Industrias de Procesos 1UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco HIDROXIDO DE SODIO El Hidróxido de 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. Sin embargo, se obtiene una pequeña parte por caustificación de Carbonato de Sodio. Se calienta una solución de Carbonato de Sodio con la cantidad 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. Industrias de Procesos 2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco MÉTODO LE BLANC: 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 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- Por extracción con agua pueden separarse el Carbonato de Sodio (soluble) y el Sulfuro de Calcio (insoluble). 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- 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 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- El Cloruro de Amonio obtenido se hace reaccionar con Hidróxido de Calcio y se recupera Amoníaco. Industrias de Procesos 3 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco 2 NH4Cl + Ca(OH)2 2 NH3 + 2 H2O + CaCl2 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 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. 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 El Sodio flota sobre el Cloruro de Sodio fundido. Unas 50 a 100 células se unen para constituir una batería. También aquí se emplean como ánodos electrodos de grafito y como cátodo parrillas de Hierro. Así se puede obtener separadamente Sodio fundido y Cloro gaseoso. en un espacio anódico (B) y otro espacio catódico (C). 2 NaCl + 2 H2O 2 NaOH + Cl2 + H2 . Mediante la aplicación de una corriente continua de unos cuatro voltios los iones Cloruro van al ánodo. se descargan. El Hidrógeno se recoge por debajo del diafragma y se extrae por (D). 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). por encima de la campana. La producción del fundido tiene lugar en el depósito superior (E). unos 120 g de Hidróxido de Sodio y unos 140 g de Cloruro de Sodio. que frecuentemente es formado por varias capas de asbesto. De los iones Na + y H+ presentes en el cátodo se descargan solamente los últimos por su potencial de separación más positivo. La disolución se extrae por (E). En el espacio catódico queda una solución de lejía de sosa que contiene Cloruro de Sodio. Regional San Francisco fundido. dónde se va cargando continuamente Cloruro de Sodio sólido.Industrias de Procesos 4 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. se unen para dar moléculas y abandonan en forma de gas el espacio anódico por (F). El electrolito es una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio (3) que entra continuamente por la parte superior. sobre el cátodo (B). de dónde se extrae y se pasa a un depósito colector (D). Regional San Francisco ELECTRÓLISIS CLORO – ÁLCALI (Gráfico 1) (falta el diagrama o dibujo ) .Industrias de Procesos 5 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco MÉTODO DE DIAFRAGMA (Gráfico 2) (falta el diagrama o dibujo ) .Industrias de Procesos 6 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. 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. el cuál es muy laborioso. La lejía de Sosa purificada de ésta manera es de 50 % y contiene todavía 2 % de Cloruro de Sodio. Por medio de una bomba (F) se hace pasar la amalgama a un depósito (G). 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. lejía de sosa (H) e Hidrógeno (I). Si se requiere de mayor pureza debe recurrirse a un tratamiento de cristalización. La lejía de Sosa del método de diafragma es solamente del 12 % y contiene mucho Cloruro de Sodio. algo inclinada hacia un lado (4). 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 %.2 % (E). con producción de Mercurio. La célula no tiene diafragma. El electrolito es también aquí una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio que entra continuamente por (C).6 voltios y el Cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (D). El Mercurio puro se recoge en el fondo de la torre y se bombea (J) de nuevo a la célula de electrólisis. con lo que la mayor parte de Cloruro de Sodio precipita y se separa por centrifugación (no dibujado).Industrias de Procesos 7 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Se la concentra fuertemente en evaporadores de múltiple efecto (7). una torre rellena con grafito en la que se produce la descomposición de la amalgama con agua. Se trabaja con corriente contínua con 4. . Regional San Francisco MÉTODO DE LA AMALGAMA: (Gráfico 3) En la célula. 