176104117-Hidroxido-de-Sodio.pdf

Industrias de Procesos

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco

HIDROXIDO DE SODIO El Hidróxido de Sodio es Sodio es una sustancia incolora e higroscópica que se vende en forma de trozos, escamas, hojuelas, granos o barras. Se disuelve en agua con fuerte desprendimiento de calor y la disolución acuosa se denomina lejía de sosa . Tanto la sosa cáustica como la lejía atacan la piel.

En su mayor parte la sosa cáustica y la lejía de sosa se obtienen en la electrólisis cloro- álcali. álcali. Sin embargo, se obtiene una pequeña parte por caustificación caustificación de Carbonato de Sodio. Se calienta una solución de Carbonato de Sodio con la cantidad correspondiente correspondiente de cal apagada (Hidróxido de Calcio) así precipita el Carbonato de Calcio insoluble y en la solución queda Hidróxido de Sodio. De este método se obtiene el nombre de sosa cáustica para el Hidróxido de Sodio. Na2CO3 + Ca(OH)2  CaCO3  + 2 NaOH

MÉTODOS DE OBTENCIÓN ELECTRÓLISIS CLORO-ÁLCALI: Los productos principales de la electrólisis de Cloruro de Sodio, Cloro y sosa cáustica ya estaban asociados con anterioridad, pues ambos están en relación con la fabricación de sosa por el método Le Blanc. El Cloro se obtenía del Ácido Clorhídrico, producto secundario del método Le Blanc, la sosa cáustica a partir del producto principal, la sosa misma.

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

MÉTODO LE BLANC:

1- 1- A partir de Cloruro de Sodio y Ácido Sulfúrico se obtienen Sulfato de Sodio y Cloruro de Hidrógeno. 2 NaCl + H2SO4



Na2SO4 + 2 HCl



2- El 2- El Sulfato de Sodio se reduce con coque y se calcina con caliza, así se obtiene Carbonato de Sodio, Sulfuro de Calcio y Dióxido de Carbono. Na2SO4 + CaCO3 + 2 C  Na2CO3 + CaS + 2 CO2 3- 3- Por extracción con agua pueden separarse el Carbonato de Sodio (soluble) y el Sulfuro de Calcio (insoluble). 4- 4- El Carbonato de Sodio puede tratarse con cal apagada para obtener una solución de Hidróxido de Sodio. Na2CO3 + Ca(OH )2 CaCO3  + 2 NaOH Al pasar al método de Solvay fue preciso obtener Cloro a partir de otras fuentes de Ácido Clorhídrico, sin que se alterase el cuadro en lo que se refiere a la sosa cáustica. MÉTODO SOLVAY: 1- 1- Haciendo pasar Amoníaco y Dióxido de Carbono (gaseosos) por una solución saturada de Coluro de Sodio se forma Carbonato ácido de Sodio y 

Cloruro de Amonio (ambos insolubles). NaCl + NH3 + CO2 + H2O  NaHCO3 + NH4Cl 2- El 2- El Carbonato ácido de Sodio se separa de la solución por filtración y se transforma en Carbonato de Sodio por calcinación: 2 NaHCO3  Na2CO3 + H2O + CO2 3- 3- El Cloruro de Amonio obtenido se hace reaccionar con Hidróxido de Calcio y se recupera Amoníaco.

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MÉTODO LE BLANC:

1- 1- A partir de Cloruro de Sodio y Ácido Sulfúrico se obtienen Sulfato de Sodio y Cloruro de Hidrógeno. 2 NaCl + H2SO4



Na2SO4 + 2 HCl



2- El 2- El Sulfato de Sodio se reduce con coque y se calcina con caliza, así se obtiene Carbonato de Sodio, Sulfuro de Calcio y Dióxido de Carbono. Na2SO4 + CaCO3 + 2 C  Na2CO3 + CaS + 2 CO2 3- 3- Por extracción con agua pueden separarse el Carbonato de Sodio (soluble) y el Sulfuro de Calcio (insoluble). 4- 4- El Carbonato de Sodio puede tratarse con cal apagada para obtener una solución de Hidróxido de Sodio. Na2CO3 + Ca(OH )2 CaCO3  + 2 NaOH Al pasar al método de Solvay fue preciso obtener Cloro a partir de otras fuentes de Ácido Clorhídrico, sin que se alterase el cuadro en lo que se refiere a la sosa cáustica. MÉTODO SOLVAY: 1- 1- Haciendo pasar Amoníaco y Dióxido de Carbono (gaseosos) por una solución saturada de Coluro de Sodio se forma Carbonato ácido de Sodio y 

Cloruro de Amonio (ambos insolubles). NaCl + NH3 + CO2 + H2O  NaHCO3 + NH4Cl 2- El 2- El Carbonato ácido de Sodio se separa de la solución por filtración y se transforma en Carbonato de Sodio por calcinación: 2 NaHCO3  Na2CO3 + H2O + CO2 3- 3- El Cloruro de Amonio obtenido se hace reaccionar con Hidróxido de Calcio y se recupera Amoníaco.

