Hidroxido de Sodio

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Fac. Regional San Francisco

1 Industrias de Procesos

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.



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.



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



fundido. Así se puede obtener separadamente Sodio fundido y Cloro gaseoso.

El Sodio flota sobre el Cloruro de Sodio fundido, sobre el cátodo (B), de dónde

se extrae y se pasa a un depósito colector (D).

La producción del fundido tiene lugar en el depósito superior (E), por

encima de la campana, dónde se va cargando continuamente Cloruro de Sodio

sólido.

2 NaCl 2 Na + Cl2

MÉTODO DEL DIAFRAGMA: (Gráfico 2)

La célula horizontal en el método del diafragma, la célula Billiter (2) está

separada por el diafragma (A), que frecuentemente es formado por varias

capas de asbesto, en un espacio anódico (B) y otro espacio catódico (C).

También aquí se emplean como ánodos electrodos de grafito y como cátodo

parrillas de Hierro. El electrolito es una solución purificada y saturada de

Cloruro de Sodio (3) que entra continuamente por la parte superior.

Mediante la aplicación de una corriente continua de unos cuatro voltios los

iones Cloruro van al ánodo, se descargan, se unen para dar moléculas y

abandonan en forma de gas el espacio anódico por (F). De los iones Na+ y H+

presentes en el cátodo se descargan solamente los últimos por su potencial de

separación más positivo. El Hidrógeno se recoge por debajo del diafragma y se

extrae por (D). En el espacio catódico queda una solución de lejía de sosa que

contiene Cloruro de Sodio; unos 120 g de Hidróxido de Sodio y unos 140 g de

Cloruro de Sodio. La disolución se extrae por (E). Unas 50 a 100 células se

unen para constituir una batería.

2 NaCl + 2 H2O 2 NaOH + Cl2 + H2



ELECTRÓLISIS CLORO – ÁLCALI (Gráfico 1)

(falta el diagrama o dibujo )



MÉTODO DE DIAFRAGMA (Gráfico 2)




MÉTODO DE LA AMALGAMA: (Gráfico 3)

En la célula, algo inclinada hacia un lado (4), el ánodo consta también de

varios electrodos de grafito (A) mientras el cátodo lo constituye el Mercurio (B)

que cubre el suelo y que fluye en él lentamente. La célula no tiene diafragma.

El electrolito es también aquí una solución purificada y saturada de Cloruro de

Sodio que entra continuamente por (C). Se trabaja con corriente contínua con

4,6 voltios y el Cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (D). Los

iones Sodio se descargan en el cátodo de Mercurio y rápidamente forman con

él la amalgama de Sodio que fluye fuera de la célula con un contenido en Sodio

de alrededor de 0,2 % (E). Por medio de una bomba (F) se hace pasar la

amalgama a un depósito (G), una torre rellena con grafito en la que se

produce la descomposición de la amalgama con agua, con producción de

Mercurio, lejía de sosa (H) e Hidrógeno (I). El Mercurio puro se recoge en el

fondo de la torre y se bombea (J) de nuevo a la célula de electrólisis.

2 Na + Hg2 + 2 H2O 2 NaOH + Hg2 + H2

TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE ELECTRÓLISIS:

(Gráfico 4 y 5)

El Hidrógeno producido en los métodos de diafragma y de la amalgama es

de 95 %. La mayor parte de las veces se saca con Ácido Sulfúrico concentrado

y mediante compresores (5) se le almacena en botellas de acero (6) si no se

tiene para él la aplicación en fábricas propias.

La lejía de Sosa del método de diafragma es solamente del 12 % y

contiene mucho Cloruro de Sodio. Se la concentra fuertemente en

evaporadores de múltiple efecto (7), con lo que la mayor parte de Cloruro de

Sodio precipita y se separa por centrifugación (no dibujado). La lejía de Sosa

purificada de ésta manera es de 50 % y contiene todavía 2 % de Cloruro de

Sodio. Si se requiere de mayor pureza debe recurrirse a un tratamiento de

cristalización, el cuál es muy laborioso.



En el método de la amalgama se obtiene una lejía de sosa muy pura,

completamente exenta de Cloruro de Sodio y otras impurezas, con una

concentración de 50 %, que se puede aumentar fácilmente hasta un 75 %.

La lejía de sosa de 50 % se vende como tal (8) o se evapora hasta

obtenerla sólida y se envasa en barriles (9).

El Cloro se liquida y se expende en vagones tanques a presión (10) o en

botellas de acero.