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. Regional San Francisco 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 %. El Sodio metálico. que se puede aumentar fácilmente hasta un 75 %. no necesita más purificación y se envasa en latas (11) o barriles herméticos para su distribución al comercio. La lejía de sosa de 50 % se vende como tal (8) o se evapora hasta obtenerla sólida y se envasa en barriles (9).Industrias de Procesos 8 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El Cloro se liquida y se expende en vagones tanques a presión (10) o en botellas de acero. procedente de la electrólisis en fase fundida. MÉTODO DE LA AMALGAMA (Gráfico 3) (falta el diagrama o dibujo ) . Industrias de Procesos 9 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE ELECTRÓLISIS (Gráfico 4) (falta el diagrama o dibujo ) PRODUCTOS TERMINADOS (Gráfico 5) (falta el diagrama o dibujo ) . Se disuelve moderadamente en agua y es uno de los elementos más reactivos. extrayendo el Oxígeno y dejando el metal en estado puro.Industrias de Procesos 10 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El hidrógeno reacciona con una gran variedad de elementos no metálicos. del gas natural y del gas de hulla. son atacados formando Cloruros.9 oC . plásticos. Industrialmente se producen grandes cantidades de Hidrógeno a partir de los combustibles gaseosos. Regional San Francisco CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBPRODUCTOS OBTENIDOS CLORO Es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Los metales no nobles. Si se deja evaporar rápidamente bajo poca presión se congela transformándose en un sólido incoloro. El Hidrógeno se separa del vapor de agua. bien por licuación de los demás componentes del gas. fibras químicas. El Cloro tiene muchas aplicaciones en la industria química. o bien por conversión catalítica del Monóxido de Carbono en Dióxido . obtenido por primera vez por el químico británico James Dewar en 1898 . etc. Es dos veces más pesado que el agua y su punto de fusión es – 100. El Hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera. También se combina con ciertos metales como Sodio y Litio. Debido a su gran reactividad no existe en estado elemental en la naturaleza. formando hidruros. Mezclado con Hidrógeno forma una mezcla detonante. incoloro e inodoro. aditivos de la gasolina. Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos de todas las sustancias. líquidos refrigerantes. El Hidrógeno líquido. HIDRÓGENO Elemento gaseoso reactivo. que tienen un aspecto azul pálido). a excepción del Helio. insípido. es incoloro (excepto en capas gruesas. Actúa como agente reductor de óxidos metálicos como el Óxido de Cobre. para la fabricación de disolventes. se emplea en su lugar siempre que es posible.Industrias de Procesos 11 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Es un componente esencial del tejido vegetal y animal.4. El Hidrógeno es un producto derivado importante en muchas reacciones de electrólisis. Regional San Francisco de Carbono. SODIO: Es un elemento metálico blanco plateado. arde fácilmente y varios dirigibles. El Helio. El Sodio ocupa el séptimo lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Se oxida con rapidez al exponerlo al aire y reacciona violentamente con agua formando hidróxido de sodio e hidrógeno. acabaron destruidos por incendios de Hidrógeno. Es el gas menos pesado que existe y se ha utilizado para inflar globos y dirigibles. . que resulta fácilmente extraíble. Tiene una dureza de 0. Sólo se presenta en la naturaleza en estado combinado. El sodio elemental es un metal tan blando que puede cortarse con un cuchillo. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos como Cloruro de Sodio. la de la hulla para producir petróleo sintético. y además no es inflamable. y la que tiene lugar en el refinado del petróleo. que tiene un 92% de la capacidad de elevación del Hidrógeno. También se usa el Hidrógeno en sopletes para corte.9898. Sin embargo. requieren grandes cantidades de Hidrógeno. La hidrogenación de aceites para producir grasas comestibles. como el Hindenburg. Tiene un punto de fusión de 98 °C. Se emplean grandes cantidades de Hidrógeno en la elaboración del Amoníaco y en la síntesis de Alcohol Metílico. Es uno de los metales alcalinos de la tabla periódica. fusión y soldadura de metales. un punto de ebullición de 883 °C y una densidad relativa de 0.97. extremamente blando y muy reactivo. Su masa atómica es 22. El envenenamiento progresivo. ALMACENAJE Y TRANSPORTE Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente con el Dióxido de Carbono del aire. principalmente en forma de lejía de sosa. Como campos principales de empleo citaremos: industrias de algodón. El vapor de mercurio y sus sales solubles en agua corroen las membranas del organismo. Regional San Francisco APLICACIONES La sosa cáustica tiene muchas aplicaciones en la industria química. 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. que se prepara donde ha de usarse y en cualquier concentración deseada por disolución en agua de la sosa sólida. porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato. seda artificial. etc. El aluminio no puede emplearse. Éste es el método de la Amalgama descripto anteriormente. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras. textiles y de jabón. en la fabricación de diversos productos químicos. que se da al ingerir durante .Industrias de Procesos 12 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. plásticos. porque tanto trocitos de sólido como gotas de solución atacan rápidamente los ojos. formando Carbonato de Sodio: 2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Se envasa herméticamente en tambores y así se la amacena y distribuye. Regional San Francisco largos periodos pequeñas cantidades del metal o de sus sales liposolubles. En consecuencia. En el caso concreto del mercurio. la incorporación del metal en la cadena trófica está asegurada. creciendo la preocupación por los vertidos incontrolados del metal a las aguas. se forma el metil-mercurio. CH3Hg+. se han encontrado cantidades significativas de mercurio en ciertas especies de peces. A causa del aumento de la contaminación del agua. El metil mercurio puede ser fácilmente transportado del suelo al medio acuático. El vapor de mercurio elemental liberado en la atmósfera. La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un fenómeno geoquímico relativamente importante. Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg es a través de su metilación. y a partir de aquí. es liposoluble. es oxidado a Hg ++ mediante ozono. estos compuestos presentan una elevada toxicidad. . la piel.Industrias de Procesos 13 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. que corresponde a la formación de un compuesto organometálico. También se pierde Mercurio durante todo el proceso y dicho Mercurio termina en los ríos. El metilmercurio es un compuesto mucho más tóxico que el mercurio. en especial el metilmercurio. al igual que otros compuestos organometálicos. el cual. puesto que pueden atravesar fácilmente las membranas biológicas y. hígado y riñón. en donde es fácilmente tomado por los peces y es al menos 100 veces más tóxico que el Hg metálico. energía solar y vapor de agua. en particular. llega a provocar daños irreversibles en el cerebro. 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. Una vez formado. Industrias de Procesos 14 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata. Este mercurio procedía de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg como catalizador y vertía los residuos en la Bahía. provocada por el consumo de pescado y mariscos contaminados con metil mercurio. La metilación bacteriana movilizó el Hg almacenado en los sedimentos de la bahía. . debido al paso de Hg++ a metilmercurio por acción bacteriana. en el sur del Japón. 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. se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata". Industrias de Procesos 15 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. 