Sel d'hydroxyde de sodium. Qu'est-ce que la soude caustique: formule, obtention d'hydroxyde de sodium

hydroxyde de sodium, hydroxyde de sodium- composé inorganique, composition d'hydroxyde NaOH. Il s'agit de cristaux blancs, opaques et très hygroscopiques. Une substance qui est très soluble dans l'eau, lorsqu'elle est combinée avec de l'eau, elle est libérée un grand nombre de Chauffer.

Présente de fortes propriétés alcalines. Le pH d'une solution aqueuse à 1% est de 13.

L'hydroxyde de sodium est toxique et peut également être corrosif pour les métaux. La substance est utilisée dans la fabrication de nombreux produits, notamment des tensioactifs, du papier, des cosmétiques, des médicaments.

Propriétés physiques

L'hydroxyde de sodium NaOH est un solide blanc. Le sodium caustique laissé dans l'air se dissipe rapidement car il attire l'humidité de l'air. La substance est très soluble dans l'eau, tandis qu'une grande quantité de chaleur est dégagée.

La solubilité dans le méthanol est de 23,6 g/l (à 28 °C), dans l'éthanol elle est de 14,7 g/l (28 °C).

La solution de soude caustique est buggy au toucher.

Thermodynamique des solutions

L'enthalpie de dissolution d'une solution aqueuse infiniment diluée est de -44,45 kJ/mol.

Les hydrates cristallisent à partir de solutions aqueuses :

  • à 12,3-61,8°C - NaOH H 2 O monohydraté (sygonies rhombiques, point de fusion 65,1°C ; densité 1,829 g/cm ; ΔH 0 approuvé-425,6 kJ/mole)
  • dans la gamme -28 ... -24 ° C - heptahydraté NaOH 7H 2 O;
  • de -24 à -17,7°C - NaOH pentahydraté 5H 2 O ;
  • de -17,7 à -5,4 °C - NaOH 4H 2 O tétrahydraté (modification α) ;
  • de -8,8 à 15,6°C - NaOH 3,5H 2 O (point de fusion 15,5°C).
  • de 0°C à 12,3°C - NaOH dihydraté 2H 2 O ;

Reçu

Historiquement, la première méthode de production de soude était l'interaction de la soude Na 2 CO 3 et de l'eau de chaux éteinte CaO :

La réaction est facilitée par une agitation et une température élevée, elle a donc été réalisée dans des réacteurs en acier avec agitateurs. Après obtention des produits, le carbonate de calcium soluble a été séparé des produits et la solution de soude résiduelle a été évaporée à 180°C dans des récipients en fonte sans accès d'air. Ainsi, il a été possible d'obtenir une solution avec une concentration allant jusqu'à 95%.

En 1892, indépendamment l'un de l'autre, le scientifique américain Hamilton Kastner et l'Autrichien Karl Kellner ont découvert une méthode de production d'hydroxyde par électrolyse du chlorure de sodium, largement utilisée dans la nature. Le déroulement des réactions peut être décrit par l'équation globale :

A ce jour, cette méthode est la principale méthode industrielle d'extraction de NaOH, cependant certaines conditions de synthèse ont subi des modifications. En particulier, pour éviter les réactions entre les produits et les matières premières, les différentes étapes réactionnelles sont réalisées dans des réacteurs distincts ou séparés. Selon ce critère, il existe trois méthodes principales : le mercure, le diaphragme et la membrane.

procédé au mercure

La méthode originale de synthèse de NaOH utilise une électrode au mercure comme cathode. En arrivant à la cathode, les ions sodium y forment des amalgames liquides de composition variable NaHg n :

Les amalgames sont séparés du système réactionnel et transférés dans un autre, où l'amalgame est décomposé par l'eau pour former de l'hydroxyde de sodium :

Cette méthode produit une solution de NaOH avec une concentration de 50-73% et est pratiquement exempte de contaminants (chlore, chlorure de sodium). Le mercure formé à la suite de la décomposition revient à l'électrode.

Sur l'anode (graphite ou autre), les ions chlorures sont oxydés avec formation de chlore libre

De plus, des réactions secondaires ont également lieu : l'oxydation de l'ion hydroxyde et la formation électrochimique de l'ion chlorate. L'hydrolyse du chlore résultant peut également former de petites quantités d'ions hypochlorite.

processus de diaphragme

Dans la méthode du diaphragme, l'espace entre la cathode et l'anode est séparé par une cloison, qui ne laisse pas passer les solutions et les gaz, mais n'empêche pas le passage du courant électrique et la migration des ions. Habituellement, le tissu d'amiante, les ciments poreux, la porcelaine, etc. sont utilisés comme telles cloisons.

Une solution de NaCl est fournie à l'espace anodique : les ions chlorure sont réduits sur l'anode (graphite ou magnétite), et les cations Na + (et, en partie, les anions Cl -) migrent à travers le diaphragme vers l'espace cathodique. Lorsque des cations sont combinés avec des ions hydroxyde formés par la réduction de l'eau sur une cathode en fer ou en cuivre :

En conséquence, un mélange d'hydroxyde et de chlorure de sodium avec une teneur en NaOH de 10-15% (et environ 18% de NaCl) est libéré de l'espace cathodique. Par évaporation, il est possible d'augmenter la concentration en hydroxyde à 50 %, mais la teneur en chlorure reste encore importante. Pour isoler le chlorure du mélange, il est traité avec de l'ammoniac liquide pour former du chlorure d'ammonium facilement dilué (cependant, cette méthode n'est pas courante en raison de son coût élevé). Une méthode est également utilisée, qui consiste à refroidir le mélange et à séparer les cristaux d'hydrate de NaOH 3,5H 2 O, qui sont ensuite déshydratés.

procédé membranaire

Cette méthode a été développée dans les années 1970 par DuPont et est considérée comme la méthode la plus avancée qui existe. Dans le procédé membranaire, une membrane échangeuse de cations est installée dans le réacteur, qui est perméable aux ions Na + se déplaçant dans l'espace cathodique et inhibe la migration des ions hydroxyde qui migrent dans la direction opposée - augmentant ainsi la concentration des constituants NaOH dans le espace cathodique. Une concentration de 30 à 35 % est considérée comme économiquement avantageuse pour la synthèse, et les dernières membranes permettent d'augmenter cette valeur à 50 %.

Dans cette méthode, le chlorure de sodium ne se forme théoriquement pas, mais la pénétration des ions chlorure à travers la membrane peut toujours avoir lieu.

Obtention de NaOH solide

Le NaOH solide (soude caustique) est obtenu en évaporant sa solution jusqu'à une teneur en eau inférieure à 0,5-1,5 %. Tout d'abord, une solution à 50% est évaporée sous vide à une concentration de 60%, et une concentration de 99% est atteinte à l'aide de caloporteurs (un mélange de NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) à des températures supérieures à 400 ° C: le La solution est pompée dans une chambre d'évaporation chauffée, où le reste de l'eau est séparé.

Timbres

L'hydroxyde de sodium est disponible sous deux formes : solide et liquide. La soude caustique granulaire solide est une masse solide blanche avec une taille de flocons de 0,5 à 2 cm.Une solution rare de soude caustique est incolore. Les solutions d'hydroxyde de sodium à 50 % sont commercialement importantes.

