Procesos Electrolíticos: Celda de Diafragma y Celda de Mercurio en la Industria
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Celda de Diafragma
Se denomina celda de diafragma porque la parte catódica se mantiene separada de la anódica mediante un diafragma compuesto por varias capas de asbesto. Está formada por varios ánodos de grafito con forma de barras y un cátodo con forma de parrilla de hierro.
Este método utiliza una solución purificada y saturada de NaCl que ingresa continuamente por la parte superior. Para su funcionamiento, se aplica una diferencia de potencial de 4 voltios, generando una corriente que provoca que los iones cloruro se desplacen al ánodo, donde se oxidan para formar cloro gaseoso, el cual se recolecta, trata y almacena.
En el cátodo, aunque existen iones H+ y Na+, solo reacciona el hidrógeno debido a que posee un potencial de reducción más positivo. El hidrógeno formado se libera debajo del diafragma. En la zona del cátodo se forma lejía de sosa, que contiene también cloruro de sodio. Esta solución se recolecta para su posterior tratamiento y almacenamiento. El hidrógeno obtenido presenta una pureza del 95%.
Reacciones Químicas
- Ánodo: 2Cl- → Cl2 + 2e-
- Cátodo: 2H2O + 2e- → 2OH- + H2
Concentración de NaOH
La lejía obtenida en este método tiene una concentración del 12% y contiene sal residual. Dado que el NaOH comercial suele tener una concentración del 50%, es necesario añadir una etapa de concentración mediante un evaporador de triple efecto.
Celda de Mercurio
La celda de mercurio utiliza este metal como cátodo, lo cual facilita el proceso. Se construye con una inclinación para permitir que el mercurio fluya lentamente por la celda. El ánodo es de grafito y, a diferencia del método anterior, no requiere diafragma.
El sistema se alimenta continuamente con una solución saturada y purificada de NaCl y opera con una diferencia de potencial de 4,6 voltios. El cloro se recolecta por la parte superior. La característica principal de este sistema es que el ion Na+ se reduce en el cátodo formando una amalgama con el mercurio, la cual sale de la celda hacia un equipo de separación.
La separación se realiza haciendo pasar la amalgama por una torre de grafito y tratándola con agua; de esta manera, y por diferencia de densidad, se separa el mercurio elemental.