So natrijum hidroksida. Šta je kaustična soda: formula, dobijanje natrijum hidroksida

natrijum hidroksid, natrijum hidroksid- neorgansko jedinjenje, sastav hidroksida NaOH. Bijelih je, neprozirnih i vrlo higroskopnih kristala. Tvar koja je vrlo topljiva u vodi, kada se spoji s vodom, oslobađa se veliki broj toplota.

Pokazuje jaka alkalna svojstva. pH vrijednost 1% vodene otopine je 13.

Natrijum hidroksid je toksičan i može biti korozivan za metale. Supstanca se koristi u proizvodnji brojnih proizvoda, posebno surfaktanata, papira, kozmetike, lijekova.

Fizička svojstva

Natrijum hidroksid NaOH je bijela čvrsta supstanca. Kaustični natrijum koji ostane u vazduhu uskoro će se raspršiti jer privlači vlagu iz vazduha. Supstanca je visoko rastvorljiva u vodi, dok se oslobađa velika količina toplote.

Rastvorljivost u metanolu je 23,6 g/l (na 28 °C), u etanolu je 14,7 g/l (28 °C).

Otopina kaustične sode je loša na dodir.

Termodinamika rastvora

Entalpija rastvaranja za beskonačno razblažen vodeni rastvor je -44,45 kJ/mol.

Hidrati kristaliziraju iz vodenih otopina:

  • na 12,3-61,8°C - NaOH H2O monohidrat (rombične singonije, tačka topljenja 65,1°C; gustina 1,829 g/cm; ΔH 0 odobren-425,6 kJ/mol)
  • u opsegu -28 ... -24 °C - heptahidrat NaOH 7H 2 O;
  • od -24 do -17,7 °C - NaOH pentahidrat 5H 2 O;
  • od -17,7 do -5,4 °C - NaOH 4H 2 O tetrahidrat (α-modifikacija);
  • od -8,8 do 15,6 °C - NaOH 3,5H 2 O (tačka topljenja 15,5 °C).
  • od 0°C do 12,3°C - dihidrat NaOH 2H 2 O;

Potvrda

Istorijski gledano, prva metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida bila je interakcija sode Na 2 CO 3 i gašenog vapna vode CaO:

Reakcija je olakšana miješanjem i visokom temperaturom, pa je izvedena u čeličnim reaktorima sa miješalicama. Nakon dobijanja proizvoda, rastvorljivi kalcijum karbonat je odvojen od proizvoda, a zaostali rastvor natrijum hidroksida je uparen na 180°C u posudama od livenog gvožđa bez pristupa vazduha. Tako je bilo moguće dobiti rastvor sa koncentracijom do 95%.

Godine 1892., nezavisno jedan od drugog, američki naučnik Hamilton Kastner i Austrijanac Karl Kellner otkrili su metodu za proizvodnju hidroksida elektrolizom natrijum hlorida, koja se široko koristi u prirodi. Tok reakcija može se opisati opštom jednadžbom:

Do danas je ova metoda glavna industrijska metoda za ekstrakciju NaOH, međutim, neki uvjeti sinteze su prošli modifikacije. Konkretno, kako bi se spriječile reakcije između proizvoda i polaznih materijala, različiti reakcijski koraci se izvode u odvojenim reaktorima ili odvojeno. Prema ovom kriteriju, postoje tri glavne metode: živa, dijafragma i membrana.

živin proces

Originalna metoda sinteze NaOH koristi živu elektrodu kao katodu. Dolazeći do katode, ioni natrijuma formiraju tamo tečne amalgame promjenjivog sastava NaHg n:

Amalgami se odvajaju iz reakcionog sistema i prenose u drugi, gde se amalgam razlaže vodom i formira natrijum hidroksid:

Ovom metodom se proizvodi otopina NaOH u koncentraciji od 50-73% i praktički bez kontaminanata (hlor, natrijum hlorid). Živa nastala kao rezultat raspadanja vraća se na elektrodu.

Na anodi (grafitnoj ili drugoj) hloridni ioni se oksidiraju sa stvaranjem slobodnog hlora

Osim toga, dešavaju se i nuspojave: oksidacija hidroksidnog jona i elektrohemijsko stvaranje hloratnog jona. Hidroliza rezultirajućeg hlora također može stvoriti male količine hipokloritnih jona.

proces dijafragme

Kod dijafragmske metode, prostor između katode i anode je odvojen pregradom, koja ne propušta otopine i plinove, ali ne sprječava prolaz električne struje i migraciju jona. Obično se kao takve pregrade koriste azbestna tkanina, porozni cementi, porculan itd.

U anodni prostor se dovodi otopina NaCl: joni klorida se reduciraju na anodi (grafit ili magnetit), a kationi Na + (i dijelom Cl - anioni) migriraju kroz dijafragmu u katodni prostor. Gdje se kationi kombiniraju s hidroksidnim ionima nastalim redukcijom vode na željeznoj ili bakrenoj katodi:

Kao rezultat toga, mješavina hidroksida i natrijum hlorida sa sadržajem NaOH od 10-15% (i oko 18% NaCl) se oslobađa iz katodnog prostora. Isparavanjem je moguće povećati koncentraciju hidroksida do 50%, ali sadržaj klorida i dalje ostaje značajan. Za izolaciju klorida iz smjese, tretira se tekućim amonijakom kako bi se formirao lako razrijeđeni amonijum hlorid (međutim, ova metoda nije uobičajena zbog visoke cijene). Koristi se i metoda koja se sastoji u hlađenju smjese i odvajanju kristala NaOH 3,5H 2 O hidrata koji se dalje dehidriraju.

membranski proces

Ovu metodu je 1970-ih razvio DuPont i smatra se najnaprednijom metodom koja postoji. U membranskom procesu u reaktor se ugrađuje kationska izmjenjivačka membrana, koja je propusna za ione Na+ koji se kreću u katodni prostor i potiskuje migraciju hidroksidnih iona koji migriraju u suprotnom smjeru – čime se povećava koncentracija sastojaka NaOH u katodni prostor. Koncentracija od 30-35% smatra se ekonomski korisnom za sintezu, a najnovije membrane omogućavaju povećanje ove vrijednosti na 50%.

U ovoj metodi, natrijum hlorid teoretski ne nastaje, ali prodiranje jona klorida kroz membranu ipak može doći.

Dobivanje čvrstog NaOH

Čvrsti NaOH (kaustična soda) se dobija isparavanjem njegovog rastvora do sadržaja vode manjeg od 0,5-1,5%. Prvo, 50% rastvor se ispari u vakuumu do koncentracije od 60%, a koncentracija od 99% se postiže korišćenjem medija za prenos toplote (mešavina NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) na temperaturama iznad 400 °C: otopina se pumpa u zagrijanu komoru za isparavanje, gdje se odvaja ostatak vode.

Marke

Natrijum hidroksid je dostupan u dva oblika: čvrsti i tečni. Čvrsta granulirana kaustična soda je bijela čvrsta masa s veličinom pahuljica od 0,5-2 cm.Rijetka otopina kaustične sode je bezbojna. Komercijalno važni su 50% rastvori natrijum hidroksida.

