Produccion de NaOH

 

PRODUCCIÓN HIDRÓXIDO DE SODIO (NaOH)DE POR ELECRODEPOSICIÓN -

ANGULO SOTELO ANA

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LADERA AZA KA KATHERINE THERINE

FÉLIX GUTIERREZ LUZ CHÁVEZ GAMBOA MÁXIMO

 

HISTORIA El hidróxido de sodio fue descubierto en Inglaterra en el año 1807 por el químico británico Humphry Davy (1778-1829), por medio de un estudio de electrólisis química que fue su s u campo de mayor investigación, ya ya que le permitió descubrir varios elementos como el Ba, Sr y el Mg. Para su experimento, experimento, Humphry Davy utilizó su conocimiento sobre celdas electroquímicas, explorando el uso de la pila de Volta Volta y logrando la separación del cloro gaseoso y el sodio en solución acuosa de una muestra de salmuera, con el fin de separar los elementos que la componían.

 

PROPIEDADES El hidróxido de sodio no se encuentra encuen tra en la naturaleza, es producido exclusivamente exclusivamente por el hombre y por tal razón es necesaria su síntesis por medio de reacciones electroquímicas. A temperatura ambiente, ambiente, es un sólido cristalino sin olor de color blanco que absor absorbe be la humedad del medio ambiente (higroscópico). Cuando se disuelve en agua (pH >11), o se neutraliza con un ácido fuerte, libera gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. Es considerado como una base fuerte de Lewis debido a su alta solubilidad en agua y al hecho de que los iones hidróxido pueden donar un par electrón no compartido en una reacción de neutralización a un ácido de Lewis en solución acuosa. 

  PROCESOS INDUSTRIALES DE OBTENCIÓN

 

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Existen tres procesos industriales electrolíticos empleados hoy en día para la obtención y concentración del hidróxido de sodio en solución acuosa. En los tres casos la materia prima es salmuera de cloruro de sodio natural obtenida de yacimientos yacimi entos ricos en esta sal (NaCL), con diferentes grados de pureza:

 

1. MÉTODO

DE ELECTRÓLISIS POR DIAFRAGMA

CELDA DE DIAFRAGMA - La reacción catódica es 2  + 2 2  −   →  + 2 −  

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 ° = 0.8 

El diafragma y el cátodo se fabrican generalmente como una unidad compuesta, formada por asbesto o una mezcla de polímero y asbesto depositada sobre una red de alambre de acero

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El NaCl (aq) del compartimento se mantiene a un Esto nivel ligeramente superior al delanódico compar timento compartimento catódico. origina un flujo gradual de NaCl (aq) entre ambos compartimentos y reduce el flujo de NaOH (aq) hacia el compartimento anódico  El voltaje aproximado de trabajo es de 3.5 V (sustancialmente inferior al requerido para trabajar en la celda de mercurio)  El diafragma dificulta pero no impide el paso de ‐OH hacia el ánodo  La concentración de NaOH en el catolito no puede aumentar mucho (10 ‐ 15%) para evitar su difusión hacia el ánodo  Para obtener una concentración del 50%, se debe incluir una etapa de concentración que genera un aumento del coste.

 = 14 

 

2. POR CELDAS DE MEMBRANA DE INTERCAMBIO CATIÓNICO

CELDA DE MEMBRANA  •

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La reacción catódica es Na+ + 2 H2O + 2 e‐  H2 + 2  – OH OH + Na+ eº = ‐ 0.8 V La reacción anódica es Na+ + 2 Cl- - 2e-  Cl2 + Na+

pH = 14

Parecida a la celda de diafragma, donde se sustituye el diafragma poroso por una membrana intercambiadora de cationes (generalmente hecha con un polímero fluorocarbonado) La membrana permite el paso entre los compartimentos anódico y catódico de los cationes hidratados (Na+ y H3O+), pero restringe en gran medida el flujo de los iones Cl‐ y  – OH OH La concentración de NaOH en el catolito puede alcanzar el 30 ‐35%, por lo que se alcanza la concentración del 50% a un coste inferior que en el proceso de diafrag diafragma ma En algunos países (Japón) la tecnología del Hg está prohibida y en muchos otros está siendo

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sustituida lentamente por lapesados. tecnología de membrana que, siendo más cara, no produce contaminación por metales

