Grupo El Carbonato de Sodio

DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES INDUSTRIALES I

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Dar a conocer la importancia del carbonato de sodio y todos los procesos existentes que intervienen en la obtención del mismo, la tecnología que implica, la demanda creciente en el mundo y sobre todo el futuro que tiene en Bolivia.   

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Conocer los distintos tipos de proceso de obtención. Mostrar la aplicación y usos del carbonato de sodio Indicar los requerimientos requerimientos de seguridad para su manipulación manipulación fuera y dentro de la industria. Poner en conocimiento el futuro que tiene el carbonato de sodio

El carbonato de sodio es una sal blanca y translúcida de fórmula fórmula química:

Na2CO3 Es conocido comúnmente como: sal de sodio de ácido carbónico, barrilla, natrón, soda Solvay, Ceniza de Soda y sosa (no confundir con la sosa cáustica). El carbonato de sodio es un sólido no muy pesado que se vende de acuerdo con su contenido de oxido de sodio ( Na2 O), que en general es casi de 58%.

EL CARBONATO DE SODIO

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Nombre Comercial : Carbonato de Sodio Sinónimos: Carbonato sódico anhidro, sosa calcinada, soda ash. Formula Química : (Na2CO3) Estado de agregación: Sólido Peso Molecular : 105.99 g/mol Estado físico a 20°C :Polvo, gránulos Color :Blanco Olor :Inodoro Punto de fusión [°C] :851 °C Punto de ebullición [°C] : Descomposición. Presión de vapor, 20°C :N. A. Densidad relativa al agua 2,54 g/cm3 Solubilidad en agua [% en peso] : 71 g/l a 0 °C / 471 g/l a 32 °C Límites de explosión - Inferior [%] : N.A. Límites de explosión - Superior [%] : N.A.

El carbonato de sodio es un compuesto con muchos usos, estos son mas industriales que domésticos y se lo indica a continuación: 

En la industria: En el teñido con colorantes reactivos con las fibras, carbonato de sodio se utiliza para asegurar la unión química adecuada del colorante con fibras de celulosa, normalmente antes de la tintura, mezcladas con el tinte, o después de la coloración. El carbonato de sodio es utilizado por la industria del ladrillo como un agente humectante para reducir la cantidad de agua necesaria para la extrusión de la arcilla. El carbonato de sodio se utiliza en pastas de dientes, donde actúa como un agente de formación de espuma y un abrasivo, y para aumentar temporalmente la boca pH. Siderurgia: El Carbonato de sodio es usado para tostar(calentar bajo una ráfaga de aire) el cromo y otros extractos y disminuye el contenido de azufre y fósforo de la fundición y del acero. 

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Reciclado: El Carbonato de sodio es usado para el reciclado de baterías viejas. Vidrio: El Carbonato de sodio y sus derivados se usan para bajar el punto de fusión del silicio y poder trabajarlo mejor, también aporta el sólido necesario para formar la red vítrea. Detergentes: En la fabricación de detergentes, el carbonato sódico es indispensable en las formulaciones al objeto de asegurar el correcto funcionamiento del resto de sustancias que lo componen, enzimas, tensioactivos,etc. tensioactivos,etc. durante las diferentes fases del lavado. Regulador de Ph: carbonato sódico es muy útil para regular el pH de diferentes soluciones, nos referimos al tratamiento de aguas de la industria, así como en los procesos de flotación. Otros usos industriales son: Cerámica, Jabones, limpiadores, Ablandador de aguas duras, Refinación de petróleos, producción de aluminio, Textiles, pulpa y papel. Procesamiento metalúrgico, Preparación de farmacéuticos, Soda Cáustica, Bicarbonato Bicarbonato de Sodio, Nitrato de Sodio y varios otros usos. El uso doméstico 

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En el uso doméstico, se utiliza como un ablandador de agua en el lavado. Compite con los iones de magnesio y calcio en agua dura, impidiendo unión entre ellos. El carbonato de sodio puede ser utilizado para eliminar la grasa, el aceite y las manchas de vino. Se vende como sosa o cristales de sal de sodio. También se usa como un agente de descalcificación en calderas como las que se encuentran en las ollas de café y máquina de café expreso. 

Otras aplicaciones

El carbonato de sodio es un aditivo alimentario utilizado como regulador de la acidez, agente antiaglomerante y estabilizador. Carbonato de sodio también se usa en la producción de polvo de sorbete. El enfriamiento y la efervescencia resultados sensación de la reacción endotérmica entre carbonato de sodio y un ácido débil, ácido cítrico comúnmente, la liberación de gas dióxido de carbono, que se produce cuando el sorbete se humedecen con saliva. El carbonato de sodio, en una solución de sal común, se puede usar para limpieza de la plata.

El carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio son dos de las sustancias químicas muy importantes y muy usadas en el mundo entero. Ambas tienen muchos usos en común y también se producen en todo el planeta. A pesar de la EL CARBONATO DE SODIO

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similitud en sus nombres, estas dos sustancias no son idénticas y tienen muchas características y usos que difieren en gran medida.

bicarbonato de sodio

Carbonato de sodio

Tipos Desde el punto de vista químico, el carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio son muy similares. La fórmula del carbonato de sodio es Na2CO3 y la del bicarbonato de sodio es NaHCO3. Ambos son compuestos iónicos que, cuando se disuelven en agua, liberan un ion de sodio (Na) de carga positiva y un ion de carbonato (CO3) de carga negativa. El bicarbonato de sodio también incluye un ion de hidrógeno (H) de carga positiva. Características El bicarbonato de sodio es un polvo sólido blanco. Se disuelve de inmediato en el agua y actúa como una base débil. El carbonato de sodio también es un polvo blanco. Se lo usa en forma de polvo para fabricar y es un fuerte alcalino. Ambas sustancias son inocuas cuando toman contacto con la piel, pero pueden causar irritación en los ojos. En concentraciones bajas, ninguno de los dos es tóxico si se los ingiere. Identificación Tanto el carbonato como el bicarbonato de sodio tienen varios nombres. Al carbonato de sodio se lo llama a menudo ceniza de sodio. Otros nombres pueden ser carbonato neutro de sodio, ácido carbónico, sal disódica y sosa calcinada. El bicarbonato de sodio aparece más comúnmente como polvo para hornear. También se lo llama bicarbonato de soda, ácido carbónico sal de monosodio, bicarbonato sódico y carbonato ácido de sodio.


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Beneficios El bicarbonato de sodio, que se vende como polvo para hornear, tiene una gran amplitud de usos en el hogar. Es esencial para cocinar y hornear, reduce los malos olores, se lo puede usar para limpiar y es un buen extinguidor de incendios. También, el bicarbonato de sodio es una sustancia que se usa mucho en la medicina natural para reducir la acidez, especialmente la proveniente del estómago. El uso más común del carbonato de sodio se da en la fabricación de vidrio: casi la mitad de todo el carbonato de sodio se usa para eso. Otros usos incluyen el procesamiento químico y la fabricación de jabón. Producción El carbonato de sodio se puede formar naturalmente en la Tierra, o se lo puede fabricar. Los depósitos de carbonato de sodio se encuentran en todo el mundo, con grandes depósitos que se hallan en los Estados Unidos, Botswana, China, Uganda, Kenia, Perú, México, India, Sudáfrica, Egipto y Turquía. Se lo fabrica usando principalmente el proceso Solvay, en el que se mezcla cloruro de sodio (sal) con amoníaco para crear el carbonato de sodio. El bicarbonato de sodio también es una sustancia natural, producida al bombear agua caliente en los lechos minerales. El bicarbonato de sodio se disuelve en el agua y se cristaliza en la solución.

A nivel mundial la gran capacidad de producción alcanza los: 44 millones de toneladas / año (dato 2013) Esta producción se realiza por diversos países en el mundo y se detalla a continuación:

EMPRESA

PAIS-LOCALIZACIÓN

CAPACIDAD ( Tn / año)

Francia-Dombasle

700

Alemania-Rheinberg

600 540 950 1020 230 160 1200 1000 375

Alemania-Bernburg

SOLVAY

España-Torrelavega Italia-Rosignano Portugal-Povoa Austria-Ebensee

SOLVAY-SISECAM

BRUNNER MOND


Bulgaria-Devnya Inglaterra-Northwich Holanda-Delfzijl

Puesta en marcha de la planta 1874 1903 1883 1908 1917 1934 1885 1954 1873 1958

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NOVACARB SODAWERK STASSFURT CIECH JANIKOSODA CIECH SODAMATWY SODA SANAII BEVA GOVORA

Francia-La Madelein

BEGA UPSOM SODASO BASF

600

1884

450

1886

550

1957

550

1879

800 400

1975 1960

Romania-Ocna Mures

310

1894

Bosnia-Herzegovina

260 65

1893

Alemania-Stassfurt Polonia-Janikowo Polonia-Inowroclaw Turquia-Mersin Romania-Govora

A nivel sud américo la capacidad de producción alcanza los:

330000 toneladas / año

(dato 2013)

Esta producción se detalla en la siguiente tabla:

REGIÓN

EMPRESA

LATINOAMERICA LATINOAMERICA Y SUD AMERICA

PAISLOCALIZACIÓN

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN (Tn/año)

Mexico ALPAT ( ALCALIS DE LA PATAGONIA)

Argentina-Rio negro

330.000

La SOSA o CARBONATO SODICO (Na2CO3), es la sustancia alcalina más común, que se conoce y utiliza desde la antigüedad. En un principio se obtuvo a partir de las cenizas (barrillas),procedentes de la incineración de un determinado tipo de plantas, que crecen en terrenos salados (vegetales de la familia de las quenopodiaces, ricos en oxalato de sodio, que por acción del calor se convierte en carbonato). A principios del siglo XVIII se habían logrado desarrollar gran numero de industrias manufactureras, que precisaban disponer de productos químicos básicos en elevadas cantidades, principalmente de ácidos y bases, entre ellas las SOSA, que no se encontraban los mismos de manera libre en la naturaleza. Concretamente, era tal la demanda de SOSA que hacían las industrias químicas francesas de la época, que la Academia de Ciencias Francesa en 1775, ofreció un premio monetario, a quien descubriera un método para la fabricación artificial de dicho producto. Fue Nicolas Leblanc (1742-1806) el que ideó en EL CARBONATO DE SODIO