Tehnička kaustična soda proizvodi se u sljedećim razredima:

  • TP - čvrsta živa;
  • TD - čvrsta dijafragma (stopljena)
  • RR - rastvor žive;
  • RH - hemijski rastvor;
  • RD - rješenje dijafragme.

Hemijska svojstva

Natrijev hidroksid aktivno apsorbira vlagu iz zraka, formirajući hidrate različitih sastava, koji se zagrijavanjem raspadaju:

U rastvorima se jedinjenje dobro razgrađuje:

Pokazujući jaka alkalna svojstva, natrijum hidroksid lako stupa u interakciju sa kiselinama, kiselim i amfoternim oksidima i hidroksidima:

NaOH lako stupa u interakciju sa halogenima, i kada visoke temperature- takođe sa metalima:

U interakciji sa solima koje su derivati ​​slabih baza, nastaju odgovarajući hidroksidi:

Reagujući sa ugljičnim monoksidom, sintetizira se natrijev format:

Sigurnosni zahtjevi

Kaustična soda je otporna na vatru i eksploziju. Korozivno, korozivno. Po stepenu uticaja na organizam spada u supstance 2. klase opasnosti. I čvrsta i njezina koncentrirana otopina izazivaju vrlo teške opekotine. Dodir sa alkalijama u očima može dovesti do ozbiljnih bolesti, pa čak i gubitka vida. U slučaju kontakta sa kožom, sluznicama, očima nastaju teške hemijske opekotine. U slučaju kontakta sa kožom, isprati slabom otopinom sirćetne kiseline.

Prilikom rada koristite zaštitnu opremu: naočare, gumene rukavice, gumiranu odjeću otpornu na kemikalije.

Aplikacija

Natrijum hidroksid se koristi u mnogim industrijama i svakodnevnom životu:

  • Kaustika se koristi u celulozne i papirne industrije za delignifikacija (sulfatni proces) celuloze, u proizvodnji papira, kartona, vještačkih vlakana, vlaknastih ploča.
  • Za saponifikaciju masti proizvodnja sapuna, šampona i drugih deterdženata. AT novije vrijeme proizvodi na bazi natrijum hidroksida (sa dodatkom kalijum hidroksida, zagrijanog na 50-60 stepeni Celzijusa, koriste se u oblasti industrijskog pranja za čišćenje proizvoda od nerđajućeg čelika od masti i drugih zauljenih materija, kao i ostataka mehaničke obrade.
  • AT hemijska industrija - za neutralizacija kiselina i kiselih oksida, kao reagens ili katalizator u hemijske reakcije, u hemijskoj analizi za titraciju, za jetkanje aluminijuma i u proizvodnji čistih metala, u preradu nafte- za proizvodnju ulja.
  • Za proizvodnju biodizel goriva - koje se dobiva iz biljnih ulja i koristi se za zamjenu konvencionalnog dizel goriva. Da bi se dobio biodizel, jedna jedinica mase alkohola dodaje se na devet masenih jedinica biljnog ulja (odnosno, promatra se omjer 9:1), kao i alkalni katalizator (NaOH). Nastali estar (uglavnom linolne kiseline) karakterizira odlična zapaljivost, što je osigurano visokim cetanskim brojem. Ako mineralno dizel gorivo karakterizira indikator od 50-52%, onda je metil eter 56-58% cetana, respektivno. Sirovina za proizvodnju biodizela mogu biti razna biljna ulja: repičina, sojina i druga, osim onih koja sadrže visok sadržaj palmitinske kiseline ( palmino ulje). Prilikom njegove proizvodnje, procesom esterifikacije nastaje i glicerin koji se koristi u prehrambenoj, kozmetičkoj i papirnoj industriji ili se prerađuje u epihlorohidrin po Solvay metodi.
  • kako sredstvo za otklanjanje začepljenja kanalizacionih cijevi, u obliku suhih granula ili kao dio gela. Natrijum hidroksid dezagregira začepljenje i olakšava njegovo lako kretanje dalje niz cijev.
  • Za civilnu odbranu otplinjavanje i neutralizacija otrovne tvari, uključujući sarin, u rebreatheru (izolirani aparat za disanje (IDA) za čišćenje zraka koji se izdahne od ugljičnog dioksida.
  • Natrijum hidroksid se takođe koristi za čišćenje kalupa od guma.
  • U kuvanju: za pranje i guljenje voća i povrća, u proizvodnji čokolade i kakaa, napitaka, sladoleda, karamel boje, za omekšavanje maslina i davanje im crne boje, u proizvodnji pekarskih proizvoda. Registrovan kao aditiva za hranu E524.
  • U kozmetologiji za uklanjanje keratinizirane kože: bradavica, papiloma.

Povezani video zapisi

Povezane slike

Francuski naučnik A.L. Duhamel du Monceau prvi je razlikovao ove supstance: natrijum hidroksid je nazvan kaustična soda, natrijum karbonat - soda pepeo (prema biljci Salsola Soda, iz čijeg je pepela ekstrahovan), a kalijum karbonat - potaša. Trenutno se soda obično naziva natrijeve soli ugljične kiseline. na engleskom i francuski reč natrijum znači natrijum, kalijum - kalijum.

Fizička svojstva

Natrijev hidroksid

Termodinamika rastvora

Δ H0 rastvaranje za beskonačno razrijeđenu vodenu otopinu -44,45 kJ / mol.

Iz vodenih rastvora na 12,3 - 61,8°C kristališe monohidrat (rombična singonija), tačka topljenja 65,1°C; gustina 1,829 g/cm³; ΔH 0 dol-734,96 kJ/mol), u rasponu od -28 do -24 ° C - heptahidrat, od -24 do -17,7 ° C - pentahidrat, od -17,7 do -5,4 ° C - tetrahidrat ( α modifikacija), od -5,4 do 12,3 °C. Rastvorljivost u metanolu 23,6 g/l (t=28°C), u etanolu 14,7 g/l (t=28°C). NaOH 3,5H 2 O (tačka topljenja 15,5°C);

Hemijska svojstva

(općenito, takva reakcija se može predstaviti jednostavnom ionskom jednadžbom, reakcija se nastavlja oslobađanjem topline (egzotermna reakcija): OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)

  • sa amfoternim oksidima koji imaju i bazična i kisela svojstva i sposobnost da reaguju sa alkalijama, kao sa čvrstim materijama kada su fuzionisane:

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O

i sa rješenjima:

ZnO + 2NaOH (rastvor) + H 2 O → Na 2 (rastvor)+H2

(Rezultirajući anjon se naziva tetrahidroksozinkat ion, a sol koja se može izolirati iz otopine je natrijum tetrahidroksozinkat. Natrijum hidroksid također ulazi u slične reakcije sa drugim amfoternim oksidima.)

  • sa kiselim oksidima - sa stvaranjem soli; ovo svojstvo se koristi za čišćenje industrijskih emisija od kiselih plinova (na primjer: CO 2 , SO 2 i H 2 S):

2Na + + 2OH - + Cu 2+ + SO 4 2- → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4

Natrijum hidroksid se koristi za taloženje metalnih hidroksida. Na primjer, gelasti aluminij hidroksid se dobija na ovaj način djelovanjem natrijum hidroksida na aluminij sulfat u vodenoj otopini. Koristi se, posebno, za prečišćavanje vode od finih suspenzija.