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2 NH4Cl + Ca(OH)2  2 NH3 + 2 H2O + CaCl2 4- 4- El Hidróxido de Calcio se produce en la misma fábrica por calcinación de Carbonato de Calcio (piedra caliza) y así se produce el Dióxido de Carbono necesario en la ecuación 1. CaCO3  CaO + CO2 En 1888 se descubrió el método del diafragma y se realizó la primera electrólisis técnica Cloro-álcali. El método de Griesheim Griesheim se extendió triunfalmente por todo el mundo y fue piedra fundamental para nuevos desarrollos técnicos de procesos electroquímicos (obtención de Aluminio, Magnesio, Sodio, etc.). Desde entonces, Cloro y sosa cáustica están íntimamente unidos, y el aumento en consumo de uno de ellos se traduce en exceso de producción del otro. Por ejemplo, cuando después de la primera guerra mundial, aumentó abruptamente el consumo de sosa cáustica para la industria de la seda artificial, el empleo del Cloro producido resultó un problema insoluble e hizo necesario la búsqueda de nuevos campos de aplicación para el Cloro. Esta búsqueda fue coronada con tal éxito que, desde hace unos treinta años, la situación ha cambiado por completo y el ulterior desarrollo de la electrólisis Cloro-álcalis está hoy subordinado a las necesidades de Cloro. ELECTRÓLISIS EN FASE FUNDIDA POR EL MÉTODO DE DOW: (Gráfico 1) En la célula, revestida con ladrillos de chamota, (1) el ánodo de grafito (A) penetra por la parte inferior, mientras el cátodo de hierro (B) rodea al ánodo anularmente. a nularmente. El espacio catódico está separado por ambos lados del resto de la célula mediante una tela metálica. Sobre el ánodo hay una campana (C), que capta el Cloro gaseoso, depositado en el ánodo (A) para que no se ponga en contacto con el Sodio

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fundido. Así se puede obtener separadamente Sodio fundido y Cloro gaseoso. El Sodio flota sobre el Cloruro de Sodio fundido, sobre el cátodo (B), de dónde se extrae y se pasa a un depósito colector (D). La producción del fundido tiene lugar en el depósito superior (E), por encima de la campana, dónde se va cargando continuamente Cloruro de Sodio sólido. 2 NaCl  2 Na + Cl2 MÉTODO DEL DIAFRAGMA: (Gráfico 2) La célula horizontal en el método del diafragma, la célula Billiter (2) está separada por el diafragma (A), que frecuentemente es formado por varias capas de asbesto, en un espacio anódico (B) y otro espacio catódico (C). También aquí se emplean como ánodos electrodos de grafito y como cátodo parrillas de Hierro. El electrolito es una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio (3) que entra continuamente por la parte superior. Mediante la aplicación de una corriente continua de unos cuatro voltios los iones Cloruro van al ánodo, se descargan, se unen para dar moléculas y abandonan en forma de gas el espacio anódico por (F). De los iones Na + y H+ presentes en el cátodo se descargan solamente los últimos por su potencial de separación más positivo. El Hidrógeno se recoge por debajo del diafragma y se extrae por (D). En el espacio catódico queda una solución de lejía de sosa que contiene Cloruro de Sodio; unos 120 g de Hidróxido de Sodio y unos 140 g de Cloruro de Sodio. La disolución se extrae por (E). Unas 50 a 100 células se unen para constituir una batería. 2 NaCl + 2 H 2O  2 NaOH + Cl2 + H2

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ELECTRÓLISIS CLORO ÁLCALI (Gráfico 1) –

(falta el diagrama o dibujo )

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MÉTODO DE DIAFRAGMA (Gráfico 2) (falta el diagrama o dibujo )

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MÉTODO DE LA AMALGAMA: (Gráfico 3) En la célula, algo inclinada hacia un lado (4), el ánodo consta también de varios electrodos de grafito (A) mientras el cátodo lo constituye el Mercurio (B) que cubre el suelo y que fluye en él lentamente. La célula no tiene diafragma. El electrolito es también aquí una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio que entra continuamente por (C). Se trabaja con corriente contínua con 4,6 voltios y el Cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (D). Los iones Sodio se descargan en el cátodo de Mercurio y rápidamente forman con él la amalgama de Sodio que fluye fuera de la célula con un contenido en Sodio de alrededor de 0,2 % (E). Por medio de una bomba (F) se hace pasar la amalgama a un depósito (G), una torre rellena con grafito en la que se produce la descomposición de la amalgama con agua, con producción de Mercurio, lejía de sosa (H) e Hidrógeno (I). El Mercurio puro se recoge en el fondo de la torre y se bombea (J) de nuevo a la célula de electrólisis. 2 Na + Hg2 + 2 H2O  2 NaOH + Hg2 + H2 TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE ELECTRÓLISIS: (Gráfico 4 y 5) El Hidrógeno producido en los métodos de diafragma y de la amalgama es de 95 %. La mayor parte de las veces se saca con Ácido Sulfúrico concentrado y mediante compresores (5) se le almacena en botellas de acero (6) si no se tiene para él la aplicación en fábricas propias. La lejía de Sosa del método de diafragma es solamente del 12 % y contiene mucho Cloruro de Sodio. Se la concentra fuertemente en evaporadores de múltiple efecto (7), con lo que la mayor parte de Cloruro de Sodio precipita y se separa por centrifugación (no dibujado). La lejía de Sosa purificada de ésta manera es de 50 % y contiene todavía 2 % de Cloruro de Sodio. Si se requiere de mayor pureza debe recurrirse a un tratamiento de cristalización, el cuál es muy laborioso.

