Informe de Obtención de sodio por método electroquímico PDF

Preview

Summary

informe downs...

Description

Obtención de sodio por medio electroquímico

Dominique Rojas Donatila Milachay Sección 801

Introducción a la industria química

● Resumen ejecutivo: El sodio tiene la particularidad al igual que los otros elementos, de no encontrarse de forma natural en la biosfera, por lo cual es necesario el proceso de downs, es un proceso de electrólisis del cloruro de sodio, donde se separan de elementos del compuesto por medio de electricidad, (reacción de transferencia de electrones), a través de un ánodo y cátodo. El método de downs para la producción de sodio comercial consta de un aparato que está constituido por una caldera de hierro, en cuyo interior se encuentra un ánodo de grafito y cátodos de hierro. Que, al aplicar corriente, se obtiene sodio como metal y cloro gaseoso, a través de la siguiente reacción: 2NaCl → 2Na+ + 2ClAlgunas de sus aplicaciones del sodio metálico: ● ● ●

● ●

●

En la fabricación de desodorantes (en combinación con ácidos grasos). En la purificación de metales fundidos. La aleación Na K, es un material empleado para la transferencia de calor además de desecante para disolventes orgánicos y como reductor. A temperatura ambiente es líquida. El sodio también se emplea como refrigerante. Se emplea también en la fabricación de células fotoeléctricas. Los óxidos Na2O generados por combustión controlada con oxígeno se utilizan para intercambiar el dióxido de carbono por oxígeno y regenerar así el aire en espacios cerrados (p. ej. en submarinos). El sodio metálico también se emplea en los laboratorios en la desecación de disolventes.

Impactos medioambientales y sociales: ●

●

● ●

El sodio metálico es utilizado para preparar plomo-tetraetilo (PbEt 4) sustancia utilizada como aditivo en las gasolinas debido a su poder antidetonante. Actualmente está en desuso, pues el plomo es muy contaminante y estas gasolinas emiten plomo. El sodio, aleado con un 78% de potasio, origina una aleación líquida a temperatura ambiente y con un alto punto de ebullición, utilizada como refrigerante de reactores nucleares: conduce bien el calor y los metales no se transforman por efecto de la radiación. Utilizado en la reducción de ésteres orgánicos y en la preparación de compuestos orgánicos. El ion Na+ es muy importante para los seres vivos, para la transmisión del impulso nervioso, el mantenimiento del volumen celular, etc. La gente que padece diarrea u otras molestias que implican un aumento de las necesidades de sal, requieren una dieta rica en sodio, mientras, las personas con enfermedades del corazón, se recomienda una dieta pobre en sodio.

En Chile, Tarapacá, se encuentran canchas de acopio de K+S Chile donde ingresa sal de roca a una cadena para ser procesado que su fin es llegar a consumidores o servir de insumo para diversas industrias. La empresa también se dedica a la electrólisis de sal Cloruro de Sodio (NaCl), y así abarcar más productos y usos.

Introducción a la industria química

●

Descripción del proceso (Método de Downs)

El sodio como metal se obtiene por fabricación a través del proceso Downs, en el que el cloruro de sodio se electroliza en el estado de fundición. Dicha electrólisis se lleva a cabo en una celda cilíndrica con un ánodo central de grafito y cátodos circundantes de acero. Una mezcla de cloruro de calcio y cloruro de sodio se utiliza para atenuar el punto de fusión y reducir la temperatura de trabajo. Aunque el cloruro de calcio tiene un punto de fusión único de aproximadamente 772°C, cuando el 67% de calcio cloruro se mezcló con 33% de calcio cloruro, la fusión punto será ser alrededor de 580°C.Y que es precisamente este bajo punto de fusión que se posee la mezcla que hace que comercialmente factible como un proceso. ●

Entrada de cloruro de sodio sólido: La materia prima, el cloruro de sodio entra en estado sólido, para posteriormente fundirse y electrolizarse en la celda cilíndrica donde se encuentra un ánodo central de grafito y un cátodo de acero circundante.

●

Cátodos de acero circular: Electrodos negativos de la celda que atraen a los iones de sodio (+). Los cátodos se vuelven negativos debido a la acción de un generador que bombea electrones en él. El ion sodio tiene carga positiva, por este motivo es que atrae a los electrones. Aquí también ocurre la semirreacción de reducción del sodio. 2Na+(l) + 2e- → 2Na(l)

Introducción a la industria química ●

Ánodo de grafito: Electrodo positivo de la celda, que atrae a los iones de cloro (-), El ion cloro tiene carga negativa, por este motivo es que es atraído por el electrodo positivo y se forma gas. Aquí también ocurre la semirreacción de oxidación del cloro. Que posteriormente se elimina 2Cl-(l) → Cl2 (g) + 2e●

Salida de sodio líquido: El sodio debido a su baja densidad (en comparación a la densidad del agua) flota y es extraído para su posterior uso.

●

Salida de cloro gaseoso: El cloro se desprende como gas por tuberías y se almacena para su posterior uso o desecho.