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1787 el proceso de fabricación, logrando obtener sosa a escala industrial y alcanzar de esa manera el premio ofertado. No obstante, el destino se cebó en la persona de este quimico francés, que habiendo logrado poner a punto un proceso que, constituyo uno de los pilares básicos, sobre el que se desarrollo la industria química pesada del siglo XIX fue injustamente correspondido por los responsables del gobierno francés del momento. A pesar de la importancia de su aportación, el gobierno de la revolución lo obligo a hacer público su método, sin derecho a remuneración alguna, con lo que Leblanc quedo en la ruina absoluta. Aunque en 1800 le devolvieron sus instalaciones, al no disponer de capital para su puesta en marcha, acabó suicidándose en 1806.Este trágico final sumió a su familia en la miseria, mientras que poco tiempo después, números industriales hicieron grandes fortunas con el procedimiento de fabricación ideado. A pesar del gran proceso desarrollado el mismo presentaba muchos problemas económicos y de contaminación. La solución a los problemas del método de Le Blanc, fue lograda brillantemente por el químico belga Ernesto Solvay, nacido en 1838 y falleció en Bruselas en 1992. A diferencia del malogrado químico francés, el belga pudo crear un emporio industrial y ejercer una meritoria labor filantrópica en el campo de la educación. Preocupación esta última, quizá debida a no haber podido seguir en su niñez estudios reglados y adquirir una educación completa, a causa de su precaria salud. Solvay patento su procedimiento en 1861, fundando en 1863 una Compañía `para la fabricación de carbonato de sodio, y a lo largo del siglo XIX, la fabricación de carbonato sódico por el método Le Blanc cuya ultima instalación se clausuro en 1915, fue poco a poco desplazada por el método SOLVAY.

Para empezar la producción de carbonato de sodio requerimos de materia prima ya que es la semilla vital de todo proceso, por lo que detallamos a continuación las mismas, que son:      

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Piedra caliza o químicamente llamado Carbonato de calcio(solvay –le blanc) Ácido sulfúrico (le blanc) Carbón (le blanc ) Cloruro de sodio (solvay ) Amoniaco (solvay) Sulfato de sodio (le blanc)

Piedra caliza o químicamente llamado Carbonato de calcio Nombre común del carbonato calcio. Contiene alto porcentaje de calcita, de materiales tríticos, como cuarzo o arcilla, lo que puede aportar un color más oscuro que el de la caliza más pura.


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Por su aspecto blanco son muy distinguibles. Las calizas se forman en los mares cálidos y poco profundos de las regiones tropicales, en aquellas zonas en las que los aportes detríticos son poco importantes. Dos procesos, que generalmente actúan conjuntamente, contribuyen a la formación de las calizas. 

Ácido sulfúrico Es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral.

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Carbón Es un mineral, una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó durante el período Carbonífero El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad Cloruro de sodio Más conocido como sal de mesa, o en su forma mineral halita, es un compuesto químico con la fórmula NaCl. El cloruro de sodio es una de las sales responsable de la salinidad del océano y del fluido extracelular de muchos organismos. También es el mayor componente de la sal comestible, es comúnmente usada como condimento y conservante de comida


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Amoniaco El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Es fácilmente soluble y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida. La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos.

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Sulfato de sodio El sulfato de sodio o sulfato sódico (Na2SO4) es una sustancia incolora, cristalina con buena solubilidad en el agua y mala solubilidad en la mayoría de los disolventes orgánicos con excepción de la glicerina. El sulfato de sodio anhidro tiene propiedades higroscópicas y por lo tanto es utilizado como desecante en el laboratorio o la industria química. Se utiliza en la fabricación de la celulosa y como aditivo en la fabricación del vidrio.


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En este procedimiento se usan las materias primas que son:  Piedra caliza  Sulfato de sodio  Carbón  Ácido sulfúrico

Se utiliza sulfato de sodio calentándose con carbón y carbonato de calcio (piedra caliza) en un horno, los procesos que ocurren son los siguientes:

Consta de las siguientes operaciones 1. Calcinación Aquí se calienta el sulfato de sodio, con piedra caliza y carbón a 500 ºC, de este se obtienen el dióxido de carbono, y el carbonato de sodio con sulfuro de calcio llevado a cabo en un horno. 2. Separación Separación del sulfuro de calcio del carbonato de sodio, utilizando agua con una concentración de aproximadamente de 30 % de sólidos. 3. Cristalización Se procede a una cristalización por enfriamiento, la cual nos da cristales de carbonato de sodio con sulfato de calcio. 4. Evaporación Se procede a una evaporación en horno a 18-20 ºC, lo cual nos permitirá obtener cristales de carbonato de sodio decahidratadas (soda crista). 5. Secado Se busca eliminar es la cantidad de agua obstruida dentro de los cristales. Esta operación se la efectúa aproximadamente a 150 ºC, en un horno, y nos permitirá obtener una concentración del 97% aproximadamente de Na2CO3


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DIAGRAMA DE FLUJO


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PROCESO LEBLANC

C Ca CO 3

CO 2 500ºC

Na2 SO 4

Na CO 3

Ca S H2O

30 % SOLIDOS

EVAPORACION EN

CRISTALES DE

HORNO 18-20 ºC

CARBONATO

CRISTALES Ca S

HIDRATADO DE SODIO CRISTALES DE

Na2CO3 10H2O HORNO DE SECADO

CARBONATO DE SODIO Na2CO3


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El proceso químico de Le Blanc implica esencialmente la realización de dos grandes procesos:

I. REACCIÓN DE DOBLE DESCOMPOSICION ENTRE EL CLORURO DE SODIO Y EL ACIDO SULFURICO, en la que se hace reaccionar al primero, con el acido concentrado, sometiéndolos a fuerte calefacción, y en la que se origina sulfato sódico y cloruro de hidrogeno gaseoso.