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En el método de la amalgama se obtiene una lejía de sosa muy pura, completamente exenta de Cloruro de Sodio y otras impurezas, con una concentración de 50 %, que se puede aumentar fácilmente hasta un 75 %. La lejía de sosa de 50 % se vende como tal (8) o se evapora hasta obtenerla sólida y se envasa en barriles (9). El Cloro se liquida y se expende en vagones tanques a presión (10) o en botellas de acero. El Sodio metálico, procedente de la electrólisis en fase fundida, no necesita más purificación y se envasa en latas (11) o barriles herméticos para su distribución al comercio. MÉTODO DE LA AMALGAMA (Gráfico 3) (falta el diagrama o dibujo )

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TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE ELECTRÓLISIS (Gráfico 4) (falta el diagrama o dibujo ) PRODUCTOS TERMINADOS (Gráfico 5)

(falta el diagrama o dibujo )

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CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBPRODUCTOS OBTENIDOS CLORO Es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Es dos veces más pesado que el agua y su punto de fusión es – 100,9 oC . Se disuelve moderadamente en agua y es uno de los elementos más reactivos. Debido a su 

gran reactividad no existe en estado elemental en la naturaleza. Los metales no nobles, son atacados formando Cloruros. Mezclado con Hidrógeno forma una mezcla detonante. El Cloro tiene muchas aplicaciones en la industria química, para la fabricación de disolventes, aditivos de la gasolina, plásticos, fibras químicas, líquidos refrigerantes, etc. HIDRÓGENO Elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro e inodoro. Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos de todas las 

sustancias, a excepción del Helio. El Hidrógeno líquido, obtenido por primera vez por el químico británico James Dewar en 1898 , es incoloro (excepto en capas gruesas, que tienen un aspecto azul pálido). Si se deja evaporar rápidamente bajo poca presión se congela transformándose en un sólido incoloro. El Hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera. El hidrógeno reacciona con una gran variedad de elementos no metálicos. También se combina con ciertos metales como Sodio y Litio, formando hidruros. Actúa como agente reductor de óxidos metálicos como el Óxido de Cobre, extrayendo el Oxígeno y dejando el metal en estado puro. Industrialmente se producen grandes cantidades de Hidrógeno a partir de los combustibles gaseosos. El Hidrógeno se separa del vapor de agua, del gas natural y del gas de hulla, bien por licuación de los demás componentes del gas, o bien por conversión catalítica del Monóxido de Carbono en Dióxido

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de Carbono, que resulta fácilmente extraíble. El Hidrógeno es un producto derivado importante en muchas reacciones de electrólisis. Se emplean grandes cantidades de Hidrógeno en la elaboración del Amoníaco y en la síntesis de Alcohol Metílico. La hidrogenación de aceites para producir grasas comestibles, la de la hulla para producir petróleo sintético, y la que tiene lugar en el refinado del petróleo, requieren grandes cantidades de Hidrógeno. Es el gas menos pesado que existe y se ha utilizado para inflar globos y dirigibles. Sin embargo, arde fácilmente y varios dirigibles, como el Hindenburg, acabaron destruidos por incendios de Hidrógeno. El Helio, que tiene un 92% de la capacidad de elevación del Hidrógeno, y además no es inflamable, se emplea en su lugar siempre que es posible. También se usa el Hidrógeno en sopletes para corte, fusión y soldadura de metales. 

SODIO:

Es un elemento metálico blanco plateado, extremamente blando y muy reactivo. Es uno de los metales alcalinos de la tabla periódica. El sodio elemental es un metal tan blando que puede cortarse con un cuchillo. Tiene una dureza de 0,4. Se oxida con rapidez al exponerlo al aire y reacciona violentamente con agua formando hidróxido de sodio e hidrógeno. Tiene un punto de fusión de 98 °C, un punto de ebullición de 883 °C y una densidad relativa de 0,97. Su masa atómica es 22,9898. Sólo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos como Cloruro de Sodio. El Sodio ocupa el séptimo lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Es un componente esencial del tejido vegetal y animal.

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APLICACIONES La sosa cáustica tiene muchas aplicaciones en la industria química, principalmente en forma de lejía de sosa, que se prepara donde ha de usarse y en cualquier concentración deseada por disolución en agua de la sosa sólida. Como campos principales de empleo citaremos: industrias de algodón, seda artificial, plásticos, textiles y de jabón, en la fabricación de diversos productos químicos, etc.

ALMACENAJE Y TRANSPORTE Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente con el Dióxido de Carbono del aire, formando Carbonato de Sodio: 2 NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O Se envasa herméticamente en tambores y así se la amacena y distribuye. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. El aluminio no puede emplearse, porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato, pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras, porque tanto trocitos de sólido como gotas de solución atacan rápidamente los ojos.

