L’idrossido di sodio (soda caustica) è un co-prodotto dalla produzione del cloro, ottenuto partendo dal salgemma (cloruro di sodio), una materia prima estremamente disponibile. Questa sua origine contribuisce a rendere l’idrossido di sodio, la base forte più economica e più ampiamente utilizzata nell’industria. 

Impieghi dell’idrossido di sodio

Figura 1, Impieghi dell’idrossido di sodio

La figura 1 mostra le percentuali d’uso dell’idrossido di sodio nelle diverse industrie, a livello mondiale. In realtà tali proporzioni variano notevolmente da Paese a Paese.

Ad esempio, negli Stati Uniti l’idrossido di sodio impiegato nella produzione di alluminio rappresenta solo il 3% mentre una quota pari al 35% viene utilizzata per produrre sostanze chimiche organiche, cosa che di fatto riflette la composizione industriale degli Stati Uniti.

L’idrossido di sodio è utilizzato in un’ampia gamma di settori, come si può vedere nella Figura 1. In buone quantità è utilizzato, in ambito industriale, per rimuovere gli acidi dai gas in uscita, prima di rilasciarli nell’ambiente. Questo avviene ad esempio per i gas provenienti dalla combustione di combustibili fossili, contenenti quantità significative di anidride solforosa.

Ci sono molti modi per intrappolare l’anidride solforosa; tra questi, uno ampiamente utilizzato prevede il lavaggio del gas con una soluzione di idrossido di sodio e di idrossido di calcio. Tale tecnica è utilizzata anche nei processi di raffinazione come la purificazione della bauxite (Figura 2).

A photograph of purified bauxite being unloaded from a ship in Iceland, on its way to an aluminium extraction plant
Figura 2 L’idrossido di sodio viene utilizzato nella purificazione del minerale, la bauxite, prima di essere utilizzato per produrre alluminio. Questa immagine mostra la bauxite purificata che viene scaricata da una nave in Islanda, diretta a un impianto di estrazione dell’alluminio.
Per gentile concessione di Alcoa.

La produzione di carta dal legno è un altro settore di ampio uso di idrossido di sodio. Nel processo più utilizzato, il processo Kraft, il legno viene trattato con una soluzione contenente una miscela di solfuro di sodio e idrossido di sodio. La maggior parte del materiale indesiderato nel legno, come ad esempio la lignina, si dissolve nella soluzione, lasciando la cellulosa relativamente pura e facilmente separabile per filtrazione. Questa cellulosa, dopo un’ulteriore purificazione, va a costituire la base della carta.

Altri usi includono la produzione di tensioattivi, saponi e candeggina. Quest’ultima si ottiene solitamente facendo passare il cloro gassoso in una soluzione di idrossido di sodio, portando alla formazione di una soluzione di ipoclorito di sodio (l):

L’idrossido di sodio è ampiamente utilizzato nella produzione di prodotti chimici organici, tra i quali, uno dei più importanti è l’1,2 epossipropano (ossido di propilene), utilizzato a sua volta per produrre poliuretani.

Il propilene viene trattato con cloro in acqua per ottenere una miscela di 1-cloro-2-propanolo e 2-cloro-1-propanolo. L’ossido di propilene si forma poi con la successiva aggiunta di una soluzione di idrossido di sodio o idrossido di calcio.

Produzione annuale di idrossido di sodio

Mondo70 milioni di tonnellate1
U.S.A.11,8 milioni di tonnellate2
Europa10,7 milioni di tonnellate1
Stima dai dati per il cloro
2018 Elements of the Business of Chemistry, American Chemical Council

Produzione di idrossido di sodio

L’idrossido di sodio e il cloro sono prodotti insieme mediante elettrolisi del cloruro di sodio.

Grandi depositi di salgemma si trovano in molte parti del mondo. Questi depositi sono cloruro di sodio quasi puro e sono spesso profondi diverse centinaia di metri (alcuni arrivano fino a 3000 metri di profondità) con vene di spessore compreso tra i 30 m e i 500 m (Figura 3).

Tali depositi si sono prodotti per evaporazione di mari chiusi, durante il Triassico, circa 200 milioni di anni fa. Ad esempio, in Europa, dai mari si sono prodotti depositi che si estendono, anche se non in maniera continuativa, dalle regioni del Cheshire, Lancashire, Staffordshire nel Regno Unito fino alla Polonia. Si trovano anche in tutti gli Stati Uniti, in particolare in Louisiana e Texas. Si pensa che la domanda globale di sale sia di circa 350 milioni di tonnellate all’anno1.

  1. Sojitz Corporation, 2014
Figura 3 Sebbene gran parte del salgemma venga pompato in superficie come salamoia, una parte
viene estratta, come avviene in questo grande deposito sotterraneo nel Cheshire. Per gentile concessione della Salt Association.

Solo una piccola quantità di salgemma viene estratta tal quale. La maggior parte di essa viene estratta in soluzione, mediante pompaggio controllato di acqua ad alta pressione nella vena di sale. Una parte della salamoia estratta in questo modo viene poi lasciata evaporare per produrre sale secco.

In alternativa al salgemma, come fonte di cloruro di sodio si può utilizzare il sale marino, prodotto dall’evaporazione dell’acqua di mare.

A photograph showing salt being transferred to a large silo for storage, prior to being converted to chlorine and sodium hydroxide
Figura 4 Il sale (cloruro di sodio) viene trasferito in un grande silo per lo
stoccaggio, prima di essere convertito in cloro e idrossido di sodio. Per gentile concessione di AkzoNobel.

La salamoia satura, prima dell’elettrolisi, viene purificata per far precipitare calcio, magnesio e altri cationi dannosi mediante l’aggiunta di carbonato di sodio, idrossido di sodio e altri reagenti. I solidi sospesi vengono quindi rimossi dalla salamoia mediante sedimentazione o filtrazione.

Ci sono tre processi elettrolitici utilizzati oggi. Essi differiscono per la concentrazione della soda caustica prodotta:

  • Celle a membrana: la soda caustica viene prodotta come soluzione pura al 30% (p/p) che viene normalmente concentrata per evaporazione in una soluzione al 50% (p/p) utilizzando vapore sotto pressione.
  • Celle a mercurio: la soda caustica è prodotta come soluzione pura al 50% (p/p), che è la concentrazione più comunemente venduta sul mercato mondiale. Alcuni vengono concentrati per evaporazione al 75% e poi, ancora, riscaldati a 750-850 K per ottenere idrossido di sodio solido.
  • Celle a diaframma: la soda caustica viene prodotta come soluzione impura denominata DCL (diaphragm cell liquor) con concentrazioni tipiche del 10-12% (p/p) di idrossido di sodio e del 15% (p/p) di cloruro di sodio. Per arrivare alla concentrazione del 50% (p/p) richiesta dal mercato, il DCL deve essere inviato in unità di evaporazione che sono molto più grandi e più complesse di quelle utilizzate negli impianti con celle a membrana. Durante questo processo precipitano grandi quantità di sale, poi riutilizzato per alimentare la salamoia satura delle celle. Al termine del processo l’idrossido di sodio prodotto con celle a diaframma continua a contenere circa l’1% di sale come contaminante, cosa che lo rende non adatto per alcuni scopi.

Ultimo aggiornamento 27 novembre 2018

Edizione italiana a cura di Enrico Mongardini, Giorgia Migliorati e Valter Ballantini

Foto in alto con il permesso di Alcoa