir álcalis, el más manera efectiva Es la electrólisis con un cátodo de mercurio. Los licores obtenidos por electrólisis con un cátodo de mercurio líquido son mucho más limpios que los obtenidos por el método del diafragma (para algunas industrias esto es crítico). Por ejemplo, en la producción de fibras artificiales, solo se puede utilizar cáustico de alta pureza), y en comparación con el método de membrana, la organización del proceso de producción de álcali mediante el método del mercurio es mucho más sencilla.

La instalación de electrólisis de mercurio consta de un electrolizador, un descomponedor de amalgama y una bomba de mercurio, interconectados por comunicaciones conductoras de mercurio.

El cátodo del electrolizador es una corriente de mercurio bombeada por una bomba. Ánodos: grafito, carbono o de bajo desgaste (ORTA, TDMA u otros). Junto con el mercurio, a través del electrolizador fluye continuamente una corriente de alimentación de sal de mesa.

En el ánodo, los iones de cloro del electrolito se oxidan y se libera cloro:

El cloro y el anolito se eliminan del electrolizador. El anolito que sale del electrolizador se satura adicionalmente con halita fresca, las impurezas introducidas con él y también lavadas de los ánodos y materiales estructurales se eliminan y se devuelven para la electrólisis. Antes de la saturación, el cloro disuelto en él se elimina del anolito.

En el cátodo se reducen los iones de sodio, que forman una solución débil de sodio en mercurio (amalgama de sodio):

La amalgama fluye continuamente desde el electrolizador hasta el descomponedor de amalgama. También se suministra continuamente agua altamente purificada al descomponedor. En él, la amalgama de sodio, como resultado de un proceso químico espontáneo, se descompone casi por completo con agua para formar mercurio, solución cáustica e hidrógeno:

La solución cáustica así obtenida, que es un producto comercial, prácticamente no contiene impurezas. El mercurio se libera casi por completo del sodio y se devuelve al electrolizador. El hidrógeno se elimina para su purificación.

Sin embargo, la purificación completa de una solución alcalina a partir de residuos de mercurio es prácticamente imposible, por lo que este método está asociado con fugas de mercurio metálico y sus vapores.

Los crecientes requisitos de seguridad ambiental de la producción y el alto costo del mercurio metálico están llevando a un desplazamiento gradual del método del mercurio por métodos de producción de álcali con un cátodo sólido, especialmente el método de membrana.

Métodos de laboratorio de obtención.

En el laboratorio, el hidróxido de sodio a veces se obtiene mediante métodos químicos, pero más a menudo se utiliza un electrolizador de membrana o diafragma pequeño.

DEFINICIÓN

Hidróxido de sodio Forma cristales duros, blancos y muy higroscópicos, que se funden a 322 o C.

Por su fuerte efecto corrosivo sobre los tejidos, la piel, el papel y otras sustancias orgánicas, se le llama sosa cáustica. En ingeniería, el hidróxido de sodio a menudo se llama sosa cáustica.

El hidróxido de sodio se disuelve en agua liberando una gran cantidad de calor debido a la formación de hidratos.

El hidróxido de sodio debe almacenarse en recipientes bien cerrados, ya que absorbe fácilmente el dióxido de carbono del aire y se convierte gradualmente en carbonato de sodio.

Arroz. 1. Hidróxido de sodio. Apariencia.

Preparación de hidróxido de sodio.

El método principal para producir hidróxido de sodio es la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de sodio. Durante la electrólisis, los iones de hidrógeno se descargan en el cátodo y al mismo tiempo los iones de sodio y de hidróxido se acumulan cerca del cátodo, es decir, se obtiene hidróxido de sodio; El cloro se libera en el ánodo.

2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH.

Además del método electrolítico para producir hidróxido de sodio, a veces también se utiliza un método más antiguo: hervir una solución de soda con cal apagada:

Propiedades químicas del hidróxido de sodio.

El hidróxido de sodio reacciona con ácidos para formar sales y agua (reacción de neutralización):

NaOH + HCl = NaCl + H2O;

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O.

Una solución de hidróxido de sodio cambia el color de los indicadores, por ejemplo, cuando se agrega tornasol, fenolftaleína o naranja de metilo a una solución de este álcali, su color se volverá azul, carmesí y amarillo, respectivamente.

El hidróxido de sodio reacciona con soluciones salinas (si contienen un metal capaz de formar una base insoluble) y óxidos ácidos:

Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Fe(OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4;

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Aplicaciones del hidróxido de sodio

El hidróxido de sodio es uno de los productos más importantes de la industria química básica. Se consume en grandes cantidades para depurar productos derivados del petróleo; El hidróxido de sodio se usa ampliamente en la industria del jabón, el papel, la textil y otras industrias, así como en la producción de fibras artificiales.

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

EJEMPLO 2