La soude caustique technique est produite dans les qualités suivantes :

  • TP - mercure solide;
  • TD - diaphragme solide (fusionné)
  • RR - solution de mercure;
  • РХ - solution chimique;
  • RD - solution de diaphragme.

Propriétés chimiques

L'hydroxyde de sodium absorbe activement l'humidité de l'air, formant des hydrates de diverses compositions, qui se décomposent lorsqu'ils sont chauffés :

Dans les solutions, le composé se décompose bien :

Présentant de fortes propriétés alcalines, l'hydroxyde de sodium interagit facilement avec les acides, les oxydes et hydroxydes acides et amphotères :

NaOH interagit facilement avec les halogènes, et quand hautes températures- aussi avec des métaux :

Lors de l'interaction avec des sels dérivés de bases faibles, les hydroxydes correspondants se forment :

Réagissant avec le monoxyde de carbone, le formiate de sodium est synthétisé :

Exigences de sécurité

La soude caustique est résistante au feu et aux explosions. Corrosif, corrosif. Selon le degré d'impact sur le corps, il appartient aux substances de la 2ème classe de danger. Le solide et ses solutions concentrées provoquent des brûlures très graves. Le contact avec l'alcali dans les yeux peut entraîner une maladie grave et même une perte de vision. En cas de contact avec la peau, les muqueuses, les yeux, des brûlures chimiques graves se forment. En cas de contact avec la peau, laver avec une solution diluée d'acide acétique.

Lors du travail, utiliser un équipement de protection : lunettes, gants en caoutchouc, vêtements caoutchoutés résistant aux produits chimiques.

Application

L'hydroxyde de sodium est utilisé dans de nombreuses industries et dans la vie de tous les jours :

  • La caustique est utilisée dans l'industrie des pâtes et papiers pour délignification (procédé au sulfate) de la cellulose, dans la production de papier, carton, fibres artificielles, panneaux de fibres.
  • Pour la saponification des graisses production de savons, shampoings et autres détergents.À Ces derniers temps les produits à base d'hydroxyde de sodium (avec addition d'hydroxyde de potassium, chauffés à 50-60 degrés Celsius, sont utilisés dans le domaine du lavage industriel pour nettoyer les produits en acier inoxydable des graisses et autres substances huileuses, ainsi que des résidus de traitement mécanique.
  • À industries chimiques - pour neutralisation des acides et des oxydes d'acides, en tant que réactif ou catalyseur dans réactions chimiques, dans l'analyse chimique pour le titrage, pour la gravure de l'aluminium et dans la production de métaux purs, dans raffinage de pétrole- pour la production d'huiles.
  • Pour la production de carburant biodiesel - qui est obtenu à partir d'huiles végétales et utilisé pour remplacer le carburant diesel conventionnel. Pour obtenir du biodiesel, une unité de masse d'alcool est ajoutée à neuf unités de masse d'huile végétale (c'est-à-dire qu'un rapport de 9: 1 est observé), ainsi qu'un catalyseur alcalin (NaOH). L'ester obtenu (principalement d'acide linoléique) se caractérise par une excellente inflammabilité, qui est assurée par un indice de cétane élevé. Si le carburant diesel minéral est caractérisé par un indicateur de 50-52%, alors l'éther méthylique est de 56-58% de cétane, respectivement. La matière première pour la production de biodiesel peut être diverses huiles végétales : colza, soja et autres, à l'exception de celles contenant une forte teneur en acide palmitique ( huile de palme). Lors de sa production, le procédé d'estérification produit également de la glycérine, qui est utilisée dans les industries alimentaires, cosmétiques et papetières, ou transformée en épichlorhydrine par la méthode Solvay.
  • Comment agent pour dissoudre les blocages des conduites d'égout, sous forme de granulés secs ou dans le cadre de gels. L'hydroxyde de sodium désagrège le colmatage et facilite son déplacement plus loin dans le tuyau.
  • Pour la protection civile dégazage et neutralisation substances toxiques, y compris le sarin, dans un recycleur (appareil respiratoire isolé (IDA) pour nettoyer l'air expiré du dioxyde de carbone.
  • L'hydroxyde de sodium est également utilisé pour nettoyer les moules de pneus.
  • En cuisine : pour laver et éplucher les fruits et légumes, dans la production de chocolat et de cacao, de boissons, de glaces, de colorants caramel, pour ramollir les olives et leur donner une couleur noire, dans la production de produits de boulangerie. Enregistré en tant que additif alimentaire E524.
  • En cosmétologie pour l'élimination des peaux kératinisées : verrues, papillomes.

Vidéos connexes

Images associées

Le scientifique français A. L. Duhamel du Monceau a d'abord distingué ces substances: l'hydroxyde de sodium a commencé à s'appeler soude caustique, carbonate de sodium - carbonate de sodium (selon l'usine Salsola Soda, dont il a été extrait) et carbonate de potassium - potasse. Actuellement, la soude est communément appelée sels de sodium de l'acide carbonique. en anglais et Français le mot sodium signifie sodium, potassium - potassium.

Propriétés physiques

Hydroxyde de sodium

Thermodynamique des solutions

Δ H0 dissolution pour une solution aqueuse infiniment diluée -44,45 kJ/mol.

A partir de solutions aqueuses à 12,3 - 61,8 ° C, le monohydrate cristallise (sygonie rhombique), point de fusion 65,1 ° C; densité 1,829 g/cm³; ΔH 0 arr-734,96 kJ / mol), dans la plage de -28 à -24 ° С - heptahydraté, de -24 à -17,7 ° С - pentahydraté, de -17,7 à -5,4 ° С - tétrahydraté ( modification α), de -5,4 à 12,3 °C. Solubilité dans le méthanol 23,6 g/l (t=28°C), dans l'éthanol 14,7 g/l (t=28°C). NaOH 3,5H 2 O (point de fusion 15,5°C) ;

Propriétés chimiques

(en général, une telle réaction peut être représentée par une simple équation ionique, la réaction se déroule avec dégagement de chaleur (réaction exothermique) : OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)

  • avec des oxydes amphotères qui ont à la fois des propriétés basiques et acides, et la capacité de réagir avec les alcalis, comme avec les solides lorsqu'ils sont fusionnés :

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O

et avec des solutions :

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

(L'anion résultant est appelé ion tétrahydroxozincate, et le sel qui peut être isolé de la solution est le tétrahydroxozincate de sodium. L'hydroxyde de sodium entre également dans des réactions similaires avec d'autres oxydes amphotères.)

  • avec des oxydes d'acide - avec formation de sels; cette propriété est utilisée pour nettoyer les émissions industrielles de gaz acides (par exemple : CO 2 , SO 2 et H 2 S) :

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

L'hydroxyde de sodium est utilisé pour précipiter les hydroxydes métalliques. Par exemple, l'hydroxyde d'aluminium sous forme de gel est obtenu de cette manière en agissant avec de l'hydroxyde de sodium sur du sulfate d'aluminium en solution aqueuse. Il est notamment utilisé pour purifier l'eau des suspensions fines.

