Industrias de Procesos 1 UNIVERSIDAD 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 También aquí se emplean como ánodos electrodos de grafito y como cátodo parrillas de Hierro. unos 120 g de Hidróxido de Sodio y unos 140 g de Cloruro de Sodio. Mediante la aplicación de una corriente continua de unos cuatro voltios los iones Cloruro van al ánodo.Industrias de Procesos 4 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El Hidrógeno se recoge por debajo del diafragma y se extrae por (D). El Sodio flota sobre el Cloruro de Sodio fundido. Regional San Francisco fundido. se unen para dar moléculas y abandonan en forma de gas el espacio anódico por (F). 2 NaCl + 2 H2O 2 NaOH + Cl2 + H2 . De los iones Na + y H+ presentes en el cátodo se descargan solamente los últimos por su potencial de separación más positivo. en un espacio anódico (B) y otro espacio catódico (C). Así se puede obtener separadamente Sodio fundido y Cloro gaseoso. En el espacio catódico queda una solución de lejía de sosa que contiene Cloruro de Sodio. La producción del fundido tiene lugar en el depósito superior (E). 2 NaCl 2 Na + Cl2 MÉTODO DEL DIAFRAGMA: (Gráfico 2) La célula horizontal en el método del diafragma. de dónde se extrae y se pasa a un depósito colector (D). la célula Billiter (2) está separada por el diafragma (A). sobre el cátodo (B). que frecuentemente es formado por varias capas de asbesto. por encima de la campana. dónde se va cargando continuamente Cloruro de Sodio sólido. La disolución se extrae por (E). El electrolito es una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio (3) que entra continuamente por la parte superior. Unas 50 a 100 células se unen para constituir una batería. se descargan. 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. Industrias de Procesos 7 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El Mercurio puro se recoge en el fondo de la torre y se bombea (J) de nuevo a la célula de electrólisis.6 voltios y el Cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (D). el cuál es muy laborioso. lejía de sosa (H) e Hidrógeno (I). 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 lejía de Sosa purificada de ésta manera es de 50 % y contiene todavía 2 % de Cloruro de Sodio. La lejía de Sosa del método de diafragma es solamente del 12 % y contiene mucho Cloruro de Sodio. La célula no tiene diafragma. 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. con lo que la mayor parte de Cloruro de Sodio precipita y se separa por centrifugación (no dibujado). 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 %. algo inclinada hacia un lado (4). 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. Se trabaja con corriente contínua con 4. con producción de Mercurio. Regional San Francisco MÉTODO DE LA AMALGAMA: (Gráfico 3) En la célula. Si se requiere de mayor pureza debe recurrirse a un tratamiento de cristalización. El electrolito es también aquí una solución purificada y saturada de Cloruro de Sodio que entra continuamente por (C). 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. . Se la concentra fuertemente en evaporadores de múltiple efecto (7).2 % (E). Regional San Francisco En el método de la amalgama se obtiene una lejía de sosa muy pura. El Sodio metálico. MÉTODO DE LA AMALGAMA (Gráfico 3) (falta el diagrama o dibujo ) . 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. 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.Industrias de Procesos 8 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. La lejía de sosa de 50 % se vende como tal (8) o se evapora hasta obtenerla sólida y se envasa en barriles (9). con una concentración de 50 %. completamente exenta de Cloruro de Sodio y otras impurezas. 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 ) .Industrias de Procesos 9 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El Cloro tiene muchas aplicaciones en la industria química. HIDRÓGENO Elemento gaseoso reactivo. También se combina con ciertos metales como Sodio y Litio. obtenido por primera vez por el químico británico James Dewar en 1898 . bien por licuación de los demás componentes del gas. etc. líquidos refrigerantes. Regional San Francisco CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBPRODUCTOS OBTENIDOS CLORO Es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. es incoloro (excepto en capas gruesas.9 oC . Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos de todas las sustancias. Los metales no nobles. a excepción del Helio. plásticos. Mezclado con Hidrógeno forma una mezcla detonante. Industrialmente se producen grandes cantidades de Hidrógeno a partir de los combustibles gaseosos. del gas natural y del gas de hulla. El hidrógeno reacciona con una gran variedad de elementos no metálicos. El Hidrógeno líquido. Es dos veces más pesado que el agua y su punto de fusión es – 100. o bien por conversión catalítica del Monóxido de Carbono en Dióxido . insípido. El Hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera. formando hidruros. El Hidrógeno se separa del vapor de agua.Industrias de Procesos 10 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. fibras químicas. Si se deja evaporar rápidamente bajo poca presión se congela transformándose en un sólido incoloro. que tienen un aspecto azul pálido). para la fabricación de disolventes. son atacados formando Cloruros. Actúa como agente reductor de óxidos metálicos como el Óxido de Cobre. extrayendo el Oxígeno y dejando el metal en estado puro. aditivos de la gasolina. 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. incoloro e inodoro. El sodio elemental es un metal tan blando que puede cortarse con un cuchillo. fusión y soldadura de metales. Sólo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Tiene una dureza de 0. arde fácilmente y varios dirigibles. Se oxida con rapidez al exponerlo al aire y reacciona violentamente con agua formando hidróxido de sodio e hidrógeno. requieren grandes cantidades de Hidrógeno. La hidrogenación de aceites para producir grasas comestibles. y la que tiene lugar en el refinado del petróleo. acabaron destruidos por incendios de Hidrógeno. Se emplean grandes cantidades de Hidrógeno en la elaboración del Amoníaco y en la síntesis de Alcohol Metílico. El Hidrógeno es un producto derivado importante en muchas reacciones de electrólisis. Tiene un punto de fusión de 98 °C.97.4. un punto de ebullición de 883 °C y una densidad relativa de 0. y además no es inflamable. Su masa atómica es 22. que resulta fácilmente extraíble. extremamente blando y muy reactivo.Industrias de Procesos 11 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El Sodio ocupa el séptimo lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. como el Hindenburg. Es un componente esencial del tejido vegetal y animal.9898. SODIO: Es un elemento metálico blanco plateado. Es uno de los metales alcalinos de la tabla periódica. Regional San Francisco de Carbono. . se emplea en su lugar siempre que es posible. que tiene un 92% de la capacidad de elevación del Hidrógeno. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos como Cloruro de Sodio. También se usa el Hidrógeno en sopletes para corte. El Helio. la de la hulla para producir petróleo sintético. Sin embargo. Es el gas menos pesado que existe y se ha utilizado para inflar globos y dirigibles. textiles y de jabón. seda artificial. El envenenamiento progresivo. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras. que se prepara donde ha de usarse y en cualquier concentración deseada por disolución en agua de la sosa sólida. 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. plásticos. en la fabricación de diversos productos químicos.Industrias de Procesos 12 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El vapor de mercurio y sus sales solubles en agua corroen las membranas del organismo. que se da al ingerir durante . porque tanto trocitos de sólido como gotas de solución atacan rápidamente los ojos. principalmente en forma de lejía de sosa. etc. pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato. formando Carbonato de distribuye. Regional San Francisco APLICACIONES La sosa cáustica tiene muchas aplicaciones en la industria química. Como campos principales de empleo citaremos: industrias de algodón. ALMACENAJE Y TRANSPORTE Como la sosa cáustica Sodio: 2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Se envasa herméticamente en tambores y así se la amacena y sólida es fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente con el Dióxido de Carbono del aire. El aluminio no puede emplearse. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. la incorporación del metal en la cadena trófica está asegurada. El vapor de mercurio elemental liberado en la atmósfera. en especial el metilmercurio. se forma el metil-mercurio. puesto que pueden atravesar fácilmente las membranas biológicas y. es oxidado a Hg ++ mediante ozono. . creciendo la preocupación por los vertidos incontrolados del metal a las aguas. A causa del aumento de la contaminación del agua. CH3Hg+. el cual. que corresponde a la formación de un compuesto organometálico. Una vez formado. la piel. al igual que otros compuestos organometálicos. hígado y riñón. energía solar y vapor de agua. Regional San Francisco largos periodos pequeñas cantidades del metal o de sus sales liposolubles. es liposoluble. llega a provocar daños irreversibles en el cerebro. se han encontrado cantidades significativas de mercurio en ciertas especies de peces. El metilmercurio es un compuesto mucho más tóxico que el mercurio. 