El Sodio metálico, procedente de la electrólisis en fase fundida, no

necesita más purificación y se envasa en latas (11) o barriles herméticos para

su distribución al comercio.

MÉTODO DE LA AMALGAMA (Gráfico 3)




TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS DE ELECTRÓLISIS (Gráfico 4)


PRODUCTOS TERMINADOS (Gráfico 5)




CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBPRODUCTOS

OBTENIDOS

CLORO

Es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Es dos

veces más pesado que el agua y su punto de fusión es – 100,9 oC . Se disuelve

moderadamente en agua y es uno de los elementos más reactivos. Debido a su

gran reactividad no existe en estado elemental en la naturaleza. Los metales

no nobles, son atacados formando Cloruros. Mezclado con Hidrógeno forma

una mezcla detonante.

El Cloro tiene muchas aplicaciones en la industria química, para la

fabricación de disolventes, aditivos de la gasolina, plásticos, fibras químicas,

líquidos refrigerantes, etc.

HIDRÓGENO

Elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro e inodoro.

Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos de todas las

sustancias, a excepción del Helio. El Hidrógeno líquido, obtenido por primera

vez por el químico británico James Dewar en 1898 , es incoloro (excepto en

capas gruesas, que tienen un aspecto azul pálido). Si se deja evaporar

rápidamente bajo poca presión se congela transformándose en un sólido

incoloro. El Hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas

cantidades en la atmósfera. El hidrógeno reacciona con una gran variedad de

elementos no metálicos. También se combina con ciertos metales como Sodio

y Litio, formando hidruros. Actúa como agente reductor de óxidos metálicos

como el Óxido de Cobre, extrayendo el Oxígeno y dejando el metal en estado

puro. Industrialmente se producen grandes cantidades de Hidrógeno a partir

de los combustibles gaseosos. El Hidrógeno se separa del vapor de agua, del

gas natural y del gas de hulla, bien por licuación de los demás componentes

del gas, o bien por conversión catalítica del Monóxido de Carbono en Dióxido



de Carbono, que resulta fácilmente extraíble. El Hidrógeno es un producto

derivado importante en muchas reacciones de electrólisis. Se emplean grandes

cantidades de Hidrógeno en la elaboración del Amoníaco y en la síntesis de

Alcohol Metílico. La hidrogenación de aceites para producir grasas comestibles,

la de la hulla para producir petróleo sintético, y la que tiene lugar en el

refinado del petróleo, requieren grandes cantidades de Hidrógeno. Es el gas

menos pesado que existe y se ha utilizado para inflar globos y dirigibles. Sin

embargo, arde fácilmente y varios dirigibles, como el Hindenburg, acabaron

destruidos por incendios de Hidrógeno. El Helio, que tiene un 92% de la

capacidad de elevación del Hidrógeno, y además no es inflamable, se emplea

en su lugar siempre que es posible. También se usa el Hidrógeno en sopletes

para corte, fusión y soldadura de metales.

SODIO:

Es un elemento metálico blanco plateado, extremamente blando y muy

reactivo. Es uno de los metales alcalinos de la tabla periódica. El sodio

elemental es un metal tan blando que puede cortarse con un cuchillo. Tiene

una dureza de 0,4. Se oxida con rapidez al exponerlo al aire y reacciona

violentamente con agua formando hidróxido de sodio e hidrógeno. Tiene un

punto de fusión de 98 °C, un punto de ebullición de 883 °C y una densidad

relativa de 0,97. Su masa atómica es 22,9898.

Sólo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Se encuentra en

el mar y en los lagos salinos como Cloruro de Sodio. El Sodio ocupa el séptimo

lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Es un

componente esencial del tejido vegetal y animal.



APLICACIONES

La sosa cáustica tiene muchas aplicaciones en la industria química,

principalmente en forma de lejía de sosa, que se prepara donde ha de usarse y

en cualquier concentración deseada por disolución en agua de la sosa sólida.

Como campos principales de empleo citaremos: industrias de algodón, seda

artificial, plásticos, textiles y de jabón, en la fabricación de diversos productos

químicos, etc.

ALMACENAJE Y TRANSPORTE

Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona

rápidamente con el Dióxido de Carbono del aire, formando Carbonato de

Sodio:

2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Se envasa herméticamente en tambores y así se la amacena y

distribuye. Como material de construcción para envases y depósitos es

adecuado el hierro. El aluminio no puede emplearse, porque la lejía de sosa la

disuelve formando aluminato, pero es posible emplear plásticos para el

recubrimiento de vasijas. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar

gafas protectoras, porque tanto trocitos de sólido como gotas de solución

atacan rápidamente los ojos.

