Aplikasi Kimia : Pembuatan Natrium Hidroksida Skala Industri dan Aplikasinya

Pendahuluan
Natrium hidroksida (soda api) adalah produk lain dari pembuatan klorin menggunakan larutan garam dapur (Natrium klorida). Merupakan basa kuat yang murah dan banyak sekali digunakandi industri dan aplikasi lainya

Tabel Penggunaan Natrium hidroksida di USA

Tabel diatas menunjukkan penggunaan natrium hidroksida di seluruh dunia, jumlahnya bervariasi disetiap negara. Misalnya pabrik aluminium di AS hanya menggunakan  3%  sedangkan 35% digunakan untuk membuat bahan kimia organik.

Natrium hidroksida digunakan dalam banyak industri. Salah satunya adalah digunakan dalam pembuangan gas dengan cara menghilangkan asam sebelum membuang gas tersebut ke udara atau lingkungan terbuka. Misalnya gas yang dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung banyak gas belerang dioksida. Untuk menjebak gas sulfur dioksida, salah satu yang digunakan secara luas adalah menghilangkan gas tersebut dengan larutan natrium dan kalsium hidroksida. Teknik ini juga digunakan dalam proses pemurnian bahan kimia seperti pada pemurnian bauksit di bawah ini

Natrium hidroksida digunakan dalam pemurnian bijih, bauksit, sebelum bahan itu yang digunakan untuk membuat aluminium. Gambar ini menunjukkan bauksit dimurnikan diturunkan dari kapal di Islandia, dalam perjalanan ke pabrik ekstraksi aluminium.gb.Alcoa.

Penggunaan utama lain dari natrium hidroksida adalah dalam pembuatan kertas dari kayu. Dalam proses kertas yang paling sering digunakan adalah proses Kraft, kayu diperlakukan dengan larutan yang mengandung campuran antara natrium sulfida dan natrium hidroksida. Sebagian besar bahan yang tidak diinginkan dari kayu seperti lignin, larut dalam campuran larutan tersebut, sedangkan selulosa bahan utama kertas yang relatif murni dapat disaring. Dan selulosa setelah pemurnian ini  lebih lanjut menjadi dasar kertas.

Kegunaan lain termasuk produksi surfaktan, sabun dan pemutih, untuk pemutih biasanya diproduksi dengan melewatkan gas klorin ke dalam larutan natrium hidroksida, yang menghasilkan larutan yang mengandung natrium klorat (I) (natrium hipoklorit)

Natrium hidroksida digunakan dalam pembuatan bahan kimia organik, salah satu yang paling penting adalah epoxypropana (propilena oksida), yang digunakan selanjutnya untuk membuat poliuretan. Propena diperlakukan dengan klorin dalam air untuk membuat campuran 1-chloropropan-2-ol dan 2-chloropropan-1-ol. Bentuk Epoxypropane terbentuk pada penambahan larutan baik natrium hidroksida atau kalsium hidroksida.

Pembuatan natrium hidroksida

Natrium hidroksida dan klorin diproduksi bersama oleh elektrolisis natrium klorida. Deposit dari natrium klorida (garam batu) ditemukan di banyak bagian dunia. Deposit tersebut adalah natrium klorida hampir murni dan sering beberapa ratus meter (beberapa yang sampai 3000 meter) dalam tanah dengan ketebalan 30 m sampai 500 m. Deposit-deposittersebut menguap dari laut yang terperangkap dalam periode Triassic, 200 juta tahun yang lalu. Misalnya di Eropa laut memproduksi deposit meskipun tidak terus menerus,yang membentang dari Cheshire, Lancashire, Staffordshire dan Cleveland di Inggris ke Polandia. Deposit-deposit tersebut juga ditemukan di seluruh Amerika Serikat, khususnya di Louisiana dan Texas.

Tambang garam dapur

Sejumlah kecil ditambang sebagai batu garam, kebanyakan garam adalah ditambang atau diperoleh dari pemompaan air laut yang di kondisikan pada tekanan tinggi ke bidang permukaan tertentu. Sebagian dari  lagi ditambang air garam yang diproduksi dengan cara tradisional yaitu diuapkan untuk menghasilkan garam kering dengan menggunakan panas dari matahari

Air garam jenuh, sebelum dielektrolisis, dimurnikan dahulu untuk mengendapkan kalsium, magnesium dan kation yang merugikan lainya dengan penambahan natrium karbonat, natrium hidroksida dan reagen lainnya. 

Padatan tersuspensi dikeluarkan dari air garam dengan pengendapan dan penyaringan.