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. Regional San Francisco Por todo esto. . A. Pilar (Bs.A. Cloro ATANOR S. Mendoza LEDESMA S.SODA Principales productores de Cloro-Soda en el País En la actualidad. PAPELERA TUCUMAN S.A.A.) Celdas de cátodo de Hg Celdas de membrana Cátodo membrana de Cátodo de Hg Celda membrana de De Prod Soda Atanor S. Productor Ubicación Proceso Prod. de . QUIMICA DEL NORTE S.I. PETROQUIMICA RÍO TERCERO SOLVAY INDUPA S. diez establecimientos producen cloro – soda en la Argentina. Río (Cba) Celdas de cátodo de Hg 1200 T/a 17000 T/a CLOROX ARG. As.I. Jujuy PAMCOR S. Río (Cba) 53000 T/a 59000 T/a 18500 T/a 22000 T/a 163000 T/a 184000 T/a 23700 T/a 26700 T/a PETROQUIMICA BERMUDEZ S.A.A.) 14400 T/a 16200 T/a KEGHART S. As. S. La inversión total es de 18 millones de dólares y se prevé su puesta en marcha en 2005.) Pilar (Bs.Industrias de Procesos 16 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. As.A.C y F Tercero Tercero Santa Fe Bahía Blanca (Bs. La capacidad instalada está evaluada en tn/año al 31/12/2002 Las toneladas de soda cáustica están medidas en base seca.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. Regional San Francisco CLORO .A.A.I.A.C. Munro . hipoclorito de sodio. Las principales empresas nacionales productoras de Hidróxido de Sodio son: ATANOR S. acido clorhidrico. Productos de cloro.I. y F. RUTA 8 KM. SOLVAY INDUPA S.I. AS.A.A. Empresa ubicada en la Ciudad de Luján de Cuyo en la provincia de Mendoza.A. PROVINCIA BS.A.C. dedicada a la producción y comercialización de Acido Clorhídrico. Regional San Francisco Transclor S.A.A. Soda Cáustica e Hipoclorito de Sodio. prevé ampliar la capacidad instalada a 45000 ton Cloro/año durante 2003.Buenos Aires PAMCOR S. PETROQUIMICA RIO TERCERO S.A. Rio Tercero.Industrias de Procesos 17 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. KEGHART S. .C. QUIMICA DEL NORTE S. 60 PARQUE INDUSTRIAL PILAR. soda cáustica. Regional San Francisco Métodos empleados actualmente para la producción Ventajas e inconvenientes.Industrias de Procesos 18 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. 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 . Regional San Francisco En cada una de estas celdas el objetivo es aislar por separado los productos obtenidos de la reacción electrolítica. Desafortunadamente este tipo de cáustica tiene un elevado contenido de impurezas. Ecológicamente. La cáustica producida por celdas de membrana y mercurio es más costosa pero tiene menor contenido de impurezas. TIPOS DE CELDAS ELECTROLÍTICAS: Celdas de Mercurio: Se fundamentan en la propiedad del sodio de formar con mercurio (cátodo). Cu y Ni) son solubles y más probablemente presentes como sales de sodio de varios complejos aniónicos. El primer aspecto de calidad de la soda son las impurezas. las electrólisis con cátodos de Hg han sido acusadas de contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. El Cloro se desprende en el ánodo. Sin embargo si la soda cáustica es diluida. se puede presentar formación lenta de precipitados de composición desconocida. Actualmente la técnica moderna ha puesto ánodos dimensionalmente estables construidos en titanio. 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.Industrias de Procesos 19 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. H2 y Hg. una amalgama líquida. que se descompone con el agua en NaOH (dilución al 50%). . En la soda cáustica los iones metálicos de transición (Fe. Aunque consumen menos energía que las de Hg. sin contaminación con CO2 y otras materias cloradas. VENTAJAS: Alta concentración de NaOH. Celdas de Diafragma: En este tipo de celda. es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual. La soda cáustica obtenida. El Cl se desprende en el ánodo. no alcanza el grao de pureza necesario para determinadas aplicaciones. mucho consumo de energía. de alta pureza. Además. celdas sensibles a las variaciones de presión. Tienen la ventaja sobre las celdas de mercurio y diafragma. Regional San Francisco recubiertos de metales nobles. alta pureza de Cl2 e H2. baja pureza de la soda. mientras que el H2 y la solución alcalina de NaOH (10-12%) se generan en el cátodo. los compartimientos anódicos y catódicos están separados por una lámina porosa llamada diafragma. alto costo de concentración por la evaporación de agua. Es importante mantener las emisiones de Hg lo mas bajas posibles ya que es tóxico en baja concentración. Celdas de