IMPORTANCIA DE LA CONTAMINACIÓN POR MERCURIO Este tema es de mayor importancia debido a su peligrosidad y se encuentra en relación con un método de obtención de Hidróxido de Sodio. Éste es el método de la Amalgama descripto anteriormente. El vapor de mercurio y sus sales solubles en agua corroen las membranas del organismo. El envenenamiento progresivo, que se da al ingerir durante

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largos periodos pequeñas cantidades del metal o de sus sales liposolubles, en especial el metilmercurio, llega a provocar daños irreversibles en el cerebro, hígado y riñón. A causa del aumento de la contaminación del agua, se han encontrado cantidades significativas de mercurio en ciertas especies de peces, creciendo la preocupación por los vertidos incontrolados del metal a las aguas. Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg es a través de su metilación, que corresponde a la formación de un compuesto organometálico. En el caso concreto del mercurio, se forma el metil-mercurio, CH 3Hg+, el cual, al igual que otros compuestos organometálicos, es liposoluble. En consecuencia, estos compuestos presentan una elevada toxicidad, puesto que pueden atravesar fácilmente las membranas biológicas y, en particular, la piel, y a partir de aquí, la incorporación del metal en la cadena trófica está asegurada. La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un fenómeno geoquímico relativamente importante. El metilmercurio es un compuesto mucho más tóxico que el mercurio. El vapor de mercurio elemental liberado en la atmósfera, es oxidado a Hg++ mediante ozono, energía solar y vapor de agua. Una vez formado, el mercurio iónico Hg ++ es arrastrado de la atmósfera por las lluvias y depositado sobre ambientes terrestres y acuáticos donde es convertido en metil mercurio en el suelo. El metil mercurio puede ser fácilmente transportado del suelo al medio acuático. También se pierde Mercurio durante todo el proceso y dicho Mercurio termina en los ríos, en donde es fácilmente tomado por los peces y es al menos 100 veces más tóxico que el Hg metálico.

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Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata, en el sur del Japón, se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata", provocada por el consumo de pescado y mariscos contaminados con metil mercurio, debido al paso de Hg ++ a metilmercurio por acción bacteriana. La producción de metil-Hg por bacterias y su liberación en el medio acuático es un mecanismo de defensa que protege los microbios del envenenamiento de Hg. La metilación bacteriana movilizó el Hg almacenado en los sedimentos de la bahía. Este mercurio procedía de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg como catalizador y vertía los residuos en la Bahía.

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Por todo esto, cuando se trabaja con Mercurio debe tenerse el cuidado de que todo resto de amalgama sea recuperada y almacenada en recipientes cerrados e inmersos en solución fijadora de película radiográfica evitando la liberación de vapores de Mercurio.

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CLORO - SODA  Principales

productores de Cloro-Soda en el País

En la actualidad, diez establecimientos producen cloro – soda en la Argentina. La capacidad instalada está evaluada en tn/año al 31/12/2002 Las toneladas de soda cáustica están medidas en base seca.

Productor

Ubicación

Proceso

Prod. Cloro

De

Río Tercero (Cba) Pilar (Bs. As.)

Celdas de cátodo de Hg

1200 T/a

Prod Soda

14400 T/a

Mendoza

Jujuy Río (Cba)

Tercero

Santa Fe

Celdas de cátodo de Hg Celdas de membrana Cátodo membrana

Bahía Blanca (Bs. As.)

Cátodo de Hg

de

53000 T/a

18500 T/a 163000 T/a

está realizando un proyecto de reemplazo de su tecnología actual por una de membranas de última generación (Mitsui Co) que le permitirá incrementar un 70% su capacidad instalada. La inversión total es de 18 millones de dólares y se prevé su puesta en marcha en 2005.

de

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prevé ampliar la capacidad instalada a 45000 ton Cloro/año durante 2003.

Las principales empresas nacionales productoras de Hidróxido de Sodio son:  

ATANOR S.A. Munro - Buenos Aires PAMCOR S.A. Rio Tercero. Productos de cloro, soda cáustica, hipoclorito de sodio, acido clorhidrico,

QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C. y F. RUTA 8 KM. 60 PARQUE INDUSTRIAL PILAR. PROVINCIA BS. AS. 



KEGHART S.A. Empresa ubicada en la Ciudad de Luján de Cuyo en la provincia de

Mendoza, dedicada a la producción y comercialización de Acido Clorhídrico, Soda Cáustica e Hipoclorito de Sodio.  