 

La reacción global es: 2Na+ + 2 Cl- + 2H2O  Cl2 + H2 + 2Na+2OH-

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3. Método de electrólisis con cátodo de amalgama de mercurio  

ELECTRÓLISIS CELDA DE Hg En el método de electrólisis con cátodo de amalgama de mercurio es necesario adecuar las materias primas ya que la sal de ccloruro loruro de sodio tiene otros otros cationes como de calcio y magnesio, para limpiar estos cationes de nuestra salmuera es necesario necesar io agregar carbonato de sodio para que el anión carbonato reaccione y se forme for me carbonato de calcio que es insoluble en agua. Para precipitar el ion magnesio se adiciona hidróxido de sodio para que se forme hidróxido de magnesio y precipite, p recipite, así podemos eliminar cationes que da dañen ñen nuestro producto.  El fundamento de este método reside en el hecho hec ho de que el sobr sobrepotencial epotencial para la reducción del agua es muy elevado cuando se emplea un cátodo de mercurio: H2O(l) + 2 e‐  H2(g) +  – OH(aq) OH(aq)

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Por lo tanto la reacción que tiene lugar en el cátodo es: Na+ + Hg + e‐   Hg (Na) eº = ‐1.8 V El cátodo es un lecho lec ho de Hg ligeramente inclinado La amalgama Hg (Na) (aleación Hg ‐Na) se va concentrando a lo largo de la caída

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La amalgama accede a un reactor secundario que contiene bolas de acero, sobre cuya superficie tiene lugar la reducción del H2O para obtener NaOH: •

2 Hg (Na) + 2 H2O + 2 e ‐  H2 + 2  – OH OH + 2 Na+ + Hg Obteniendo NaOH en otro compartimento, evitamos que suba el pH y por tanto, la pérdida de Cl2 por hidrólisis Con este procedimiento se obtiene una disolución de NaOH al 50% El potencial de trabajo es de aproximadamente 4.5 V Esta técnica industrial requiere un u n tratamiento específico de aguas residuales debido a la alta toxicidad del Hg •

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CONTAMINANTES DE LA PRODUCCIÓN DE NaOH •

Los principales contaminantes que son comunes a los tres procesos electrolíticos son las emisiones de cloro gaseoso a la atmósfera, de oxidantes libres a las aguas, de ácidos usados, de agentes refrigerantes y de las impurezas eliminadas de la sal o salmuera consumida. El contaminante más problemático que produce la industria de los cloroálcalis es el mercurio, que es específico de la tecnología basada en la pila de mercurio. Debido a las características del proceso, el mercurio puede liberarse a la atmósfera, a las aguas, en forma de residuos o en los propios productos. En 1998, las emisiones totales (sin contar los residuos) del sector europeo de cloroálcalis ascendieron a 9,5 toneladas, con valores de entre 0,2 y 3 g de Hg por tonelada de capacidad de cloro a nivel de fábrica.

 

MERCADO Y USOS •

MERCADO.

La producción mundial de hidróxido de sodio se estima en 66 millones millones de toneladas por año (2012), siendo el mayorr país productor China con una producción de 18 mayo millones de toneladas •

USOS

Es utilizado en muchas industrias: fabricación de papel, industria de petróleo y gas, tratamiento de agua entre otras. Además es empleado para limpiar gases con alto contenido de ácidos, antes de ser emitidos al medio ambiente, como por ejemplo los gases emitidos por la quema de fósiles con alto contenido de dióxido de azufre.

 

 APLICACIONES DEL NaOH • • • • • • • •

Control de pH. Fabricación de alúmina de bauxita.  Industria del petróleo y gas natural. Industria de la pasta y el papel. Trituración.  Lavado de telas. Limpieza.

(Blanqueado de la pasta) 

Dos otros usos de la soda cáustica son para el tratamiento de aguas y la elaboración de alimentos. Las instalaciones de tratamiento soda cáustica para regular elde pH,aguas para municipales regenerar elusan intercambio iónico, y para la generación de hipoclorito de sodio sobre el terreno. La soda cáustica se usa en varios tipos de elaboración de alimentos. Un ejemplo es en la remoción de la piel de las papas, los tomates y otras frutas. fr utas. TTambién ambién se usa en la elaboración de grasa y aceites comestibles.