Indústria de cloro e álcalis

1. Introdução

Cloro e álcalis são materiais intimamente relacionados, uma vez que, em um mesmo processo, são obtidos a soda cáustica e o cloro, que como subprodutos podem gerar uma família bastante importante, como a barrilha (carbonato de sódio), o hipoclorito de sódio, o ácido clorídrico e o dicloroetano. Especificamente, a indústria de cloro e álcalis compreende a fabricação de três produtos de base: o hidróxido de sódio, o cloro e o carbonato de sódio (todos obtidos a partir da mesma matéria prima: o cloreto de sódio).

O NaOH e o cloro, como citado acima, são obtidos simultaneamente pela eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura). O NaOH é o álcali mais utilizado na indústria, e o gás cloro também é um produto químico industrial de grande importância.

Já o carbonato de sódio é estudado em conjunto por dois motivos: primeiro, porque ele pode substituir o hidróxido de sódio em muitas de suas aplicações industriais, como na fabricação de papel, sabões e detergentes; e em segundo lugar porque o Na2CO3 pode ser convertido facilmente em NaOH (e vice-versa) pelo processo “cal-soda cáustica”. Desse modo, conforme a demanda e custos relativos do carbonato de sódio e do hidróxido de sódio, a reação reversível pode ser deslocada em um ou outro sentido.

Esses três produtos químicos são classificados como “produtos químicos pesados”, pois são produzidos industrialmente em grande quantidade. Estão nas vizinhanças do ácido sulfúrico e da amônia quanto ao montante do valor do respectivo consumo. As aplicações são tão diferentes que é difícil haver um bem de consumo que, num certo estágio da sua fabricação, não tenha dependido do cloro e dos álcalis.

Houve um tempo em que a demanda de soda cáustica era muito maior do que a de cloro, de modo que as indústrias produtoras não sabiam o que fazer com o excesso de cloro produzido, pois, ao contrário do hidrogênio, não é um gás combustível, e não pode ser lançado na atmosfera. Chegou-se até mesmo a introduzir cloro, sob pressão, em cilindros de ferro, os quais eram jogados no mar. Porém, hoje o consumo de cloro nas indústrias orgânicas (plásticos, etc) é extraordinário, e tende a aumentar. Como consequência, chegará o dia em que as indústrias de cloro não saberão o que fazer com a soda cáustica excedente.

A indústria de cloro e álcalis produz cloro e álcalis por electrólise de uma solução salina. As principais tecnologias aplicadas à produção de cloro e álcalis são a electrólise de célula de mercúrio, de diafragma (amianto) e de membrana.

2. Cloro

O cloro é um elemento da família dos halogênios. O cloro, gasoso ou líquido, não é explosivo ou inflamável, mas ele pode suportar a combustão, e reage com muitas substâncias. O cloro é pouco solúvel em água. O cloro gás tem um odor característico e penetrante, uma coloração amarela-esverdeada e é cerca de duas vezes e meia mais pesado que o ar. Assim, se o cloro vaza de um recipiente ou de uma instalação, a tendência é que ele se concentre nos níveis mais baixos do prédio ou da área de ocorrência do vazamento.

O cloro líquido é de cor âmbar (amarelo escuro), e é cerca de uma vez e meia mais pesado que a água. Sob pressão atmosférica, a temperatura de ebulição é de 34° Celsius negativos (-34 ° C) e congela aproximadamente a 101 graus negativos (-101° C). Um volume de cloro líquido, quando evapora, produz cerca de 460 volumes de gás. Embora o cloro seco (gás ou líquido) normalmente não reaja ou corroa alguns metais, como cobre ou aço carbono, ele é fortemente reativo (extremamente corrosivo) quando há umidade presente.

2.1 Propriedades químicas

a) sendo muito eletronegativo, o cloro ataca a maior parte dos metais. Estas reações são muito vivas, havendo liberação de luz e calor (combustão, onde o cloro é o comburente). Será tanto mais viva quanto mais eletropositivo for o metal.

Reage também com ametais, como o fósforo e o iodo, formando tricloreto ou pentacloreto de fósforo e cloreto de iodo.

b) reage com o hidrogênio (reação fotoquímica), formando o gás clorídrico (HCl). Se a mistura for feita na ausência de luz, não há reação, e na presença de luz solar direta, a reação é explosiva.

c) reage com água formando ácido clorídrico e ácido hipocloroso (água de cloro).

d) reage com soda cáustica a quente, formando cloreto e clorato de sódio.

e) desloca bromo e iodo em brometos e iodetos, e oxida cloretos de metais e ametais de

Nox inferiores, como cloreto ferroso e estanoso, entre outros.

2.2 Aplicações

- fabricação de PVC;

- solventes clorados;

- agroquímicos;

- branqueamento da celulose;

- tratamento de água potável e de piscinas;

- remédios;

- agente alvejante.

A tabela a seguir apresenta os principais produtores de cloro no Brasil, e as técnicas empregadas em cada empresa.

Tabela 1 – Principais produtores de cloro

2.3 Produção de Cloro (Cl2)

O cloro foi descoberto por C.W.Scheele em 1774, através da oxidação do ácido clorídrico com dióxido de manganês, de acordo com a reação geral a seguir:

4HCl + MnO2  2Cl2 + Mn2+ + 2H2O

Esse pesquisador também descreveu as propriedades alvejantes do cloro, o que acabou levando a uma demanda de cloro e de hidróxido de sódio em larga escala para uso na indústria têxtil. Naquele tempo não existia uma indústria química, e as empresas produziam seus próprios produtos. O primeiro problema se referia à obtenção do HCl, que passou a ser produzido pelo processo Leblanc. Embora o processo agora seja obsoleto, merece uma descrição, pois trata-se do primeiro processo industrial em grande escala usado na Europa. Ele foi utilizado durante quase todo o século 19, e ilustra a necessidade de considerar as matérias – primas necessárias, como podem ser obtidas, e o uso comercial de todos os produtos obtidos, justificando sua venda.

NaCl