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco  Métodos

empleados actualmente para la producción

Ventajas e inconvenientes. En el comercio se utilizan tres tipos de celdas electrolíticas para cloro y productos alcalinos: Celda de membrana

Celda de diafragma ordinaria

Celda de mercurio

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En cada una de estas celdas el objetivo es aislar por separado los productos obtenidos de la reacción electrolítica. Las celdas electrolíticas usadas para la producción de soda cáusticas se clasifican en tres clases:  Diafragma

(grado comercial)  Mercurio (grado rayón)  Membrana El nivel de las impurezas en la cáustica está directamente relacionado con el tipo de procesos. Muchos productores de hipoclorito usan cáustica producida por celdas de diafragma por el costo es bajo. Desafortunadamente este tipo de cáustica tiene un elevado contenido de impurezas. La cáustica producida por celdas de membrana y mercurio es más costosa pero tiene menor contenido de impurezas. El primer aspecto de calidad de la soda son las impurezas. En la soda cáustica los iones metálicos de transición (Fe, Cu y Ni) son solubles y más probablemente presentes como sales de sodio de varios complejos aniónicos. Sin embargo si la soda cáustica es diluida, se puede presentar formación lenta de precipitados de composición desconocida. TIPOS DE CELDAS ELECTROLÍTICAS: 

Celdas de Mercurio: Se fundamentan en la propiedad del sodio de

formar con mercurio (cátodo), una amalgama líquida, que se descompone con el agua en NaOH (dilución al 50%), H2 y Hg. El Cloro se desprende en el ánodo. Ecológicamente, las electrólisis con cátodos de Hg han sido acusadas de contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. Actualmente la técnica moderna ha puesto ánodos dimensionalmente estables construidos en titanio,

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recubiertos de metales nobles, que proporcionan una economía en el consumo energético y permiten obtener cloro mas puro, sin contaminación con CO2 y otras materias cloradas. Los efluentes (líquidos y gaseosos) son desmercurizados. Es importante mantener las emisiones de Hg lo mas bajas posibles ya que es tóxico en baja concentración. VENTAJAS: Alta concentración de NaOH; alta pureza de Cl2 e H2; purificación simple de la salmuera; no necesita evaporar para concentrar el NaOH DESVENTAJAS: Usa Hg; alto costo de operación y protección ambiental; grandes superficies ocupadas; mucho consumo de energía. Celdas de Diafragma: En este tipo de celda, los compartimientos anódicos y catódicos están separados por una lámina porosa llamada diafragma. El Cl se desprende en el ánodo, mientras que el H2 y la solución alcalina de NaOH (10-12%) se generan en el cátodo. Aunque consumen menos 

energía que las de Hg, para obtener una solución de NaOH comercial (50%), es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual, proceso muy costoso. Además, poseen el inconveniente ecológico-sanitario de usar amianto para la construcción del diafragma. La soda cáustica obtenida, no alcanza el grao de pureza necesario para determinadas aplicaciones. VENTAJAS: bajo consumo de energía. DESVENTAJAS: Usan asbesto; alto costo de concentración por la evaporación de agua; baja pureza de la soda; baja calidad de cloro; celdas sensibles a las variaciones de presión. 

Celdas

de

Membrana:

Fabricadas

a

base

de

polímeros

perfluorosulfónicos y permeable sólo a los cationes Na+ y H+, impidiendo el paso de aniones Cl- y HO-. Se obtienen soluciones de NaOH de concentración superior al 30%, de alta pureza. Tienen la ventaja sobre las celdas de mercurio y diafragma, de no usar ningún material contaminante en la separación de los productos electrolíticos, siendo su consumo energético similar a la celda de diafragma. El costo importante está en el reemplazo de las celdas existentes de mercurio por celdas de membrana y no se justifica el cambio de la

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tecnología dado a los avances en el tratamiento del mercurio que hacen que las ventajas medioambientales sean mínimas por dicho cambio. VENTAJAS: bajo consumo de energía; bajo capital invertido; celdas de operación económica; alta pureza de la soda. DESVENTAJAS: se necesita salmuera de alta pureza; alto contenido de O2 en el Cl2; alto costo de las membranas. Un tipo especial de membrana puede separar el hidrógeno directamente del metanol líquido, pero su eficiencia eléctrica es la mitad de la de una celda de hidrógeno puro. Aplicando esta tecnología podemos desarrollar distintos procesos de producción: OBTENCION DE SALES MINERALES: tales como la concentración de NaCl, KOH, NaOH, etc. DESMINERALIZACION DE AGUA: Eliminación de sales en agua que permiten su reutilización, disminución de efluentes con alta conductividad. GENERACION DE CLORO-ALCALI: Para la producción de gas cloro y generación de especies alcalinas concentradas.

DESCRIPCION DEL PROCESO CLORO-SODA (Por electrolisis en celdas de mercurio) ETAPA DE TRATAMIENTO DE LA SALMUERA: 

Saturación



Purificación (decantación de las impurezas)



Filtración

ELECTRÓLISIS: 

Formación de la Amalgama (NaHgx)

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

Obtención de Cloro



Agotamiento de la Salmuera

DESAMALGAMADOR: 

Obtención de NaOH



Obtención de Hidrógeno



Obtención de Hg0

ETAPA DE DECLORACIÓNDE SALMUERA: 

Cámara de Flash (1ª etapa de decloración)



Decloradores (2ª etapa de decloración)



Retorno de Salmuera Declorada a los Saturadotes

LAVADO Y SECADO DE CLORO OBTENCIÓN DE CLORO LÍQUIDO 

Compresión y Enfriamiento

FORMACIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO 

Unión entre cloro e hidrógeno

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REACCIONES QUÍMICAS INTERVINIENTES EN EL PROCESO Reacciones anódicas: 2Cl- --------> 2Cl- + 2e- --------> Cl2 + 2e-