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. estos compuestos presentan una elevada toxicidad. 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. La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un fenómeno geoquímico relativamente importante. En consecuencia. Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg es a través de su metilación.Industrias de Procesos 13 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. En el caso concreto del mercurio. y a partir de aquí. en particular. 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". en el sur del Japón. . 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.Industrias de Procesos 14 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Este mercurio procedía de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg como catalizador y vertía los residuos en la Bahía. Regional San Francisco Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata. debido al paso de Hg++ a metilmercurio por acción bacteriana. 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. . La inversión total es de 18 millones de dólares y se prevé su puesta en marcha en 2005. As.A.A.A. Prod. diez establecimientos producen cloro – soda en la Argentina. QUIMICA DEL NORTE S.A. S. KEGHART S. As.A. PAMCOR S.C y F Ubicación Río (Cba) Tercero Proceso Celdas de cátodo de Hg 1200 T/a 14400 T/a 17000 T/a 16200 T/a Pilar (Bs. La capacidad instalada está evaluada en tn/año al 31/12/2002 Las toneladas de soda cáustica están medidas en base seca.A.) Pilar (Bs.I.A.A. PETROQUIMICA BERMUDEZ S.I. PAPELERA TUCUMAN S.Industrias de Procesos 16 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac.A.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.) Atanor S. Regional San Francisco CLORO . As. Cloro De Prod Soda de Productor ATANOR S.SODA Principales productores de Cloro-Soda en el País En la actualidad.I.A. PETROQUIMICA RÍO TERCERO SOLVAY INDUPA S.) Mendoza Jujuy Río (Cba) Tercero Celdas de cátodo de Hg Celdas de membrana Cátodo membrana Cátodo de Hg Celda membrana de de Santa Fe 53000 T/a 59000 T/a 18500 T/a 163000 T/a 23700 T/a 22000 T/a 184000 T/a 26700 T/a Bahía Blanca (Bs.C. . LEDESMA S. CLOROX ARG. Soda Cáustica e Hipoclorito de Sodio.Buenos Aires PAMCOR S.I. Las principales empresas nacionales productoras de Hidróxido de Sodio son: ATANOR S.A. Productos de cloro. acido clorhidrico. Regional San Francisco Transclor S.A. PETROQUIMICA RIO TERCERO S. SOLVAY INDUPA S. hipoclorito de sodio.C. KEGHART S. . Rio Tercero.C.Industrias de Procesos 17 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Empresa ubicada en la Ciudad de Luján de Cuyo en la provincia de Mendoza.A. 60 PARQUE INDUSTRIAL PILAR. AS.A. prevé ampliar la capacidad instalada a 45000 ton Cloro/año durante 2003. y F.A. soda cáustica. PROVINCIA BS.A. QUIMICA DEL NORTE S.A.I. RUTA 8 KM. dedicada a la producción y comercialización de Acido Clorhídrico. Munro . 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 mercurio Celda de diafragma ordinaria . Regional San Francisco Métodos empleados actualmente para la producción Ventajas e inconvenientes. TIPOS DE CELDAS ELECTROLÍTICAS: Celdas de Mercurio: Se fundamentan en la propiedad del sodio de formar con mercurio (cátodo). . Desafortunadamente este tipo de cáustica tiene un elevado contenido de impurezas. se puede presentar formación lenta de precipitados de composición desconocida. una amalgama líquida. que se descompone con el agua en NaOH (dilución al 50%). Regional San Francisco En cada una de estas celdas el objetivo es aislar por separado los productos obtenidos de la reacción electrolítica. Ecológicamente. Muchos productores de hipoclorito usan cáustica producida por celdas de diafragma por el costo es bajo. 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.Industrias de Procesos 19 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. las electrólisis con cátodos de Hg han sido acusadas de contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. El Cloro se desprende en el ánodo. 