QuíMica Industrial 2

PROCESOS QUÍMICOS

• La industria química es una parte importante de nuestra sociedad, ya que aplicando principios químicos y utilizando diferentes procesos productivos transforma las materias primas en productos que ayudan a satisfacer las necesidades de las personas, mejorando su calidad de vida.

• El objetivo principal de la industria química es elaborar un producto de buena calidad con el costo más bajo posible, y tratando de ocasionar el menor daño al medio ambiente.

Clasificación de la Industria Química• Industrias químicas de base: estas industrias conforman

grandes procesos industriales de nuestro país debido a las enormes cantidades de productos que elaboran, utilizando las materias primas básicas y elaboran productos intermedios que,

a su vez, sirven de materia prima para otras industrias.

• Industrias químicas de Transformación: estas industrias se dedican a la elaboración de productos destinados al consumo directo, emplean como materia primas los productos elaborados por las industrias químicas de base.

• La química fina, como se denomina a este sector industrial, comprende numerosas industrias especializadas. Algunos productos de la química fina son: medicamentos, fertilizantes, plaguicidas, colorantes, explosivos, plásticos, detergentes, jabones y aditivos alimenticios.

• Etapas del Proceso Productivo

• Tratamiento físicos iniciales: se utilizan medios como la trituración, molienda, calentamiento y mezcla de la materia prima que se van a utilizar y reaccionar

• Tratamientos químicos: las materias primas procesadas inicialmente se someten a una serie de reacciones químicas que tienen lugar en un reactor y que las transforman en productos.

• Tratamientos físicos finales: finaliza la etapa anterior, se procede a una purificación y separación de los productos obtenidos.

- Las técnicas más empleadas en esta etapa son: destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.

Control de calidad en las industrias de transformación.

• Control de calidad consiste en un conjunto de pruebas físicas, químicas y microbiológicas a las que se someten tanto las materias primas como los productos finales para comprobar que cumplan con las normas establecidas.

- Es necesario asegurar y garantizar que los productos estén en buenas condiciones y que no producirán ningún problema a las personas a la hora de consumirlos.

Papel de la Industria química en el desarrollo económico

• Satisfacen la demanda interna del país .

• Incrementan la actividad exportadora.

• Por ejemplo:• Celulosa 515 Millones de US$• Refinados de petróleo 412 Millones de US$• Metanol 291 Millones de US$

• El cobre es nuestro principal producto de exportación y contribuye significativamente al desarrollo económico del país, recibiendo muchas veces la denominación de “el sueldo de Chile”

• Las exportaciones de cobre de CODELCO representan un 40% de las exportaciones totales de nuestro país.

Industria del Hierro& Minerales de Hierro Alrededor del 5% de la corteza terrestre está compuesta

por hierro;sin embargo, el hierro se encuentra en minerales combinado con no metales como el oxígeno, azufre y silicio. Los minerales de hierro más comunes son la hematita ( Fe2O3), que es el más explotado en Chile, y la pirita (FeS2).

& Principales yacimientos:• El Laco - II región que es el de mayor reserva.• Algarrobo - III región• El Romeral - IV región

Proceso& El proceso de obtencion de hierro a partir de sus minerales se

realiza a traves de una serie de procesos de reduccion que se realizan en el alto horno.

& Materias Primas

• Mena: Mineral de Hierro• El carbón coque ( C(s))• Piedra caliza como fundente: Permite fundir la roca a menor

temperatura para que asi se produzcan las reacciones quimicas del proceso.

& Todos estos se cargan por la parte superior del alto horno.

& Por la parte inferior se inyecta aire caliente para facilitar los procesos químicos.( logrando temperaturas de hasta 1700ºC).

Las principales reacciones quimicas que ocurren en el alto horno son:& Formación de gases reductores: La fuente

de los gases reductores es la combustion del coque. El carbon se quema en laparte inferior del horno,donde la

temperatura es muy alta, originando monoxido de carbono (CO) a medida que asciende.

2C(s) + O2 -----> 2CO A estas altas temperaturas , cualquier formacion de CO2 es

reducida por las capas superiores de coque , segun:

C(s) + CO2 -----> 2CO El vapor de agua presente en el aire inyectado reacciona tambien

con el coque :

C(s) + H2O -----> CO+ H2

& La reducción de los óxidos de hierro: Los óxidos de hierro son reducidos por el H2 y el CO obteniendose hierro fundido:

Fe2O3 + 3CO ----> 2Fe(l) + 3 CO2

Fe2O3 + 3H2 ----> 2Fe(l) + 3 H2O& Formación de escorias: La piedra caliza

agregada al alto horno participa en la formacion de escoria. Con las altas temperaturas, la piedra caliza se descompone en oxidode calcio y dioxido de carbono:

CaCO3 -----> CaO + CO2

El óxido de calcio (CaO) reacciona con las impurezas que acompañan al mineral. Por ej: , con el óxido de silicio (SiO2) para formar la escoria, principalmente silicato de calcio( CaSiO3)

CaO + SiO2 ----> CaSiO3 El silicato de calcio es menos denso que el hierro fundido,

por lo que se acumula en la base del horno formando una capa sobre el metal (hierro fundido) que lo protege de reacciones con el aire.

El hierro fundido opor las salidas laterales situadas en la base del horno.