Hydrolyse des esters

  • avec les graisses (saponification), cette réaction est irréversible, car l'acide résultant avec un alcali forme du savon et de la glycérine. La glycérine est ensuite extraite des liqueurs de savon par évaporation sous vide et purification supplémentaire par distillation des produits obtenus. Cette méthode de fabrication du savon est connue au Moyen-Orient depuis le 7ème siècle :

Le processus de saponification des graisses

En raison de l'interaction des graisses avec l'hydroxyde de sodium, des savons solides sont obtenus (ils sont utilisés pour produire du pain de savon) et avec de l'hydroxyde de potassium, des savons solides ou liquides, selon la composition de la graisse.

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,

Actuellement, l'alcali caustique et le chlore sont produits par trois méthodes électrochimiques. Deux d'entre eux sont l'électrolyse avec une cathode solide en amiante ou en polymère (méthodes de production de diaphragme et de membrane), le troisième est l'électrolyse avec une cathode liquide (méthode de production de mercure). Dans un certain nombre de méthodes de production électrochimique, la méthode la plus simple et la plus pratique est l'électrolyse avec une cathode au mercure, mais cette méthode cause des dommages importants. environnement par évaporation et fuite de mercure métallique. Le mode de production membranaire est le plus efficace, le moins énergivore et le plus respectueux de l'environnement, mais aussi le plus capricieux, nécessitant notamment des matières premières de plus grande pureté.

Les alcalis caustiques obtenus par électrolyse avec une cathode de mercure liquide sont beaucoup plus propres que ceux obtenus par la méthode du diaphragme. Pour certaines industries, c'est important. Ainsi, dans la production de fibres artificielles, seule la soude caustique obtenue par électrolyse avec une cathode de mercure liquide peut être utilisée. Dans la pratique mondiale, les trois méthodes d'obtention de chlore et de caustique sont utilisées, avec une nette tendance à l'augmentation de la part de l'électrolyse à membrane. En Russie, environ 35 % de la soude caustique totale produite est produite par électrolyse avec une cathode au mercure et 65 % par électrolyse avec une cathode solide (méthodes à diaphragme et à membrane).

L'efficacité du processus de production est calculée non seulement par le rendement en soude caustique, mais également par le rendement en chlore et en hydrogène obtenu par électrolyse, le rapport de chlore et d'hydroxyde de sodium en sortie est de 100/110, la réaction se déroule dans le ratios suivants :

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

Caractéristiques principales diverses méthodes production sont donnés dans le tableau :

Indice pour 1 tonne de NaOH méthode au mercure méthode du diaphragme Méthode membranaire
Sortie de chlore % 97 96 98,5
Électricité (kWh) 3 150 3 260 2 520
Concentration de NaOH 50 12 35
Pureté du chlore 99,2 98 99,3
Pureté de l'hydrogène 99,9 99,9 99,9
Fraction massique d'O 2 dans le chlore,% 0,1 1-2 0,3
Fraction massique de Cl - dans NaOH, % 0,003 1-1,2 0,005

Schéma technologique de l'électrolyse à cathode solide

méthode du diaphragme - La cavité de la cellule à cathode solide est divisée par une cloison poreuse - un diaphragme - dans l'espace cathodique et anodique, où se trouvent respectivement la cathode et l'anode de la cellule. Par conséquent, un tel électrolyseur est souvent appelé électrolyseur à diaphragme et le procédé de production est l'électrolyse à diaphragme. Un flux d'anolyte saturé pénètre en continu dans l'espace anodique de la cellule à diaphragme. À la suite du processus électrochimique, du chlore est libéré à l'anode en raison de la décomposition de l'halite et de l'hydrogène est libéré à la cathode en raison de la décomposition de l'eau. Le chlore et l'hydrogène sont éliminés de l'électrolyseur séparément, sans mélange :

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

Dans ce cas, la zone proche de la cathode est enrichie en soude. Une solution de la zone cathodique, appelée lessive électrolytique, contenant de l'anolyte non décomposé et de l'hydroxyde de sodium, est évacuée en continu de l'électrolyseur. Sur le étape suivante la lessive électrolytique est évaporée et la teneur en NaOH est ajustée à 42-50% conformément à la norme. L'halite et le sulfate de sodium avec une concentration croissante d'hydroxyde de sodium précipitent. La solution caustique est décantée du précipité et transférée sous forme de produit fini vers un entrepôt ou vers l'étape d'évaporation pour obtenir un produit solide, suivi d'une fusion, d'un floconnage ou d'une granulation. L'halite cristalline (sel inverse) est renvoyée à l'électrolyse, en préparant la soi-disant saumure inverse à partir de celle-ci. De là, afin d'éviter l'accumulation de sulfate dans les solutions, le sulfate est extrait avant de préparer la saumure de retour. La perte d'anolyte est compensée par l'ajout de saumure fraîche obtenue par lessivage souterrain des couches de sel ou par la dissolution de l'halite solide. Avant d'être mélangée à la saumure inverse, la saumure fraîche est débarrassée des suspensions mécaniques et d'une partie importante des ions calcium et magnésium. Le chlore résultant est séparé de la vapeur d'eau, comprimé et alimenté soit pour la production de produits contenant du chlore, soit pour la liquéfaction.

Méthode membranaire - similaire au diaphragme, mais les espaces anodique et cathodique sont séparés par une membrane échangeuse de cations. L'électrolyse à membrane fournit la soude caustique la plus pure.

Système technologiqueélectrolyse.

L'étape technologique principale est l'électrolyse, l'appareil principal est un bain électrolytique, qui se compose d'un électrolyseur, d'un décomposeur et d'une pompe à mercure, interconnectés par des communications. Dans le bain électrolytique, sous l'action d'une pompe à mercure, le mercure circule en passant par l'électrolyseur et le décomposeur. La cathode de l'électrolyseur est un flux de mercure. Anodes - graphite ou faible usure. Avec le mercure, un flux d'anolyte - une solution d'halite - s'écoule en continu à travers l'électrolyseur. Suite à la décomposition électrochimique de l'halite, des ions Cl se forment sur l'anode et du chlore est libéré :

2 Cl - - 2 e= Cl 2 0 ,

qui est retiré de l'électrolyseur, et une faible solution de sodium dans du mercure se forme sur la cathode de mercure, ce qu'on appelle l'amalgame :

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

L'amalgame s'écoule en continu de l'électrolyseur vers le décomposeur. Le décomposeur est également alimenté en continu avec de l'eau bien purifiée. Dans celui-ci, l'amalgame de sodium, à la suite d'un processus électrochimique spontané, est presque complètement décomposé par l'eau avec formation de mercure, d'une solution caustique et d'hydrogène:

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

La solution caustique ainsi obtenue, qui est un produit commercial, ne contient pas d'impuretés halite, nocives pour la production de viscose. Le mercure est presque complètement débarrassé de l'amalgame de sodium et renvoyé dans la cellule d'électrolyse. L'hydrogène est éliminé pour la purification. L'anolyte quittant l'électrolyseur est saturé d'halite fraîche, les impuretés introduites avec lui, ainsi que lessivées des anodes et des matériaux de structure, en sont retirées et renvoyées à l'électrolyse. Avant resaturation, le chlore qui y est dissous est extrait de l'anolyte par un procédé en deux ou trois étapes.