IMPORTANCIA DE LA CONTAMINACIÓN POR MERCURIO

Este tema es de mayor importancia debido a su peligrosidad y se

encuentra en relación con un método de obtención de Hidróxido de Sodio. Éste

es el método de la Amalgama descripto anteriormente.

El vapor de mercurio y sus sales solubles en agua corroen las membranas

del organismo. El envenenamiento progresivo, que se da al ingerir durante



largos periodos pequeñas cantidades del metal o de sus sales liposolubles, en

especial el metilmercurio, llega a provocar daños irreversibles en el cerebro,

hígado y riñón. A causa del aumento de la contaminación del agua, se han

encontrado cantidades significativas de mercurio en ciertas especies de peces,

creciendo la preocupación por los vertidos incontrolados del metal a las aguas.

Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg es a través de su

metilación, que corresponde a la formación de un compuesto organometálico.

En el caso concreto del mercurio, se forma el metil-mercurio, CH3Hg+, el cual,

al igual que otros compuestos organometálicos, es liposoluble. En

consecuencia, estos compuestos presentan una elevada toxicidad, puesto que

pueden atravesar fácilmente las membranas biológicas y, en particular, la piel,

y a partir de aquí, la incorporación del metal en la cadena trófica está

asegurada. La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un fenómeno

geoquímico relativamente importante. El metilmercurio es un compuesto

mucho más tóxico que el mercurio.

El vapor de mercurio elemental liberado en la atmósfera, es oxidado a

Hg++ mediante ozono, energía solar y vapor de agua. Una vez formado, el

mercurio iónico Hg++ es arrastrado de la atmósfera por las lluvias y depositado

sobre ambientes terrestres y acuáticos donde es convertido en metil mercurio

en el suelo. El metil mercurio puede ser fácilmente transportado del suelo al

medio acuático. También se pierde Mercurio durante todo el proceso y dicho

Mercurio termina en los ríos, en donde es fácilmente tomado por los peces y es

al menos 100 veces más tóxico que el Hg metálico.



Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata, en el sur del Japón,

se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata",

provocada por el consumo de pescado y mariscos contaminados con metil

mercurio, debido al paso de Hg++ a metilmercurio por acción bacteriana. La

producción de metil-Hg por bacterias y su liberación en el medio acuático es un

mecanismo de defensa que protege los microbios del envenenamiento de Hg.

La metilación bacteriana movilizó el Hg almacenado en los sedimentos de la

bahía. Este mercurio procedía de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg

como catalizador y vertía los residuos en la Bahía.



Por todo esto, cuando se trabaja con Mercurio debe tenerse el cuidado de

que todo resto de amalgama sea recuperada y almacenada en recipientes

cerrados e inmersos en solución fijadora de película radiográfica evitando la

liberación de vapores de Mercurio.



CLORO - SODA

Principales productores de Cloro-Soda en el País

En la actualidad, diez establecimientos producen cloro – soda en

la Argentina.

La capacidad instalada está evaluada en tn/año al 31/12/2002

Las toneladas de soda cáustica están medidas en base seca.

Productor Ubicación Proceso Prod. De Cloro

Prod de Soda

ATANOR S.A. Río Tercero

(Cba)

Celdas de cátodo

de Hg 1200 T/a 17000 T/a

CLOROX ARG. S.A. Pilar (Bs. As.) 14400 T/a 16200 T/a

KEGHART S.A. Mendoza

LEDESMA S.A.A.I. Jujuy

PAMCOR S.A. Río Tercero

(Cba)

Celdas de cátodo

de Hg

PETROQUIMICA BERMUDEZ S.A.

Santa Fe Celdas de membrana

53000 T/a 59000 T/a

PAPELERA TUCUMAN S.A.

PETROQUIMICA RÍO TERCERO

Cátodo de membrana

18500 T/a 22000 T/a

SOLVAY INDUPA S.A.I.C.

Bahía Blanca (Bs. As.)

Cátodo de Hg 163000 T/a

184000 T/a

QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C y F

Pilar (Bs. As.) Celda de membrana

23700 T/a 26700 T/a

Atanor S.A está realizando un proyecto de reemplazo de su tecnología

actual por una de membranas de última generación (Mitsui Co) que le permitirá

incrementar un 70% su capacidad instalada. La inversión total es de 18 millones

de dólares y se prevé su puesta en marcha en 2005.



Transclor S.A. prevé ampliar la capacidad instalada a 45000 ton Cloro/año

durante 2003.

Las principales empresas nacionales productoras de Hidróxido de Sodio

son:

ATANOR S.A. Munro - Buenos Aires

PAMCOR S.A. Rio Tercero.

Productos de cloro, soda cáustica, hipoclorito de sodio, acido clorhidrico,

QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C. y F. RUTA 8 KM. 60 PARQUE

INDUSTRIAL PILAR. PROVINCIA BS. AS.

KEGHART S.A.

Empresa ubicada en la Ciudad de Luján de Cuyo en la provincia de

Mendoza, dedicada a la producción y comercialización de Acido Clorhídrico,

Soda Cáustica e Hipoclorito de Sodio.

PETROQUIMICA RIO TERCERO S.A.

SOLVAY INDUPA S.A.I.C.



Métodos empleados actualmente para la producción

Ventajas e inconvenientes.

En el comercio se utilizan tres tipos de celdas electrolíticas para cloro y

productos alcalinos:

Celda de membrana Celda de mercurio

Celda de diafragma ordinaria



En cada una de estas celdas el objetivo es aislar por separado los

productos obtenidos de la reacción electrolítica.

Las celdas electrolíticas usadas para la producción de soda cáusticas se

clasifican en tres clases:

Diafragma (grado comercial)

Mercurio (grado rayón)

Membrana

El nivel de las impurezas en la cáustica está directamente relacionado con

el tipo de procesos. Muchos productores de hipoclorito usan cáustica producida

por celdas de diafragma por el costo es bajo.

Desafortunadamente este tipo de cáustica tiene un elevado contenido de

impurezas. La cáustica producida por celdas de membrana y mercurio es más

costosa pero tiene menor contenido de impurezas. El primer aspecto de calidad

de la soda son las impurezas.

En la soda cáustica los iones metálicos de transición (Fe, Cu y Ni) son

solubles y más probablemente presentes como sales de sodio de varios

complejos aniónicos. Sin embargo si la soda cáustica es diluida, se puede

presentar formación lenta de precipitados de composición desconocida.

TIPOS DE CELDAS ELECTROLÍTICAS:

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

formar con mercurio (cátodo), una amalgama líquida, que se descompone con

el agua en NaOH (dilución al 50%), H2 y Hg. El Cloro se desprende en el

ánodo. Ecológicamente, las electrólisis con cátodos de Hg han sido acusadas de

contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. Actualmente la técnica

moderna ha puesto ánodos dimensionalmente estables construidos en titanio,



recubiertos de metales nobles, que proporcionan una economía en el consumo

energético y permiten obtener cloro mas puro, sin contaminación con CO2 y

otras materias cloradas. Los efluentes (líquidos y gaseosos) son

desmercurizados. Es importante mantener las emisiones de Hg lo mas bajas

posibles ya que es tóxico en baja concentración. VENTAJAS: Alta

concentración de NaOH; alta pureza de Cl2 e H2; purificación simple de la

salmuera; no necesita evaporar para concentrar el NaOH DESVENTAJAS: Usa

Hg; alto costo de operación y protección ambiental; grandes superficies

ocupadas; mucho consumo de energía.

Celdas de Diafragma: En este tipo de celda, los compartimientos

anódicos y catódicos están separados por una lámina porosa llamada

diafragma. El Cl se desprende en el ánodo, mientras que el H2 y la solución

alcalina de NaOH (10-12%) se generan en el cátodo. Aunque consumen menos

energía que las de Hg, para obtener una solución de NaOH comercial (50%),

es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual, proceso muy costoso.

Además, poseen el inconveniente ecológico-sanitario de usar amianto para la

construcción del diafragma. La soda cáustica obtenida, no alcanza el grao de

pureza necesario para determinadas aplicaciones. VENTAJAS: bajo consumo

de energía. DESVENTAJAS: Usan asbesto; alto costo de concentración por la

evaporación de agua; baja pureza de la soda; baja calidad de cloro; celdas

sensibles a las variaciones de presión.

Celdas de Membrana: Fabricadas a base de polímeros

perfluorosulfónicos y permeable sólo a los cationes Na+ y H+, impidiendo el

paso de aniones Cl- y HO-. Se obtienen soluciones de NaOH de concentración

superior al 30%, de alta pureza. Tienen la ventaja sobre las celdas de mercurio

y diafragma, de no usar ningún material contaminante en la separación de los

productos electrolíticos, siendo su consumo energético similar a la celda de

diafragma. El costo importante está en el reemplazo de las celdas existentes

de mercurio por celdas de membrana y no se justifica el cambio de la



tecnología dado a los avances en el tratamiento del mercurio que hacen que

las ventajas medioambientales sean mínimas por dicho cambio. VENTAJAS:

bajo consumo de energía; bajo capital invertido; celdas de operación

económica; alta pureza de la soda. DESVENTAJAS: se necesita salmuera de

alta pureza; alto contenido de O2 en el Cl2; alto costo de las membranas. Un

tipo especial de membrana puede separar el hidrógeno directamente del

metanol líquido, pero su eficiencia eléctrica es la mitad de la de una celda de

hidrógeno puro.

Aplicando esta tecnología podemos desarrollar distintos procesos de

producción: OBTENCION DE SALES MINERALES: tales como la

concentración de NaCl, KOH, NaOH, etc. DESMINERALIZACION DE AGUA:

Eliminación de sales en agua que permiten su reutilización, disminución de

efluentes con alta conductividad. GENERACION DE CLORO-ALCALI: Para la

producción de gas cloro y generación de especies alcalinas concentradas.

DESCRIPCION DEL PROCESO CLORO-SODA

(Por electrolisis en celdas de mercurio)

ETAPA DE TRATAMIENTO DE LA SALMUERA:

Saturación

Purificación (decantación de las impurezas)

Filtración

ELECTRÓLISIS:

Formación de la Amalgama (NaHgx)



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



REACCIONES QUÍMICAS INTERVINIENTES EN EL PROCESO

Reacciones anódicas:

2Cl- --------> 2Cl- + 2e- --------> Cl2 + 2e- E= 1, 35 V

H2O - --------> 0,5 O2 (g) + 2 H+ + 2e- E= 0, 99 V

(ph: 4) indeseable

Reacciones catiónicas:

H2O + 2e-- --------> H2 + 2OH E=- 0,83V

Na+ + e--- --------> Naº E= - 2, 71V

2(Na++ Hgº + e--- -------->Na-Hg)

En general la reacción que ocurre en esta primera etapa es:

Na + Cl --- --Hg------>Na-Hg + 0,5 Cl2 (g)

La segunda etapa es la descomposición o desamalgamador , donde la

amalgadura diluida pasa de la celda primaria a un reactor de lecho empacado,

separado del sistema (la celda de soda), donde reacciona con H2O.

2Na(Hg)-----------------------> 2Na+ + Hg+ + 2 e-

2H2O + 2e-- --------> H2 + 2OH

2Na(Hg) + 2H2O-- -------->2Na+ + H2 + 2OH + Hg+



Si no separamos el compartimento se nos produce la siguiente reacción:

0,5Cl 2+ e--- -------->2Cl

0,5Cl 2 + 2OH--- -------->ClO + H2O + e-

Cl 2 + 2OH--- --------> ClO + Cl + H2O

Formas de comercialización de la Soda

Caustica

Para ser técnicamente correcto, sólo la soda cáustica fundida debería

ser llamada “líquida”, pero el término “Soda Cáustica líquida” ha sido usado

históricamente para describir a las soluciones de soda cáustica.

Es una solución acuosa de hidróxido de sodio al 50%

aproximadamente.

Se obtiene, junto con el Cloro y el Hidrógeno, por electrólisis de Cloruro

de Sodio.

Cumple las especificaciones de la Norma IRAM 41129-1, tipo III.

Es un líquido claro e incoloro, soluble en agua, metanol, etanol e

insoluble en éter y acetona.

Al igual que el cloro licuado, es uno de los químicos industriales de

mayor uso, siendo un ingrediente necesario en gran parte de los procesos

fabriles.

La soda cáustica líquida al 50% se encuentra disponible en 4 grados:

- Diafragma

- Rayón

- Membrana

- Diafragma purificada

- La soda cáustica anhidra es comercializada en forma de

- Perlas

- Escamas



- Compactada

Estas 3 formas tienen la misma composición química y difieren

únicamente en la forma y el tamaño de la partícula.