Membrana: Fabricadas a base de polímeros perfluorosulfónicos y permeable sólo a los cationes Na+ y H+. grandes superficies ocupadas. que proporcionan una economía en el consumo energético y permiten obtener cloro mas puro. purificación simple de la salmuera.Industrias de Procesos 20 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. VENTAJAS: bajo consumo de energía. para obtener una solución de NaOH comercial (50%). Se obtienen soluciones de NaOH de concentración superior al 30%. DESVENTAJAS: Usan asbesto. de no usar ningún material contaminante en la separación de los productos electrolíticos. siendo su consumo energético similar a la celda de diafragma. baja calidad de cloro. Los efluentes (líquidos y gaseosos) son desmercurizados. proceso muy costoso. no necesita evaporar para concentrar el NaOH DESVENTAJAS: Usa Hg.y HO-. alto costo de operación y protección ambiental. impidiendo el paso de aniones Cl. 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 . poseen el inconveniente ecológico-sanitario de usar amianto para la construcción del diafragma. alto contenido de O2 en el Cl2.Industrias de Procesos 21 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. VENTAJAS: bajo consumo de energía. Aplicando esta tecnología podemos desarrollar distintos procesos de producción: OBTENCION DE SALES MINERALES: tales como la concentración de NaCl. celdas de operación económica. 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. Regional San Francisco tecnología dado a los avances en el tratamiento del mercurio que hacen que las ventajas medioambientales sean mínimas por dicho cambio. bajo capital invertido. 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) . alta pureza de la soda. NaOH. GENERACION DE CLORO-ALCALI: Para la producción de gas cloro y generación de especies alcalinas concentradas. DESMINERALIZACION DE AGUA: Eliminación de sales en agua que permiten su reutilización. etc. disminución de efluentes con alta conductividad. DESVENTAJAS: se necesita salmuera de alta pureza. alto costo de las membranas. KOH. Industrias de Procesos 22 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco 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 . 35 V H2O .2.-------->2Na+ + H2 + 2OH + Hg+ .5 Cl2 (g) La segunda etapa es la descomposición o desamalgamador .--Hg------>Na-Hg + 0.--------> 2Cl. 99 V (ph: 4) indeseable Reacciones catiónicas: H2O + 2e-.5 O2 (g) + 2 H+ + 2e- E= 0. separado del sistema (la celda de soda). donde la amalgadura diluida pasa de la celda primaria a un reactor de lecho empacado.Industrias de Procesos 23 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco REACCIONES QUÍMICAS INTERVINIENTES EN EL PROCESO Reacciones anódicas: 2Cl.0. 2Na(Hg)-----------------------> 2Na+ + Hg+ + 2 e2H2O + 2e-.--------> Cl2 + 2e- E= 1.--------> H2 + 2OH E=. 71V 2(Na++ Hgº + e--. donde reacciona con H2O.+ 2e.83V Na+ + e--.--------> H2 + 2OH 2Na(Hg) + 2H2O-.-------->Na-Hg) En general la reacción que ocurre en esta primera etapa es: Na + Cl --.--------> 0.--------> Naº E= . siendo un ingrediente necesario en gran parte de los procesos fabriles. metanol.5Cl Cl 2 2 + 2OH--. Regional San Francisco Si no separamos el compartimento se nos produce la siguiente reacción: 0.--------> ClO + Cl + H2O Formas de comercialización de la Soda Caustica Para ser técnicamente correcto.-------->ClO + H2O + e- + 2OH--. sólo la soda cáustica fundida debería ser llamada “líquida”. soluble en agua. Se obtiene. 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 .5Cl 2+ e--. etanol e insoluble en éter y acetona. es uno de los químicos industriales de mayor uso. junto con el Cloro y el Hidrógeno. Es una solución acuosa de hidróxido de sodio al 50% aproximadamente. por electrólisis de Cloruro de Sodio. pero el término “Soda Cáustica líquida” ha sido usado históricamente para describir a las soluciones de soda cáustica. Al igual que el cloro licuado.