Méthodes de laboratoire pour l'obtention

L'hydroxyde de sodium est produit en laboratoire par voie chimique qui ont une signification plus historique que pratique.

méthode à la chaux La production de soude consiste en l'interaction d'une solution de soude avec du lait de chaux à une température d'environ 80°C. Ce processus est appelé caustification ; il est décrit par la réaction :

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

À la suite de la réaction, une solution d'hydroxyde de sodium et un précipité de carbonate de calcium se forment. Le carbonate de calcium est séparé de la solution, qui est évaporée pour obtenir un produit fondu contenant environ 92 % de NaOH. Le NaOH fondu est versé dans des fûts en fer où il se solidifie.

voie ferritique décrit par deux réactions :

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) - le processus de frittage du carbonate de soude avec de l'oxyde de fer à une température de 1100-1200°C. Dans ce cas, de la ferrite sodique se forme et du dioxyde de carbone est libéré. Ensuite, le gâteau est traité (lixivié) avec de l'eau selon la réaction (2) ; on obtient une solution d'hydroxyde de sodium et un précipité de Fe 2 O 3 qui, après l'avoir séparé de la solution, est renvoyé au procédé. La solution contient environ 400 g/l de NaOH. Il est évaporé pour obtenir un produit contenant environ 92 % de NaOH.

Les méthodes chimiques de production d'hydroxyde de sodium présentent des inconvénients importants: une grande quantité de carburant est consommée, la soude caustique résultante est contaminée par des impuretés et la maintenance de l'appareil est laborieuse. À l'heure actuelle, ces méthodes ont été presque complètement remplacées par la méthode de production électrochimique.

Marché de la soude caustique

Production mondiale de soude caustique, 2005
Fabricant Volume de production, millions de tonnes Part dans la production mondiale
DOW 6.363 11.1
Compagnie chimique occidentale 2.552 4.4
Plastiques Formose 2.016 3.5
PPG 1.684 2.9
Bayer 1.507 2.6
Akzo Nobel 1.157 2.0
Toso 1.110 1.9
Arkema 1.049 1.8
Olin 0.970 1.7
Russie 1.290 2.24
Chine 9.138 15.88
Autre 27.559 47,87
Total: 57,541 100
En Russie, selon GOST 2263-79, les qualités suivantes de soude caustique sont produites:

TR - mercure solide (en flocons);

TD - diaphragme solide (fusionné);

RR - solution de mercure;

РХ - solution chimique;

RD - solution de diaphragme.

Nom de l'indicateur TR OKP 21 3211 0400 TD OKP 21 3212 0200 RR OKP 21 3211 0100 РХ 1 grade OKP 21 3221 0530 РХ 2 grade OKP 21 3221 0540 RD Grade le plus élevé OKP 21 3212 0320 RD Premier degré OKP 21 3212 0330
Apparence Masse mise à l'échelle couleur blanche. Faible coloration autorisée Masse blanche fondue. Faible coloration autorisée Liquide transparent incolore Liquide incolore ou coloré. Précipité cristallisé autorisé Liquide incolore ou coloré. Précipité cristallisé autorisé Liquide incolore ou coloré. Précipité cristallisé autorisé
Fraction massique d'hydroxyde de sodium, %, pas moins de 98,5 94,0 42,0 45,5 43,0 46,0 44,0
Indicateurs du marché russe de l'hydroxyde de sodium liquide en 2005-2006
Nom de l'entreprise 2005 milliers de tonnes 2006 milliers de tonnes part en 2005% part en 2006%
JSC "Kaustik" , Sterlitamak 239 249 20 20
JSC "Kaustik", Volgograd 210 216 18 18
JSC "Sayanskkhimplast" 129 111 11 9
Usoliekhimprom LLC 84 99 7 8
OAO Sibur-Neftekhim 87 92 7 8
OJSC "Khimprom", Cheboksary 82 92 7 8
VOAO "Khimprom", Volgograd 87 90 7 7
ZAO Ilimkhimprom 70 84 6 7
JSC "KChKhK" 81 79 7 6
NAK "AZOTE" 73 61 6 5
OAO Khimprom, Kemerovo 42 44 4 4
Total: 1184 1217 100 100
Indicateurs du marché russe de la soude caustique solide en 2005-2006
Nom de l'entreprise 2005 tonnes 2006 tonnes part en 2005% part en 2006%
JSC "Kaustik", Volgograd 67504 63510 62 60
JSC "Kaustik" , Sterlitamak 34105 34761 31 33
OAO Sibur-Neftekhim 1279 833 1 1
VOAO "Khimprom", Volgograd 5768 7115 5 7
Total: 108565 106219 100 100

Application

Biodiesel

Cod Lutefisk lors de la célébration de la Journée de la Constitution norvégienne

Propriétés physiques

L'hydroxyde de sodium NaOH est un solide blanc. Si vous laissez un morceau de soude caustique dans l'air, il se propage rapidement, car il attire l'humidité de l'air. La soude caustique est très soluble dans l'eau et dégage une grande quantité de chaleur. Une solution de savon à la soude caustique au toucher.

Thermodynamique des solutions

Δ H0 dissolution pour une solution aqueuse infiniment diluée -44,45 kJ/mol.

Le monohydrate cristallise à partir de solutions aqueuses à 12,3-61,8 °C (système cristallin rhombique), point de fusion 65,1 °C ; densité 1,829 g/cm³; ΔH 0 arr-425,6 kJ / mol), dans la gamme de -28 à -24 ° C - heptahydraté, de -24 à -17,7 ° C - pentahydraté, de -17,7 à -5,4 ° C - tétrahydraté (modification α), de - 5,4 à 12,3°C Solubilité dans le méthanol 23,6 g/l (t = 28 °C), dans l'éthanol 14,7 g/l (t = 28 °C). NaOH 3,5H 2 O (point de fusion 15,5°C) ;

Propriétés chimiques

(1) H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (avec un excès de NaOH)

(2) H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (sel d'acide, dans un rapport de 1:1)

(en général, une telle réaction peut être représentée par une simple équation ionique, la réaction se déroule avec dégagement de chaleur (réaction exothermique) : OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)

  • avec des oxydes amphotères qui ont à la fois des propriétés basiques et acides, et la capacité de réagir avec les alcalis, comme avec les solides lorsqu'ils sont fusionnés :

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O

et avec des solutions :

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

(L'anion résultant est appelé ion tétrahydroxozincate, et le sel qui peut être isolé de la solution est le tétrahydroxozincate de sodium. L'hydroxyde de sodium entre également dans des réactions similaires avec d'autres oxydes amphotères.)

Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3

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

L'hydroxyde de sodium est utilisé pour précipiter les hydroxydes métalliques. Par exemple, l'hydroxyde d'aluminium sous forme de gel est obtenu de cette manière en agissant avec de l'hydroxyde de sodium sur du sulfate d'aluminium dans une solution aqueuse, tout en évitant l'excès d'alcali et en dissolvant le précipité. Il est notamment utilisé pour purifier l'eau des suspensions fines.

4P + 3NaOH + 3H2O → PH3 + 3NaH2PO2.