Hidroliza estera

  • sa mastima (saponifikacija), ova reakcija je nepovratna, jer nastala kiselina sa alkalijom stvara sapun i glicerin. Glicerin se zatim ekstrahuje iz tekućine sapuna vakuumskim isparavanjem i dodatnim destilacionim prečišćavanjem dobijenih proizvoda. Ova metoda pravljenja sapuna poznata je na Bliskom istoku od 7. veka:

Proces saponifikacije masti

Kao rezultat interakcije masti sa natrijum hidroksidom dobijaju se čvrsti sapuni (koriste se za proizvodnju sapuna), a sa kalijum hidroksidom, čvrsti ili tečni sapuni, zavisno od sastava masti.

HO-CH 2 -CH 2 OH + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O

2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH,

Trenutno se kaustična alkalija i hlor proizvode pomoću tri elektrohemijske metode. Dvije od njih su elektroliza sa čvrstom azbestnom ili polimernom katodom (metode proizvodnje dijafragme i membrane), treća je elektroliza s tečnom katodom (metoda proizvodnje žive). U brojnim metodama elektrohemijske proizvodnje, najlakša i najpogodnija metoda je elektroliza sa živinom katodom, ali ova metoda uzrokuje značajnu štetu. okruženje kao rezultat isparavanja i curenja metalne žive. Metoda proizvodnje membrane je najefikasnija, najmanje energetski intenzivna i ekološki najprihvatljivija, ali i najkapricioznija, posebno zahtijeva sirovine veće čistoće.

Kaustične alkalije dobivene elektrolizom s tečnom živinom katodom su mnogo čistije od onih dobivenih membranskom metodom. Za neke industrije to je važno. Dakle, u proizvodnji umjetnih vlakana može se koristiti samo kaustika dobivena elektrolizom s tečnom živinom katodom. U svjetskoj praksi se koriste sve tri metode za dobivanje klora i kaustika, sa jasnim trendom povećanja udjela membranske elektrolize. U Rusiji se približno 35% ukupne proizvedene kaustike proizvodi elektrolizom sa živinom katodom, a 65% elektrolizom sa čvrstom katodom (metode dijafragme i membrane).

Efikasnost proizvodnog procesa se izračunava ne samo prinosom kaustične sode, već i prinosom hlora i vodonika dobijenih elektrolizom, odnos hlora i natrijum hidroksida na izlazu je 100/110, reakcija se odvija u sljedeći omjeri:

1,8 NaCl + 0,5 H 2 O + 2,8 MJ = 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2,

Osnovni indikatori razne metode proizvodnja je data u tabeli:

Indeks po 1 toni NaOH živina metoda metoda dijafragme Membranska metoda
Izlaz hlora % 97 96 98,5
struja (kWh) 3 150 3 260 2 520
Koncentracija NaOH 50 12 35
Čistoća hlora 99,2 98 99,3
Čistoća vodonika 99,9 99,9 99,9
Maseni udio O 2 u hloru,% 0,1 1-2 0,3
Maseni udio Cl - u NaOH, % 0,003 1-1,2 0,005

Tehnološka shema elektrolize sa čvrstom katodom

metoda dijafragme - Šupljina ćelije sa čvrstom katodom podijeljena je poroznom pregradom - dijafragmom - na katodni i anodni prostor, gdje se nalaze katoda i anoda ćelije. Stoga se takav elektrolizator često naziva membranski elektrolizator, a metoda proizvodnje je membranska elektroliza. Struja zasićenog anolita neprekidno ulazi u anodni prostor ćelije dijafragme. Kao rezultat elektrohemijskog procesa, hlor se oslobađa na anodi zbog razgradnje halita, a vodik se oslobađa na katodi zbog raspadanja vode. Klor i vodik se odvojeno uklanjaju iz elektrolizera, bez miješanja:

2Cl - - 2 e\u003d Cl 2 0, H 2 O - 2 e− 1/2 O 2 \u003d H 2.

U ovom slučaju, zona blizu katode je obogaćena natrijum hidroksidom. Otopina iz katodne zone, nazvana elektrolitička lužina, koja sadrži neraspadnuti anolit i natrijum hidroksid, kontinuirano se uklanja iz elektrolizera. Na sledeća faza elektrolitička lužina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na 42-50% u skladu sa standardom. Halit i natrijum sulfat sa povećanjem koncentracije natrijum hidroksida talože se. Kaustična otopina se dekantira iz taloga i kao gotov proizvod prenosi u skladište ili u fazu isparavanja kako bi se dobio čvrsti proizvod, nakon čega slijedi topljenje, ljuštenje ili granulacija. Kristalni halit (reverzna sol) se vraća u elektrolizu, pripremajući od njega takozvani reverzni slani rastvor. Iz njega se, kako bi se izbjeglo nakupljanje sulfata u otopinama, ekstrahira sulfat prije pripreme povratne slane vode. Gubitak anolita nadoknađuje se dodatkom svježe slane vode dobivene podzemnim ispiranjem slojeva soli ili otapanjem čvrstog halita. Prije miješanja sa obrnutim slanim rastvorom, svježa slana otopina se čisti od mehaničkih suspenzija i značajnog dijela jona kalcija i magnezija. Nastali hlor se odvaja od vodene pare, komprimuje i dovodi ili u proizvodnju proizvoda koji sadrže hlor ili za ukapljivanje.

Membranska metoda - slično dijafragmi, ali su anodni i katodni prostori odvojeni membranom za kationsku izmjenu. Membranska elektroliza daje najčistiju kaustiku.

Tehnološki sistem elektroliza.

Glavna tehnološka faza je elektroliza, a glavni aparat je elektrolitička kupka, koja se sastoji od elektrolizera, razlagača i živine pumpe, međusobno povezanih komunikacijama. U elektrolitičkoj kadi, pod dejstvom živine pumpe, živa cirkuliše, prolazeći kroz elektrolizator i razlagač. Katoda elektrolizera je mlaz žive. Anode - grafitne ili niske habanje. Zajedno sa živom, struja anolita - otopina halita - kontinuirano teče kroz elektrolizer. Kao rezultat elektrohemijske razgradnje halita, na anodi se formiraju ioni Cl i oslobađa se klor:

2 Cl - - 2 e= Cl 2 0 ,

koji se uklanja iz elektrolizera, a na živinoj katodi nastaje slab rastvor natrijuma u živi, ​​tzv. amalgam:

Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg - = Na + Hg

Amalgam kontinuirano teče od elektrolizera do razlagača. Razlagač se također kontinuirano opskrbljuje dobro pročišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog elektrohemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:

Na + Hg + H 2 0 = NaOH + 1/2H 2 + Hg

Ovako dobijena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, ne sadrži nečistoće halita koje su štetne u proizvodnji viskoze. Živa se gotovo potpuno oslobađa od natrijevog amalgama i vraća u elektrolitičku ćeliju. Vodik se uklanja radi prečišćavanja. Anolit koji izlazi iz elektrolizera zasićen je svježim halitom, nečistoće koje se njime unose, kao i isprane iz anoda i konstrukcijskih materijala, uklanjaju se iz njega i vraćaju u elektrolizu. Prije ponovnog zasićenja, hlor rastvoren u njemu se ekstrahuje iz anolita postupkom u dve ili tri faze.