●

Productos y subproductos: El sodio metálico es necesario para la síntesis y formación de muchos derivados del sodio, con dos usos principales, especialmente la extracción de metales diferentes. Siendo la forma más simple de obtener otros metales, algo menos comunes tales como torio, circonio, titanio, etc., mediante la reducción de diferentes compuestos de sodio. Como un ejemplo, que podemos obtener de titanio por la reducción de cloruro de titanio (IV) con sodio metálico a través de la siguiente reacción: TiCl4 (l) + 4 Na (s) → Ti (s) + 4 NaCl(s)

Introducción a la industria química Otro uso importante del sodio metálico es como aditivo de la gasolina. En Estados Unidos está prohibido el PTE, tetraetilo de plomo, como aditivo en las gasolinas, debido a que es tóxico, además de que contamina el aire, pero aun así se utiliza en muchos países con la disposición de aumentar el octanaje en las gasolinas de menor coste. El PTE se sintetiza aprovechando la reacción entre el plomo-sodio (aleación) y el cloruro de etilo. Otro producto es el cloro gaseoso, que es peligroso ya que puede causar asfixia rápida debido a la deficiencia de oxígeno. Se debe almacenar y usar con una ventilación adecuada, por lo cual es necesario usar tuberías y equipos diseñados adecuadamente para resistir las presiones que se deben encontrar, no trabajar en un sistema cerrado, usar un dispositivo preventivo de flujo de retorno en la tubería. Eliminación del producto: ●

En caso de fuga o derrame, restrinja el acceso al área, retire las fuentes de ignición, utilice un traje protector de una sola pieza Nivel A (encapsulado) fabricado en nylon recubierto con butilo o Tychem 10000 así como un equipo de respiración autónomo de aire con presión a demanda (SCBA). Trate de controlar el derrame proveniente del contenedor, cierre válvulas, tapone orificios, reacomode el contenedor, trasvase el recipiente, etc. Procure que la fuga de cloro sea en forma de gas, para lo cual gire el cilindro o contenedor. Coloque el equipo de emergencias para control de fugas de acuerdo con el tipo de recipiente de que se trate: cilindros, contenedores o carro tanque. Estos equipos son los conocidos como KIT A, B o C respectivamente.

●

Para la eliminación, disponga del material desecho en una instalación aprobada para el tratamiento, y disposición de desechos, el contenido/recipiente debe cumplir de acuerdo con leyes federales, estatales y locales. No disponga del desecho en la basura normal ni en los sistemas de drenaje.

Impactos en la ecología: ●

●

AIRE: No hay suficiente evidencia del impacto ambiental del cloro como tal en el aire (atmósfera), no así de los derivados clorados como los freones que destruyen la capa de ozono, etc. AGUA: El cloro se hidroliza rápidamente en el agua formando ácido hipocloroso y ácido clorhídrico. El cloro libre (Cl2, HClO y ClO) reacciona rápidamente con compuestos orgánicos presentes sobre todo en aguas residuales. Esta reacción produce cloruros, compuestos orgánicos oxidados tales como cloraminas, trihalometanos, oxígeno, nitrógeno, cloratos, bromatos y bromo-orgánicos. Concentraciones de hasta 0.05 – 0.15 mg/litro provocan cambios significativos en la composición de especies del fitoplancton marino.

Introducción a la industria química ●

●

●

●

AGUA PARA BEBER: El cloro gas o sales de Hipoclorito añadido al agua potable destruye todo microorganismo en 20 minutos a concentraciones de 0.03 a 0.06 mg/litro a rangos de pH de 7.0 a 8.5 y temperaturas de 4 a 20° C. Las redes de suministro de agua potable aplican cloro a concentraciones de 1 a 29.7 mg/litro para mantener niveles de cloro residual de 0.2 a 6 mg/litro, sin que se haya observado efectos adversos en la salud humana. El agua para beber se vuelve de mal sabor a concentraciones de cloro arriba de 25 ppm. SUELO: El cloro reacciona con todos los componentes químicos del suelo formando cloruros que, dependiendo de su solubilidad, son fácilmente lavados con agua. Un derrame de cloro líquido pudiera congelar temporalmente la zona de suelo afectada. FLORA Y FAUNA: El cloro es altamente tóxico para los seres vivos (plantas y animales), sobre todo para los de medio acuático, (peces y microorganismos). La TLm en pasto es de 0.22 mg/litro en 96 horas y en fitoplancton de 0.14 mg/litro en 24 horas. La toxicidad aguda en plantas se manifiesta por amarillamiento y defoliación. No existe potencialidad de factores de bioacumulación o bioconcentración.

Discusión y comentarios: Uno de los productos más peligrosos para el medio ambiente es el gas cloro, debido a que la exposición prolongada a concentraciones bajas de cloro puede agravar problemas de asma, enfisema, bronquitis crónica, tuberculosis, baja en la capacidad pulmonar, daño crónico a la garganta, corrosión de dientes y senos nasales, así como dermatitis crónica. El límite de exposición al cloro establecido es de 0.5 ppm ó 1.5 mg/m3. Los órganos presentan toxicidad aguda y crónica en humanos con respecto al tracto respiratorio y sangre, y en animales es sistema inmunológico, sangre, sistema cardiovascular y tracto respiratorio. No se han observado efectos adversos en humanos ingiriendo agua con cloro a concentraciones de 50 a 90 ppm (1.4 a 2.6 mg/kg/día). La EPA establece para una dosis experimental en humanos de 14.4 mg/kg/día una RfD de 0.1 mg/kg/día. Debido a esto encontramos indispensable contar con un sistema de neutralización en caso de fugas del gas, también consideramos que se debe mantener una distancia moderada, entre la planta y las comunidades aledañas, además del personal, que debe contar con los correctos elementos de protección personal (EPP), como un respirador con cartuchos para gases, evitando futuros daños o agravar enfermedades....