E= 1, 35 V

H2O - --------> 0,5 O2 (g) + 2 H + + 2e-

E= 0, 99 V

(ph: 4) indeseable

Reacciones catiónicas: H2O + 2e-- --------> H2 + 2OH

E=- 0,83V

Na+ + e--- --------> Naº

E= - 2, 71V

2(Na++ Hgº + e--- -------->Na-Hg) En general la reacción que ocurre en esta primera etapa es: Na + Cl --- --Hg------>Na-Hg + 0,5 Cl2 (g) La segunda etapa es la descomposición o desamalgamador , donde la amalgadura diluida pasa de la celda primaria a un reactor de lecho empacado, separado del sistema (la celda de soda), donde reacciona con H2O. 2Na(Hg)-----------------------> 2Na+ + Hg+ + 2 e2H2O + 2e-- --------> H2 + 2OH 2Na(Hg) + 2H2O-- -------->2Na+ + H2 + 2OH + Hg +

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Si no separamos el compartimento se nos produce la siguiente reacción: 0,5Cl 2+ e--- -------->2Cl 0,5Cl 2 + 2OH--- -------->ClO + H2O + eCl 2 + 2OH--- --------> ClO + Cl + H2O

Formas de comercialización de la Soda Caustica Para ser técnicamente correcto, sólo la soda cáustica fundida debería ser llamada “líquida”, pero el término “Soda Cáustica líquida” ha sido usado

históricamente para describir a las soluciones de soda cáustica. Es una solución acuosa de hidróxido de sodio

al

50%

aproximadamente. Se obtiene, junto con el Cloro y el Hidrógeno, por electrólisis de Cloruro de Sodio. Cumple las especificaciones de la Norma IRAM 41129-1, tipo III. Es un líquido claro e incoloro, soluble en agua, metanol, etanol e insoluble en éter y acetona. Al igual que el cloro licuado, es uno de los químicos industriales de mayor uso, siendo un ingrediente necesario en gran parte de los procesos fabriles. La soda cáustica líquida al 50% se encuentra disponible en 4 grados: - Diafragma -

Rayón Membrana Diafragma purificada La soda cáustica anhidra es comercializada en forma de Perlas Escamas

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-

Compactada

Estas 3 formas tienen la misma composición química y difieren únicamente en la forma y el tamaño de la partícula.

Formas de comercialización En una planta de Cloro-Soda se elaboran los siguientes productos: 

Soda cáustica en solución al 50%



Cloro líquido



Hidrógeno



Hipoclorito de sodio



Ácido clorhídrico

Criterios de selección de materiales para el proceso de fabricación Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente con el CO2 del aire, formando Carbonato de Sodio: 2NaOH + CO2

Na2CO3 + H2O

Se envasa herméticamente en tambores; así se almacena y distribuye. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. El aluminio no puede emplearse, porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato, pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras, porque tanto trocitos de sólidos como gotas de solución atacan rápidamente los ojos.

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Precauciones (factores sanitarios) a considerar con los productos, plantas y procesos Evitar los riesgos de trabajo por el manejo y uso de dichas sustancias, aconsejar los primeros auxilios que deben presentarse en caso de accidente, recomendar el uso de diferentes equipos de protección personal.

Purificación de las salmueras previo a la electrólisis, objetivos SATURACIÓN Como sabemos la materia prima para la elaboración de estos dos productos (Cloro e Hidróxido de Sodio), partimos del cloruro de sodio, proveniente de las salinas, el cual es llevado a la planta a granel por medio de camiones. Luego esta sal es descargada y depositada en playas que sirven para su acopio. Desde el acopio el NaCl es transportado a las tolvas por medio de aparato “sin fin” (chimango) elevador.

Una vez que estas tolvas han sido llen adas, por medio de otro “sin fin” horizontal se traslada la materia prima hasta una noria por cangilones. Luego, por medio de esta noria que trabaja en posición vertical, el cloruro de sodio es descargado a dos saturadotes que se llenan con una cantidad de agua (considerable a la del cloruro sodio) y así poder formar la solución. Transcurrido un tiempo, dicha solución llega a un grado de saturación tal que alcanza una concentración ligeramente superior a 300 g/l. Cabe destacar que los saturadotes trabajan de uno por vez: mientras uno está abasteciendo de salmuera a la planta, en el otro se está obteniendo la

