Fabricação da soda cáustica

A soda cáustica hoje em dia é fabricada, por dois processos, o Processo de Solvay, e o Processo Eletrolítico.
Falarei do Processo de solvay. Que é uma tentativa de baratear a produção de Na2CO3(Soda cáustica).
Usando a reação total: 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2
Porém apenas 75%do NaCl é convertido em produto. O primeiro estagio do Processo de Solvay é a purificação da salmoura saturada, que reage com amônia gasosa.
A salmoura amoniacal é carbonatada em seguida com CO2, formando NaHCO3.
NaHCO3 é insolúvel na salmoura, podendo ser separado por filtração.
Por aquecimento à 150ºC, o bicarbonato NaHCO3 se decompõe em carbonato anidro Na2CO3.
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.
Exemplificando:

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

Logo, os materiais consumidos são NaCl e CaCO3, assim formando além do Na2CO3 (soda cáustica), tambem CaCl2.
Existem poucos usos para o CaCl2, e a maioria do produto é desprezado.
O principal uso do Na2CO3 é na industria de vidro, que requer "soda pesada"(Na2CO3)+ H2O, para a obtenção de "soda leve".

Produção Industrial de Hidróxido de Sódio (Soda Cáustica)

            A Soda Cáustica é produzida por dois processos

1-Processo de Solvay-

Criado por Ernest Solvay, no século XIX; se baseia na insolubilidade do bicarbonato de sódio em meios alcalinos e temperaturas baixas. Neste processo usa-se do carbonato de cálcio e também de amônia (reciclado durante o processo).

Na primeira etapa a salmoura é saturada de NH₃, de forma a, além dos íons sódio e cloreto, gerar em solução amônia e hidroxila, segundo a reação:

Em seguida, injeta-se CO₂ na solução, de forma que ocorram as seguintes reações, resultando em NaHCO₃, que, nas condições do processo, precipita.

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O NaHCO3 é então filtrado da solução e aquecido até a calcinação, de forma a produzir o Na2CO3.

Processo Eletrolítico –

Foi descrita pela primeira vez por Cruickshank, mas só foi desenvolvida por Faraday em anos depois.  A primeira indústria se baseava em uma célula eletrolítica que era preenchida, eletrolizada, esvaziada e depois preenchida novamente.

Produção industrial de Soda Cáustica

A soda cáustica ou hidróxido de sódio é um sólido branco, higroscópico, e muito corrosiva. Devido a sua reatividade a soda cáustica é caracterizada de base forte, onde é utilizada para neutralizar ácidos fortes, alcalinizar meios reacionais mesmo em poucas concentrações, e lavagem de gases.

Atualmente a Soda Cáustica é fabricada através de dois processos: o Processo de Solvay e o Processo Eletrolítico.        

            O Processo de Solvay (ou  processo da amônia-soda) tem como 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. 

 

1º estágio: purificação da salmoura saturada, que então reage com a amônia gasosa.

 

2º estágio: 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.

 

3º estágio: aquecendo 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).

 

4º estágio: remover o CO2 por aquecimento da solução e a amônia NH3 por adição de álcali (solução de cal em água), ambos sendo reaproveitados para o processo anterior. 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 na 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.

            

 

        O processo eletrolítico,

a eletrolise da salmoura foi descrita pela primeira vez por Cruickshank, mas só em 1834  Faraday desenvolveu as leis da eletrólise. Naquele tempo era muito restrito o uso da eletrólise, porque as únicas fontes de energia elétrica para realizá-las eram as baterias primárias. Essa situação mudou em 1872, quando Gramme inventou o dínamo. Em todas essas células (e também em muitas células modernas) 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 mesma época, Castner e Kellner (um americano que trabalhava na Inglaterra e um austríaco que trabalhava em Viena, sucessivamente) desenvolveram e patentearam versões semelhantes da célula de cátodo de mercúrio, em 1897.

           

        Os dois tipos de células, o de diafragma e o cátodo de mercúrio, permanecem em uso. Os primeiros equipamentos de eletrólise produziam cerca de 2 toneladas de cloro por dia; as instalações modernas produzem 1000 toneladas por dia.

             Na Eletrólise se 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

 

 

Sob o efeito de uma corrente elétrica que passe entre dois eletrodos (o ânodo e o cátodo), ocorre a dissociação das moléculas do cloreto de sódio e da água, o que resulta em  cloro de um lado (sobre o ânodo) e hidrogênio e soda cáustica líquida do outro lado (sobre o cátodo).

NaCl+H₂O → Eletricidade → NaOH+1/2Cl₂↑+1/2H₂↑

          

Fabricação Industrial de Alumínio

O alumínio é um metal que não é encontrado naturalmente na crosta terrestre, portanto é preciso ser fabricado. Para a obtenção do material, são necessários minérios, principalmente a Bauxita, com pelo menos 30% de Alumina (Al₂O₃), que é extraída por meio do processo Bayer.

1: Processo Bayer

Nesse processo, a bauxita é transformada em pequenos fragmentos, e misturada a uma solução de Hidróxido de Sódio (NaOH), formando NaAl(OH)₄. Logo após, há a clarificação, que separa os resíduos que não foram solubilizados e os descarta. O NaAl(OH)₄, na próxima etapa, é resfriado, ocorrendo a seguinte equação:

Na etapa final do processo, a calcinação, a alumina é desidratada, criando cristais puros, arenosos e brancos, o Óxido de Alumínio (Al₂O₃) e vapor d’água:

Após a criação do Óxido de Alumínio, ele é dissolvido em Criolita fundida (Na₃AlF₆) e Fluoreto de alumínio (AlF₃). Com essa mistura é feita uma eletrólise e, na redução, é criado o Alumíno Metálico (Al). Tal processo também é conhecido como Processo de Héroult-Hall.

2: Eletrólise do Alumínio