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. Actualmente la técnica moderna ha puesto ánodos dimensionalmente estables construidos en titanio. El primer aspecto de calidad de la soda son las impurezas. En la soda cáustica los iones metálicos de transición (Fe. La cáustica producida por celdas de membrana y mercurio es más costosa pero tiene menor contenido de impurezas. H2 y Hg. mucho consumo de energía. sin contaminación con CO2 y otras materias ya que cloradas. Celdas de Membrana: Fabricadas a base de polímeros perfluorosulfónicos y permeable sólo a los cationes Na+ y H+. Se obtienen soluciones de NaOH de concentración superior al 30%. grandes superficies ocupadas. VENTAJAS: bajo consumo de energía. Tienen la ventaja sobre las celdas de mercurio y diafragma. impidiendo el paso de aniones Cl. alta pureza de Cl2 e H2. no alcanza el grao de pureza necesario para determinadas aplicaciones. DESVENTAJAS: Usan asbesto. es Los en efluentes baja (líquidos y gaseosos) VENTAJAS: son Alta desmercurizados. 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 . los compartimientos anódicos y catódicos están separados por una lámina porosa llamada diafragma. no necesita evaporar para concentrar el NaOH DESVENTAJAS: Usa Hg. baja calidad de cloro. celdas sensibles a las variaciones de presión.y HO-. Regional San Francisco recubiertos de metales nobles. La soda cáustica obtenida. Aunque consumen menos energía que las de Hg. mientras que el H2 y la solución alcalina de NaOH (10-12%) se generan en el cátodo.Industrias de Procesos 20 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. siendo su consumo energético similar a la celda de diafragma. que proporcionan una economía en el consumo energético y permiten obtener cloro mas puro. baja pureza de la soda. para obtener una solución de NaOH comercial (50%). proceso muy costoso. de alta pureza. Además. poseen el inconveniente ecológico-sanitario de usar amianto para la construcción del diafragma. alto costo de operación y protección ambiental. de no usar ningún material contaminante en la separación de los productos electrolíticos. concentración de NaOH. alto costo de concentración por la evaporación de agua. El Cl se desprende en el ánodo. es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual. purificación simple de la salmuera. Es importante mantener las emisiones de Hg lo mas bajas posibles tóxico concentración. Celdas de Diafragma: En este tipo de celda. VENTAJAS: bajo consumo de energía. DESVENTAJAS: se necesita salmuera de alta pureza. bajo capital invertido. alto contenido de O2 en el Cl2. Aplicando esta tecnología podemos desarrollar distintos procesos de producción: OBTENCION DE SALES MINERALES: tales como la concentración de NaCl. KOH. NaOH. celdas de operación económica.Industrias de Procesos 21 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. alta pureza de la soda. 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) . DESMINERALIZACION DE AGUA: Eliminación de sales en agua que permiten su reutilización. etc. GENERACION DE CLORO-ALCALI: Para la producción de gas cloro y generación de especies alcalinas concentradas. disminución de efluentes con alta conductividad. Un tipo especial de membrana puede separar el hidrógeno directamente del metanol líquido. Regional San Francisco tecnología dado a los avances en el tratamiento del mercurio que hacen que las ventajas medioambientales sean mínimas por dicho cambio. pero su eficiencia eléctrica es la mitad de la de una celda de hidrógeno puro. alto costo de las membranas. 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 .Industrias de Procesos 22 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. 35 V E= 0. donde reacciona con H2O.--------> H2 + 2OH 2Na(Hg) + 2H2O-.2. 71V .83V E= . separado del sistema (la celda de soda).--------> Cl2 + 2eH2O . Regional San Francisco REACCIONES QUÍMICAS INTERVINIENTES EN EL PROCESO Reacciones anódicas: 2Cl.5 Cl2 (g) La segunda etapa es la descomposición o desamalgamador .--------> Naº 2(Na++ Hgº + e--.Industrias de Procesos 23 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac.-------->2Na+ + H2 + 2OH + Hg+ E=.+ 2e.5 O2 (g) + 2 H+ + 2e(ph: 4) indeseable E= 1.--Hg------>Na-Hg + 0. 2Na(Hg)-----------------------> 2Na+ + Hg+ + 2 e2H2O + 2e-.--------> 0. donde la amalgadura diluida pasa de la celda primaria a un reactor de lecho empacado.-------->Na-Hg) En general la reacción que ocurre en esta primera etapa es: Na + Cl --. 99 V Reacciones catiónicas: H2O + 2e-.0.--------> H2 + 2OH Na+ + e--.