Álcalis, Fabricación de QUÍM.

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Química

Los á. industriales más importantes son los carbonatos e hidróxidos (v.) de sodio y potasio. El carbonato sódico, obtenido de las cenizas de plantas marinas, se confundió durante largo tiempo con el carbonato potásico, procedente de las cenizas de plantas terrestres, y ambos recibieron la denominación de alqili, palabra árabe que denota su procedencia de las cenizas de plantas barrilleras. Duhamel du Monceau (1736) reconoció la diferencia entre los dos y llamó á. mineral al de sodio y d. vegetal al de potasio. Más tarde se denominó al de sodio natrón, soda o sosa, y al de potasio, kali, potash o potasa.

Carbonato sódico. Se obtenía antiguamente por lixiviación de las cenizas de unas plantas barrilleras muy abundantes en nuestro litoral mediterráneo, hasta que, en 1786, Leblanc lo logró comenzando por descomposición del cloruro sódico con ácido sulfúrico. Esta descomposición se considera como la desencadenante de la industria química en el mundo. El conjunto de reacciones que tienen lugar en el proceso es:

2CINa+S04H2 > 2S04Na2+2C1H S04Na2+C SNa2+4CO SNa2+C03Ca SCa+C03Na2

El procedimiento Leblanc pudo imponerse cuando se consiguió la recuperación del azufre del SCa, para obtener ácido sulfúrico, que volvía al ciclo, al tiempo que se pudo dar salida al CIH subproducto, a base de oxidarlo a cloro. Hoy ya no tiene interés industrial. Actualmente, todo el carbonato sódico se fabrica por el procedimiento Solvay, que comprende las etapas siguientes:

1) Una disolución de cloruro sódico se descompone con otra de bicarbonato amónico, según la reacción: 2CINa+C03HNH4 <=> C03HNa+2CINH4

El precipitado de C03HNa se separa de la disolución de CINH4 por filtración.

2) El bicarbonato sódico por calefacción pasa a carbonato sódico y da una corriente de COZ puro y húmedo, que se recupera:

2CO3HNa > C03Na2+C02+H20

3) La disolución de cloruro amónico se descompone con una disolución de lechada de cal en caliente, para regenerar el amoniaco que se utilizó como bicarbonato amónico:

2CINH4+Ca(OH7) > 2NH3+H20+C12Ca

La disolución acuosa de C12Ca resultante es un residuo de difícil aplicación.

4) La cal necesaria para la reacción anterior se produce por calcinación del carbonato cálcico:

C03Ca > CaO+C02.

5) El COZ procedente de los ciclos 2 y 4 se une con el amoniaco del ciclo 3 y el agua, para regenerar la disolución de bicarbonato amónico del ciclo 1:

C02+NH3+H20 <=> C03HNH4 La reversibilidad de la reacción del ciclo 1 obliga a emplear disoluciones de CINa y C03HNH4 salmueras

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de la máxima concentración, en principio, y exceso de una de ellas, la más barata, que es el CINa. La necesidad de filtrar el precipitado impone que la reacción se efectúe a temperatura de 30° C para que el C03HNa cristalice en grano suelto.

El carbonato sódico se utiliza en jabonería, papelería, blanqueo, industria textil y para preparar compuestos inorgánicos. Una destacada aplicación químicoindustrial es su caustificación con cal para obtener sosa cáustica.

Carbonato potásico. Se podría obtener por métodos semejantes a los descritos para el carbonato sódico; no se han llegado a industrializar por ser su consumo insuficiente para las grandes capacidades propias de tales métodos. El método Solvay resulta inadecuado por la mayor solubilidad del bicarbonato potásico respecto al bicarbonato sódico. Por ello se ha propuesto emplear trimetilamina en vez de amoniaco método de Orlieb y Muller. En la práctica industrial se prefiere fabricar la potasa por métodos especiales más sencillos, aunque el costo sea algo mayor. Se utilizan el método Engel, que consiste en hacer reaccionar C02 sobre una salmuera de CIK en que hay C03Mg en suspensión, y principalmente la carbonatación de disoluciones concentradas de potasa cáustica, obtenidas por electrólisis de disoluciones de CIK. El carbonato potásico se utiliza como fertilizante y para fabricar jabón y vidrios especiales (v. VIDRIO, INDUSTRIA DEL).