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

Hydrolyse des esters

En raison de l'interaction des graisses avec l'hydroxyde de sodium, des savons solides sont obtenus (ils sont utilisés pour produire du pain de savon) et avec de l'hydroxyde de potassium, des savons solides ou liquides, selon la composition de la graisse.

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

Anode : 2Cl - - 2e - → Cl 2 - processus principal 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1,5O 2 + 6H + Cathodes : 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH - - processus principal ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -

Des électrodes en graphite ou en carbone peuvent être utilisées comme anode dans les électrolyseurs à membrane. A ce jour, elles ont été majoritairement remplacées par des anodes en titane à revêtement oxyde de ruthénium-titane (anodes ORTA) ou d'autres anodes à faible consommation.

À l'étape suivante, la liqueur électrolytique est évaporée et la teneur en NaOH qu'elle contient est ajustée à une concentration commerciale de 42 à 50 % en poids. conformément à la norme.

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

L'amalgame s'écoule en continu de l'électrolyseur vers le décomposeur d'amalgame. Le décomposeur est également alimenté en continu avec de l'eau hautement purifiée. Dans celui-ci, l'amalgame de sodium, à la suite d'un processus chimique spontané, est presque complètement décomposé par l'eau avec formation de mercure, d'une solution caustique et d'hydrogène:

Na + Hg + H2O = NaOH + 1/2H2 + Hg

La solution caustique ainsi obtenue, qui est un produit commercial, ne contient pratiquement pas d'impuretés. Le mercure est presque complètement débarrassé du sodium et renvoyé à l'électrolyseur. L'hydrogène est éliminé pour la purification.

Cependant, une purification complète de la solution alcaline à partir de résidus de mercure est pratiquement impossible, cette méthode est donc associée à une fuite de mercure métallique et de ses vapeurs.

Des demandes croissantes pour sécurité environnementale la production et le coût élevé du mercure métallique conduisent à remplacer progressivement la méthode au mercure par des méthodes d'obtention d'alcali à cathode solide, notamment la méthode à membrane.

Méthodes d'obtention en laboratoire

En laboratoire, l'hydroxyde de sodium est parfois produit par des moyens chimiques, mais le plus souvent, un petit électrolyseur à membrane ou à membrane est utilisé.

Marché de la soude caustique

Production mondiale de soude caustique, 2005
Fabricant Volume de production, millions de tonnes Part dans la production mondiale
DOW 6.363 11.1
Compagnie chimique occidentale 2.552 4.4
Plastiques Formose 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
Toso 1.110 1.9
Arkema 1.049 1.8
Olin 0.970 1.7
Russie 1.290 2.24
Chine 9.138 15.88
Autre 27.559 47,87
Total: 57,541 100
En Russie, selon GOST 2263-79, les qualités suivantes de soude caustique sont produites:

TR - mercure solide (en flocons);

TD - diaphragme solide (fusionné);

RR - solution de mercure;

РХ - solution chimique;

RD - solution de diaphragme.

Nom de l'indicateur TR OKP 21 3211 0400 TD OKP 21 3212 0200 RR OKP 21 3211 0100 РХ 1 grade OKP 21 3221 0530 РХ 2 grade OKP 21 3221 0540 RD Grade le plus élevé OKP 21 3212 0320 RD Premier degré OKP 21 3212 0330
Apparence Masse écaillée de couleur blanche. Faible coloration autorisée Masse blanche fondue. Faible coloration autorisée Liquide transparent incolore Liquide incolore ou coloré. Un précipité cristallisé est autorisé Liquide incolore ou coloré. Un précipité cristallisé est autorisé Liquide incolore ou coloré. Un précipité cristallisé est autorisé
Fraction massique d'hydroxyde de sodium, %, pas moins de 98,5 94,0 42,0 45,5 43,0 46,0 44,0
Indicateurs du marché russe de l'hydroxyde de sodium liquide en 2005-2006
Nom de l'entreprise 2005 milliers de tonnes 2006 milliers de tonnes part en 2005% part en 2006%
JSC "Kaustik" , Sterlitamak 239 249 20 20
JSC "Kaustik", Volgograd 210 216 18 18
JSC "Sayanskkhimplast" 129 111 11 9
Usoliekhimprom LLC 84 99 7 8
OAO Sibur-Neftekhim 87 92 7 8
OJSC "Khimprom", Cheboksary 82 92 7 8
VOAO "Khimprom", Volgograd 87 90 7 7
ZAO Ilimkhimprom 70 84 6 7
JSC "KChKhK" 81 79 7 6
NAK "AZOTE" 73 61 6 5
OAO Khimprom, Kemerovo 42 44 4 4
Total: 1184 1217 100 100
Indicateurs du marché russe de la soude caustique solide en 2005-2006
Nom de l'entreprise 2005 tonnes 2006 tonnes part en 2005% part en 2006%
JSC "Kaustik", Volgograd 67504 63510 62 60
JSC "Kaustik" , Sterlitamak 34105 34761 31 33
OAO Sibur-Neftekhim 1279 833 1 1
VOAO "Khimprom", Volgograd 5768 7115 5 7
Total: 108565 106219 100 100

Application

Biodiesel

Obtenir du biodiesel

Hydroxyde de sodium utilisé dans de nombreuses industries et pour les besoins domestiques :