--------> 2Cl. Cumple las especificaciones de la Norma IRAM 41129-1. por electrólisis de Cloruro de Sodio. tipo III. Regional San Francisco Si no separamos el compartimento se nos produce la siguiente reacción: 0. sólo la soda cáustica fundida debería ser llamada “líquida”. metanol.5Cl Cl 2 2 + 2OH--. Es un líquido claro e incoloro. Es una solución acuosa de hidróxido de sodio al 50% aproximadamente. pero el término “Soda Cáustica líquida” ha sido usado históricamente para describir a las soluciones de soda cáustica. Al igual que el cloro licuado. es uno de los químicos industriales de mayor uso.-------->2Cl 0. 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 .Industrias de Procesos 24 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac.5Cl 2+ e--. junto con el Cloro y el Hidrógeno.-------->ClO + H2O + e- + 2OH--. siendo un ingrediente necesario en gran parte de los procesos fabriles. Se obtiene. soluble en agua. etanol e insoluble en éter y acetona.--------> ClO + Cl + H2O Formas de comercialización de la Soda Caustica Para ser técnicamente correcto. formando Carbonato de Sodio: 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Se envasa herméticamente en tambores. 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.Industrias de Procesos 25 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento de vasijas. porque tanto trocitos de sólidos como gotas de solución atacan rápidamente los ojos. Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el hierro. El aluminio no puede emplearse. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas protectoras. . Regional San Francisco Compactada - Estas 3 formas tienen la misma composición química y difieren únicamente en la forma y el tamaño de la partícula. porque la lejía de sosa la disuelve formando aluminato. así se almacena y distribuye. Desde el acopio el NaCl es transportado a las tolvas por medio de aparato “sin fin” (chimango) elevador. por medio de esta noria que trabaja en posición vertical. plantas y procesos Evitar los riesgos de trabajo por el manejo y uso de dichas sustancias. partimos del cloruro de sodio. proveniente de las salinas. en el otro se está obteniendo la . Una vez que estas tolvas han sido llenadas. 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. Purificación de las salmueras previo a la electrólisis. 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. por medio de otro “sin fin” horizontal se traslada la materia prima hasta una noria por cangilones. Regional San Francisco Precauciones (factores sanitarios) a considerar con los productos. objetivos SATURACIÓN Como sabemos la materia prima para la elaboración de estos dos productos (Cloro e Hidróxido de Sodio). Transcurrido un tiempo. aconsejar los primeros auxilios que deben presentarse en caso de accidente. Luego.Industrias de Procesos 26 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. dicha solución llega a un grado de saturación tal que alcanza una concentración ligeramente superior a 300 g/l. recomendar el uso de diferentes equipos de protección personal. Cabe destacar que los saturadotes trabajan de uno por vez: mientras uno está abasteciendo de salmuera a la planta. conforman un lodo que se decanta y es eliminado por el fondo del decantador mediante una bomba para lodos. el cual precipita al magnesio en forma de hidróxido de magnesio. Otro de los reactivos usados es el carbonato de sodio.Industrias de Procesos 27 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Hasta la salida. el hidróxido de sodio que tiene la facultad de regular el pH de la solución. el cual precipita el calcio como carbonato de calcio.5 a 11. se procede al agregado de los reactivos precipitantes que cumplen la función de eliminar las impurezas. la cual trae una concentración de 270 g/l. y por otro lado. Otro factor a tenerse en cuenta es el ingreso de salmuera de retorno. Por otra parte. Todas las sales precipitadas. Los precipitantes son agregados por medio de un rotámetro. Regional San Francisco solución saturada. y por medio de una cañería que se acopla a la red de la salmuera ubicas entre los decantadores y los saturadores. Previamente al ingreso de la salmuera a los decantadores. magnesio. para lo que es posible agregársele en tal caso cloruro de bario a fin de precipitar todos los sulfatos como sulfato de bario. puede o no contener sulfatos. etc. PURIFICACIÓN Una vez obtenida la salmuera se procede a su purificación. conjuntamente con porciones de barros de tierra. hierro. que entra a los saturadores después de haber pasado por celdas y la etapa de decloración. . la temperatura está en el orden de los 65ºC. dependiendo de la composición química de la materia prima y del lugar del yacimiento del cual procede. El pH a la salida de los decantadores es de 10. ya que en su composición posee algunas impurezas constituidas por sulfatos. Por medio de bombeo se pasa la salmuera a decantadores. carbonatos. Los reactivos usados son: hidróxido de sodio. Periódicamente. está compuesto en su interior por piedras de canto rodado de diferentes granulometrías. el pH de la solución es de 4. todas las cañerías son revestidas interiormente con una capa de ebonita de 3mm de espesor. 