Laboratorijske metode za dobijanje

Natrijum hidroksid se proizvodi u laboratoriji hemijskim putem koji imaju više istorijski nego praktični značaj.

metoda kreča Proizvodnja natrijum hidroksida se sastoji u interakciji rastvora sode sa vapnenim mlekom na temperaturi od oko 80 ° C. Ovaj proces se naziva kaustizacija; opisuje se reakcijom:

Na 2 C0 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaC0 3

Kao rezultat reakcije nastaju otopina natrijum hidroksida i talog kalcijum karbonata. Kalcijum karbonat se odvaja od rastvora, koji se upari da bi se dobio rastopljeni proizvod koji sadrži oko 92% NaOH. Rastopljeni NaOH se sipa u gvozdene bačve gde se stvrdnjava.

feritni način opisan sa dvije reakcije:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (1) Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 \u003d 2 NaOH + Fe 2 O 3 (2)

(1) - proces sinterovanja sode pepela sa željeznim oksidom na temperaturi od 1100-1200°C. U tom slučaju nastaje ferit natrijevih mrlja i oslobađa se ugljični dioksid. Zatim se kolač tretira (luži) vodom prema reakciji (2); dobijaju se rastvor natrijum hidroksida i talog Fe 2 O 3 koji se nakon odvajanja iz rastvora vraća u proces. Rastvor sadrži oko 400 g/l NaOH. Ispari se da se dobije proizvod koji sadrži oko 92% NaOH.

Hemijske metode za proizvodnju natrijevog hidroksida imaju značajne nedostatke: troši se velika količina goriva, rezultirajuća kaustična soda je kontaminirana nečistoćama, a održavanje aparata je naporno. Trenutno su ove metode gotovo potpuno zamijenjene elektrohemijskom metodom proizvodnje.

Tržište kaustične sode

Svjetska proizvodnja kaustične sode, 2005
Proizvođač Obim proizvodnje, milion tona Udio u svjetskoj proizvodnji
DOW 6.363 11.1
Occidental Chemical Company 2.552 4.4
Formosa Plastics 2.016 3.5
PPG 1.684 2.9
Bayer 1.507 2.6
Akzo Nobel 1.157 2.0
Tosoh 1.110 1.9
Arkema 1.049 1.8
Olin 0.970 1.7
Rusija 1.290 2.24
kina 9.138 15.88
Ostalo 27.559 47,87
Ukupno: 57,541 100
U Rusiji se, prema GOST 2263-79, proizvode sljedeće vrste kaustične sode:

TR - čvrsta živa (u pahuljicama);

TD - čvrsta dijafragma (stopljena);

RR - rastvor žive;

RH - hemijski rastvor;

RD - rješenje dijafragme.

Naziv indikatora TR OKP 21 3211 0400 TD OKP 21 3212 0200 RR OKP 21 3211 0100 RH 1 razred OKP 21 3221 0530 RH 2 razred OKP 21 3221 0540 RD Najviša ocjena OKP 21 3212 0320 RD Prvi razred OKP 21 3212 0330
Izgled Skalirana masa bijele boje. Dozvoljena je slaba boja Otopljena bela masa. Dozvoljena je slaba boja Bezbojna prozirna tečnost Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizovani talog Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizovani talog Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizovani talog
Maseni udio natrijum hidroksida, %, ne manje od 98,5 94,0 42,0 45,5 43,0 46,0 44,0
Pokazatelji ruskog tržišta tekućeg natrijum hidroksida u 2005-2006
Ime kompanije 2005 hiljada tona 2006 hiljada tona udio u 2005% udio u 2006%
AD "Kaustik", Sterlitamak 239 249 20 20
JSC "Kaustik", Volgograd 210 216 18 18
DD "Sayanskkhimplast" 129 111 11 9
Usoliekhimprom LLC 84 99 7 8
OAO Sibur-Neftekhim 87 92 7 8
OJSC "Khimprom", Čeboksari 82 92 7 8
VOAO "Khimprom", Volgograd 87 90 7 7
ZAO Ilimkhimprom 70 84 6 7
DD "KChKhK" 81 79 7 6
NAK "AZOT" 73 61 6 5
OAO Khimprom, Kemerovo 42 44 4 4
Ukupno: 1184 1217 100 100
Pokazatelji ruskog tržišta čvrste kaustične sode u 2005-2006
Ime kompanije 2005 tona 2006 tona udio u 2005% udio u 2006%
JSC "Kaustik", Volgograd 67504 63510 62 60
AD "Kaustik", Sterlitamak 34105 34761 31 33
OAO Sibur-Neftekhim 1279 833 1 1
VOAO "Khimprom", Volgograd 5768 7115 5 7
Ukupno: 108565 106219 100 100

Aplikacija

Biodizel

Bakalar lutefisk na proslavi Dana ustava Norveške

Fizička svojstva

Natrijum hidroksid NaOH je bijela čvrsta supstanca. Ako ostavite komadić kaustične sode u zraku, on se ubrzo širi, jer privlači vlagu iz zraka. Kaustična soda je visoko rastvorljiva u vodi, a oslobađa se velika količina toplote. Otopina sode kaustične sapuna na dodir.

Termodinamika rastvora

Δ H0 rastvaranje za beskonačno razrijeđenu vodenu otopinu −44,45 kJ/mol.

Monohidrat kristališe iz vodenih rastvora na 12,3-61,8 °C (rombični kristalni sistem), tačka topljenja 65,1 °C; gustina 1,829 g/cm³; ΔH 0 dol-425,6 kJ/mol), u rasponu od -28 do -24 °C - heptahidrat, od -24 do -17,7 °C - pentahidrat, od -17,7 do -5,4 °C - tetrahidrat (α-modifikacija), od - 5,4 do 12,3 °C. Rastvorljivost u metanolu 23,6 g/l (t = 28 °C), u etanolu 14,7 g/l (t = 28 °C). NaOH 3,5H 2 O (tačka topljenja 15,5°C);

Hemijska svojstva

(1) H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (sa viškom NaOH)

(2) H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (kisela so, u omjeru 1:1)

(općenito, takva reakcija se može predstaviti jednostavnom ionskom jednadžbom, reakcija se nastavlja oslobađanjem topline (egzotermna reakcija): OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)

  • sa amfoternim oksidima koji imaju i bazična i kisela svojstva i sposobnost da reaguju sa alkalijama, kao sa čvrstim materijama kada su fuzionisane:

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O

i sa rješenjima:

ZnO + 2NaOH (rastvor) + H 2 O → Na 2 (rastvor)

(Rezultirajući anjon se naziva tetrahidroksozinkat ion, a sol koja se može izolirati iz otopine je natrijum tetrahidroksozinkat. Natrijum hidroksid također ulazi u slične reakcije sa drugim amfoternim oksidima.)

Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3

2Na + + 2OH − + Cu 2+ + SO 4 2− → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4

Natrijum hidroksid se koristi za taloženje metalnih hidroksida. Na primjer, gelasti aluminij hidroksid se dobija na ovaj način djelovanjem natrijum hidroksida na aluminij sulfat u vodenom rastvoru, uz izbjegavanje viška lužine i otapanje taloga. Koristi se, posebno, za prečišćavanje vode od finih suspenzija.