-------->2Cl 0. Es un líquido claro e incoloro. tipo III. Cumple las especificaciones de la Norma IRAM 41129-1.Industrias de Procesos 24 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. formando Carbonato de Sodio: 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Se envasa herméticamente en tambores.Industrias de Procesos 25 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. . En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras. El aluminio no puede emplearse. Regional San Francisco - Compactada Estas 3 formas tienen la misma composición química y difieren únicamente en la forma y el tamaño de la partícula. pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. así se almacena y distribuye. porque tanto trocitos de sólidos como gotas de solución atacan rápidamente los ojos. 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. porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato. Industrias de Procesos 26 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Desde el acopio el NaCl es transportado a las tolvas por medio de aparato “sin fin” (chimango) elevador. dicha solución llega a un grado de saturación tal que alcanza una concentración ligeramente superior a 300 g/l. en el otro se está obteniendo la . Una vez que estas tolvas han sido llenadas. Purificación de las salmueras previo a la electrólisis. Regional San Francisco Precauciones (factores sanitarios) a considerar con los productos. por medio de otro “sin fin” horizontal se traslada la materia prima hasta una noria por cangilones. 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. aconsejar los primeros auxilios que deben presentarse en caso de accidente. por medio de esta noria que trabaja en posición vertical. proveniente de las salinas. Luego. recomendar el uso de diferentes equipos de protección personal. Transcurrido un tiempo. Luego esta sal es descargada y depositada en playas que sirven para su acopio. el cual es llevado a la planta a granel por medio de camiones. objetivos SATURACIÓN Como sabemos la materia prima para la elaboración de estos dos productos (Cloro e Hidróxido de Sodio). Cabe destacar que los saturadotes trabajan de uno por vez: mientras uno está abasteciendo de salmuera a la planta. partimos del cloruro de sodio. plantas y procesos Evitar los riesgos de trabajo por el manejo y uso de dichas sustancias. Otro de los reactivos usados es el carbonato de sodio. conforman un lodo que se decanta y es eliminado por el fondo del decantador mediante una bomba para lodos. etc. ya que en su composición posee algunas impurezas constituidas por sulfatos. Otro factor a tenerse en cuenta es el ingreso de salmuera de retorno. PURIFICACIÓN Una vez obtenida la salmuera se procede a su purificación. Todas las sales precipitadas. y por otro lado. que entra a los saturadores después de haber pasado por celdas y la etapa de decloración. Por otra parte. Hasta la salida. el cual precipita el calcio como carbonato de calcio. Por medio de bombeo se pasa la salmuera a decantadores. magnesio. El pH a la salida de los decantadores es de 10. carbonatos.5 a 11. Regional San Francisco solución saturada. la cual trae una concentración de 270 g/l. el hidróxido de sodio que tiene la facultad de regular el pH de la solución. conjuntamente con porciones de barros de tierra. y por medio de una cañería que se acopla a la red de la salmuera ubicas entre los decantadores y los saturadores. dependiendo de la composición química de la materia prima y del lugar del yacimiento del cual procede. el cual precipita al magnesio en forma de hidróxido de magnesio. Los reactivos usados son: hidróxido de sodio. se procede al agregado de los reactivos precipitantes que cumplen la función de eliminar las impurezas. Los precipitantes son agregados por medio de un rotámetro. 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. Previamente al ingreso de la salmuera a los decantadores. .Industrias de Procesos 27 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. hierro. la temperatura está en el orden de los 65ºC. Por rebalse e la parte superior de los decantadores. A la salida de ese tanque. la solución pasa a un tanque de depósito de salmuera. Mediante una bomba se dirige la salmuera a una batería formada por cuatro filtros.Industrias de Procesos 28 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco Hasta este punto.5 Kg/cm2 cada uno. Esto por función principal. Están conectados entre sí por medio de cañerías de PVC. esto se logra por el agregado de HCl. después de un tiempo de operación. El tanque posee una capacidad de 60 mil litros. que significa “siempre lleno”. se regenera el lecho filtrante haciendo circular en contracorriente agua limpia y así eliminar toda impureza que se encuentre ocluida en dicho lecho. al igual que las bombas cuyo espesor es de 5mm. evitar la alta corrosión característica del sistema provocada por la salmuera. El filtro en sí. 