Formas de comercialización

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

Soda cáustica en solución al 50%

Cloro líquido

Hidrógeno

Hipoclorito de sodio

Ácido clorhídrico

Criterios de selección de materiales para el proceso de fabricación

Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona

rápidamente con el CO2 del aire, formando Carbonato de Sodio:

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Se envasa herméticamente en tambores; así se almacena y distribuye.

Como material de construcción para envases y depósitos es adecuado el

hierro. El aluminio no puede emplearse, porque la lejía de sosa la disuelve

formando aluminato, pero es posible emplear plásticos para el recubrimiento

de vasijas. En el trabajo con sosa o con lejía es necesario utilizar gafas

protectoras, porque tanto trocitos de sólidos como gotas de solución atacan

rápidamente los ojos.



Precauciones (factores sanitarios) a considerar con los productos,

plantas y procesos

Evitar los riesgos de trabajo por el manejo y uso de dichas sustancias,

aconsejar los primeros auxilios que deben presentarse en caso de accidente,

recomendar el uso de diferentes equipos de protección personal.

Purificación de las salmueras previo a la electrólisis,

objetivos

SATURACIÓN

Como sabemos la materia prima para la elaboración de estos dos

productos (Cloro e Hidróxido de Sodio), partimos del cloruro de sodio,

proveniente de las salinas, el cual es llevado a la planta a granel por medio de

camiones. Luego esta sal es descargada y depositada en playas que sirven

para su acopio.

Desde el acopio el NaCl es transportado a las tolvas por medio de aparato

“sin fin” (chimango) elevador.

Una vez que estas tolvas han sido llenadas, por medio de otro “sin fin”

horizontal se traslada la materia prima hasta una noria por cangilones.

Luego, por medio de esta noria que trabaja en posición vertical, el cloruro

de sodio es descargado a dos saturadotes que se llenan con una cantidad de

agua (considerable a la del cloruro sodio) y así poder formar la solución.

Transcurrido un tiempo, dicha solución llega a un grado de saturación tal que

alcanza una concentración ligeramente superior a 300 g/l.

Cabe destacar que los saturadotes trabajan de uno por vez: mientras uno

está abasteciendo de salmuera a la planta, en el otro se está obteniendo la



solución saturada. Otro factor a tenerse en cuenta es el ingreso de salmuera

de retorno, que entra a los saturadores después de haber pasado por celdas y

la etapa de decloración, la cual trae una concentración de 270 g/l.

PURIFICACIÓN

Una vez obtenida la salmuera se procede a su purificación, ya que en su

composición posee algunas impurezas constituidas por sulfatos, carbonatos,

magnesio, hierro, etc. Por medio de bombeo se pasa la salmuera a

decantadores.

Previamente al ingreso de la salmuera a los decantadores, y por medio de

una cañería que se acopla a la red de la salmuera ubicas entre los

decantadores y los saturadores, se procede al agregado de los reactivos

precipitantes que cumplen la función de eliminar las impurezas. Los reactivos

usados son: hidróxido de sodio, el cual precipita al magnesio en forma de

hidróxido de magnesio. Los precipitantes son agregados por medio de un

rotámetro, y por otro lado, el hidróxido de sodio que tiene la facultad de

regular el pH de la solución. Otro de los reactivos usados es el carbonato de

sodio, el cual precipita el calcio como carbonato de calcio. Por otra parte,

dependiendo de la composición química de la materia prima y del lugar del

yacimiento del cual procede, puede o no contener sulfatos, para lo que es

posible agregársele en tal caso cloruro de bario a fin de precipitar todos los

sulfatos como sulfato de bario.

Todas las sales precipitadas, conjuntamente con porciones de barros de

tierra, conforman un lodo que se decanta y es eliminado por el fondo del

decantador mediante una bomba para lodos. Hasta la salida, la temperatura

está en el orden de los 65ºC. El pH a la salida de los decantadores es de 10,5 a

11.



Hasta este punto, todas las cañerías son revestidas interiormente con una

capa de ebonita de 3mm de espesor, al igual que las bombas cuyo espesor es

de 5mm. Esto por función principal, evitar la alta corrosión característica del

sistema provocada por la salmuera.

Por rebalse e la parte superior de los decantadores, pasa a un tanque de

clarificación, lográndose así obtener una salmuera más límpida. Mediante una

bomba se dirige la salmuera a una batería formada por cuatro filtros.

FILTRACIÓN

En esta etapa se hace pasar a la salmuera por cuatro filtros, que trabajan

a una presión de 4,5 Kg/cm2 cada uno.

El filtro en sí, está compuesto en su interior por piedras de canto rodado

de diferentes granulometrías, hasta llegar a la arena. Están conectados entre sí

por medio de cañerías de PVC.

Este tipo de interconexión entre filtro y filtro permite que en el caso de

que se produzca algún desperfecto se proceda a sacar de servicio por medio de

un by-pass.

Periódicamente, después de un tiempo de operación, se regenera el lecho

filtrante haciendo circular en contracorriente agua limpia y así eliminar toda

impureza que se encuentre ocluida en dicho lecho. Luego del proceso de

filtración, la solución pasa a un tanque de depósito de salmuera.

A la salida de ese tanque, el pH de la solución es de 4; esto se logra por

el agregado de HCl. El tanque posee una capacidad de 60 mil litros. Por medio

de bombeo pasamos la salmuera a un tanque denominado “TROPPO PIENO”,

que significa “siempre lleno”, que mantiene en forma constante la presión de

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



18 mil litros. El caudal de salida de tanque es de 50 a 60 m3/h. Este depósito

se encuentra ubicado a una altura de 20 m sobre el nivel del suelo.

El tanque TROPPO PIENO está interconectado con el tanque de stock de

salmuera por medio de una cañería de retorno que, al llenarse el mismo, la

salmuera vuelve al tanque produciéndose así el ciclo cerrado entre ambos

tanques.

ELECTRÓLISIS

En la celda eléctrica, el mercurio fluye sobre la base inclinada de la celda.

La base de esta celda está conectada con el suministro de energía eléctrica.

Sobre el Hg y fluyendo en continuo contacto con él, circula la salmuera.

Los ánodos de titanio están ubicados dentro de la salmuera de modo que

quede un pequeño espacio entre el ánodo de titanio y el cátodo de Hg. La

concentración de sodio dentro de la amalgama, se mantiene entre 0,2 y 0,4 %.

El cloro se extrae de la celda por un conducto que se comunica con todas las

celdas en serie.

La amalgama que fluye fuera de la celda, se dirige hacia un

desamalgamador. Esta se encuentra en contracorriente con agua

desmineralizada en presencia de un catalizador (grafito) para producir

hidróxido de sodio (aproximadamente 510%) e hidrógeno que se retira por

parte superior de este equipo.

Para controlar la concentración de la sosa que se está obteniendo, se usa

un densímetro. Cuando la densidad es baja, se disminuye el caudal de agua en

la reacción, mientras que si la densidad el alta, es necesario aumentar el

caudal de agua.



Ya libre de sodio, el Hg deja el desamalgamador para circular dentro de la

celda.

El hidróxido de sodio obtenido debe ser tratado con una solución de

sulfuro de sodio, para tratar de eliminar la mayor cantidad de Hg presente, ya

que este precipita como sulfuro de Hg. Existe un límite que fija la cantidad

máxima de Hg que puede contener la sosa, con el cual la empresa tiene que

cumplir.

El residuo obtenido (sulfuro de Hg) es almacenado en tambores de 200

litros, que contiene un 60% de agua, que son almacenados hasta que se

determine un tratamiento adecuado.

ETAPA DE DECLORACIÓN DE LA SALMUERA

La salmuera que sale de la celda, prácticamente sin reaccionar (salmuera

de retorno) posee una concentración de 270 g/ml aproximadamente.

Dicha salmuera pasa a una etapa de decloración a cuyo efecto se le baja

el pH con el agregado de HCl. Además con esto destruye el hipoclorito de sodio

formado. En consecuencia, después de salir de la celda, la salmuera de retorno

pasa a un tanque de almacenaje que cuenta con una capacidad de 45 mil

litros.

Prosiguiendo con la etapa de decloración, por medio de bombeo la

salmuera pasa a una cámara decloradora que es la cámara FLASH que trabaja

al vacío a unos 400 mmHg; consiste en varios platos por dentro la salmuera

cae en forma de cascada, provocando así el desprendimiento de cloro.

Hasta aquí todo el cloro, proveniente de las celdas, los tanques y la

cámara de flash, es recogido en el sistema de recolección del mismo por medio

de una cañería de cloro donde circula extrayéndoselo por acción del vacío.



Esta salmuera pasa a dos decloradores entrando por la parte superior;

por la parte inferior se le insufla aire, obteniéndose una mezcla de cloro-aire.

A esta mezcla se la usa para la elaboración de hipoclorito, a cuyo respecto

no es tema de este proyecto entrar en detalles.