  • La caustique est utilisée dans industrie des pâtes et papiers pour la délignification (procédé au sulfate) de la cellulose, dans la production de papier, carton, fibres artificielles, panneaux de fibres de bois.
  • Pour la saponification des graisses production de savons, shampoings et autres détergents. Dans les temps anciens, de la cendre était ajoutée à l'eau pendant le lavage et, apparemment, les ménagères remarquaient que si la cendre contenait de la graisse qui pénétrait dans le foyer pendant la cuisson, la vaisselle était bien lavée. Le métier de savonnier (saponaire) est mentionné pour la première fois vers 385 après JC. e. Théodore Priscianus. Les Arabes fabriquent du savon à partir d'huiles et de soude depuis le 7ème siècle, aujourd'hui les savons sont fabriqués de la même manière qu'il y a 10 siècles. Actuellement, les produits à base d'hydroxyde de sodium (avec addition d'hydroxyde de potassium, chauffés à 50-60 degrés Celsius, sont utilisés dans le domaine du lavage industriel pour nettoyer les produits en acier inoxydable des graisses et autres substances huileuses, ainsi que des résidus d'usinage.
  • À industries chimiques- pour la neutralisation des acides et des oxydes d'acides, comme réactif ou catalyseur dans les réactions chimiques, dans l'analyse chimique pour le titrage, pour la gravure de l'aluminium et dans la production de métaux purs, dans raffinage de pétrole- pour la production d'huiles.
  • Pour la fabrication de carburant biodiesel- Dérivé d'huiles végétales et utilisé pour remplacer le carburant diesel conventionnel. Pour obtenir du biodiesel, une unité de masse d'alcool est ajoutée à neuf unités de masse d'huile végétale (c'est-à-dire qu'un rapport de 9: 1 est observé), ainsi qu'un catalyseur alcalin (NaOH). L'ester résultant (principalement de l'acide linoléique) a une bonne inflammabilité en raison de son indice de cétane élevé. L'indice de cétane est une caractéristique quantitative conditionnelle de l'auto-inflammation des carburants diesel dans le cylindre du moteur (analogue de l'indice d'octane de l'essence). Si le carburant diesel minéral se caractérise par un indicateur de 50-52%, alors l'éther méthylique correspond déjà initialement à 56-58% de cétane. La matière première pour la production de biodiesel peut être diverses huiles végétales : colza, soja et autres, à l'exception de celles contenant une forte teneur en acide palmitique (huile de palme). Lors de sa production, le procédé d'estérification produit également de la glycérine, qui est utilisée dans les industries alimentaires, cosmétiques et papetières, ou transformée en épichlorhydrine selon la méthode Solvay.
  • Comme agent pour dissoudre les blocages des conduites d'égout, sous forme de granulés secs ou sous forme de gels . L'hydroxyde de sodium désagrège le blocage et facilite son déplacement plus loin dans le tuyau.
  • Pour la protection civile dégazage et neutralisation substances toxiques, y compris le sarin, dans les recycleurs (appareils respiratoires isolés (IDA) pour nettoyer l'air expiré du dioxyde de carbone.
  • L'hydroxyde de sodium est également utilisé en combinaison avec du zinc pour la concentration. Une pièce de cuivre est bouillie dans une solution d'hydroxyde de sodium en présence de granulés de zinc métallique, après 45 secondes, la couleur du sou deviendra argentée. Après cela, le sou est retiré de la solution et chauffé dans une flamme de brûleur, où il devient presque instantanément «doré». Les raisons de ces changements sont les suivantes : les ions zinc réagissent avec la soude (en déficit) pour former Zn (OH) 4 2− - qui, lorsqu'il est chauffé, se décompose en zinc métallique et précipite à la surface de la pièce. Et lorsqu'ils sont chauffés, le zinc et le cuivre forment un alliage doré - le laiton.
  • L'hydroxyde de sodium est également utilisé pour nettoyer les moules de pneus.
  • L'hydroxyde de sodium est également utilisé pour la production illégale méthamphétamines et d'autres drogues.
  • En cuisine : pour laver et éplucher les fruits et légumes, dans la production de chocolat et de cacao, de boissons, de crèmes glacées, pour colorer le caramel, pour ramollir les olives et leur donner une couleur noire, dans la production de produits de boulangerie. Inscrit comme complément alimentaire E524.
    Certains plats sont préparés à base de caustique :
    • lutefisk- un plat de poisson scandinave - la morue séchée est trempée pendant 5 à 6 jours dans de l'alcali caustique et acquiert une texture douce et gélatineuse.
    • bretzel- Bretzels allemands - avant la cuisson, ils sont traités dans une solution d'alcali caustique, ce qui contribue à la formation d'un croustillant unique.
  • En cosmétologie pour l'élimination des peaux kératinisées : verrues, papillomes.

Précautions à prendre lors de la manipulation de l'hydroxyde de sodium

L'hydroxyde de sodium est caustique et corrosif. Il appartient aux substances de la deuxième classe de danger. Par conséquent, il faut être prudent lorsque vous travaillez avec. Le contact avec la peau, les muqueuses et les yeux provoque de graves brûlures chimiques. Le contact avec les yeux provoque des modifications irréversibles du nerf optique (atrophie) et, par conséquent, une perte de vision. En cas de contact des surfaces muqueuses avec un alcali caustique, il est nécessaire de laver la zone affectée avec un jet d'eau et en cas de contact avec la peau avec une solution faible d'acide acétique. Lorsque vous travaillez avec du sodium caustique, l'équipement de protection suivant est recommandé : lunettes anti-éclaboussures chimiques pour la protection des yeux, gants en caoutchouc ou gants à surface caoutchoutée pour la protection des mains, pour la protection du corps - vêtements imprégnés de vinyle résistant aux produits chimiques ou combinaisons caoutchoutées.

La MAC de l'hydroxyde de sodium dans l'air est de 0,5 mg/m³.

Littérature

  • Technologie chimique générale. Éd. I.P. Mukhlenova. Manuel pour les spécialités chimico-technologiques des universités. - M. : Ecole supérieure.
  • Principes fondamentaux de la chimie générale, v. 3, B. V. Nekrasov. - M. : Chimie, 1970.
  • Technologie chimique générale. Furmer I. E., Zaitsev V. N. - M.: École supérieure, 1978.
  • Arrêté du ministère de la Santé de la Fédération de Russie du 28 mars 2003 N 126 "portant approbation de la liste des facteurs de production nocifs, sous l'influence desquels, à des fins préventives, l'utilisation de lait ou d'autres produits alimentaires équivalents est recommandée. "
  • Décret du médecin hygiéniste en chef de la Fédération de Russie du 4 avril 2003 N 32 «Sur la promulgation Réglementation sanitaire pour l'organisation du transport de marchandises pour transports ferroviaires. PS 2.5.1250-03".
  • Loi fédérale n° 116-FZ du 21 juillet 1997 « Sur la sécurité industrielle des installations de production dangereuses » (telle que modifiée le 18 décembre 2006).
  • Arrêté du ministère des Ressources naturelles de la Fédération de Russie du 2 décembre 2002 N 786 «portant approbation du catalogue fédéral de classification des déchets» (tel que modifié et complété le 30 juillet 2003).
  • Décret du Comité d'État du travail de l'URSS du 25 octobre 1974 N 298 / P-22 "portant approbation de la liste des industries, ateliers, professions et postes aux conditions de travail préjudiciables, travail dans lequel donne droit à un congé supplémentaire et à une durée de travail plus courte jour" (tel que modifié le 29 mai 1991).
  • Décret du ministère du Travail de Russie du 22 juillet 1999 N 26 «portant approbation des normes industrielles standard pour la distribution gratuite de vêtements spéciaux, de chaussures spéciales et d'autres équipements de protection individuelle pour les travailleurs des industries chimiques».
  • Décret du médecin hygiéniste en chef de la Fédération de Russie du 30 mai 2003 N 116 sur l'entrée en vigueur de la GN 2.1.6. air atmosphérique zones peuplées » (telle que modifiée le 3 novembre 2005).

Sodium appartient aux métaux alcalins et se situe dans le sous-groupe principal du premier groupe des PSE eux. DI. Mendeleev. Au niveau d'énergie externe de son atome, à une distance relativement grande du noyau, il y a un électron, que les atomes de métaux alcalins abandonnent assez facilement, se transformant en cations à charge unique; ceci explique l'activité chimique très élevée des métaux alcalins.

Une méthode courante pour obtenir des alcalins est l'électrolyse des masses fondues de leurs sels (généralement des chlorures).

Le sodium, en tant que métal alcalin, se caractérise par une faible dureté, une faible densité et des points de fusion bas.

Le sodium, en interaction avec l'oxygène, forme principalement du peroxyde de sodium

2 Na + O2 Na2O2

En réduisant les peroxydes et les superoxydes avec un excès d'un métal alcalin, on peut obtenir un oxyde :

Na2O2 + 2 Na 2 Na2O

L'oxyde de sodium réagit avec l'eau pour former de l'hydroxyde : Na2O + H2O → 2 NaOH.