Ada tiga proses elektrolisis yang digunakan pada proses ini. Konsentrasi soda kaustik yang dihasilkan dari masing-masing proses juga bervariasi:

Membran Sel: caustic soda diproduksi dengan kadar kemurnian 30% (b / b). Larutan biasanya dipekatkan dengan penguapan sampai dengan kemurnian larutan 50% (b / b) menggunakan uap di bawah tekanan.

Anoda terbuat dari titanium dilapisi dengan ruthenium dioksida. Katoda nikel, sering dengan pelapisan untuk mengurangi konsumsi energi. Anoda dan katoda dipisahkan oleh membran ion-permeabel (Gambar bawah). Membran adalah permeabel untuk kation, tetapi tidak anion; memungkinkan lewatnya ion natrium klorida tetapi tidak atau ion hidroksida. Ion natrium melewati dalam bentuk terhidrasi (Na.xH2O)+, sehingga air ltertransfer, tetapi membran  kedap molekul air bebas.

Larutan natrium hidroksida meninggalkan sel dengan kemurnian konsentrasi 30% (b / b). Hal ini dikonsentrasi dengan penguapan menggunakan uap, di bawah tekanan, sampai larutan kadanya mencapai 50% (w / w), konsentrasi biasa dibutuhkan untuk kemudahan transportasi dan penyimpanan.

Sel Membran

Membran (0,15-0,3 mm tebal) merupakan polimer co-dari tetrafluoroethene (dan monomer fluorinated sama dengan kelompok anion (karboksilat dan sulfonat).

Pabrik yang ditunjukkan pada gambar bawah adalah menggunakan oksigen baru depolarized katoda, ODC, teknologi untuk menghasilkan klorin, mengikuti program penelitian besar di Jerman, yang dipimpin oleh Bayer.

Klorin diproduksi di bank ini sel membran, menggunakan teknologi terbaru yang melibatkan oksigen depolarised katoda, ODC. Foto ini menunjukkan pipa pakan diperiksa di pabrik kimia. gb.Bayer MaterialScience AG.

Ketika ion hidrogen bermigrasi ke katoda, hidrogen dibebaskan. Namun, jika oksigen dipompa ke bagian sel, hidrogen bereaksi untuk membentuk air dan tegangan yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis dikurangi menjadi sepertiga nya. Hal ini, pada gilirannya, mengurangi biaya listrik dan dengan demikian jumlah karbon dioksida yang terbentuk bisa dijadikan pembangkit listrik. Kerugiannya adalah hidrogen tidak lagi tersedia sebagai produk sampingan yang bergarga, bersama-sama dengan oksigen yang dikonsumsi sebagai bahan baku tambahan. Ada kesulitan teknis dalam menerapkan proses ini (dikenal sebagai katoda oksigen depolarised, ODC) untuk elektrolisis air garam dan ditemukan lebih mudah untuk diterapkan pada elektrolisis asam klorida encer untuk menghasilkan klorin. Pabrik komersial besar telah dibangun di China dan Jerman, dengan menggunakan teknologi ODC. Sekarang kesulitan-kesulitan ini telah diatasi dan pabrik baru telah ditugaskan yang menggunakan air garam sebagai bahan awal.

Mercury Sel: caustic soda diproduksi dengan kemurnian larutan 50% (b / b), yang merupakan konsentrasi yang paling umum dijual di pasar dunia. Beberapa dikonsentrasikan dengan penguapan 75% dan kemudian dipanaskan pada 750-850 K untuk mendapatkan natrium hidroksida padat.

Sel Diafragma Sel : Kaustik soda diproduksi sebagai larutan murni yang disebut 'diafragma sel Liquid' (DCL) dengan konsentrasi khasa antara 10-12% (b / b) natrium hidroksida dan 15% (b / b) natrium klorida. Dengan tujuan untuk menghasilkan 50% (w / w)kadar yang biasanya diperlukan, DCL harus terkonsentrasi menggunakan unit penguapan yang jauh lebih besar dan lebih kompleks daripada yang digunakan pada sistem sel membran. Sejumlah besar garam yang diendapkan selama proses ini, yang biasanya digunakan kembali untuk menghasilkan umpan air garam  jenuh ke sel. Salah satu kelebihan proses ini adalah natrium hidroksida yang dihasilkan dalam sel diafragma adalah bahwa produk tersebut memiliki sejumlah kecil (1%) garam-garam kontaminan, yang dapat membuat bahan tidak cocok untuk beberapa tujuan.