El metal obtenido contiene alrededor de un 95 % de hierro y el 5% restante se compone de impurezas como C, P,Mn y Si.

& APLICACIONES DEL HIERRO• Fabricación de acero -----> acero inoxidable

(0,2-1,5% C)

Industria del Litio

• El litio: Es un mineral escaso, Chile tiene importantes reservas , alrededor de 4 millones de toneladas, Chile aporta un 30% del consumo mundial, segundo productor de litio en el mundo

& Ubicación:

• Salar de Atacama - II Región

Proceso 1. El proceso de extarcion comienza con el bombeo

de las salmueras( disoluciones acuosas de sales)ubicadas a unos a 30 metros de profundidad.

2. A través de cañerías se conducen a estanques en donde con ayuda del calor solar, el agua se evapora y el mineral de litio se concentra ( hasta un contenido cercano a 5% m/m).

3-La salmuera final contiene 5,8% Li2CO3, ademas de sales de magnesio (2%) y de boro 0,7%). Durante el proceso de evaporacion precipitan algunas sales que se recogen separándolas del concentrado, que por medio de procesos químicos, se separan para poder obtener el mineral de litio en forma pura. El carbonato de litio asi producido alcanza un grado de pureza de un 99.5 %

Aplicaciones• En la actualidad , el litio tiene importantes apliacciones . Por

ej:

• Fabricación de baterías recargables.

• Producción de medicamentos

• En el campo de la energía atómica se emplea en la fusión nuclear

Industria del azufre& El azufre se encuentra distribuido por toda la corteza

terrestre por ej: en depositos de origen volcanico y formando diversos minerales , como los sulfuros metalicos como la pirita CuFeS2 y los sulfatos como el yeso

CaSO4 * 2H2O.& UN POCO DE HISTORIA• Chinos: mezclaban azufre + NaNO3 + carbón ---->pólvora Se utilizó para: • Fumigaciones• Agente blanqueador de tejidos,• Pigmento para pinturas

& Los alquimistas Árabes:

• El azufre era la esencia de todo lo que ardía• Prepararon Ácido Sulfúrico

& PREPARACIÓN• Depende de la ubicación de los yacimientos:• Si el depósito se encuentra en la superficie, el azufre es

separado a través del método de Calcaroni• Y si el deposito es Subterráneo se utiliza el Metódo de

Frasch.& Metódo de Calcaroni 1.Azufre es separado del yeso y resto de roca 2. Se calienta a fusión 3. En forma líquida se hace pasar a moldes de madera y

solidifica AZUFRE DE CAÑÓN

& Método de frasch 1. Se emplean tres tubos de hierro concéntricos que

perforan las capas de arena hasta alcanzar los 150 m de profundidad.

2. Por el tubo concéntrico exterior se inyecta agua a 120°C

3. Por el tuboconcéntrico central se inyecta aire comprimido.

& El azufre se funde en contacto con el agua caliente y por su mayor densidad se deposita en el fondo de la perforación.

& Pasa al segundo tubo concéntrico , empujado por el gas el cual hace que el azufre ascienda hasta la superficie.

Industria del Iodo• En la naturaleza se encuentra en forma de ioduros (NaI) en

el agua de mar.

& PREPARACIÓN• Se extrae como subproducto de la purificación del salitre

en el que se encuentra como Yodato de sodio NaIO3. En los yacimientos chilenos el yodato de sodio esta presente en un 0.2% del salitre que e extrae.

• Es así que cuando el salitre se purifica por cristalización, el filtrado contiene el yodato de sodio, que se mezcla y calienta con bisulfato de sodio, formándose un precipitado que contiene yodo en forma sólida, el cual luego se lava, prensa , seca y purifica por sublimación.

Aplicaciones

• En medicina ( desinfección de heridas)

• Fármacos basados en el yodo, sirven para combatir la amebiasis ( infeccion intestinal).

• Funcionamiento de la GlándulaTiroides, por lo cual debe estar en nuestra dieta diaria.

• Fabricación de colorantes

• Elaboración de reveladores para peliculas fotográficas

Industria del Ácido Sulfúrico& El ácido sulfúrico es el producto químico de mayor consumo en el

mundo ya que es el ácido inorgánico de menor costo de producción.& En chile se ha iniciado la producción de ácido sulfúrico como una

forma de descontaminar los gases sulfurosos que se producen en la mineria del cobre, los cuales han causado grandes daños a la agricultura y ganaderia de las zonas aledañas a estos centros mineros.

& PREPARACIÓN& Método de Contacto: 1. Obtención de SO2 en un quemador a partir de minerales que

contienen azufre( oxidacion del azufre) S + O2 ------> SO2

2. El SO2 se convierte en SO3 en presencia de un catalizador (V2O5)

2SO2 + O2 -----> 2SO3

3. El SO3 se pone en contacto con agua SO3 + H2O -----> H2SO4

La formación del ácido sulfúrico es un proceso exotérmico

& PLANTAS DE Ácido Sulfúrico. La cascada 8% Paipote 4% Ventanas 14% Refimet 3% Chagres 8% Otros 3%

Aplicaciones

• Elaboración de fertilizantes

• Refineria del petróleo

• Metalurgía del cobre, hierro, manganeso

• Fabricación de pigmentos