Les peroxydes sont complètement hydrolysés par l'eau avec formation d'alcali : Na2O2 + 2 HOH → 2 NaOH + H2O2

Comme tous les métaux alcalins, le sodium est un réducteur puissant et interagit vigoureusement avec de nombreux non-métaux (à l'exception de l'azote, de l'iode, du carbone, des gaz nobles) :

Il réagit extrêmement mal avec l'azote dans une décharge luminescente, formant une substance très instable - le nitrure de sodium.

Il réagit avec les acides dilués comme un métal normal :

Avec les acides oxydants concentrés, des produits de réduction sont libérés :

Hydroxyde de sodium NaOH (alcali caustique) est une base chimique forte. Dans l'industrie, l'hydroxyde de sodium est produit par des procédés chimiques et électrochimiques.

Méthodes chimiques d'obtention :

La chaux, qui consiste en l'interaction d'une solution de soude avec du lait de chaux à une température d'environ 80°C. Ce processus est appelé caustification ; ça passe par la réaction :

Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3

Ferritique, qui comprend deux étapes :

Na2CO3 + Fe2O3 → 2NaFeO2 + CO2

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

Electrochimiquement, l'hydroxyde de sodium est obtenu par électrolyse de solutions d'halite (un minéral composé principalement de sel commun NaCl) avec production simultanée d'hydrogène et de chlore. Ce processus peut être représenté par la formule récapitulative :

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

L'hydroxyde de sodium réagit :

1) neutralisation :

NaOH + HCl → NaCl + H2O

2) échange avec des sels en solution :

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

3) réagit avec les non-métaux

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

4) réagit avec les métaux

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 3H 2 + 2Na

L'hydroxyde de sodium est largement utilisé dans diverses industries, par exemple, dans la réduction en pâte, pour la saponification des graisses dans la fabrication du savon ; comme catalyseur de réactions chimiques, dans la production de carburant diesel, etc.

Le carbonate de sodium il est produit soit sous forme de Na 2 CO 3 (carbonate de soude), soit sous forme de Na 2 CO 3 * 10H 2 O cristallin (soude cristalline), soit sous forme de bicarbonate de NaHCO 3 (soude à boire).

La soude est le plus souvent produite par la méthode ammoniac-chlorure, basée sur la réaction :

NaCl + NH 4 HCO 3 ↔NaHCO 3 + NH4Cl

De nombreuses industries consomment des carbonates de sodium : chimique, savonnerie, pâtes et papiers, textile, alimentaire, etc.

· Précautions à prendre lors de la manipulation de l'hydroxyde de sodium · Littérature & middot

L'hydroxyde de sodium peut être produit industriellement par des procédés chimiques et électrochimiques.

Méthodes chimiques pour obtenir de l'hydroxyde de sodium

À méthodes chimiques la production d'hydroxyde de sodium comprend calcaire et ferritique.

Les méthodes chimiques de production d'hydroxyde de sodium présentent des inconvénients importants: de nombreux vecteurs énergétiques sont consommés, la soude caustique résultante est fortement contaminée par des impuretés.

Aujourd'hui, ces méthodes ont été presque complètement remplacées par des méthodes de fabrication électrochimiques.

méthode à la chaux

Le procédé à la chaux pour produire de la soude consiste en l'interaction d'une solution de soude avec de la chaux éteinte à une température d'environ 80°C. Ce processus est appelé caustification ; ça passe par la réaction :

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

À la suite de la réaction, une solution d'hydroxyde de sodium et un précipité de carbonate de calcium sont obtenus. Le carbonate de calcium est séparé de la solution, qui est évaporée pour obtenir un produit fondu contenant environ 92 % de la masse. NaOH. Après que NaOH est fondu et versé dans des fûts en fer, où il se solidifie.

méthode de la ferrite

La méthode ferritique de production de soude consiste en deux étapes :

  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

La réaction 1 est le processus de frittage de carbonate de soude avec de l'oxyde de fer à une température de 1100-1200 °C. De plus, des taches de sodium se forment et du dioxyde de carbone est libéré. Ensuite, le gâteau est traité (lixivié) avec de l'eau selon la réaction 2 ; on obtient une solution d'hydroxyde de sodium et un précipité de Fe 2 O 3 *xH 2 O qui, après l'avoir séparé de la solution, est renvoyé au procédé. La solution alcaline résultante contient environ 400 g/l de NaOH. Il est évaporé pour obtenir un produit contenant environ 92% de la masse. NaOH, puis obtenir un produit solide sous forme de granulés ou de flocons.

Méthodes électrochimiques de production d'hydroxyde de sodium

On obtient électrochimiquement de l'hydroxyde de sodium électrolyse de solutions d'halite(un minéral composé principalement de sel de table NaCl) avec production simultanée d'hydrogène et de chlore. Ce processus peut être représenté par la formule récapitulative :

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

L'alcali caustique et le chlore sont produits par trois méthodes électrochimiques. Deux d'entre eux sont l'électrolyse avec une cathode solide (méthodes du diaphragme et de la membrane), le troisième est l'électrolyse avec une cathode de mercure liquide (méthode du mercure).

Les trois méthodes d'obtention du chlore et de la soude caustique sont utilisées dans les pratiques de production mondiales, avec une nette tendance à l'augmentation de la part de l'électrolyse à membrane.

En Russie, environ 35 % de toute la soude produite est produite par électrolyse avec une cathode au mercure et 65 % par électrolyse avec une cathode solide.

méthode du diaphragme

Schéma d'une ancienne cellule électrolytique à membrane pour la production de chlore et de lessive: MAIS- anode, À- des isolants, DE- cathodique, ré- espace rempli de gaz (au-dessus de l'anode - chlore, au-dessus de la cathode - hydrogène), M- diaphragme

La plus simple des méthodes électrochimiques, en termes d'organisation du processus et des matériaux de structure de l'électrolyseur, est la méthode du diaphragme pour produire de l'hydroxyde de sodium.

La solution saline dans la cellule électrolytique à diaphragme est alimentée en continu dans l'espace anodique et s'écoule à travers un diaphragme en amiante, généralement déposé sur une grille cathodique en acier, à laquelle, dans certains cas, une petite quantité de fibres polymères est ajoutée.

Dans de nombreuses conceptions d'électrolyseurs, la cathode est complètement immergée sous la couche d'anolyte (électrolyte de l'espace anodique), et l'hydrogène libéré sur la grille cathodique est éliminé sous la cathode à l'aide de conduites de gaz, sans pénétrer à travers le diaphragme dans l'espace anodique à cause du contre-courant.

Le contre-courant est une caractéristique très importante de la conception de la cellule à diaphragme. C'est grâce au flux à contre-courant dirigé de l'espace anodique vers l'espace cathodique à travers un diaphragme poreux qu'il devient possible d'obtenir séparément lessive et chlore. Le flux à contre-courant est conçu pour contrecarrer la diffusion et la migration des ions OH - dans l'espace anodique. Si le contre-courant est insuffisant, l'ion hypochlorite (ClO -) commence à se former dans l'espace anodique en grande quantité, qui peut ensuite être oxydé à l'anode en ion chlorate ClO 3 - . La formation d'ions chlorate réduit considérablement l'efficacité actuelle du chlore et constitue un processus secondaire majeur dans cette méthode de production d'hydroxyde de sodium. Le dégagement d'oxygène est également nocif, ce qui conduit en outre à la destruction des anodes et, si elles sont en matériaux carbonés, à la pénétration d'impuretés de phosgène dans le chlore.