Consecutivamente, la salmuera pasa a los saturadores los cuales trabajan

de uno por vez (como ya se dijo anteriormente).

En el trayecto desde los saturadotes a las celdas, se pierden unos 6,5ºC

aproximadamente, siendo la temperatura de los saturadotes de 60ºC.

A la entrada de la celda, el pH es de 4 y a la salida de la misma tiene un

pH de 1,5. La concentración de cloro en el tanque es de 0,7 g/l de cloro. Esta

última entra a la cámara de flash con esta concentración para salir con otra de

0,1 g/l; luego ingresa con esta concentración a los decloradores y a su egreso

posee una de 0,05 g/l.

Proceso de licuación del Cloro

El sistema de purificación de cloro está constituido por un filtro de cloro

húmedo, seguido de un intercambiador de calor de titanio con enfriamiento por

agua. Después de dicho enfriamiento, el cloro pasa por un filtro y luego a una

segunda etapa de enfriamiento mediante otro intercambiador de calor de

titanio con agua sub. Enfriada, concluyendo la purificación en dos torres de

secado en contra corriente con ácido sulfúrico. El cloro seco es comprimido

mediante compresores rotativos de anillos líquido hasta una presión de

2,5kg/cm2.

Todo el cloro recogido a lo largo del proceso se lleva a la etapa de secado

ya que sale húmedo, con una composición de 0,7 a 0,4% en volumen de



hidrógeno 7% inerte (oxígeno + nitrógeno) y un 92,3 % de cloro. Se puede

decir, como dato importante, que los valores críticos de hidrógeno están entre

el 7,5% por el riesgo que implica una posible explosión de la celda.

El cloro que posee un porcentaje de humedad, también arrastra consigo

algo de salmuera, ya que al desprenderse del ánodo, ésta burbujeó en la

salmuera. En consecuencia, la salmuera debe eliminarse.

El tren de secado y eliminación de salmuera consta de cuatro torres. En la

1ª, ingresa el cloro en contracorriente en forma de spray; con esto se logra

eliminar la salmuera disuelta en cloro y producir además, un efecto de

refrigeración o enfriado.

El agua se recicla en esta torre, hasta que se satura de NaCl, la cual es

eliminada por un pequeño tanque que sirve de purgo, con la consecuente

reposición del agua.

Una vez eliminada la salmuera, el cloro entra una serie de tres columnas

por donde entra H2SO4 en contracorriente del 96% y sale al 70%. Por último,

ingresa a un recipiente donde contiene virutas de hierro, produciéndose la

formación de cloruro férrico, en una reacción muy exotérmica. Esto ocurre

siempre y cuando haya presencia de humedad, es decir, es una manera de

controlar el grado de humedad. Además existe un filtro entre las columnas 1 y

2, para eliminar la poca salmuera que pueda haber quedado.

Luego de que el cloro pasó por el tren de secado, es dirigido a la etapa de

compresión, lo que se ejecuta por medio de dos compresores de anillo líquido

de sulfúrico. El cloro entra a 600 mmHg, es decir como depresión por hacerse

una aspiración, y sale a 2,5 kg/cm2 manométrico. Los compresores se ubican

en paralelo y a la entrada del compresor se encuentra un filtro.



Para eliminar el sulfúrico del cloro que sale por el compresor, se utiliza

otro filtro, del tipo “BRINK”.

Hasta aquí se ha logrado comprimir el cloro, pero todavía no se ha

licuado.

El ciclo de licuación consiste en cuatro compresores alternativos de pistón

(dos de baja presión y dos de alta) y un licuador de cloro que trabaja con

FREON 22.

El freón es tomado por los compresores de baja proveniente de la cámara

de expansión del licuador y es llevado a 1atm a 50 lb/pulg2 al estado líquido,

pasando previamente por un intercambiador y obtener una licuación total del

freón.

El freón líquido es conducido al intercambiador (licuador) para licuar el

cloro, este se hace pasar por un “Nock Dry” para eliminar el inerte, que va

para la obtención de hipoclorito.

El cloro se almacena en tanques horizontales de hierro, a una presión de

8kg/cm2, pero previamente se debe someter a una prueba de presión de

22kg/cm2.

El licuador de cloro trabaja con una presión de 2kg/cm2 y consta de

varios tubos, cuya cantidad depende del caudal del freón y cloro que

necesitamos utilizar.

Los tanques de stock de NaOH son cuatro con una capacidad de 90m3

cada uno.



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Hidroxido de Sodio