De modo detallado ocurre una reacción química en la cual se produce el desplazamiento de un acido volátil, el clorhídrico, por el calentamiento de una de sus sales (Na Cl) con un acido no Volatil, el acido sulfúrico; la reacción debe llevarse a cabo en caliente, con el fin de liberar el acido desplazado en forma gaseosa y que este pueda ser recogido en otro recipiente a temperatura inferior. El acido liberado (HCl) es altamente toxico, muy contaminante, y su eliminación plantea costosos problemas. II. REDUCCIÓN DEL SULFATO CON COQUE Y RACCION DEL SULFURO PRODUCIDO CON CALIZA. Lo que globalmente se puede expresar en la forma:

Se trata de un proceso complejo, que se lleva a cabo sometiendo a la mezcla de partida, previamente pulverizado, a temperatura de fusión en hornos rotatorios cerrados, que impidiendo la combustión del carbono, permiten su actuación como agente reductor. Del producto solido resultante se separa el carbonato de sodio por lixiviación o extracción con agua alcalinizada (disolución diluida de la propia sosa, para evitar la hidrolisis del sulfuro cálcico –en material contaminante), aprovechando la alta solubilidad en agua del carbonato de sodio y la insolubilidad en ella del sulfuro cálcico. Esta operación permitía obtener una “disolución bruta” de carbonato de sodio, a partir de la cual se podía, previa concentración y cristalización, obtener el carbonato de sodio cristalizado o cristal de sosa. El solido cristalizado obtenido contiene un elevado grado de impurezas, que era preciso eliminar, dadas las exigencias de pureza que la utilización posterior de la sosa exigía. Para ello se transforma el carbonato sódico en bicarbonato de sodio; haciendo burbujear dióxido de carbono en caliente, por la “disolución bruta” obtenida; de la que precipitaba el bicarbonato sódico, menos soluble en agua que el carbonato de procedencia:


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Por lo tanto, en el proceso de purificación se aprovecha la diferencia de solubilidad entre el carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio, al ser este último mucho menos soluble en agua caliente que el primero. Una vez separado y secado el bicarbonato precipitado, se transforma en el producto que interesa, sometiéndolo a un proceso de calcinación, en el que se liberaba agua y dióxido de carbono, que con el fin de rentabilizar el proceso, y mediante las instalaciones oportunas es reciclado para atender las exigencias del proceso.

De esta manera es que se obtiene el carbonato de sodio por el método de Le Blanc.

Este método de obtención de carbonato de sodio tiene como factores negativos hacia el medio ambiente los siguientes puntos: Alta demanda energética de combustible Liberación de HCL ácido clorhídrico , el cual es un compuesto difícil de eliminar y muy toxico Requerimiento de grandes cantidades de ácido sulfúrico Difícil eliminación del sulfuro cálcico, el cual es toxico y de olor penetrante muy apestoso, esto debido a que en contacto con el agua provoca la liberación de acido sulfhídrico, especialmente en zonas lluviosas o con bastante lluvia.

Eliminación del compuesto sulfuro de calcio por combustión obteniendo azufre

En este procedimiento se usan las materias primas que son:  Piedra caliza o químicamente llamado Carbonato de calcio  Cloruro de sodio  Amoniaco


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Consta de las siguientes operaciones: 1er fase: Obtención de CO2 a partir de piedra caliza (CaCO3) 1. Triturado

Consiste triturar los bloques de piedra caliza, con un triturador de impacto.

2. Molido Operación que consiste en reducir a 0.5 mm el tamaño de la piedra caliza, esta operación se realiza en un molino de choque, de cilindros o de bolas centrifugas. 3. Calcinación Mediante la calcinación de carbonato de calcio (piedra caliza) a una temperatura entre 500 a 600ºC en un horno rotatorio, para producir el dióxido de carbono necesario en la primera reacción: CaCO3 --> CaO + CO2 4. Obtención de salmuera Disolver la sal en agua, para lo cual se requerirá un tanque de disolución con su agitador. 2º fase: Descripción del proceso de obtención de carbonato de sodio Se realizan las siguientes operaciones 1. Precipitación Se separa de un fluido, en la operación se utiliza una torre de precipitación en la cual ocurre la siguiente reacción química: Na Cl + NH3 + CO2 + H2O Na H CO3 (sólido)+ Cl NH4 (líquido) 2. Filtrado El precipitado entra a un filtro de tambor que esencialmente consiste en un tambor cilíndrico. 3. Calcinación: En un horno rotatorio donde a más o menos 180 ºC se realiza la calcinación, como se muestra en la siguiente reacción: NaHCO3 Na CO3 + CO2 + H2O El carbonato de sodio obtenido por este proceso puede alcanzar hasta una pureza del 99.99%.