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. la solución pasa a un tanque de depósito de salmuera. FILTRACIÓN En esta etapa se hace pasar a la salmuera por cuatro filtros. La capacidad de este tanque es de . se regenera el lecho filtrante haciendo circular en contracorriente agua limpia y así eliminar toda impureza que se encuentre ocluida en dicho lecho. Por rebalse e la parte superior de los decantadores. que mantiene en forma constante la presión de entrada de salmuera a la celda electrolítica. Luego del proceso de filtración. A la salida de ese tanque. que significa “siempre lleno”. Están conectados entre sí por medio de cañerías de PVC. pasa a un tanque de clarificación. Esto por función principal. lográndose así obtener una salmuera más límpida.5 Kg/cm2 cada uno. Por medio de bombeo pasamos la salmuera a un tanque denominado “TROPPO PIENO”. hasta llegar a la arena. después de un tiempo de operación. El filtro en sí. al igual que las bombas cuyo espesor es de 5mm. Regional San Francisco Hasta este punto.Industrias de Procesos 28 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. El tanque posee una capacidad de 60 mil litros. que trabajan a una presión de 4. Mediante una bomba se dirige la salmuera a una batería formada por cuatro filtros. evitar la alta corrosión característica del sistema provocada por la salmuera. esto se logra por el agregado de HCl. Industrias de Procesos 29 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac.4 %. El tanque TROPPO PIENO está interconectado con el tanque de stock de salmuera por medio de una cañería de retorno que. . Cuando la densidad es baja. mientras que si la densidad el alta. encuentra contracorriente 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. 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. circula la salmuera. La base de esta celda está conectada con el suministro de energía eléctrica. se disminuye el caudal de agua en la reacción. La amalgama que Esta fluye se fuera de la en celda. ELECTRÓLISIS En la celda eléctrica. al llenarse el mismo.2 y 0. El caudal de salida de tanque es de 50 a 60 m3/h. La concentración de sodio dentro de la amalgama. la salmuera vuelve al tanque produciéndose así el ciclo cerrado entre ambos tanques. El cloro se extrae de la celda por un conducto que se comunica con todas las celdas en serie. se usa un densímetro. Regional San Francisco 18 mil litros. Este depósito se encuentra ubicado a una altura de 20 m sobre el nivel del suelo. es necesario aumentar el caudal de agua. se dirige hacia con un desamalgamador. Sobre el Hg y fluyendo en continuo contacto con él. se mantiene entre 0. Para controlar la concentración de la sosa que se está obteniendo. el mercurio fluye sobre la base inclinada de la celda. los tanques y la cámara de flash. En consecuencia. consiste en varios platos por dentro la salmuera cae en forma de cascada. después de salir de la celda. que contiene un 60% de agua. El hidróxido de sodio obtenido debe ser tratado con una solución de sulfuro de sodio. Prosiguiendo con la etapa de decloración. proveniente de las celdas. con el cual la empresa tiene que cumplir. provocando así el desprendimiento de cloro.Industrias de Procesos 30 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. para tratar de eliminar la mayor cantidad de Hg presente. Dicha salmuera pasa a una etapa de decloración a cuyo efecto se le baja el pH con el agregado de HCl. ETAPA DE DECLORACIÓN DE LA SALMUERA La salmuera que sale de la celda. Además con esto destruye el hipoclorito de sodio formado. la salmuera de retorno pasa a un tanque de almacenaje que cuenta con una capacidad de 45 mil litros. por medio de bombeo la salmuera pasa a una cámara decloradora que es la cámara FLASH que trabaja al vacío a unos 400 mmHg. prácticamente sin reaccionar (salmuera de retorno) posee una concentración de 270 g/ml aproximadamente. ya que este precipita como sulfuro de Hg. Regional San Francisco Ya libre de sodio. Hasta aquí todo el cloro. es recogido en el sistema de recolección del mismo por medio