4P + 3NaOH + 3H 2 O → PH 3 + 3NaH 2 PO 2.

3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O

Hidroliza estera

Kao rezultat interakcije masti sa natrijum hidroksidom dobijaju se čvrsti sapuni (koriste se za proizvodnju sapuna), a sa kalijum hidroksidom, čvrsti ili tečni sapuni, zavisno od sastava masti.

HO-CH 2 -CH 2 OH + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O

anoda: 2Cl - - 2e - → Cl 2 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1,5O 2 + 6H + katoda: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH - - glavni proces ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -

Grafitne ili karbonske elektrode mogu se koristiti kao anoda u membranskim elektrolizerima. Do danas su uglavnom zamijenjene titanijskim anodama s rutenij oksid-titanovim premazom (ORTA anode) ili drugim anodama male potrošnje.

U sljedećoj fazi, elektrolitička tekućina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na komercijalnu koncentraciju od 42-50 tež.%. u skladu sa standardom.

Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg − = Na + Hg

Amalgam kontinuirano teče od elektrolizera do razlagača amalgama. Razlagač se takođe kontinuirano napaja visoko prečišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog kemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:

Na + Hg + H 2 O = NaOH + 1/2H 2 + Hg

Ovako dobijena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, praktično ne sadrži nečistoće. Živa je skoro potpuno oslobođena natrijuma i vraćena u elektrolizator. Vodik se uklanja radi prečišćavanja.

Međutim, potpuno pročišćavanje alkalne otopine od ostataka žive je praktično nemoguće, pa je ova metoda povezana sa curenjem metalne žive i njenih para.

Rastući zahtjevi za ekološka sigurnost proizvodnja i visoka cijena metalne žive dovode do postupne zamjene živine metode metodama dobivanja alkalija sa čvrstom katodom, posebno membranskom metodom.

Laboratorijske metode dobijanja

U laboratoriji se natrijum hidroksid ponekad proizvodi kemijskim putem, ali se češće koristi elektrolizator s malom dijafragmom ili membranom.

Tržište kaustične sode

Svjetska proizvodnja kaustične sode, 2005
Proizvođač Obim proizvodnje, milion tona Udio u svjetskoj proizvodnji
DOW 6.363 11.1
Occidental Chemical Company 2.552 4.4
Formosa Plastics 2.016 3.5
PPG 1.684 2.9
Bayer 1.507 2.6
Solvay 1.252 2.2
Akzo Nobel 1.157 2.0
Tosoh 1.110 1.9
Arkema 1.049 1.8
Olin 0.970 1.7
Rusija 1.290 2.24
kina 9.138 15.88
Ostalo 27.559 47,87
Ukupno: 57,541 100
U Rusiji se, prema GOST 2263-79, proizvode sljedeće vrste kaustične sode:

TR - čvrsta živa (u pahuljicama);

TD - čvrsta dijafragma (stopljena);

RR - rastvor žive;

RH - hemijski rastvor;

RD - rješenje dijafragme.

Naziv indikatora TR OKP 21 3211 0400 TD OKP 21 3212 0200 RR OKP 21 3211 0100 RH 1 razred OKP 21 3221 0530 RH 2 razred OKP 21 3221 0540 RD Najviša ocjena OKP 21 3212 0320 RD Prvi razred OKP 21 3212 0330
Izgled Skalirana masa bijele boje. Dozvoljena je slaba boja Otopljena bela masa. Dozvoljena je slaba boja Bezbojna prozirna tečnost Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizirani talog Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizirani talog Bezbojna ili obojena tečnost. Dozvoljen je kristalizirani talog
Maseni udio natrijum hidroksida, %, ne manje od 98,5 94,0 42,0 45,5 43,0 46,0 44,0
Pokazatelji ruskog tržišta tekućeg natrijum hidroksida u 2005-2006
Ime kompanije 2005 hiljada tona 2006 hiljada tona udio u 2005% udio u 2006%
AD "Kaustik", Sterlitamak 239 249 20 20
JSC "Kaustik", Volgograd 210 216 18 18
DD "Sayanskkhimplast" 129 111 11 9
Usoliekhimprom LLC 84 99 7 8
OAO Sibur-Neftekhim 87 92 7 8
OJSC "Khimprom", Čeboksari 82 92 7 8
VOAO "Khimprom", Volgograd 87 90 7 7
ZAO Ilimkhimprom 70 84 6 7
DD "KChKhK" 81 79 7 6
NAK "AZOT" 73 61 6 5
OAO Khimprom, Kemerovo 42 44 4 4
Ukupno: 1184 1217 100 100
Pokazatelji ruskog tržišta čvrste kaustične sode u 2005-2006
Ime kompanije 2005 tona 2006 tona udio u 2005% udio u 2006%
JSC "Kaustik", Volgograd 67504 63510 62 60
AD "Kaustik", Sterlitamak 34105 34761 31 33
OAO Sibur-Neftekhim 1279 833 1 1
VOAO "Khimprom", Volgograd 5768 7115 5 7
Ukupno: 108565 106219 100 100

Aplikacija

Biodizel

Dobijanje biodizela

Natrijev hidroksid koristi se u mnogim industrijama i za domaće potrebe:

  • Kaustika se koristi u industrija celuloze i papira za delignifikaciju (sulfatni proces) celuloze, u proizvodnji papira, kartona, umjetnih vlakana, ploča od drvenih vlakana.
  • Za saponifikaciju masti proizvodnja sapuna, šampona i drugih deterdženata. U davna vremena, pepeo se dodavao u vodu tokom pranja, a, očigledno, domaćice su primetile da ako pepeo sadrži masnoću koja je dospela u ognjište tokom kuvanja, onda je posuđe dobro oprano. Zanimanje sapunara (saponarius) se prvi put spominje oko 385. godine nove ere. e. Theodore Priscianus. Arapi prave sapun od ulja i sode od 7. veka, danas se sapuni prave na isti način kao i pre 10 vekova. Trenutno se proizvodi na bazi natrijum hidroksida (sa dodatkom kalijum hidroksida, zagrijanog na 50-60 stepeni Celzijusa) koriste u oblasti industrijskog pranja za čišćenje proizvoda od nerđajućeg čelika od masti i drugih zauljenih materija, kao i ostataka mehaničke obrade.
  • AT hemijske industrije- za neutralizaciju kiselina i kiselih oksida, kao reagens ili katalizator u hemijskim reakcijama, u hemijskoj analizi za titraciju, za jetkanje aluminijuma i u proizvodnji čistih metala, u preradu nafte- za proizvodnju ulja.
  • Za proizvodnju biodizel goriva- Dobija se od biljnih ulja i koristi se za zamjenu konvencionalnog dizel goriva. Da bi se dobio biodizel, na devet masenih jedinica biljnog ulja dodaje se jedna jedinica mase alkohola (odnosno, promatra se omjer 9: 1), kao i alkalni katalizator (NaOH). Dobijeni estar (uglavnom linolne kiseline) ima dobru zapaljivost zbog visokog cetanskog broja. Cetanski broj je uslovna kvantitativna karakteristika samozapaljenja dizel goriva u cilindru motora (analog oktanskog broja za benzin). Ako mineralno dizel gorivo karakterizira indikator od 50-52%, tada metil eter već u početku odgovara 56-58% cetana. Sirovina za proizvodnju biodizela mogu biti razna biljna ulja: repičino, sojino i druga, osim onih koja sadrže visok sadržaj palmitinske kiseline (palmino ulje). Prilikom njegove proizvodnje, procesom esterifikacije nastaje i glicerin koji se koristi u prehrambenoj, kozmetičkoj i papirnoj industriji ili se prerađuje u epihlorohidrin po Solvay metodi.
  • As sredstvo za otklanjanje začepljenja kanalizacionih cijevi, u obliku suhih granula ili u sastavu gelova. Natrijum hidroksid dezagregira blokadu i olakšava njeno lako kretanje dalje niz cijev.
  • Za civilnu odbranu otplinjavanje i neutralizacija otrovne tvari, uključujući sarin, u rebreatherima (izolirani aparat za disanje (IDA) za čišćenje izdahnutog zraka od ugljičnog dioksida.
  • Natrijum hidroksid se takođe koristi u kombinaciji sa cinkom za fokus. Bakarni novčić se kuva u rastvoru natrijum hidroksida u prisustvu metalnih granula cinka, nakon 45 sekundi, boja penija će postati srebrna. Nakon toga, peni se uklanja iz otopine i zagrijava u plamenu plamenika, gdje gotovo trenutno postaje "zlatno". Razlozi za ove promene su sledeći: joni cinka reaguju sa natrijum hidroksidom (u nedostatku) i formiraju Zn (OH) 4 2− - koji se zagrevanjem razlaže do metalnog cinka i taloži na površini novčića. A kada se zagrije, cink i bakar formiraju zlatnu leguru - mesing.
  • Natrijum hidroksid se takođe koristi za čišćenje kalupa od guma.
  • Natrijum hidroksid se takođe koristi za ilegalnu proizvodnju metamfetamini i druge droge.
  • U kuvanju: za pranje i guljenje voća i povrća, u proizvodnji čokolade i kakaa, napitaka, sladoleda, bojenja karamele, za omekšavanje maslina i davanje im crne boje, u proizvodnji pekarskih proizvoda. Registrovan kao dodatak prehrani E524.
    Neka jela se pripremaju pomoću kaustike:
    • lutefisk- skandinavsko riblje jelo - sušeni bakalar se namače 5-6 dana u kaustičnoj lužini i dobija mekanu teksturu nalik na žele.
    • pereca- Nemačke perece - pre pečenja se tretiraju rastvorom kaustične alkalije, što doprinosi stvaranju jedinstvene hrskave.
  • U kozmetologiji za uklanjanje keratinizirane kože: bradavica, papiloma.

Mjere opreza za rukovanje natrijum hidroksidom

Natrijum hidroksid je kaustičan i korozivan. Spada u supstance druge klase opasnosti. Stoga se pri radu s njim mora voditi računa. Dodir sa kožom, sluznicama i očima izaziva teške hemijske opekotine. Dodir s očima uzrokuje nepovratne promjene na optičkom živcu (atrofiju) i, kao rezultat, gubitak vida. U slučaju kontakta mukoznih površina sa kaustičnom alkalijom, potrebno je isprati zahvaćeno područje mlazom vode, a u slučaju kontakta s kožom slabom otopinom octene kiseline. Pri radu sa kaustičnim natrijumom preporučuje se sledeća zaštitna oprema: hemijske naočare od prskanja za zaštitu očiju, gumene rukavice ili rukavice sa gumiranom površinom za zaštitu ruku, za zaštitu tela - hemijski otporna odeća impregnirana vinilom ili gumirana odela.

MAC natrijum hidroksida u vazduhu je 0,5 mg/m³.

Književnost

  • Opća hemijska tehnologija. Ed. I. P. Mukhlenova. Udžbenik za hemijsko-tehnološke specijalnosti univerziteta. - M.: Viša škola.
  • Osnove opšte hemije, v. 3, B. V. Nekrasov. - M.: Hemija, 1970.
  • Opća hemijska tehnologija. Furmer I. E., Zaitsev V. N. - M.: Viša škola, 1978.
  • Naredba Ministarstva zdravlja Ruske Federacije od 28. marta 2003. N 126 „O odobravanju Liste štetnih faktora proizvodnje, pod čijim se uticajem, u preventivne svrhe, preporučuje upotreba mlijeka ili drugih ekvivalentnih prehrambenih proizvoda. "
  • Dekret glavnog državnog sanitarnog doktora Ruske Federacije od 4. aprila 2003. N 32 „O donošenju Sanitarni propisi za organizaciju transporta tereta za željeznički transport. SP 2.5.1250-03".
  • Federalni zakon br. 116-FZ od 21. jula 1997. „O industrijskoj sigurnosti opasnih proizvodnih objekata” (sa izmjenama i dopunama od 18. decembra 2006.).
  • Naredba Ministarstva prirodnih resursa Ruske Federacije od 2. decembra 2002. N 786 “O odobrenju Federalnog klasifikacijskog kataloga otpada” (sa izmjenama i dopunama od 30. jula 2003.).
  • Uredba Državnog komiteta rada SSSR-a od 25. oktobra 1974. N 298 / P-22 „O odobravanju liste industrija, radionica, zanimanja i radnih mjesta sa štetnim radnim uslovima, rad u kojima se daje pravo na dodatni odmor i kraći rad dan" (sa izmjenama i dopunama od 29. maja 1991.).
  • Uredba Ministarstva rada Rusije od 22. jula 1999. N 26 „O odobravanju standardnih industrijskih standarda za besplatno izdavanje specijalne odeće, specijalne obuće i druge lične zaštitne opreme za radnike u hemijskoj industriji“.
  • Dekret glavnog državnog sanitarnog doktora Ruske Federacije od 30. maja 2003. N 116 O stupanju na snagu GN 2.1.6. atmosferski vazduh naseljena područja” (sa izmjenama i dopunama od 3. novembra 2005.).

Natrijum pripada alkalnim metalima i nalazi se u glavnoj podgrupi prve grupe PSE im. DI. Mendeljejev. Na vanjskom energetskom nivou njegovog atoma, na relativno velikoj udaljenosti od jezgra, nalazi se jedan elektron kojeg atomi alkalnog metala prilično lako odustaju, pretvarajući se u jednonabijene katione; ovo objašnjava veoma visoku hemijsku aktivnost alkalnih metala.

Uobičajena metoda za dobivanje alkalnih je elektroliza talina njihovih soli (obično klorida).

Natrijum, kao alkalni metal, karakteriše niska tvrdoća, niska gustina i niske tačke topljenja.

Natrijum, u interakciji sa kiseonikom, uglavnom formira natrijum peroksid

2 Na + O2 Na2O2

Redukovanjem peroksida i superoksida viškom alkalnog metala može se dobiti oksid:

Na2O2 + 2 Na 2 Na2O

Natrijum oksid reaguje sa vodom i formira hidroksid: Na2O + H2O → 2 NaOH.