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DIAGRAMA DE FLUJO

El método de Solvay tiene por objetivo lograr la reacción entre el cloruro de sodio y el carbonato de calcio (piedra caliza), materias primas abundantes y baratas, para obtener como productos carbonato de sodio y cloruro de calcio: EL CARBONATO DE SODIO

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Como este proceso no es posible llevarlo a cabo directamente en disolución , ya que la insolubilidad del carbonato de calcio, desplaza el equilibrio en disolución, casi completamente a la izquierda, fue necesario idear una serie de etapas intermedias: I. PRECIPITACION DE BICARBONATO DE SODIO POR REACCION DEL CLORURO DE SODIO CON DIOXIDO DE CARBONO, EN PRESENCIA DE AMONIACO, EN DISOLUCION ACUOSA:

II. DESCOMPOSICION TERMICA DEL BICARBONATO DE SODIO FORMADO:

El esquema de reacciones necesarias para que el proceso de fabricación se lleve a cabo, constituye casi un ciclo cerrado, con las únicas entradas y salidas de los compuestos indicados, pudiendo considerarse globalmente el proceso como el TRATAMIENTO DE UNA DISOLUCION ACUOSA DE SALMUERA AMONIACAL CON DIOXIDO DE CARBONO.


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Para un mejor entendimiento del proceso SOLVAY, vamos a considerar cinco grandes etapas: 1. PREPARACION DE LA SALMUERA AMONIACAL 2. CARBONATACION Y PRECIPITACION DEL BICARBONATO DE SODIO 3. CALCINACION 4. RECUPERACION DEL AMONIACO 5. PRODUCCION DEL GAS CARBONICO Y DE LA CAL APAGADA.

1. PREPARACION DE LA SAMUERA AMONIACAL En principio bastaría con preparar una disolución acuosa saturada en frio de cloruro de sodio, comúnmente denominada SALMUERA , en la que posteriormente se absorbería amoniaco. Sin


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embargo, la normal presencia de impurezas tanto en el agua( principalmente sales solubles de magnesio y calcio, sulfatos y carbonatos ácidos de magnesio y de calcio, y de cloruro cálcico), como en la sal de partida, obliga a proceder previamente a su eliminación, pues de lo contrario la alcalinización posterior de la salmuera, al disolver en ella el amoniaco, ocasionaría la indeseable precipitación de hidróxidos y carbonatos de calcio y magnesio, que contaminarían el producto final. Por ello, el primer paso en la realización industrial del proceso consiste en la PURIFICACIÓN DE LA SALMUERA. En general, la purificación de las materias primas es muy conveniente y a veces esencial en la mayoría de los procesos industriales, para evitar las complicaciones que pueden ocasionar la presencia de reacciones secundarias no deseables. En nuestro caso, la purificación de la salmuera se hace por adicion a la misma, de hidróxido cálcico y carbonato sódico, para eliminar los iones de magnesio y calcio contaminantes, que precipitan en forma de hidróxido de magnesio, y carbonato cálcico, que se separan por decantación y posterior filtración. El proceso de purificación es análogo al que se utiliza para el ablandamiento de aguas duras, por el método de la cal sodada ( cal apagada o hidróxido cálcico, con sosa o carbonato sódico).

La salmuera purificada, una ves filtrada mediante un filtro prensa pasa a la TORRE DE ABSORCION de amoniaco, torre cilíndrica alta, con material de relleno, para que la disolución que se introduce por su parte superior, descienda lentamente y presente una gran superficie de contacto con el amoniaco gaseoso, que se inyecta en contracorriente por la parte inferior. De esta forma se consigue tener una solución saturada de cloruro de sodio y amoniaco, que se conoce como SALMUERA AMONIACAL

2. CARBONATACION Y PRECIPITACION DEL BICARBONATO DE SODIO Una ves obtenida la salmuera amoniacal, se traslada a la parte superior de una segunda torre de absorción, llamada TORRE DE PRECIPITACION, en la que por su parte inferior se inyecta una corriente de dióxido de carbono. En esta torre tiene lugar la precipitación del bicarbonato de sodio, poco soluble en agua, según la reacción global:

3. CALCINACION El bicarbonato sódico solido obtenido en el proceso anterior, ( en caso de ser necesario, purifica por cristalización) se lava con poca agua para eliminar los posibles restos de cloruro


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de amónico y se calcina en un horno rotatorio, a temperaturas próximas a los 180ºC, alas que tiene lugar la siguiente reacción:

en este proceso no solo se obtiene el producto fianl buscando (Na2CO3), sino que además se desprende dióxido de carbono, que se recicla devolviéndolo de nuevo a la torre de precipitación. La sosa calcinada obtenida se vende como tal, o se disuleve en agua caliente y depsues previa concentración y enfriamiento, se cristaliza como CRISTAL DE SOSA (Na2 CO3* 10 H2O). Este producto debe almacenarse en locales húmedos y bien tapado, pues expuesto al aire seco pierde agua de cristalización (eflorece) y se transforma en un polvo blanco (Na2 CO3 H2O). Por el contrario, la sosa calcinada o ceniza de sosa debe conservarse en lugares secos, ya que de lo contrario se transforma en el monohidrato por captación de humedad del aire.