Anode: 2Cl - 2e → Cl 2 - processus principal 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + Cathode: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - processus principal ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -

Des électrodes en graphite ou en carbone peuvent être utilisées comme anode dans les électrolyseurs à membrane. A ce jour, elles ont été majoritairement remplacées par des anodes en titane à revêtement oxyde de ruthénium-titane (anodes ORTA) ou d'autres anodes à faible consommation.

À l'étape suivante, la liqueur électrolytique est évaporée et la teneur en NaOH qu'elle contient est ajustée à une concentration commerciale de 42 à 50 % en poids. conformément à la norme.

Le sel de table, le sulfate de sodium et d'autres impuretés, lorsque leur concentration en solution dépasse leur limite de solubilité, précipitent. La solution caustique est décantée du précipité et transférée sous forme de produit fini à l'entrepôt ou l'étape d'évaporation est poursuivie pour obtenir un produit solide, suivie d'une fusion, d'un floconnage ou d'une granulation.

L'inverse, c'est-à-dire le sel de table cristallisé en un précipité, est renvoyé dans le processus, en préparant la saumure dite inverse à partir de celui-ci. De là, afin d'éviter l'accumulation d'impuretés dans les solutions, les impuretés sont séparées avant de préparer la saumure de retour.

La perte d'anolyte est reconstituée par l'ajout de saumure fraîche obtenue par lixiviation souterraine de couches de sel, de saumures minérales telles que la bischofite, préalablement purifiée des impuretés, ou par dissolution d'halite. Avant d'être mélangée à la saumure inverse, la saumure fraîche est débarrassée des suspensions mécaniques et d'une partie importante des ions calcium et magnésium.

Le chlore résultant est séparé de la vapeur d'eau, comprimé et alimenté soit pour la production de produits contenant du chlore, soit pour la liquéfaction.

En raison de sa simplicité relative et de son faible coût, la méthode du diaphragme pour produire de l'hydroxyde de sodium est encore largement utilisée dans l'industrie.

Méthode membranaire

La méthode à membrane pour la production d'hydroxyde de sodium est la plus économe en énergie, mais en même temps, elle est difficile à organiser et à exploiter.

Du point de vue des processus électrochimiques, la méthode à membrane est similaire à la méthode à diaphragme, mais les espaces anodique et cathodique sont complètement séparés par une membrane échangeuse de cations imperméable aux anions. Grâce à cette propriété, il devient possible d'obtenir des liqueurs plus pures que dans le cas de la méthode du diaphragme. Par conséquent, dans un électrolyseur à membrane, contrairement à une cellule à diaphragme, il n'y a pas un flux, mais deux.

Comme dans la méthode du diaphragme, un flux de solution saline pénètre dans l'espace anodique. Et dans la cathode - de l'eau déminéralisée. Un flux d'anolyte appauvri s'écoule de l'espace cathodique, qui contient également des impuretés d'ions hypochlorite et chlorate et de chlore, et de l'espace anodique - lessive et hydrogène, qui ne contiennent pratiquement pas d'impuretés et sont proches de la concentration commerciale, ce qui réduit les coûts énergétiques pour leur évaporation et purification.

L'alcali produit par l'électrolyse à membrane est presque aussi bon que celui produit par la méthode de la cathode au mercure et remplace lentement l'alcali produit par la méthode au mercure.

Dans le même temps, la solution d'alimentation en sel (frais et recyclé) et l'eau sont préalablement nettoyées de toutes les impuretés autant que possible. Un tel nettoyage approfondi est déterminé par le coût élevé des membranes échangeuses de cations polymères et leur vulnérabilité aux impuretés dans la solution d'alimentation.

De plus, la forme géométrique limitée et, de plus, la faible résistance mécanique et stabilité thermique des membranes échangeuses d'ions déterminent en grande partie les conceptions relativement complexes des installations d'électrolyse à membrane. Pour la même raison, les installations à membrane nécessitent les systèmes de contrôle et de gestion automatiques les plus complexes.

Schéma d'un électrolyseur à membrane.

Méthode au mercure avec cathode liquide

Parmi les méthodes électrochimiques de production d'alcalis, la plus façon efficace est l'électrolyse avec une cathode au mercure. Les alcalis obtenus par électrolyse avec une cathode de mercure liquide sont beaucoup plus propres que ceux obtenus par la méthode du diaphragme (ceci est essentiel pour certaines industries). Par exemple, dans la production de fibres artificielles, seul un caustique de haute pureté peut être utilisé), et par rapport à la méthode à membrane, l'organisation du processus d'obtention d'alcali par la méthode au mercure est beaucoup plus simple.

Schéma d'un électrolyseur au mercure.

L'installation d'électrolyse du mercure se compose d'un électrolyseur, d'un décomposeur d'amalgame et d'une pompe à mercure, interconnectés par des communications conductrices de mercure.

La cathode de l'électrolyseur est un flux de mercure pompé par une pompe. Anodes - graphite, carbone ou à faible usure (ORTA, TDMA ou autres). Avec le mercure, un flux de sel de table d'alimentation s'écoule en continu à travers l'électrolyseur.

À l'anode, les ions chlore sont oxydés de l'électrolyte et le chlore est libéré :

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

Le chlore et l'anolyte sont éliminés de l'électrolyseur. L'anolyte quittant l'électrolyseur est saturé d'halite fraîche, les impuretés introduites avec lui en sont éliminées et, en outre, lavées des anodes et des matériaux de structure, et renvoyées à l'électrolyse. Avant saturation, le chlore qui y est dissous est extrait de l'anolyte.

Les ions sodium sont réduits à la cathode, qui forment une faible solution de sodium dans le mercure (amalgame de sodium) :

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

L'amalgame s'écoule en continu de l'électrolyseur vers le décomposeur d'amalgame. Le décomposeur est également alimenté en continu avec de l'eau hautement purifiée. Dans celui-ci, l'amalgame de sodium, à la suite d'un processus chimique spontané, est presque complètement décomposé par l'eau avec formation de mercure, d'une solution caustique et d'hydrogène:

Na + Hg + H2O = NaOH + 1/2H2 + Hg

La solution caustique ainsi obtenue, qui est un produit commercial, ne contient pratiquement pas d'impuretés. Le mercure est presque complètement débarrassé du sodium et renvoyé à l'électrolyseur. L'hydrogène est éliminé pour la purification.

Cependant, une purification complète de la solution alcaline à partir de résidus de mercure est pratiquement impossible, cette méthode est donc associée à une fuite de mercure métallique et de ses vapeurs.

Les exigences croissantes en matière de sécurité environnementale de la production et le coût élevé du mercure métallique conduisent au remplacement progressif de la méthode au mercure par des méthodes de production d'alcali à cathode solide, en particulier la méthode à membrane.

Méthodes d'obtention en laboratoire

En laboratoire, l'hydroxyde de sodium est parfois produit par des moyens chimiques, mais le plus souvent, un petit électrolyseur à membrane ou à membrane est utilisé.

Messages similaires