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. está compuesto en su interior por piedras de canto rodado de diferentes granulometrías. pasa a un tanque de clarificación. La capacidad de este tanque es de . que trabajan a una presión de 4. que mantiene en forma constante la presión de entrada de salmuera a la celda electrolítica. Por medio de bombeo pasamos la salmuera a un tanque denominado “TROPPO PIENO”. hasta llegar a la arena. Luego del proceso de filtración. todas las cañerías son revestidas interiormente con una capa de ebonita de 3mm de espesor. FILTRACIÓN En esta etapa se hace pasar a la salmuera por cuatro filtros. el pH de la solución es de 4. lográndose así obtener una salmuera más límpida. Periódicamente. Para controlar la concentración de la sosa que se está obteniendo. la salmuera vuelve al tanque produciéndose así el ciclo cerrado entre ambos tanques. es necesario aumentar el caudal de agua. La concentración de sodio dentro de la amalgama. Cuando la densidad es baja. Este depósito se encuentra ubicado a una altura de 20 m sobre el nivel del suelo. ELECTRÓLISIS En la celda eléctrica. El cloro se extrae de la celda por un conducto que se comunica con todas las celdas en serie.4 %. . circula la salmuera. El tanque TROPPO PIENO está interconectado con el tanque de stock de salmuera por medio de una cañería de retorno que.2 y 0. La base de esta celda está conectada con el suministro de energía eléctrica. el mercurio fluye sobre la base inclinada de la celda. se disminuye el caudal de agua en la reacción. La amalgama desamalgamador. Sobre el Hg y fluyendo en continuo contacto con él. se mantiene entre 0. Regional San Francisco 18 mil litros. El caudal de salida de tanque es de 50 a 60 m3/h. 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. se usa un densímetro. que Esta fluye se fuera de encuentra la en celda.Industrias de Procesos 29 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. al llenarse el mismo. se dirige contracorriente hacia con un 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. mientras que si la densidad el alta. Dicha salmuera pasa a una etapa de decloración a cuyo efecto se le baja el pH con el agregado de HCl. después de salir de la celda. por medio de bombeo la salmuera pasa a una cámara decloradora que es la cámara FLASH que trabaja al vacío a unos 400 mmHg. ETAPA DE DECLORACIÓN DE LA SALMUERA La salmuera que sale de la celda. En consecuencia.Industrias de Procesos 30 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. proveniente de las celdas. el Hg deja el desamalgamador para circular dentro de la celda. consiste en varios platos por dentro la salmuera cae en forma de cascada. Hasta aquí todo el cloro. Además con esto destruye el hipoclorito de sodio formado. provocando así el desprendimiento de cloro. . con el cual la empresa tiene que cumplir. que son almacenados hasta que se determine un tratamiento adecuado. Prosiguiendo con la etapa de decloración. El hidróxido de sodio obtenido debe ser tratado con una solución de sulfuro de sodio. los tanques y la cámara de flash. que contiene un 60% de agua. prácticamente sin reaccionar (salmuera de retorno) posee una concentración de 270 g/ml aproximadamente. para tratar de eliminar la mayor cantidad de Hg presente. es recogido en el sistema de recolección del mismo por medio de una cañería de cloro donde circula extrayéndoselo por acción del vacío. la salmuera de retorno pasa a un tanque de almacenaje que cuenta con una capacidad de 45 mil litros. El residuo obtenido (sulfuro de Hg) es almacenado en tambores de 200 litros. Existe un límite que fija la cantidad máxima de Hg que puede contener la sosa. Regional San Francisco Ya libre de sodio. ya que este precipita como sulfuro de Hg. Esta última entra a la cámara de flash con esta concentración para salir con otra de 0. A la entrada de la celda. Después de dicho enfriamiento. Regional San Francisco Esta salmuera pasa a dos decloradores entrando por la parte superior.7 g/l de cloro. Enfriada. se pierden unos 6. por la parte inferior se le insufla aire.4% en volumen de .5ºC aproximadamente. El cloro seco es comprimido mediante compresores rotativos de anillos líquido hasta una presión de 2. 