Щелочи известны человечеству с древнейших времен. Они получили широкое распространение в процессах варки стекла, обезжиривания кож, производстве мыла, бумаги и в других отраслях. В 1736 году французский химик и ботаник Анри Луи Дюамель де Монсо впервые сумел выделить чистую соду из воды, содержащей содовую золу. До XVIII века потребность в соде удовлетворялась за счет природных ресурсов, однако в дальнейшем спрос на нее возрос, что поставил вопрос о необходимости промышленного синтеза. Русский химик Эрик Густав Лаксман связал способ получения соды с процессом взаимодействия сульфата натрия с древесным углем [1].

В 1791 году французский врач и химик-технолог Никола Леблан, независимо от метода Лаксмана, получил патент на «превращение глауберовой соли в соду». Первый содовый завод в России был открыт промышленником М. Прангом в 1864 году. В настоящее время в мировой промышленности получение гидроксида натрия или едкого натрия, (NaOH) хлора, соляной кислоты (HCl) и водорода осуществляется преимущественно методом электролиза раствора хлорида натрия.

Как отмечалось выше, каустическая сода является самой распространенной щелочью. Ежегодный объем ее мирового производства составляет порядка 56–58 миллионов тонн. Чаще всего гидроксид натрия встречается в порошкообразном виде, однако также широко применяется в форме различных растворов, получаемых химическим, ртутным или диафрагменным методами.

В различных отраслях народного хозяйства потребление перерабатываемой щелочи распределяется следующим образом: нефтехимическая промышленность — 12 %; целлюлозно-бумажная промышленность — 3 %; металлургия — 9 %; химическая промышленность — 76 %. Сферы применения гидроксида натрия:

Целлюлозно-бумажная промышленность: едкий натрий широко используется в процессах производства картона, бумаги и древесно-волокнистых плит [2].

В производстве необходимых каждому из нас мыла и шампуней также используется гидроксид натрия, он применяется для омыления жиров

Нефтеперерабатывающая промышленность использует каустическую соду в производстве масел. Гидроксид натрия используется в качестве катализатора в производстве биодизельного топлива. Канализационные трубы время от времени засоряются, каустическая сода способна успешно справиться с этой проблемой, так как во многом отмечается её способность разъедать вещества. Зачастую гидроксид натрия входит в состав гелей или сухих гранул, предназначенных для удаления загрязнений труб.

Натрий широко распространен, в основном, в виде NaCl, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ CO ₃ и других солей. Их также много в Туркменистане. Важным природным соединением натрия является поваренная соль NaCl; она служит основным сырьем для получения других соединений хлора. Важными минералами натрия являются галит — NaCl, мирабилит — Na ₂ SO ₄ · 10 H ₂ O, сильвинит — NaCl·KCl. Они содержатся в огромных количествах в морской воде, входят в основной состав всех живых организмов и прочего. В морских водах также содержится от 0,8 до 3,5 % поваренной соли.

Натрий зачастую, в виде NaCl — поваренной соли — находится не только в виде минерала, но и в больших количествах содержится во всех водах: реках, озерах, океанах и подземных водах. В виде минерала NaCl — каменная соль, галит — встречается в природе в виде отложений толщиной 100 м. В Туркменистане поваренная соль NaCl в основном имеется в Западном Туркменистане: в Джебеле, на востоке — в Койтендагском (Чаршангынском) этрапе. Другая широко распространенная соль натрия — мирабилит, глауберова соль Na ₂ SO ₄ · 10 H ₂ O. Её месторождение в Туркменистане также имеется в Гарабогазе.

NaCl — поваренная соль — используется в пищевой, рыбной промышленности, в химической промышленности: в производствах металлического натрия, едкого натра, соды, хлора и прочего, в фармацевтической промышленности; гидроксид натрия NaOH (едкий натр, каустическая сода) используется в производстве мыла, красителей, целлюлозы и других производствах; NaNO ₃ , KCl используются в продукции, необходимой для сельского хозяйства

Основным сырьем для электролитического производства гидроксида натрия выступают растворы поваренной соли (NaCl), получаемые из природных рассолов или путем растворения твердой соли. Различают три вида залежей такой соли: ископаемая соль (составляет около 99 % запасов); соляные озера, представляющие собой отложения самосадочных солей (0,77 %); остальную часть составляют подземные рассолы.

В настоящее время в мировой промышленности получение гидроксида натрия (едкого натра, NaOH), хлора, соляной кислоты (HСl) и водорода осуществляется методом электролиза раствора хлорида натрия. В основе данного метода лежат свойства водных растворов хлоридов щелочных металлов разлагаться под воздействием постоянного тока, в результате чего на электродах выделяются газообразный хлор и водород. При этом в электролитической ванне накапливается гидроксид натрия [2, 4]. Существует несколько разновидностей метода электролиза:

1. Метод с ртутным катодом;
2. Мембранный метод;
3. Диафрагменный метод.

Условия электролиза . Аноды для хлорных электролизеров должны обладать высокой химической стойкостью. Этому требованию соответствуют магнетит, диоксид марганца, углерод, графит и платина. В производстве хлора применяются графитовые аноды или аноды на основе оксидов рутения и титана. До 1970-х годов основным материалом анода был графит. Недостатком таких анодов является их значительный износ, составляющий 3,5–6,0 кг на тонну хлора, что приводит к увеличению межэлектродного расстояния и, как следствие, к росту напряжения электролиза. Диоксид углерода, образующийся в результате химического износа, загрязняет хлор. Срок службы графитовых анодов не превышает 12–14 месяцев. В последние годы графитовые аноды были заменены на ОРТА (оксидные рутениево-титановые аноды) — титановые аноды, покрытые слоем оксидов рутения и титана толщиной в несколько микрон. Скорость износа таких анодов составляет всего 0,1 г на тонну хлора, что обеспечивает срок службы от 4 до 6 лет [1, 5].

В качестве питающего раствора для процесса электролиза с катионообменной мембраной используется раствор хлорида натрия с концентрацией NaCl 300–315 кг/м³. На рисунке 1 представлена схематическая диаграмма электролитических ячеек с ионообменной мембраной.

Рис. 1. Электролитический элемент с катионообменной мембраной: 1 — анод; 2 — анодная камера; 3 — катионообменная мембрана; 4 — катодная камера; 5 — катод

В статье описана часть экспериментальных исследований, проведенных по мембранному методу производства гидроксида натрия. В результате была разработана конструкция электролизеров и в ходе многократных экспериментальных испытаний была создана оптимальная модель получения 15 %-го раствора каустической соды. Показатель pH полученного раствора составил 12.

Литература:

1. Якименко Л. М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. М. : Химия, 1974
2. Атрощенко В. И. Технология связанного азота. М. : Химия, 1969.
3. Амелин A. Г. Производство серной кислоты. М. : Химия, 1971.
4. Семенова T. А. и др. Очистка технологических газов. М. : Химия, 1977.
5. Степин Б. Д. И др. Методы получения особо чистых веществ. М. : Химия, 1969.