4. RECUPERACION DEL AMONIACO Desde un punto de vista económico, la recuperación del amoniaco utilizado en la preparación de la salmuera amoniacal, es parte muy importante del método SOLVAY , sobre todo si tenemos en cuenta que en la etapa de puesta a punto del procedimiento de fabricación de la sosa, el amoniaco era un producto escaso y caro, procedente en gran medida de la destilación seca del carbón ( fabricación de gas de alumbrado) El amoniaco gaseoso aportado al sistema en la torre de absorción, sale de la torre de precipitación transformado en disolución acuosa de cloruro amónico, previa separación en un filtro de tambor del bicarbonato sódico precipitado. Dicha disolución se lleva a una TORRE DE DESPLAZAMIENTO o de recuperación en la que se introduce simultáneamente LECHADA DE CAL O CAL PAGADA (suspensión y disolución acuosa de hidróxido de cálcico), que en caliente desplaza fácilmente al amoniaco ( base mas débil y volátil) , según la siguiente reacción global:

El amoniaco desprendido se recicla, llevándolo de nuevo a la TORRE DE ABSORCION para preparar la salmuera amoniacal. La disolución acuosa de cloruro cálcico es el único subproducto del proceso global de fabricación de SOSA, y si la fábrica se sitúa junto al mar o a algún rio, se puede eliminar sin problemas ni daño de ningún tipo al medio ambiente. También puede obtenerse a partir de ella por evaporación, cloruro cálcico anhidro que se utiliza principalmente como desecante, para preparar disoluciones refrigerantes, para retener el polvo de carreteras sin pavimentar en el verano, derretir el hielo en carreteras y para la obtención de calcio.


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5. PRODUCCION DEL GAS CARBONICO Y DE LA CAL APAGADA. El dióxido de carbono ( gas carbonico) necesario para el proceso de carbonatación, asi como el hidróxido cálcico ( cal apagada) preciso para preparar la lechada de cal, que se utiliza en la recuperación del amoniaco, se producen en la misma fabrica por calcinación entre 600 y 700ºC, de carbonato cálcico ( piedra caliza), en un horno de cal. El proceso de descomposición que se produce es el siguiente:

El gas liberado después de lavado con agua, se lleva directamente a la TORRE DE PRECIPITACION; mientras que el oxido de calcio ( cal viva) se trata con agua, con la que reacciona enérgicamente para producir hidróxido cálcico:

La disolución y suspensión resultante ( lechada de cal ) una vez tamizada, para que la suspensión sea de grano fino, se introduce en la TORRE DE DESPLAZAMIENTO para recuperar el amoniaco. Si examinamos globalmente el proceso SOLVAY podemos observar como mediante una serie de ingeniosos procesos parciales, realmente sencillos desde el punto de vista químico, se transforman las materias primas, cloruro sódico y carbonato cálcico, realizándose por etapas la reacción global (9), imposible de llevar a cabo directamente. La descomposición de la caliza (13) y la adición del amoniaco (10) son “habilidades técnicas”. Las materias primas se utilizan casi cuantitativamente, y se precisa un consumo energético muy pequeño, sobre todo en comparación con el que se requería en el método francés. Por ello, el método SOLVAY mucho mas económico, desbanco en menos de cincuenta años al método le blanc, que ya contaba con mas de cien años de experiencia.

El método SOLVAY es uno de los métodos de menor contaminación tanto energética como de sustancias del proceso que es el cloruro cálcico.


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Los peligros de usar cloruro de calcio como aditivo alimentario se asocian con los trabajadores de las plantas que lo añaden en su forma pura y no a los consumidores que la ingieren en bajas cantidades en los alimentos.

La trona es un mineral de la clase de los minerales carbonatos y nitratos, y dentro de esta pertenece al llamado “grupo de latermonatrita-natrón”. Es conocido y usado por la humanidad desde tiempos ancestrales. Se emplea como fuente natural del carbonato de sodio, de amplia aplicación en la industria. Calcinando la trona en hornos se obtiene la "ceniza de sosa", empleada en la producción de jabón, cristal y papel. Es un complejo carbonato y bicarbonato hidratado de sodio

Sus características físicas son: - Fórmula química: Na3(HCO3)(CO3)•2H2O - Color: Incoloro, gris-blanco, amarillo brillante - Lustre: Vítreo - Transparencia: Transparente a translúcido - Sistema cristalino: Monoclínico, prismático - Hábito cristalino: Cristales largos o planos con caras estriadas paralelas. - Densidad:2,11 - 2,17 - Solubilidad: Soluble en agua, efervese en ácidos - Fluorescencia: Fluorescente y fosforescente, amarillo naranja con luz UV