Peroksidi se potpuno hidroliziraju vodom uz stvaranje lužine: Na2O2 + 2 HOH → 2 NaOH + H2O2

Kao i svi alkalni metali, natrijum je jako redukciono sredstvo i snažno reaguje sa mnogim nemetalima (s izuzetkom azota, joda, ugljenika, plemenitih gasova):

Izuzetno slabo reagira sa dušikom u blještavom pražnjenju, formirajući vrlo nestabilnu supstancu - natrijum nitrid.

Reaguje sa razrijeđenim kiselinama kao normalan metal:

S koncentriranim oksidirajućim kiselinama oslobađaju se produkti redukcije:

Natrijev hidroksid NaOH (kaustična alkalija) je jaka hemijska baza. U industriji se natrijum hidroksid proizvodi hemijskim i elektrohemijskim metodama.

Hemijske metode dobijanja:

Kreč, koji se sastoji u interakciji otopine sode s vapnenim mlijekom na temperaturi od oko 80 ° C. Ovaj proces se naziva kaustizacija; prolazi kroz reakciju:

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

Feritni, koji uključuje dvije faze:

Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 → 2NaFeO 2 + CO 2

2NaFeO 2 + xH 2 O \u003d 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O

Elektrohemijski, natrijum hidroksid se dobija elektrolizom rastvora halita (minerala koji se sastoji uglavnom od obične soli NaCl) uz istovremenu proizvodnju vodonika i hlora. Ovaj proces se može predstaviti zbirnom formulom:

2NaCl + 2H 2 O ± 2e- → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Natrijum hidroksid reaguje:

1) neutralizacija:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

2) izmjena sa solima u rastvoru:

2NaOH + CuSO 4 → Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

3) reaguje sa nemetalima

3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O

4) reaguje sa metalima

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 3H 2 + 2Na

Natrijev hidroksid se široko koristi u raznim industrijama, na primjer, u pulpi, za saponifikaciju masti u proizvodnji sapuna; kao katalizator hemijskih reakcija, u proizvodnji dizel goriva itd.

Natrijum karbonat proizvodi se ili u obliku Na 2 CO 3 (soda pepela), ili u obliku kristalnog Na 2 CO 3 * 10H 2 O (kristalna soda), ili u obliku NaHCO 3 bikarbonata (soda za piće).

Soda se najčešće proizvodi metodom amonijak-klorida, na osnovu reakcije:

NaCl + NH 4 HCO 3 ↔NaHCO 3 + NH4Cl

Mnoge industrije troše natrijum karbonate: hemijska, sapunska, celulozna i papirna, tekstilna, prehrambena, itd.

· Mere opreza za rukovanje natrijum hidroksidom · Literatura ·

Natrijum hidroksid se može industrijski proizvesti hemijskim i elektrohemijskim metodama.

Hemijske metode za dobijanje natrijum hidroksida

To hemijske metode proizvodnja natrijevog hidroksida uključuje vapnenačke i feritne.

Hemijske metode za proizvodnju natrijevog hidroksida imaju značajne nedostatke: troši se puno energetskih nosača, a rezultirajuća kaustična soda je jako kontaminirana nečistoćama.

Danas su ove metode gotovo potpuno zamijenjene metodama elektrohemijske proizvodnje.

metoda kreča

Metoda vapna za proizvodnju natrijevog hidroksida sastoji se u interakciji otopine sode s gašenim vapnom na temperaturi od oko 80 ° C. Ovaj proces se naziva kaustizacija; prolazi kroz reakciju:

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaCO 3

Kao rezultat reakcije dobivaju se otopina natrijum hidroksida i talog kalcijum karbonata. Kalcijum karbonat se odvaja iz rastvora, koji se isparava da bi se dobio rastopljeni proizvod koji sadrži oko 92% mase. NaOH. Nakon toga se NaOH topi i sipa u gvozdene bubnjeve, gde se skrućuje.

feritna metoda

Feritna metoda za proizvodnju natrijum hidroksida sastoji se od dvije faze:

  1. Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2
  2. 2NaFeO 2 + xH 2 O \u003d 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O

Reakcija 1 je proces sinterovanja sode pepela sa željeznim oksidom na temperaturi od 1100-1200 °C. Osim toga, formira se natrijeva mrlja i oslobađa se ugljični dioksid. Zatim se kolač tretira (luži) vodom prema reakciji 2; dobijaju se rastvor natrijum hidroksida i talog Fe 2 O 3 *xH 2 O, koji se nakon odvajanja iz rastvora vraća u proces. Dobijeni alkalni rastvor sadrži oko 400 g/l NaOH. Ispari se da se dobije proizvod koji sadrži oko 92% mase. NaOH, a zatim se dobije čvrsti proizvod u obliku granula ili pahuljica.

Elektrohemijske metode za proizvodnju natrijum hidroksida

Elektrohemijski se dobija natrijum hidroksid elektroliza rastvora halita(mineral koji se sastoji uglavnom od kuhinjske soli NaCl) uz istovremenu proizvodnju vodonika i hlora. Ovaj proces se može predstaviti zbirnom formulom:

2NaCl + 2H 2 O ± 2e - → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Kaustična alkalija i hlor se proizvode pomoću tri elektrohemijske metode. Dvije od njih su elektroliza sa čvrstom katodom (dijafragmska i membranska metoda), treća je elektroliza sa tečnom živinom katodom (živa metoda).

Sve tri metode dobijanja hlora i kaustika koriste se u svetskoj proizvodnoj praksi, sa jasnim trendom povećanja udela membranske elektrolize.

U Rusiji se približno 35% svih proizvedenih kaustika proizvodi elektrolizom sa živinom katodom, a 65% elektrolizom sa čvrstom katodom.

metoda dijafragme

Shema stare membranske elektrolitičke ćelije za proizvodnju klora i lužine: ALI- anoda, AT- izolatori, With- katoda, D- prostor ispunjen gasovima (iznad anode - hlor, iznad katode - vodonik), M- dijafragma

Najjednostavnija od elektrohemijskih metoda, u smislu organizacije procesa i strukturnih materijala za elektrolizer, je dijafragmska metoda za proizvodnju natrijum hidroksida.

Otopina soli u elektrolitičkoj ćeliji dijafragme kontinuirano se dovodi u anodni prostor i teče kroz azbestnu dijafragmu, obično nanesenu na čeličnu katodnu rešetku, kojoj se, u nekim slučajevima, dodaje mala količina polimernih vlakana.

U mnogim izvedbama elektrolizera, katoda je potpuno uronjena ispod sloja anolita (elektrolit iz anodnog prostora), a vodik koji se oslobađa na katodnoj mreži uklanja se ispod katode pomoću plinskih cijevi, bez prodora kroz dijafragmu u anodni prostor. zbog protivstruja.

