Промышленные методы получения калия и натрия

Натрий (Na) и калий (К) в свободном виде невозможно встретить в природе. Данные щелочные металлы сходны по физическим свойствам и являются составными компонентами разных соединений, например, хлорида натрия, образующего залежи каменных солей на Донбассе, Соликамске, Соль-Илецке и других местах, а также содержащегося в морской воде. Рассмотрим, как получают натрий и калий в промышленности.

Каким способом получают калий и натрий?

Получение Na и калия производится двумя методами:

1. Восстановление из оксидов данных щелочных металлов.
2. Электролиз расплава гидроксидов.

В промышленных масштабах для получения Na и калия применяется преимущественно второй способ.

Получение калия и натрия в промышленности: особенности процессов

Итак, как получают калий в промышленности? Первый способ заключается в восстановлении данного щелочного металла из расплавленного гидроксида К или хлорида калия Na по такой формуле:

Na+KCl͢→K↑+NaCl

В результате получится сплав Na – K, для разделения которого используется перегонка.

Калий получают и способом электролизного расплава хлорида К – карбоната К. Процесс предусматривает на завершающем этапе отгонку калия из свинцового сплава.

Третий метод – восстановление NaCl при нагреве в вакууме в печи с кремнием, алюминием и карбидом кальция:

2Al+4CaO+6KCl→3CaCl₂+CaO∙Al₂O₃+6K↑

Si+4CaO+4KCl→2CaCl₂+2CaO∙SiO₂+4K↑

2KCl+CaC₂ →2K↑+CaCl₂+2C

Так проходит получение калия в промышленности. Получившийся щелочной металл производит извлечение из области реакции в форме пара, что вызывает смещение вправо химического равновесия. Полученный К для сохранения его химических и физических свойств хранят в запаянном сосуде или герметичной металлической ёмкости под керосиновым слоем.

Теперь вы знаете, каким способом получают калий, и осталось рассмотреть методы, позволяющие получить Na:

1. Электролиз расплавов, которые содержат хлорид натрия – при данном процессе на катоде (железе) происходит выделение Na, а на аноде (графите) – Сl. Конструкция электролизера (диафрагма, разделяющая пространство катода и анода) исключает взаимодействие хлора и Na, образующихся в ходе электролиза. Интересно, что использование в качестве сырья чистого NaСl не представляется возможным, поскольку разность температур плавления между натрий хлором (801) и Na (883) минимальная. Кроме того, давление насыщенного пара натрия при плавлении NaСl близко с атмосферным, что вызывает большие потери натрия в результате испарений. Используя высокие температуры, невозможно получить Na без потерь, ввиду его растворения в NaСl. Потому, к хлориду натрия вводится соль, чтобы понизить температуру плавления шихты ниже 600 градусов по Цельсию. Чаще используется расплав, который содержит 40% NaСl и CaCl для плавления при пятьсот восьмидесяти градусах Цельсия.
2. Электролиз расплава гидроксида натрия. Данный процесс проходит так: на катоде (железе) происходит выделение металлического натрия, а на аноде (никеле) – соответствующие реакции (анод: 4ОН^—– 4е^— →О₂+2Н₂О; катод: Na⁺+le^—→Na). Плюс метода – низкая температура получения Na (350 градусов по Цельсию) и возможность получить данный щелочной металл с высокой чистотой. Минус способа – дорогостоящее сырье.

Na хранится в запаянных сосудах или в герметически закрытой металлической таре под слоем керосина.

Получение калия в промышленности отличается от методов, применяемых для образования натрия из-за высокой реакционной способности первого при повышенных температурах – происходит сильная окисляемость кислородом, который растворен в расплаве.