Bolivia cuenta con una serie de riquezas naturales que todavía no han sido aprovechadas, parte de esta riqueza se encuentra en forma de minerales en la zona del Altiplano. En el Altiplano se tienen los salares que van desde el salas de Uyuni hasta salares más pequeños y lagunas saladas donde se encuentran muchos minerales que pueden llegar a ser de gran importancia para la economía del país pero que no lo es debido principalmente a que los estudios existentes se refieren solo a algunos de estos minerales, dejando una gran cantidad de los mismos como fuente para investigaciones que deben realizarse en un futuro inmediato para poder solucionar algunos de los problemas sociales que se tienen. Muchos de estos minerales son fuente de sustancias que sirven de insumo para varias industrias del país, siendo necesario únicamente someterlos a procesos de purificación para su utilización. Actualmente casi todas las industrias importan sustancias que se encuentran en Bolivia. Una sustancia empleada en varios procesos industriales, es el carbonato de sodio que en Bolivia se


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encuentra en la región de los salares o lagos salados. Como principales yacimientos se tienen: Collpa Laguna.Hedionda Sur. Cachi Laguna. Khara Laguna. Honda Sur. Lago Poopó.

Se ha encontrado que el carbonato de sodio, forma los siguientes minerales en los yacimientos naturales: Natrón Termonatrita Trona GayLusita Pirsonita Northupita Tychita Hanksita Dawsonita Burqueita Shortita Na2CO3 • 10 H2O Na2CO3 •H2O Na2CO3 • 2 H2O • NaH CO3 Na2CO3 •CaCO3 • 5 H2O Na2CO3 •CaCO3 • 2 H2O Na2CO3 • NaCl •Na2CO2 2Na2CO3 •2MgCO3 • Na2SO4 2Na2CO3 • 9Na2SO4 • KCl Na3Al(CO)2 • 2Al (OH)3 Na2CO3 • Na2SO4 Na2CO3 • 2CaCO3

De todos los minerales mencionados, es importante referirse a la Trona, mineral que se encuentra en mayor concentración en Collpa Laguna y otros lugares de Bolivia, este mineral es una combinación de carbonato de sodio y carbonato ácido de sodio, se presenta como un polvo blanco muy fino. RECURSOS NATURALES DE CARBONATO DE SODIO (trona)EN BOLIVIA DEPARTAMENTO

LUGAR

RESERVAS PROBABLES (TM) 47000 18000 43000

COLLPA LAGUNA CACHILAGUNA LAGUNA HEDIONDA SUR POTOSI LAGUNA KHARA 60000 LAGUNA CAÑAPA 100 LAGUNA HONDA SUR 120 FUENTE: Elaboración propia en base a datos de Geografía Recursos Naturales de Bolivia (ISMAEL MONTES DE OCA)

Es un proceso alternativo al de refinación de la trona, que consta de las siguientes operaciones: Recepción de la trona (Na2CO3.HNaCO3.2H2O) En la recepción de materia prima se requiere de un tanque de donde se pueda extraer.

Obtención de salmuera concentrada.- Disolver la trona en salmuera entre 200 y 250 gr. De trona por cada litro de disolución, para lo cual se requerirá un tanque de disolución con su agitador.


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Calentamiento.- Aumentar la concentración del carbonato de sodio, obteniéndose de esta mezcla cristales y una solución acuosa baja, en un horno a 106ºC. Enfriamiento.- Esta operación tiene dos propósitos, el de enfriar la mezcla que sale del calentador y adecuar la concentración. Cristalización.- Se procede a una cristalización por enfriamiento hasta la temperatura ambiente, para obtener cristales de carbonato de sodio monohidratados Na 2CO3H2O. Centrifugación.- Esta disposición de las aguas madres está a cargo de la centrifuga que permite obtener los cristales completamente secos, eliminando la cantidad de aguas madres que puedan estar mojando a los cristales. Secado.- Dentro de este lo que se busca eliminar es la cantidad de agua ocluida dentro de los cristales, esto es obtener cristales de carbonato de sodio. Esta operación se la efectúa aproximadamente a 150 ºC, en un horno rotatorio. DIAGRAMA DE FLUJO (PROCESO WYOMING) TRONA

Na2CO3 Na H CO3 2H2O

CONCENTRACION POR EVAPORACION SOLAR

PLANTA

DE

Na2CO3

CARBONATO DE SODIO CON 94 % Pureza


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Proceso de producción


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El carbonato de sodio no tiene olor. Se considera un irritante de nada a suave para la piel y un irritante moderado a severo para los ojos. El carbonato de sodio no es inflamable o combustible. No es también un carcinógeno. El carbonato de sodio reacciona con ácidos fuertes. También, puede convertirse en un gas de monóxido de carbono peligroso si entra en contacto con alimentos que contienen azúcares reductores.

Inhalación La inhalación de carbonato de sodio puede irritar los pulmones o empeorar enfermedades como el asma aguda o crónica u otra enfermedad pulmonar crónica. La inhalación puede irritar la nariz, la garganta o el tracto de las vías respiratorias. Si inhalas el carbonato de sodio, obtén gran cantidad de aire fresco. Si estás con alguien que ha inhalado carbonato de sodio y no respira, puede que sea necesario realizar respiración artificial..

Tragar Si el carbonato de sodio es ingerido, sobre todo en una gran cantidad, hay que solicitar ayuda médica inmediatamente. El carbonato de sodio puede quemar la boca, la garganta, el estómago o en el esófago y pueden resultar vómitos, náuseas o diarrea. En caso de ingestión, beber dos o más vasos de agua o leche. Si bien no se debe inducir el vómito, si ocurre, beber abundante líquido después. No tomar bebidas carbonatadas o cualquier bebida ácida. Si alguien se ha tragado carbonato de sodio y está inconsciente, no intente dar líquidos

Irritación de la piel y de los ojos La piel podría irritarse después del contacto prolongado o repetido con carbonato de sodio, causando enrojecimiento o hinchazón. Si se tiene una condición como lesiones en la piel, el carbonato de sodio puede irritar aún más esto. Si la piel está húmeda, el carbonato de sodio puede causar quemaduras químicas. Limpiar el carbonato de sodio con un paño seco y lavar el área con agua y jabón. Enjuagar el carbonato de sodio de los ojos inmediatamente, con agua durante unos 15 minutos, enjuagar bajo párpados superiores e inferiores también. El contacto con los ojos puede causar quemaduras químicas. También, evitar que el carbonato de sodio entre en contacto con la ropa. Quítarse la ropa y lavar la ropa antes de usarla nuevamente.

Manejo Usar gafas protectoras de seguridad al trabajar con carbonato de sodio. Limpiar los derrames utilizando una pala, escoba o aspiradora, trata de evitar que el polvo se forme durante la limpieza. Colocar el carbonato de sodio en contenedores para su eliminación o almacenamiento. Almacenar en un lugar fresco, seco y bien ventilado, lejos de los alimentos.


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DISTRIBUCIÓN DE CARBONATO DE SODIO EN BOLIVIA

CUADRO 1: YACIMIENTOS DE PIEDRA CALIZA EN BOLIVIA

Departamento

La Paz

Lugar

Puerto acosta Cerro catavi Colquencha-collana Pazña-huancane

Oruro

Reservas Probables (mm TM) MILLONES DE TONELADAS METRICAS 11 -

Cerro pahua

105

Cerro tusqui

-

Miraflores-tarapaya-el molino

180

Chita

200

Cochabamba

Irpa irpa-sikimirani Sayari

27,7 14

Tarija

Chaupi Uni

Santa Cruz

Yacuses

Potosí

70 36000

FUENTE: Elaboración propia en base a datos de Geografía Recursos Naturales de Bolivia (ISMAEL MONTES DE OCA) CUADRO 2: YACIMIENTOS DE CLORURO DE SODIO EN BOLIVIA Departamento Potosí


Lugar Salar de Uyuni

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U.M.S.A Salar de Coipasa

FUENTE: Elaboración propia en base a datos de Geografía Recursos Naturales de Bolivia (ISMAEL MONTES DE OCA) CUADRO 3: YACIMIENTOS DE SULFATO DE SODIO Departamento

POTOSI

Lugar

Reservas probables(TM)

Laguna Hedionda Norte

19000

Salar de la Laguna

-

FUENTE: Elaboración propia en base a datos de Geografía Recursos Naturales de Bolivia (ISMAEL MONTES DE OCA) CUADRO 4: RECURSOS NATURALES DE CARBONATO DE SODIO (trona)EN BOLIVIA DEPARTAMENTO

LUGAR

RESERVAS PROBABLES (TM) 47000 18000 43000

COLLPA LAGUNA CACHILAGUNA LAGUNA HEDIONDA SUR POTOSI LAGUNA KHARA 60000 LAGUNA CAÑAPA 100 LAGUNA HONDA SUR 120 FUENTE: Elaboración propia en base a datos de Geografía Recursos Naturales de Bolivia (ISMAEL MONTES DE OCA)

BALANCE DE MATERIA (ALPAT) El proceso seleccionado es por el método de SOLVAY. Para la obtención del carbonato de sodio será a partir del carbonato de calcio (piedra caliza), debido a que es nuestra materia prima para la generación de dióxido de carbono. El balance másico para su mejor entendimiento se lo desglosa, operación por operación, con la debida explicación de los cálculos realizados en cada caso.


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Triturado y Molido.- para estas dos operaciones se trata la piedra caliza para disminuir el tamaño de la materia prima. Calcinación.- Mediante la calcinación de carbonato de calcio (piedra caliza) a una temperatura entre 500 a 600ºC en un horno rotatorio, para producir el dióxido de carbono necesario en la primera reacción: CaCO3 --> CaO + CO2 Se trata de 1 tonelada de piedra caliza por hora, obteniéndose los siguientes resultados: Cantidad (kg) 1000 440 560

Piedra caliza (CaCO3) CO2 CaO

Descripción del proceso de obtención de carbonato de sodio Precipitación: Na Cl + NH3 + CO2 + H2O



Na H CO3 (sólido)+ Cl NH4 (líquido)

Se tienen las siguientes cantidades de los reactivos: CO2 Na Cl NH3 H2O

Cantidad (kg) 440 585 170 180

Llegándose a obtener los siguientes productos: Na H CO3 (sólido) Cl NH4 (líquido)

Cantidad (kg) 840 530

Filtrado: el precipitado ingresa a un filtro de tambor. Calcinación: se realiza a 180ºC llegándose a obtener los siguientes resultados: NaHCO3

Na CO3 + CO2 + H2O Cantidad (kg) NaHCO3

840

Na CO3

477


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Grupo El Carbonato de Sodio

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