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solución saturada. Otro factor a tenerse en cuenta es el ingreso de salmuera de retorno, que entra a los saturadores después de haber pasado por celdas y la etapa de decloración, la cual trae una concentración de 270 g/l. PURIFICACIÓN Una vez obtenida la salmuera se procede a su purificación, ya que en su composición posee algunas impurezas constituidas por sulfatos, carbonatos, magnesio, hierro, etc. Por medio de bombeo se pasa la salmuera a decantadores. Previamente al ingreso de la salmuera a los decantadores, y por medio de una cañería que se acopla a la red de la salmuera ubicas entre los decantadores y los saturadores, se procede al agregado de los reactivos precipitantes que cumplen la función de eliminar las impurezas. Los reactivos usados son: hidróxido de sodio, el cual precipita al magnesio en forma de hidróxido de magnesio. Los precipitantes son agregados por medio de un rotámetro, y por otro lado, el hidróxido de sodio que tiene la facultad de regular el pH de la solución. Otro de los reactivos usados es el carbonato de sodio, el cual precipita el calcio como carbonato de calcio. Por otra parte, dependiendo de la composición química de la materia prima y del lugar del yacimiento del cual procede, puede o no contener sulfatos, para lo que es posible agregársele en tal caso cloruro de bario a fin de precipitar todos los sulfatos como sulfato de bario. Todas las sales precipitadas, conjuntamente con porciones de barros de tierra, conforman un lodo que se decanta y es eliminado por el fondo del decantador mediante una bomba para lodos. Hasta la salida, la temperatura está en el orden de los 65ºC. El pH a la salida de los decantadores es de 10,5 a 11.

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Hasta este punto, todas las cañerías son revestidas interiormente con una capa de ebonita de 3mm de espesor, al igual que las bombas cuyo espesor es de 5mm. Esto por función principal, evitar la alta corrosión característica del sistema provocada por la salmuera. Por rebalse e la parte superior de los decantadores, pasa a un tanque de clarificación, lográndose así obtener una salmuera más límpida. Mediante una bomba se dirige la salmuera a una batería formada por cuatro filtros. FILTRACIÓN En esta etapa se hace pasar a la salmuera por cuatro filtros, que trabajan a una presión de 4,5 Kg/cm2 cada uno. El filtro en sí, está compuesto en su interior por piedras de canto rodado de diferentes granulometrías, hasta llegar a la arena. Están conectados entre sí por medio de cañerías de PVC. Este tipo de interconexión entre filtro y filtro permite que en el caso de que se produzca algún desperfecto se proceda a sacar de servicio por medio de un by-pass. Periódicamente, después de un tiempo de operación, se regenera el lecho filtrante haciendo circular en contracorriente agua limpia y así eliminar toda impureza que se encuentre ocluida en dicho lecho. Luego del proceso de filtración, la solución pasa a un tanque de depósito de salmuera. A la salida de ese tanque, el pH de la solución es de 4; esto se logra por el agregado de HCl. El tanque posee una capacidad de 60 mil litros. Por medio de bombeo pasamos la salmuera a un tanque denominado “TROPPO PIENO”, que significa “siempre lleno”, que mantiene en forma constante la presión de

entrada de salmuera a la celda electrolítica. La capacidad de este tanque es de

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18 mil litros. El caudal de salida de tanque es de 50 a 60 m3/h. Este depósito se encuentra ubicado a una altura de 20 m sobre el nivel del suelo. El tanque TROPPO PIENO está interconectado con el tanque de stock de salmuera por medio de una cañería de retorno que, al llenarse el mismo, la salmuera vuelve al tanque produciéndose así el ciclo cerrado entre ambos tanques. ELECTRÓLISIS En la celda eléctrica, el mercurio fluye sobre la base inclinada de la celda. La base de esta celda está conectada con el suministro de energía eléctrica. Sobre el Hg y fluyendo en continuo contacto con él, circula la salmuera. Los ánodos de titanio están ubicados dentro de la salmuera de modo que quede un pequeño espacio entre el ánodo de titanio y el cátodo de Hg. La concentración de sodio dentro de la amalgama, se mantiene entre 0,2 y 0,4 %. El cloro se extrae de la celda por un conducto que se comunica con todas las celdas en serie. La amalgama que fluye fuera de la celda, se dirige hacia un desamalgamador. Esta se encuentra en contracorriente con agua desmineralizada en presencia de un catalizador (grafito) para producir hidróxido de sodio (aproximadamente 510%) e hidrógeno que se retira por parte superior de este equipo. Para controlar la concentración de la sosa que se está obteniendo, se usa un densímetro. Cuando la densidad es baja, se disminuye el caudal de agua en la reacción, mientras que si la densidad el alta, es necesario aumentar el caudal de agua.

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Ya libre de sodio, el Hg deja el desamalgamador para circular dentro de la celda. El hidróxido de sodio obtenido debe ser tratado con una solución de sulfuro de sodio, para tratar de eliminar la mayor cantidad de Hg presente, ya que este precipita como sulfuro de Hg. Existe un límite que fija la cantidad máxima de Hg que puede contener la sosa, con el cual la empresa tiene que cumplir. El residuo obtenido (sulfuro de Hg) es almacenado en tambores de 200 litros, que contiene un 60% de agua, que son almacenados hasta que se determine un tratamiento adecuado. ETAPA DE DECLORACIÓN DE LA SALMUERA La salmuera que sale de la celda, prácticamente sin reaccionar (salmuera de retorno) posee una concentración de 270 g/ml aproximadamente. Dicha salmuera pasa a una etapa de decloración a cuyo efecto se le baja el pH con el agregado de HCl. Además con esto destruye el hipoclorito de sodio formado. En consecuencia, después de salir de la celda, la salmuera de retorno pasa a un tanque de almacenaje que cuenta con una capacidad de 45 mil litros. Prosiguiendo con la etapa de decloración, por medio de bombeo la salmuera pasa a una cámara decloradora que es la cámara FLASH que trabaja al vacío a unos 400 mmHg; consiste en varios platos por dentro la salmuera cae en forma de cascada, provocando así el desprendimiento de cloro. Hasta aquí todo el cloro, proveniente de las celdas, los tanques y la cámara de flash, es recogido en el sistema de recolección del mismo por medio de una cañería de cloro donde circula extrayéndoselo por acción del vacío.

