Proceso Castner-Kellner

El proceso Castner-Kellner es un método de electrólisis en una solución acuosa de cloruro alcalino (generalmente solución de cloruro de sodio ) para producir el hidróxido alcalino correspondiente , ^{[ 1 ]} inventado por el estadounidense Hamilton Castner y el austriaco Carl Kellner en la década de 1890. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Es un tipo de proceso cloroalcalino , pero en este papel está siendo reemplazado gradualmente por la electrólisis de membrana , que tiene un menor costo energético y menos problemas ambientales. ^{[ 4 ]}

La primera patente para la electrólisis de salmuera se concedió en Inglaterra en 1851 a Charles Watt . Sin embargo, su proceso no era un método económicamente viable para producir hidróxido de sodio, ya que no podía evitar que el cloro formado en la solución de salmuera reaccionara con sus otros componentes. El químico e ingeniero estadounidense Hamilton Castner resolvió el problema de la mezcla con la invención de la celda de mercurio y obtuvo una patente estadounidense en 1894. ^{[ 5 ]} El químico austriaco Carl Kellner llegó a una solución similar casi al mismo tiempo. Para evitar una batalla legal, se asociaron en 1895 y fundaron la Castner-Kellner Alkali Company, que construyó plantas que empleaban el proceso en toda Europa. El proceso de la celda de mercurio continúa utilizándose hasta el día de hoy. ^{[ 6 ]} Las operaciones actuales de las plantas de celdas de mercurio son criticadas por la liberación de mercurio al medio ambiente ^{[ 7 ]} lo que en algunos casos provoca intoxicación grave por mercurio ( como ocurrió en Japón ). Debido a estas preocupaciones, las plantas de celdas de mercurio se están eliminando gradualmente y se está realizando un esfuerzo sostenido para reducir las emisiones de mercurio de las plantas existentes. ^{[ 8 ]}

The apparatus shown is divided into two types of cells separated by slate walls. The first type, shown on the right and left of the diagram, uses an electrolyte of sodium chloride solution, a graphiteanode (A), and a mercurycathode (M). The other type of cell, shown in the center of the diagram, uses an electrolyte of sodium hydroxide solution, a mercury anode (M), and an iron cathode (D). The mercury electrode is common between the two cells. This is achieved by having the walls separating the cells dip below the level of the electrolytes but still allow the mercury to flow beneath them.^[9]

The reaction at anode (A) is:

2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻

The chlorine gas that results vents at the top of the outside cells where it is collected as a byproduct of the process. The reaction at the mercury cathode in the outer cells is

Na⁺ + e⁻ → Na (amalgam)

The sodium metal formed by this reaction dissolves in the mercury to form an amalgam. The mercury conducts the current from the outside cells to the center cell. In addition, a rocking mechanism (B shown by fulcrum on the left and rotating eccentric on the right) agitates the mercury to transport the dissolved sodium metal from the outside cells to the center cell.

The anode reaction in the center cell takes place at the interface between the mercury and the sodium hydroxide solution.

2Na (amalgam) → 2Na⁺ + 2e⁻

Finally at the iron cathode (D) of the center cell the reaction is

2H₂O + 2e⁻ → 2OH⁻ + H₂

The net effect is that the concentration of sodium chloride in the outside cells decreases and the concentration of sodium hydroxide in the center cell increases. As the process continues, some sodium hydroxide solution is withdrawn from center cell as output product and is replaced with water. Sodium chloride is added to the outside cells to replace what has been electrolyzed.

• Electrochemical engineering
• Castner Medal
• Chloralkali process

• Animación que muestra el proceso de la celda de mercurio.
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