Protivtok je vrlo važna karakteristika dizajna ćelije dijafragme. Zahvaljujući protustrujnom toku usmjerenom iz anodnog prostora u katodni prostor kroz poroznu dijafragmu postaje moguće odvojeno dobiti lužinu i klor. Protustrujni tok je dizajniran da suprotstavi difuziju i migraciju OH - jona u anodni prostor. Ako je protustruja nedovoljna, tada se u anodnom prostoru u velikim količinama počinje stvarati hipohlorit ion (ClO -) koji se nakon toga na anodi može oksidirati do hloratnog jona ClO 3 - . Formiranje hloratnog jona ozbiljno smanjuje trenutnu efikasnost hlora i glavni je sporedni proces u ovoj metodi proizvodnje natrijum hidroksida. Štetno je i oslobađanje kisika, što, osim toga, dovodi do uništenja anoda i, ako su izrađene od ugljičnih materijala, do prodiranja nečistoća fosgena u hlor.

anoda: 2Cl - 2e → Cl 2 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + katoda: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - glavni proces ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -

Grafitne ili karbonske elektrode mogu se koristiti kao anoda u membranskim elektrolizerima. Do danas su uglavnom zamijenjene titanijskim anodama s rutenij oksid-titanovim premazom (ORTA anode) ili drugim anodama male potrošnje.

U sljedećoj fazi, elektrolitička tekućina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na komercijalnu koncentraciju od 42-50 tež.%. u skladu sa standardom.

Kuhinjska so, natrijum sulfat i druge nečistoće, kada njihova koncentracija u rastvoru poraste iznad granice rastvorljivosti, talože se. Kaustična otopina se dekantira iz taloga i prenosi kao gotov proizvod u skladište ili se nastavlja faza isparavanja kako bi se dobio čvrsti proizvod, nakon čega slijedi topljenje, ljuštenje ili granulacija.

Revers, odnosno kuhinjska so kristalizovana u talog, vraća se nazad u proces, pripremajući od nje takozvani reverzni slani rastvor. Iz njega se, kako bi se izbjeglo nakupljanje nečistoća u otopinama, odvajaju nečistoće prije pripreme povratne slane vode.

Gubitak anolita se nadoknađuje dodatkom svježe slane vode dobivene podzemnim ispiranjem slojeva soli, mineralnih slanih otopina poput bišofita, prethodno pročišćenih od nečistoća, ili otapanjem halita. Prije miješanja sa obrnutim slanim rastvorom, svježa slana otopina se čisti od mehaničkih suspenzija i značajnog dijela jona kalcija i magnezija.

Nastali hlor se odvaja od vodene pare, komprimuje i dovodi ili u proizvodnju proizvoda koji sadrže hlor ili za ukapljivanje.

Zbog relativne jednostavnosti i niske cijene, metoda dijafragme za proizvodnju natrijevog hidroksida još uvijek se široko koristi u industriji.

Membranska metoda

Membranska metoda za proizvodnju natrijum hidroksida je energetski najefikasnija, ali je istovremeno i teška za organizaciju i rad.

Sa stanovišta elektrohemijskih procesa, membranska metoda je slična dijafragmskoj, ali su anodni i katodni prostori potpuno razdvojeni anjonsko-nepropusnom membranom za kationsku izmjenu. Zahvaljujući ovoj osobini, postaje moguće dobiti čistije likere nego u slučaju dijafragmske metode. Dakle, u membranskom elektrolizeru, za razliku od ćelije dijafragme, ne postoji jedan tok, već dva.

Kao i u dijafragmskoj metodi, tok rastvora soli ulazi u prostor anode. A u katodi - dejonizirana voda. Iz katodnog prostora izlazi mlaz osiromašenog anolita koji sadrži i nečistoće hipokloritnih i hloratnih jona i klora, a iz anodnog prostora - lužina i vodik, koji praktično ne sadrže nečistoće i blizu su komercijalne koncentracije, što smanjuje energiju. troškovi za njihovo isparavanje i prečišćavanje.

Alkalija proizvedena membranskom elektrolizom gotovo je jednako dobra kao ona proizvedena metodom živine katode i polako zamjenjuje lužinu proizvedenu metodom žive.

Istovremeno, otopina soli za hranjenje (svježa i reciklirana) i voda se prethodno čiste od svih nečistoća koliko god je to moguće. Takvo temeljno čišćenje je određeno visokom cijenom polimernih membrana za kationsku izmjenu i njihovom osjetljivošću na nečistoće u otopini za napajanje.

Osim toga, ograničeni geometrijski oblik i, pored toga, niska mehanička čvrstoća i termička stabilnost membrana za izmjenu jona uvelike određuju relativno složene dizajne postrojenja za membransku elektrolizu. Iz istog razloga, membranska postrojenja zahtijevaju najsloženije automatske sisteme upravljanja i upravljanja.

Shema membranskog elektrolizera.

Živina metoda sa tečnom katodom

Među elektrohemijskim metodama za proizvodnju alkalija, najviše efikasan način je elektroliza sa živinom katodom. Alkalije dobivene elektrolizom s tečnom živinom katodom su mnogo čistije od onih dobivenih metodom dijafragme (ovo je kritično za neke industrije). Na primjer, u proizvodnji umjetnih vlakana može se koristiti samo kaustika visoke čistoće), au poređenju s membranskom metodom, organizacija procesa za dobivanje alkalija živinom metodom je mnogo jednostavnija.

Shema elektrolizera žive.

Instalacija za elektrolizu žive sastoji se od elektrolizera, razlagača amalgama i živine pumpe, međusobno povezanih komunikacijama koje provode živu.

Katoda elektrolizera je tok žive koju pumpa pumpa. Anode - grafitne, karbonske ili trošne (ORTA, TDMA ili druge). Zajedno sa živom, mlaz kuhinjske soli kontinuirano teče kroz elektrolizator.

Na anodi se ioni klora oksidiraju iz elektrolita, a klor se oslobađa:

2Cl - 2e → Cl 2 0 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1,5O 2 + 6H +

Klor i anolit se uklanjaju iz elektrolizera. Anolit koji izlazi iz elektrolizera zasićen je svježim halitom, nečistoće koje su unesene njime se uklanjaju iz njega i, osim toga, ispiru se iz anoda i konstrukcijskih materijala i vraćaju u elektrolizu. Prije zasićenja, hlor rastvoren u njemu se ekstrahuje iz anolita.

Na katodi se reduciraju joni natrijuma koji formiraju slabu otopinu natrijuma u živi (natrijum amalgam):

Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg = Na + Hg

Amalgam kontinuirano teče od elektrolizera do razlagača amalgama. Razlagač se takođe kontinuirano napaja visoko prečišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog kemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:

Na + Hg + H 2 O = NaOH + 1/2H 2 + Hg

Ovako dobijena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, praktično ne sadrži nečistoće. Živa je skoro potpuno oslobođena natrijuma i vraćena u elektrolizator. Vodik se uklanja radi prečišćavanja.

Međutim, potpuno pročišćavanje alkalne otopine od ostataka žive je praktično nemoguće, pa je ova metoda povezana sa curenjem metalne žive i njenih para.

Rastući zahtjevi za ekološkom sigurnošću proizvodnje i visoka cijena metalne žive dovode do postupne zamjene živine metode metodama proizvodnje alkalija sa čvrstom katodom, posebno membranskom metodom.

Laboratorijske metode dobijanja

U laboratoriji se natrijum hidroksid ponekad proizvodi kemijskim putem, ali se češće koristi elektrolizator s malom dijafragmom ili membranom.

Slični postovi