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. Todo el cloro recogido a lo largo del proceso se lleva a la etapa de secado ya que sale húmedo. a cuyo respecto no es tema de este proyecto entrar en detalles. Consecutivamente.Industrias de Procesos 31 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. concluyendo la purificación en dos torres de secado en contra corriente con ácido sulfúrico. el pH es de 4 y a la salida de la misma tiene un pH de 1.5.05 g/l. la salmuera pasa a los saturadores los cuales trabajan de uno por vez (como ya se dijo anteriormente). siendo la temperatura de los saturadotes de 60ºC.7 a 0.1 g/l. luego ingresa con esta concentración a los decloradores y a su egreso posee una de 0. con una composición de 0.5kg/cm2. el cloro pasa por un filtro y luego a una segunda etapa de enfriamiento mediante otro intercambiador de calor de titanio con agua sub. A esta mezcla se la usa para la elaboración de hipoclorito. La concentración de cloro en el tanque es de 0. obteniéndose una mezcla de cloro-aire. En el trayecto desde los saturadotes a las celdas. Una vez eliminada la salmuera. con esto se logra eliminar la salmuera disuelta en cloro y producir además. como dato importante.3 % de cloro.5 kg/cm2 manométrico. ingresa el cloro en contracorriente en forma de spray. El tren de secado y eliminación de salmuera consta de cuatro torres. El cloro que posee un porcentaje de humedad. .Industrias de Procesos 32 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. que los valores críticos de hidrógeno están entre el 7. ingresa a un recipiente donde contiene virutas de hierro. la salmuera debe eliminarse. hasta que se satura de NaCl. en una reacción muy exotérmica. y sale a 2. El agua se recicla en esta torre. con la consecuente reposición del agua. ya que al desprenderse del ánodo. El cloro entra a 600 mmHg. Además existe un filtro entre las columnas 1 y 2. es dirigido a la etapa de compresión. un efecto de refrigeración o enfriado. es decir como depresión por hacerse una aspiración. la cual es eliminada por un pequeño tanque que sirve de purgo. el cloro entra una serie de tres columnas por donde entra H2SO4 en contracorriente del 96% y sale al 70%. Regional San Francisco hidrógeno 7% inerte (oxígeno + nitrógeno) y un 92. produciéndose la formación de cloruro férrico. Se puede decir. ésta burbujeó en la salmuera. es una manera de controlar el grado de humedad. para eliminar la poca salmuera que pueda haber quedado. también arrastra consigo algo de salmuera. lo que se ejecuta por medio de dos compresores de anillo líquido de sulfúrico. Luego de que el cloro pasó por el tren de secado. En consecuencia. Por último. es decir. Esto ocurre siempre y cuando haya presencia de humedad. En la 1ª.5% por el riesgo que implica una posible explosión de la celda. Los compresores se ubican en paralelo y a la entrada del compresor se encuentra un filtro. . a una presión de 8kg/cm2. se utiliza otro filtro. 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. que va para la obtención de hipoclorito. Regional San Francisco Para eliminar el sulfúrico del cloro que sale por el compresor. pasando previamente por un intercambiador y obtener una licuación total del freón. del tipo “BRINK”. Los tanques de stock de NaOH son cuatro con una capacidad de 90m3 cada uno. cuya cantidad depende del caudal del freón y cloro que necesitamos utilizar. El freón líquido es conducido al intercambiador (licuador) para licuar el cloro. este se hace pasar por un “Nock Dry” para eliminar el inerte. Hasta aquí se ha logrado comprimir el cloro. El cloro se almacena en tanques horizontales de hierro. El licuador de cloro trabaja con una presión de 2kg/cm2 y consta de varios tubos. 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. pero previamente se debe someter a una prueba de presión de 22kg/cm2.Industrias de Procesos 33 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Industrias de Procesos 34 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco .