Kako proizvesti natrijev hidroksid?

I. Pregled materijala

Natrijev hidroksid ili uobičajeno nazivan lužina, lužinasto kaustično ili natrijev hidroksid je osnovna kemijska tvar koja je neophodna modernoj industriji. Fizički oblik: čista tvar može se pojaviti u obliku bijelog, prozirnog kristalnog čvrstog tijela koje je vrlo higroskopno. Industrijski proizvodi često se distribuiraju: u obliku pločica, granula, komada, u obliku koncentriranih otopina (mokra lužina). Kemijska svojstva: glavne karakteristike su jaka alkalnost i snažna korozivnost. Vrlo dobro se otapa u vodi uz izdvajanje velike količine topline. Reaktivan je prema kiselinama (neutralizacija); sapunuje masti, otapa proteine i burno reagira s mnogim metalima (aluminij, cink itd.) kao i s keramikom i staklom.

II. Proizvodnja TE tehnologija

Natrijev hidroksid se u svijetu proizvodi skoro isključivo u kombinaciji s proizvodnjom klora, pa se zajedno često nazivaju klor-alkali industrija. Ova proizvodnja se temelji na elektrolizi zasićenog rastvora soli (rastvor NaCl), gdje se na anodi oslobađa plin klor (Cl2), a na katodi natrijev hidroksid i vodikov plin (H2). Najvažniji procesi zavise od tehnologije koja odvaja komore s katodom, uključujući:

1.Dihtni element:

Načelo: Koristi porozni azbest (ili modificiranu membranu) između anodne i katodne komore. Anodna komora puni se s rastvorom kuhinjske soli; iscrpljeni rastvor prolazi kroz membranu u katodnu komoru gdje se oslobađaju klor i neutralizirana sol, te vodik i NaOH. Katodni produkt je mješavina NaOH, NaCl i vode. Karakteristike: Tehnologija srednjih godina, nizak kapitalni zahtjev. Međutim, proizvedena lužina ima nisku koncentraciju (oko 10-12%) i visok sadržaj soli, pa je potrebna isparivati, koncentrirati i odvajati sol uz veliku potrošnju energije. Membrane načinjene od azbesta imaju rizike po okoliš i zdravlje, pa se postepeno zamjenjuju ili poboljšavaju.

2. Ion-exchange membranska ćelija:

Načelo: Odvaja dva kompartmenta uz pomoć visoko selektivne katodne membrane. Ova membrana dopušta migraciju Na iona (Na+), kada su u anodnom kompartmentu, prema katodnom kompartmentu, ali inhibira povratnu migraciju OH- i kretanje Cl-. Sola koja se koristi je visoke čistoće i dodaje se u anodnu komoru, dok se u katodnu komoru dodaje destilirana voda (ili razrijeđena lužina). Proizvodi su katolit visoke koncentracije (do 32–35% ) (otopina NaOH) i anolit (oslabljena solna otopina NaCl) visoke čistoće. Svojstva: NaOH visokog kvaliteta, visoke koncentracije i čistoće (vrlo malo soli). Niska potrošnja energije: potrebna energija za isparavanje i koncentriranje smanjuje se znatno. Okoliš: uklanja sve probleme zagađenja azbestom; veliki dio brtvljenja je visoke kvalitete, pa je curenje minimalno. Visoka učinkovitost: visoka strujna učinkovitost, stabilan rad. Status: tehnologija izbora za nove i glavne klor-alkali tvornice diljem svijeta danas.

3. Živina ćelija

Načelo: To je katodni tip koji koristi tekuću živu. Na+ ioni se ispražnjuju na živinoj katodi stvarajući natrijev amalag koji istječe iz elektrolizera i pretvara se u koncentriranu otopinu NaOH i H2 pomoću razgraditelja u koji se dovodi voda. Karakteristike: potencijalno je mogla proizvesti tekuću lužinu visoke koncentracije i čistoće. Međutim, postojanje visokog rizika od zagađenja živom, što predstavlja ozbiljnu prijetnju za ekološki sustav i ljudsko zdravlje, predstavlja glavnu manu. Današnji status: ovaj proces je u velikoj mjeri ukinut na kopnu zbog nepodnošljivih opasnosti po okoliš, a dio je prebačen na membranski proces.

III. Sažetak

Ionska izmjenjivačka membrana je današnja vodeća tehnologija: njezina izvrsna tehno-ekonomska i ekološka svojstva osigurala su joj tržišnu dominaciju u modernoj proizvodnji klor-alkalije, s najproduktivnijom-naprednom produktivnošću trenutno dostupnom. Temeljni put naprijed naziva se prikladno Zelenom proizvodnjom: odvikavanje od najopasnijih zagađivača (kao što su živini članci), usavršavanje konvencionalnih procesa (poput zamjene azbesta u dijafragmama) i daljnje prilagođavanje membrana i dizajna elektrolizera novim razinama energetske i materijalne učinkovitosti predstavljaju široki konsenzus u industriji.