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Esta salmuera pasa a dos decloradores entrando por la parte superior; por la parte inferior se le insufla aire, obteniéndose una mezcla de cloro-aire. A esta mezcla se la usa para la elaboración de hipoclorito, a cuyo respecto no es tema de este proyecto entrar en detalles. Consecutivamente, la salmuera pasa a los saturadores los cuales trabajan de uno por vez (como ya se dijo anteriormente). En el trayecto desde los saturadotes a las celdas, se pierden unos 6,5ºC aproximadamente, siendo la temperatura de los saturadotes de 60ºC. A la entrada de la celda, el pH es de 4 y a la salida de la misma tiene un pH de 1,5. La concentración de cloro en el tanque es de 0,7 g/l de cloro. Esta última entra a la cámara de flash con esta concentración para salir con otra de 0,1 g/l; luego ingresa con esta concentración a los decloradores y a su egreso posee una de 0,05 g/l.

Proceso de licuación del Cloro El sistema de purificación de cloro está constituido por un filtro de cloro húmedo, seguido de un intercambiador de calor de titanio con enfriamiento por agua. Después de dicho enfriamiento, el cloro pasa por un filtro y luego a una segunda etapa de enfriamiento mediante otro intercambiador de calor de titanio con agua sub. Enfriada, concluyendo la purificación en dos torres de secado en contra corriente con ácido sulfúrico. El cloro seco es comprimido mediante compresores rotativos de anillos líquido hasta una presión de 2,5kg/cm2. Todo el cloro recogido a lo largo del proceso se lleva a la etapa de secado ya que sale húmedo, con una composición de 0,7 a 0,4% en volumen de

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hidrógeno 7% inerte (oxígeno + nitrógeno) y un 92,3 % de cloro. Se puede decir, como dato importante, que los valores críticos de hidrógeno están entre el 7,5% por el riesgo que implica una posible explosión de la celda. El cloro que posee un porcentaje de humedad, también arrastra consigo algo de salmuera, ya que al desprenderse del ánodo, ésta burbujeó en la salmuera. En consecuencia, la salmuera debe eliminarse. El tren de secado y eliminación de salmuera consta de cuatro torres. En la 1ª, ingresa el cloro en contracorriente en forma de spray; con esto se logra eliminar la salmuera disuelta en cloro y producir además, un efecto de refrigeración o enfriado. El agua se recicla en esta torre, hasta que se satura de NaCl, la cual es eliminada por un pequeño tanque que sirve de purgo, con la consecuente reposición del agua. Una vez eliminada la salmuera, el cloro entra una serie de tres columnas por donde entra H2SO4 en contracorriente del 96% y sale al 70%. Por último, ingresa a un recipiente donde contiene virutas de hierro, produciéndose la formación de cloruro férrico, en una reacción muy exotérmica. Esto ocurre siempre y cuando haya presencia de humedad, es decir, es una manera de controlar el grado de humedad. Además existe un filtro entre las columnas 1 y 2, para eliminar la poca salmuera que pueda haber quedado. Luego de que el cloro pasó por el tren de secado, es dirigido a la etapa de compresión, lo que se ejecuta por medio de dos compresores de anillo líquido de sulfúrico. El cloro entra a 600 mmHg, es decir como depresión por hacerse una aspiración, y sale a 2,5 kg/cm2 manométrico. Los compresores se ubican en paralelo y a la entrada del compresor se encuentra un filtro.

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Para eliminar el sulfúrico del cloro que sale por el compresor, se utiliza otro filtro, del tipo “BRINK”.

Hasta aquí se ha logrado comprimir el cloro, pero todavía no se ha licuado. El ciclo de licuación consiste en cuatro compresores alternativos de pistón (dos de baja presión y dos de alta) y un licuador de cloro que trabaja con FREON 22. El freón es tomado por los compresores de baja proveniente de la cámara de expansión del licuador y es llevado a 1atm a 50 lb/pulg2 al estado líquido, pasando previamente por un intercambiador y obtener una licuación total del freón. El freón líquido es conducido al intercambiador (licuador) para licuar el cloro, este se hace pasar por un “Nock Dry” para eliminar el inerte, que va

para la obtención de hipoclorito. El cloro se almacena en tanques horizontales de hierro, a una presión de 8kg/cm2, pero previamente se debe someter a una prueba de presión de 22kg/cm2. El licuador de cloro trabaja con una presión de 2kg/cm2 y consta de varios tubos, cuya cantidad depende del caudal del freón y cloro que necesitamos utilizar. Los tanques de stock de NaOH son cuatro con una capacidad de 90m3 cada uno.

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176104117-Hidroxido-de-Sodio.pdf

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