A
soda cáustica é fabricada atualmente, através de dois processos, o Processo de
Solvay e o Processo Eletrolítico.
PROCESSO SOLVAY
O Processo Solvay consiste num processo para produção de carbonato de
sódio a partir do cloreto de sódio por ação do dióxido de carbono sobre
salmoura amoniacal. No processo forma-se hidrogenocarbonato de sódio, que é
convertido no carbonato por ação do calor.
O Processo de Solvay (ou processo
da amônia-soda), das tentativas de baratear a produção de Na2CO3 produzida pelo
processo de através do uso da reação total:
2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 +
CaCl2
O
processo é muito mais complicado do que o sugerido pela reação total, e para
complicar ainda mais a situação a reação é reversível e apenas 75% do NaCl é
convertido em produto. O primeiro estágio do processo é a purificação da
salmoura saturada, que então reage com a amônia gasosa. A salmoura amoniacal é
carbonatada em seguida com CO2, formando NaHCO3. Este é
insolúvel na salmoura por causa do efeito do íon comum, podendo ser separado
por filtração. Por aquecimento à 150ºC, o bicarbonato NaHCO3 se
decompõe em carbonato anidro Na2CO3 (chamado na indústria de “soda leve”, por
que é um sólido com baixa densidade, 0,5g/cm³). A seguir o CO2 é
removido por aquecimento da solução, sendo o gás reciclado para o processo
anterior, a amônia NH3, é removida por adição de álcali (solução de cal em
água), sendo reaproveitada também. A cal (CaO) é obtida por aquecimento de
calcário (CaCO3), que também fornece o CO2
necessário. Quando a cal (CaO) é misturada com a água forma-se Ca(OH)2.
NH3+
H2O + CO2 → NH4.HCO3
NaCl
+ NH4.HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3 → (150ºC) Na2CO3 +
CO2 H2O
CaCO3 →
(1100ºC em forno de cal) CaO + CO2
CaO +
H2O → Ca(OH)2
2 NH4
+ Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2
+ 2H2O
Desse modo os materiais consumidos são NaCl e CaCO3, havendo além do
produto desejado, Na2CO3, a formação do
subproduto CaCl2. Há poucos usos para o CaCl2, e só uma
parte é recuperada da solução, sendo o restante desprezado. O principal uso do
Na2CO3 é a indústria de vidro, o que requer a “soda
pesada” Na2CO3. H2O. Para a sua obtenção a
“soda leve”, obtida pelo processo de Solvay, é recristalizada com água quente.
PROCESSO ELETROLÍTICO
O processo eletrolítico, a eletrolise
da salmoura, foi descrita pela primeira vez por Cruickshank, mas só em
1834 Faraday desenvolveu as leis da eletrólise. A primeira aparelhagem
industrial a base de eletrólise foi instalada em 1891 na cidade de
Frankfurt (Alemanha), na qual uma célula eletrolítica era preenchida,
eletrolizada, esvaziada, a seguir novamente enchida, e assim por diante. A primeira instalação
industrial na empregar uma célula contínua de diafragma foi provavelmente
aquela idealizada por Le Seur em Romford, em 1893; surgiram as células de
Castner em 1896. Em todas essas células empregava-se amianto como um
diafragma para separar os compartimentos do ânodo e do cátodo. Com a
adição constante de salmoura, havia uma produção contínua de NaOH e Cl2.
Na Eletrólise da salmoura, ocorrem reações tanto no ânodo como no cátodo.
Ânodo: 2Cl- → Cl2 +
2e
Cátodo: Na + e → Na
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Se os produtos se misturarem, ocorrem reações secundárias:
2NaOH + Cl2 → NaOCl
+ H2
ou
2OH + Cl2 →2OCl +
H2
e no ânodo pode ocorrer, até certo ponto, outra reação:
4OH →2H2O + 4e
Agora veremos como
são as células de diafragma e a célula de cátodo de mercúrio.
Para
manter separados os gases H2 e Cl2 (produzidos
nos eletrodos), usa-se um diafragma poroso de amianto. Se os gases H2
e Cl2misturarem-se, reagirão e a reação será explosiva. Na luz do
dia (e ainda mais com a exposição direta à luz solar) ocorre uma reação
fotolítica, que produz átomos de cloro. Estes provocam uma explosiva reação em
cadeia.
O diafragma
também separa os compartimentos do ânodo e do cátodo. Isso diminui
a possibilidade de reação entre o NaOH, produzido no compartimento do cátodo,
com o Cl2, produzido no compartimento do ânodo. Diminuí
assim a possibilidade de ocorrer uma reação secundária que leva a formação de
hipoclorito de sódio NaOCl. Contudo, alguma quantidade de hidróxido de
sódio ou de OH pode difundir para o outro compartimento, e isso inibido
mantendo-se o nível do eletrólito mais alto no compartimento do ânodo que no
compartimento do cátodo, com o que passa a haver um pequeno fluxo positivo do
compartimento do ânodo ao do cátodo. Traços de oxigênio são formados em
outra reação secundária. O oxigênio reage com os eletrodos do carbono,
destruindo-os gradualmente, com a formação de CO2.
Menos que a
metade do NaCl é convertido em NaOH, obtendo-se usualmente uma mistura de
11% de NaOH e 16% NaCl. Essa solução é concentrada num evaporador quando
cristaliza uma considerável quantidade de NaOH, levando a solução final contendo
50% de NaOH e 1% de NaCl.. Para a maioria das aplicações industriais, o
produto é vendido como solução.
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| Célula de diafragma industrial para a produção de cloro e hidróxido de sódio. |
Referência
bibliográfica:
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