Hidróxido sódico (sosa cáustica). Dos procedimientos pueden competir en su fabricación: la caustificación de las lejías (v.) de C03Na2 y la electrólisis de disoluciones acuosas de ClNa. La reacción de caustificación es:

C03=+2Na++Ca+++20H <=> C03Ca+Na++20HSe opera a unos 1000C para facilitar la velocidad de la transformación y la filtrabilidad del precipitado de carbonato cálcico. La electrólisis del cloruro sódico en disolución acuosa es el método hoy óptimo para la obtención de cloro concentrado; como subproductos se obtienen la sosa cáustica y el hidrógeno. Hay dos variantes: con cátodo de hierro y con cátodo de mercurio. El primero se justifica por la pequeña sobretensión que presenta al ion H+ que es el catión que se descarga. El ánodo es de grafito o de magnetita aglomerada, que resiste bastante bien la acción del cloro gaseoso al desprenderse en él, mientras que la sosa diluida 12% y codisuelta con cloruro sódico, se descarga por el fondo de la cuba electrolítica. Estas lejías se concentran al vacío, en evaporadores de múltiples efectos, hasta el 50%, para separar la mayoría del ClNa, y después se evaporan a sequedad, para obtener la sosa cáustica sólida, en escamas o fundida.

Para evitar las reacciones secundarias que tienen lugar y que son perjudiciales por consumir producto útil o corriente y/o por impurificar la disolución de sosa o el gas cloro, además de desprenderse oxígeno en el ánodo, que lo destruye e impurifica al cloro, hay que operar con salmuera saturada y purificada, a temperatura de 70° C, con pequeñas conversiones CINaNaOH y dispositivos diafragmas para impedir la. difusión.

Entre las células de diafragmas de tipo vertical, pueden citarse las de HargreavesBird, AllenMoore, de Nora, Nelson, Krebs y la de Hooker, muy extendida en EE. UU. Una muy difundida en Europa es la SiemensBilliter de diafragma horizontal.

Las células con cátodo de mercurio aprovechan el que el H+ tiene una sobretensión mayor frente al mercurio que el Na+, por lo que éste, al descargarse, forma la amalgama de sodio, la cual pasa a una torre de contacto donde reacciona con agua, para formar H2, NaOH del 5070% y mercurio que se recicla a la célula. Este tipo de célula requiere una salmuera muy purificada, libre de iones Ca++, Mg++, Fe... y S04=, una amalgama diluida 0,2% de Na y una buena agitación. Consume más energía eléctrica que las de diafragma, pero produce una sosa cáustica más concentrada y más pura, por lo que los gastos de evaporación son menores. Para todos los tipos de células, la tensión varía de 3,5 a 4 V y el rendimiento de corriente es del 95%.

En el estado actual de la técnica, el juego de costes fijos y variables hace preferibles, en general, las células de diafragma a las de mercurio en instalaciones de gran producción, pues entonces la economía de calor para la evaporación es grande por la economía del sistema de múltiple efecto, siempre que la pureza de la sosa obtenida no sea requisito primordial. En cambio, en instalaciones medias y pequeñas y especialmente cuando se necesita sosa pura fabricación de viscosa el método del mercurio parece ser el preferible.

La industria electrolítica del CINa solucionó los abastecimientos de cloro y los de sosa cáustica, en competencia esta última con la producida por la vía solvaycaustificación. Modernamente, las posibilidades enormes abiertas al cloro por las síntesis petroquímicas han provocado una demanda mundial de este elemento mucho mayor unas cuatro veces que la de la sosa. De aquí que la electrólisis tienda a producir unos excedentes de NaOH que no son absorbibles por el mercado, razón por la que la investigación químicoindustrial ha tratado de poner a punto métodos de producción de cloro, sin sosa, a partir del CINa.

Hidróxido potásico (potasa cáustica). Se prepara por métodos iguales a los de la sosa cáustica y se emplea en jabonería, preparación del carbonato potásico y en la depuración de gases industriales para eliminar de los mismos el C02, el SH2 y la humedad.

V. t.: HIDRÓXIDOS.

A. VIÁN ORTUÑO, A. SEGURA ARIAS.

BIBL.: T. P. Hou, The Manufacture of Soda, Nueva York 1942 E. R. RIEGEL y l. A. KENT, Química Industrial, Barcelona 1964; A. REGNER, Electrochemical Process in Chemical Industries, Praga 1957; K. WINNACKER y E. WEINGAERTNER, Tecnología Química, 1, Barcelona 1954.