كيف يتم إنتاج هيدروكسيد الصوديوم؟

أولاً. نظرة عامة على المادة

يُعرف هيدروكسيد الصوديوم باسم القلويات أو الصودا الكاوية، وهو من المواد الكيميائية الأساسية الضرورية للصناعة الحديثة. الشكل الفيزيائي: قد يظهر المادة النقية على شكل مادة صلبة بلورية بيضاء وشبه شفافة، وهي highly hygroscopic بشكل كبير. توزع المنتجات الصناعية عادةً على الأشكال التالية: على شكل رقائق أو حبيبات أو كتل، وعلى شكل محلول مركز (قلوية سائلة). الخصائص الكيميائية: أبرز خصائصها هي القلوية العالية وال corrosiveness الشديدة. تذوب بسهولة في الماء مع انطلاق كمية كبيرة من الحرارة. كما أنها تتفاعل بقوة مع الأحماض (تعادلها)، وتتسبب في تحلل الدهون إلى صابون، وتحلل البروتينات، وتتفاعل بعنف مع العديد من المعادن (كالألومنيوم والزنك) وكذلك الزجاج والخزف.

ثانياً. إنتاج الـ TE التكنولوجيا

يتم إنتاج هيدروكسيد الصوديوم على نطاق واسع في العالم بشكل أساسي بالتوازي مع إنتاج الكلور، ويُشار إلى الاثنين غالبًا باسم صناعة الكلور-قلوي. ويعتمد هذا الإنتاج على عملية التحليل الكهربائي لمحلول ملحي مشبع (محلول NaCl)، حيث يتم تشكيل غاز الكلور (Cl2) عند الأنود، وهيدروكسيد الصوديوم والغاز الهيدروجيني (H2) عند الكاثود. تعتمد العمليات الرئيسية على تقنية فصل حجرة الكاثود، وتشمل:

1. خلية الغشاء:

المبدأ: يستخدم مادة خشنة من الأسبستوس (أو غشاء معدل) بين حجرتي الأنود والكاثود. تُملأ حجرة الأنود بمحلول ملحي؛ ويمر المحلول الملحي المستنفد من خلال الغشاء إلى حجرة الكاثود حيث يتم إنتاج الكلور والماء المحايد ويطلق الهيدروجين و NaOH. المنتج في حجرة الكاثود هو خليط من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وكلوريد الصوديوم (NaCl) والماء. الخصائص: تقنية متوسطة العمر ومقبولة، رأس مال منخفض. لكن محلول الهيدروكسيد الناتج يكون منخفض التركيز (حوالي 10-12%) ويحتوي على كمية كبيرة من الملح، وبالتالي يتطلب عملية تبخير وتركيز وفصل للملح ما يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة. كما أن الغشاء المصنوع من الأسبستوس يحمل مخاطر بيئية وصحية، ويتم استبداله تدريجيًا أو تحسينه.

2. خلية الغشاء ذو تبادل الأيونات：

المبدأ: يفصل بين الحجرتين باستخدام غشاء تبادل أيوني انتقائي للغاية. يسمح هذا الغشاء بانتقال أيونات الصوديوم (Na+) من حجرة الأنود إلى حجرة الكاثود، لكنه يمنع عودة أيونات الهيدروكسيد (OH-) والكلوريد (Cl-). يتم استخدام ملح صوديوم highly نقي ويتم إضافته إلى حجرة الأنود، ويتم إضافة ماء نقي (أو محلول قاعدية مخفف) إلى حجرة الكاثود. المنتجات هي محلول كاثودي (محلول NaOH) ومحلول أنودي (ماء مالح من كلوريد الصوديوم منخفض التركيز)، وكلاهما عالي النقاء. الخصائص: منتج NaOH عالي الجودة والتركيز والنقاء (محتوى ملح منخفض جدًا). استهلاك منخفض للطاقة: تقل بشكل كبير الطاقة المطلوبة للتبخير والتكثيف. صديقة للبيئة: تُلغي تمامًا مشاكل التلوث بالأسبستوس؛ كما أن جزءًا كبيرًا من الإغلاق يكون عالي الجودة، مما يؤدي إلى حدوث تسرب ضئيل جدًا. كفاءة عالية: كفاءة عالية في تيار العمل واستقرار في الأداء. الوضع: تعد هذه التقنية اليوم الخيار التكنولوجي الرئيسي للمنشآت الجديدة والرئيسية لإنتاج الكلور-القلويات في جميع أنحاء العالم.

3. خلية الزئبق

المبدأ: هي من النوع الكاثودي باستخدام الزئبق المتدفق. يتم تفريغ أيونات Na+ عند الكاثود الزئبقي مشكلة سبيكة صوديوم-زئبق تُفرغ خارج الإلكترولايزر وتُحوَّل إلى هيدروكسيد صوديوم بتركيز عالٍ وغاز H2 بواسطة جهاز التحلل الذي يُدخل إليه الماء. الخصائص: كان من المحتمل أن تُنتج قلويًا سائلًا بتركيز ونقاء عالٍ. مع ذلك، فإن وجود خطر كبير للتلوث بالزئبق، وهو ما يشكل تهديدًا جادًا للنظام البيئي والصحة البشرية، يُعد العيب الرئيسي. الوضع الحالي: تم إلغاء هذه العملية بشكل كبير على اليابسة بسبب المخاطر البيئية غير المقبولة، وانتقل جزء منها إلى عملية الغشاء.

ثالثاً. ملخص

تُعتبر أغشية تبادل الأيونات الخيار الرئيسي المتطور: فضلاً عن خصائصها التقنية والاقتصادية والبيئية الممتازة، سيطرت على السوق في تصنيع الكلور-القلوي الحديث، وهي تحقق أعلى مستوى من الإنتاجية المتقدمة في الوقت الحالي. الطريق الأساسي للمضي قدمًا يُسمى بشكل مناسب التصنيع الأخضر: إنهاء أكثر المصانع تلوثاً (مثل خلايا الزئبق)، وتحسين العمليات التقليدية (مثل استبدال الأسبستوس في الأغشية)، واستمرار تعديل تصميم الأغشية والخلايا الكهربائية لتحقيق مستويات جديدة من الكفاءة في استخدام الطاقة والمواد، هذه هي الاتفاقيات الواسعة في الصناعة.