de una cañería de cloro donde circula extrayéndoselo por acción del vacío. El residuo obtenido (sulfuro de Hg) es almacenado en tambores de 200 litros. que son almacenados hasta que se determine un tratamiento adecuado. . el Hg deja el desamalgamador para circular dentro de la celda. Existe un límite que fija la cantidad máxima de Hg que puede contener la sosa. obteniéndose una mezcla de cloro-aire.7 a 0.4% en volumen de .5kg/cm2. el pH es de 4 y a la salida de la misma tiene un pH de 1. concluyendo la purificación en dos torres de secado en contra corriente con ácido sulfúrico. Regional San Francisco Esta salmuera pasa a dos decloradores entrando por la parte superior. En el trayecto desde los saturadotes a las celdas. Enfriada.1 g/l. Después de dicho enfriamiento. a cuyo respecto no es tema de este proyecto entrar en detalles. Consecutivamente. por la parte inferior se le insufla aire. La concentración de cloro en el tanque es de 0. siendo la temperatura de los saturadotes de 60ºC. luego ingresa con esta concentración a los decloradores y a su egreso posee una de 0.5ºC aproximadamente. el cloro pasa por un filtro y luego a una segunda etapa de enfriamiento mediante otro intercambiador de calor de titanio con agua sub. se pierden unos 6. seguido de un intercambiador de calor de titanio con enfriamiento por agua.7 g/l de cloro. la salmuera pasa a los saturadores los cuales trabajan de uno por vez (como ya se dijo anteriormente).5. Proceso de licuación del Cloro El sistema de purificación de cloro está constituido por un filtro de cloro húmedo.05 g/l. Esta última entra a la cámara de flash con esta concentración para salir con otra de 0. 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. A esta mezcla se la usa para la elaboración de hipoclorito. El cloro seco es comprimido mediante compresores rotativos de anillos líquido hasta una presión de 2.Industrias de Procesos 31 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. A la entrada de la celda. es una manera de controlar el grado de humedad.3 % de cloro. En la 1ª. con esto se logra eliminar la salmuera disuelta en cloro y producir además. es dirigido a la etapa de compresión. En consecuencia. El agua se recicla en esta torre. . 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. en una reacción muy exotérmica. El tren de secado y eliminación de salmuera consta de cuatro torres. es decir como depresión por hacerse una aspiración.5 kg/cm2 manométrico. Una vez eliminada la salmuera. Se puede decir. hasta que se satura de NaCl. ingresa a un recipiente donde contiene virutas de hierro. también arrastra consigo algo de salmuera. lo que se ejecuta por medio de dos compresores de anillo líquido de sulfúrico. un efecto de refrigeración o enfriado. ingresa el cloro en contracorriente en forma de spray.Industrias de Procesos 32 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Además existe un filtro entre las columnas 1 y 2. la salmuera debe eliminarse.5% por el riesgo que implica una posible explosión de la celda. la cual es eliminada por un pequeño tanque que sirve de purgo. El cloro entra a 600 mmHg. Los compresores se ubican en paralelo y a la entrada del compresor se encuentra un filtro. para eliminar la poca salmuera que pueda haber quedado. ésta burbujeó en la salmuera. Esto ocurre siempre y cuando haya presencia de humedad. ya que al desprenderse del ánodo. con la consecuente reposición del agua. Luego de que el cloro pasó por el tren de secado. que los valores críticos de hidrógeno están entre el 7. es decir. El cloro que posee un porcentaje de humedad. y sale a 2. Por último. como dato importante. produciéndose la formación de cloruro férrico. este se hace pasar por un “Nock Dry” para eliminar el inerte. 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. cuya cantidad depende del caudal del freón y cloro que necesitamos utilizar. pero previamente se debe someter a una prueba de presión de 22kg/cm2.Industrias de Procesos 33 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. a una presión de 8kg/cm2. 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. Hasta aquí se ha logrado comprimir el cloro. del tipo “BRINK”. Los tanques de stock de NaOH son cuatro con una capacidad de 90m3 cada uno. 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. El cloro se almacena en tanques horizontales de hierro. se utiliza otro filtro. El freón líquido es conducido al intercambiador (licuador) para licuar el cloro. Regional San Francisco .Industrias de Procesos 34 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac.