INTRODUCCIÓN

El subsistema de agua en estado de agregación liquido que forma parte del sistema terrestre, se llama “Hidrósfera”. Esta está formada por un 97,5% por agua salada con distintas sales disueltas. Además, en el mundo, hay grandes depósitos de sales, como los de NaCl (Cloruro de Sodio) que se pueden encontrar en las salinas de nuestro país.

La industria de la química inorgánica viene desarrollando procesos para transformar productos abundantes (Como el NaCl) en productos de gran demanda industrial. Tal es así que a partir de una solución saturada de NaCl (llamada salmuera) se preparan tres intermediarios químicos, mediante un proceso electrolítico: Cl2, H2 y NaOH o soda cáustica.

En el siguiente trabajo, explicaremos el proceso por el cual se obtienen dichos productos, el cual es llamado “Proceso CLORO-SODA”, y también sus variables y equipos de proceso. Además se encontrará información sobre las propiedades químicas de las distintas materias primas y productos, como también sus aplicaciones en el mercado, las normas de seguridad utilizadas en la producción transporte y manipulación.

CLORO-SODA

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

• Soda cáustica en solución al 50%

• Cloro liquido

• Hidrogeno

• Hipoclorito de sodio

• Ácido clorhídrico

La materia prima es el cloruro de sodio (NaCl), con la que se prepara una solución acuosa de concentración aproximada a 310 g/l de cloruro de sodio.

Esta salmuera, luego de un proceso de purificación para eliminar magnesio, calcio, sulfatos, es enviada a las celdas de electrolisis con cátodos de mercurio y ánodos metálicos, en las que se forman amalgamas de Hg-sólido y se desprende el gas Cl2. La amalgama se descompone posteriormente por reacción con agua para liberar gas H2 y la solución de soda cáustica que constituye la producción. El H2 desprendido se comprime y es enviado a los reactores de HCl o a la planta de H2O2 (agua oxigenada). El Hg retorna al proceso.

El gas Cl2 que emerge de las celdas de electrolisis, luego de ser sometido a un proceso de secado por lavado con H2SO4 en torres rellenas. Es comprimido mediante maquinas rotativas a 2.5 Kg/cm2 y enfriado hasta -28ºC, para obtener así el Cl2 liquido, que se envasa en tubos de 1000 Kg. de capacidad y luego se comercializa o se consume internamente. Las colas o gas Cl2 que no fue licuado en la operación anterior, conjuntamente con otros gases no condensables en esas condiciones (N2, O2, H2), son enviados a torres rellenas en las cuales el Cl2, es absorbido por una solución de soda cáustica para formar hipoclorito de sodio, que se comercializa en solución acuosa a granel, con una concentración de 100-105 g/l de Cl2 activo.

En ocasiones, parte del Cl2 seco y comprimido, se lo hace reaccionar con H2 en reactores construidos en grafito (quemadores), en los que se genera HCl gaseoso que luego es absorbido con H2O en equipos especiales, también construidos en grafito, para obtener la solución comercial de HCl al 32%.

MATERIAS PRIMAS, PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS

CLORURO DE SODIO

La sal gema es cloruro de sodio mas o menos puro obtenido por métodos de minería en canteras o minas.

La sal común es cloruro de sodio de pureza comprendida entre 97-99% obtenido por evaporación de disoluciones acuosas de sal.

Las salmueras, son disoluciones naturales o artificiales de cloruro sodico de distinta concentración de pureza.

• PROPIEDADES DEL CLORURO DE SODIO:

El cloruro de sodio puro, producto de la reacción entre el NaOH y HCl, es un producto blanco, cristalino, que se disuelve fácilmente en agua; pero cuya solubilidad apenas aumenta con la temperatura (en 100 g de H2O se disuelven a 0ºC, 35.6 g; a 100ºC se disuelven 39.1 g de NaCl). La sal cristaliza sin agua de cristalización, pero los cristales pueden contener agua ocluida, lo que se pone de manifiesto porque al calentar los cristales decrepitan.

El NaCl sólido, funde a 801ºC y hierve a 1440ºC. La disolución acuosa saturada hierve a 107.7ºC.

Es necesario para la vida de hombres y animales y también para las plantas marinas, no así para las terrestres.

• ESTADO NARURAL:

El NaCl es una de las sales mas extendidas en la naturaleza, pues es el componente principal de las sales disueltas en el agua del mar y de los lagos interiores salobres (el contenido medio de NaCl en los océanos es del 3%). En mares interiores desecados, se han formado yacimientos de sal en diferentes épocas geológicas. Las reservas mundiales de sal se estiman en 36000 billones de Tn. en el agua del mar y 1000 billones de Tn. en yacimientos.

• APLICACIONES Y ECONOMIA:

La producción mundial de sal puede superar mucho las 35000000 de Tn. La mitad de esa producción se utiliza en la industria alimenticia (condimento y conservación) y en la industria frigorífica (salmueras, refrigerantes, etc.). La mitad restante, se consume en la industria química como materia prima barata para la producción de todas las restantes combinaciones de Na, por ejemplo: sosa, lejía de sosa, Na2SO4, NaNO3 y muchas otras combinaciones mas, así como para la producción de HCl, Cl2 e H2.

HIDRÓXIDO DE SODIO (SODA CÁUSTICA)

La soda cáustica es una sustancia incolora e higroscópica que se vende en el comercio en forma de trozos, escamas, hojuelas, granos o barras. Se disuelve en agua con fuerte desprendimiento de calor y la solución acuosa se llama “lejía de sosa”. Tanto la soda o sosa cáustica, como su solución acuosa atacan la piel.

En su mayor parte, la sosa cáustica y la lejía de sosa se obtienen en la electrólisis cloro-álcali. Sin embargo todavía hoy se obtiene una pequeña parte de la lejía de sosa por caustificación de Na2CO3 (Carbonato Sódico). Se calienta una solución de Carbonato con la cantidad correspondiente de cal apagada (Ca(OH)2), con lo que precipita CaCO3 insoluble y queda en la solución el NaOH.

De este método de obtención procede el nombre usual de Soda Cáustica para el Hidróxido de Sodio.

APLICACIONES:

La sosa cáustica es uno de los productos químicos con mayor presencia en la actividad industrial. Su empleo se extiende a los siguientes mercados:

• Química Orgánica e Inorgánica: Fabricación de compuestos de sodio que pueden, a su vez, ser intermedios (como el Fenolato Sódico) en la preparación de aspirina o producto final como el hipoclorito de sodio, importante blanqueador y desinfectante base de lejías.

• Industria Textil: Operaciones de acabado y apresto como el mercerizado, en el que mejore el brillo y la absorción de tintes, la limpieza removiendo ceras y pectinas, y el blanqueado con un agente oxidante.

• Detergentes y Tensioactivos: La sosa interviene en la hidrólisis de grasas y aceites vegetales y animales, para producir los detergentes. En la fabricación de los polvos, intervienen además otros compuestos de sodio en el que también esta presente la sosa.

• Producción de Gas y Petróleo: La sosa se emplea en perforación para controlar el Ph de los barros y lodos, y también como bactericida. En el refino del petróleo, se emplea para extraer azufre, compuestos de azufre y ácidos.

• Producción de Aluminio: Extracción de la alúmina de la bauxita, mineral base.

• Industria de la Celulosa y el Papel: La sosa actúa sobre la pulpa para producir celulosa. En la industria papelera, blanquea la materia prima reciclada.

• Industria del Rayón: Disolución de la lignina de la pulpa.

• Industria Alimenticia: Refino de aceites animales y vegetales, limpieza de botellas y equipos de fabricación de cervezas y pelado de papas, frutas y vegetales.

• Tratamiento de Agua: Control del Ph y regeneración de resinas iónicas.

• Industria Agrícola: Tratamiento de la paja para mejorar su valor nutritivo y digestibilidad. Limpieza de equipos lácteos.

• Otros Usos: Decapado de pinturas, agente extractor en secado, en el esmaltado e incluso en desengrase y limpieza de metales.

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS:

• Estado físico: Liquido viscoso

• Peso molecular: 39.9971 g/mol

• Color: blanquecino

• Inodoro

• Punto de Ebullición: 145ºC (al 50% peso)

• Punto de Fusión: 10ºC (al 50% peso)

• Densidad Relativa: 1530 (15,6ºC y 50% peso)

• Densidad del Liquido: 1530 g/ml (15,6ºC y 50% peso)

• Solubilidad en Agua: 100% soluble

• Presión de Vapor: 6,3 mm de Hg (40º y 50% peso)

• Ph: 13-

• Viscosidad: a 20ºC50 OP

• Peso especifico: a 25ºC1,53

• Otras solubilidades: Metanol, etanol, glicerina

• Insoluble en acetonas y éter

ALMACENAJE Y TRANSPORTE:

Como la sosa cáustica sólida es fuertemente higroscópica, y reacciona fácilmente con CO2 proveniente del aire, formando carbonato, se la envasa herméticamente en tambores y así se almacena y distribuye. Como material de construcción de envases y depósitos, es adecuado el acero al carbono o el acero inoxidable. El aluminio no puede utilizarse, porque la lejía de sosa lo disuelve formando aluminato, pero es posible emplear plásticos para recubrir las vasijas.

EMPRESAS PRODUCTORAS:

Las principales empresas nacionales productoras de Hidróxido de Sodio son:

• ATANOR S.A.

• PAMCOR S.A.

• QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C. y F

• KEGHART S.A.

• PETROQUIMICA RIO TERCERO S.A.

• SOLVAY INDUPA S.A.I.C.

HIDRÓGENO

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el elemento más ligero, 14 veces y medio más que el aire. A -252,8ºC se condensa dando un líquido incoloro. Es poco soluble en agua, pero soluble en algunos metales.

Se quema al aire con llama apenas visible y muy caliente. Las mezclas de hidrógeno se denominan detonantes por ser muy explosivas. El hidrógeno se une con muchos otros elementos, por ejemplo con oxígeno para dar agua, con azufre para dar sulfuro de hidrógeno, con nitrógeno para dar amoníaco, con carbono, metano y cloro, dando cloruros de hidrógeno. Con los metales se combina dando hidruros, como por ejemplo hidruro de calcio o de sodio.

Es un agente reductor, pues se une fácilmente con el oxigeno de los óxidos metálicos. En general. El hidrógeno en estado naciente (en forma atómica) es capaz de reducir a muchos elementos desde un grado de valencia a uno inferior.

ESTADO NATURAL:

El hidrógeno libre sólo existe parcialmente en algunas emanaciones volcánicas, presentándose en forma de sus combinaciones, por ejemplo, como el agua, en todos los ácidos y bases y en casi todas las combinaciones orgánicas, como petróleo, carbones, gasolinas, bencenos, etc.

OBTENCION:

Antiguamente, sólo se obtenía de la combustión del coque, a través de gas de generador y agua. El monóxido de carbono contenido en estos gases, se convertía en dióxido de carbono mezclándolos con agua, y este se eliminaba de la mezcla por presión.

La obtención de hidrógeno en la electrolisis cloro-álcali, no tiene gran importancia en comparación con los otros métodos.

APLICACIONES:

El hidrógeno se usa en la metalurgia para la reducción de combinaciones oxigenadas, en la industria química para la fabricación de ácido clorhídrico y para la soldadura autógena en ciertas condiciones. La mayor parte del gas hidrógeno producido, se emplea en la síntesis de amoniaco, en petroquímica, para perforaciones, para hidrogenar compuestos de azufre, y en el cracking hidrogenante. En otras aplicaciones, como en la síntesis de metanol, endurecimiento de grasas, se consume menos hidrógeno.

ALMACENAJE Y TRANSPORTE:

El hidrógeno se almacena en depósitos (gasómetros) y se transporta por tuberías o en vasijas de acero a 150 atm. de presión. Como el transporte es difícil y costoso, las fabricas con gran consumo, prefieren producirlo por uno de los métodos citados.

CLORO

El Cloro es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Es dos veces y medio más pesado que el aire y a temperatura ordinaria es un líquido si se lo comprime a 7 atms.

Su punto de fusión es -100,98ºC y a presión normal hierve a -34,05ºC; su temperatura critica es 144ºC y la presión critica es de 76 atms.

El cloro gaseoso se disuelve moderadamente en agua (un litro de agua puede disuelve 2,3 litros de cloro) y la solución, llamada agua de cloro, contiene además de moléculas de cloro no modificadas, ácido clorhídrico y ácido hipocloroso.

Es uno de los elementos más reactivos y reacciona con muchos elementos y compuestos. Los metales no nobles (incluido el Cu) son rápidamente atacados si hay humedad presente, con formación de cloruros. Mezclado con el hidrogeno forma una mezcla detonante de cloro que si se enciende, o por acción de la luz solar, explota violentamente. El cloro mata muy rápidamente a las plantas. Se puede seguir el proceso de una nube de cloro al aire libre, porque las plantas afectadas pierden el color verde y quedan blanqueadas. La mayor parte de los colorantes se blanquean por efecto del cloro.

Debido a su capacidad de reacción, el cloro no puede existir en la naturaleza en su estado elemental. Pero esta muy extendido en forma de cloruros, en el suelo y agua del mar, por ejemplo la sal gema, cloruro potásico, cloruro de magnesio, carnalita, etc.

OBTENCION:

El cloro se obtiene hoy exclusivamente a partir de cloruros alcalinos por electrolisis. Como producto secundario se forma también en la electrólisis de otros cloruros metálicos (MgCl, CaCl2, NaCl, etc.)

Hace solo unas pocas décadas había una producción excesiva de cloro en el mundo y no era posible aprovechar la totalidad de cloro resultante como producto secundario de la electrolisis de cloruros. Hoy, es un producto necesario que en muchos lugares se montan grandes instalaciones para la fabricación de cloro.

APLICACIONES:

El cloro tiene muchas aplicaciones en la industria química, por ejemplo en la fabricación de disolventes, aditivos para las gasolinas (antidetonantes), productos insecticidas, plásticos, fibras químicas, fluidos refrigerantes, etc. También se emplea frecuentemente en otras ramas de la industria como para el blanqueo, desinfección de agua bebida, etc.

TRANSPORTE Y ALMACENAJE:

La producción de cloro líquido es sencilla. Como su temperatura critica es muy alta, se lo puede licuar a temperatura ambiente bajo presión moderada, por lo que se lo almacena y transporta en este estado de agregación. Si se saca el gas antes de licuarlo, se le puede almacenar sin que el material resulte dañado en botellas de acero o se lo puede conducir por cañerías. Se llenan las botellas con cloro frío (-50ºC) y se cierran. Al calentar a 10,3ºC la presión es de 5 atms. A 35,6ºC es de 10 amts.

EMPRESAS PRODUCTORAS:

Las principales empresas nacionales productoras de cloro son:

• PAMCOR S.A.

• QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C. Y F

• ATANOR S.A.

• PETROQUIMICA RIO TERCERO S.A.

• SOLVAY INDUPA S.A.I.C.

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS:

• Nombre: Cloro

• Numero Atómico: 17

• Valencia: -1, 1, 3, 5, 7

• Estado de Oxidación: -1

• Electronegatividad: 3.0 A

• Radio Covalente: 0,99 A

• Radio Iónico: 1,81 A

• Configuración electrónica [Ne] 3s2, 3p5

• Primer Potencial de Ionización: 13,01 V

• Masa Atómica: 35,453 g/mol

• Densidad: 1,56 g/ml

• Punto de Ebullición: -34,7ºC

• Punto de Fusión: -101ºC

COMPUESTOS DEL CLORO:

Orgánicos:

• Disolventes clorados, acetilénicos y etilénicos.

• Tricloroetileno

• Clorobencenos y Clorobutenos

• Etilengliocol

• Líquido Detonante

• Plásticos Sintéticos

• Cauchos Sintéticos

• Refrigerantes

• Aditivos para Lubricantes

• Naftalenos Clorados

• DDT

Inorgánicos:

• HCl

• Br2

• Cloruros Metálicos: FeCl2 - SnCl2 - AlCl3 - y otros

• Cloruros No Metálicos: SCl - SCl2 - PCl3 - PCl5

• Compuestos oxidantes: Polvos de blanqueo, Ca(ClO)2 disuelto, Ca(ClO)2 sólido, solución de NaClO, NaClO2, NaClO3, ClO2

ACIDO CLOHÍDRICO

El HCl es una disolución acuosa de cloruro de hidrogeno, que es un gas incoloro de olor característico que hace toser, que condensa a -73ºC para dar un liquido incoloro y que solidifica a -112ºC dando cristales incoloros. Se disuelve ávidamente en agua con fuerte calentamiento.

A 10ºC, un litro de agua disuelve 474 litros de cloruro de hidrógeno, y esta solución se denomina HCl concentrado. Contiene aproximadamente 40% en peso de HCl, por lo tanto es la mayor concentración posible.

El HCl químicamente puro es una solución saturada de cloruro de hidrógeno en agua. En concentración superior al 30% en peso, “humea” al aire húmedo. En realidad ese “humo” es una niebla, pues consta de finísimas gotas de líquido (cloruro de hidrógeno disuelto en agua).

El HCl técnico impuro contiene impurezas como cloruros de hierro y arsénico y a veces sustancias orgánicas. Por esto, suele presentar una coloración amarilla mas o menos intensa. Químicamente es un ácido fuerte capaz de disolver con desprendimiento de H2 gaseoso, a todos los metales menos nobles que el H2. En cambio, no disuelve los mas nobles como el Cu, Pt, Hg y Au. En mezcla con HNO3 forma el “Agua Regia” (una parte de [HNO3] y tres partes de [HCl]) que disuelve al Au y demás metales nobles.

Actúa como veneno para los organismos vivos. Las plantas sufren graves daños en corto tiempo se exponen a la acción del cloruro de hidrógeno gaseoso o sus soluciones. También los lugares sensibles de la piel de hombres y animales, como las mucosas, son fuertemente atacadas por el HCl

EMPRESAS PRODUCTORAS:

Las principales empresas nacionales productoras de HCl son:

• SOLVAY INDUPA S.A.I.C.

• PETROQUIMICA RIO TERCERO S.A.

• KEGHART S.A.

• QUIMICA DEL NORTE S.A.I.C. Y F

• PAMCOR S.A.

• ATANOR S.A.

APLICACIONES:

Se emplea principalmente en el decapado de matales y en la fabricación de tintes y colorantes, gelatinas, caucho sintético, cloruros metálicos y productos farmacéuticos.

También tiene aplicaciones en el tratamiento de efluentes y en la regeneración de resinas de intercambio iónico en tratamiento de aguas.

PRESENTACION Y DISTRIBUCION:

Se comercializa en cisternas de poliéster reforzado con fibra de vidrio o de acero recubierto interiormente con ebonita o materiales plásticos.

TIPOS DE HCl:

Ácido Clorhídrico del comercio:

En el comercio se encuentra HCl en distintos concentraciones y grados de pureza. En general se distinguen entre:

• HCl diluido con menos de 12% de cloruro de hidrógeno

• HCl concentrado con mas de 24% de cloruro de hidrógeno

• HCl fumante con mas de 38% de cloruro de hidrógeno

El modo mas sencillo de conocer la concentración del HCl, es medir su densidad con un areómetro. Accidentalmente, sin ninguna razón científica, resulta que duplicando las cifras detrás de la coma del valor de la densidad, se obtiene el porcentaje de peso de cloruro de hidrógeno en la solución.

Ácido Clorhídrico Azeotrópico:

Si se calienta a ebullición un HCl de alta concentración, primeramente se desprende solo cloruro de hidrógeno (punto de ebullición del HCl al 38% -->50ºC). Con la disminución de la concentración en cloruro de hidrógeno, aumenta rápidamente el punto de ebullición, hasta alcanzar la concentración de 20%. A partir de ese momento, destila el ácido de 20% como mezcla de composición constante de 110 sin ulterior variación y dando como condensado, HCl 20%.

Si se destila un HCl diluido, por ejemplo del 10%, pasa agua pura hasta que la concentración del ácido que quede, llegue a ser del 20% en cloruro de hidrógeno. Desde ese momento, destila ese ácido como mezcla de punto de ebullición constante (azeótropo).

MERCURIO

Símbolo químico Hg (del latín hydragyrum, “plata líquida”), es un elemento metálico que permanece en este estado a temperatura ambiente. Su número atómico es 80, y es uno de los elementos de transición del sistema periódico.

A temperatura ordinaria, es un líquido brillante, denso, de color blanco plateado. Es ligeramente volátil a temperatura ambiente, y sometido a una presión de 7640 atms. (5800000 mmHg), se transforma en sólido.

Ocupa el lugar 67 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Se encuentra en estado puro o combinado con plata en pequeñas cantidades, pero es mas frecuente encontrarlo en forma de sulfuro, como el cinabrio, la principal mena del Hg.

En 1994, la producción mundial era de cerca de 2000 TN. Siendo los principales países productores: China, CEI, Argelia, España, EE.UU. y México.

APLICACIONES:

Se utiliza en termómetros, debido a que su coeficiente de dilatación es casi constante; la variación de volumen por cada grado de aumento o descenso de temperatura, es la misma.

También se usa en las bombas de vacío, barómetros, interruptores y rectificadores eléctricos. Las lámparas de vapor de Hg, se usan como fuente de rayos ultravioletas en los hogares y para esterilizar agua. El vapor de Hg se usa en lugar del vapor de agua en las calderas de algunos motores de turbina.

El Hg. se combina con todos los metales comunes, excepto hierro y platino, formando aleaciones llamadas amalgamas. Uno de los métodos de extracción de oro y plata en sus menas, consiste en combinarlos con Hg, extrayéndolo a este luego por destilación.

INFORMACIÓN ADICIONAL:

El proceso Cloro-Soda, puede haber pérdidas de Hg por distintas causas:

• Desarme de equipos por mantenimiento

• Rotura de cañerías

El tratamiento de Hg es bastante complejo. En caso de derrames u otras causas, se lo recolecta por succión, se lava la superficie con agua y la misma es tratada con sulfuro de sodio, para precipitar sulfuro de Hg. Para compensar las pérdidas de Hg, este es importado desde EE.UU., y viene en botellas de acero (porrones).

CELDAS ELECTROLÍTICAS

Industrialmente, hay una gran variedad de celdas electrolíticas. La fabricación y selección de ellas depende de factores tales como:

• Tipo de electrolito: acuoso o de sales fundidas

• Tipo de cátodo: líquido o sólido; o bien compacto, esponjoso o particulado

• Tipo de proceso: eléctro obtención (EW) o electro refinación (ER)

A principios del siglo XX las celdas eran de concreto revestidas de una protección estanca (lámina de plomo soldado). En la década de los '70 se introdujeron los revestimientos de membrana de plástico resistente al calor y a los productos químicos del electrolito. A fines de los '80 se consolidó el uso de un nuevo producto: El hormigón polimérico, que es un hormigón formado por resina de poliéster -que actúa como ligante-, y arena de cuarzo -que actúa como carga-, que permitió eliminar los revestimientos de membrana y hacer celdas monolíticas prefabricadas, de una sola pieza.

En la actualidad, se han introducido materiales plásticos de creciente resistencia química y térmica, así como aceros inoxidables especiales donde hay casos como el del titanio, cuyo costo se ha reducido considerablemente.

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 mas 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.

MEDIDAS DE SEGURIDAD: ROMBOS DE INDENTIFICACIÓN

Grado de Riesgo para la Salud (AZUL)

4Mortal

3Extremadamente Peligroso

2Peligroso

1Inocuo

Grado de Riesgo de Incendio (ROJO)

4Inferior a 23ºC

3Inferior a 38ºC

2Inferior a 93ºC

1Superior a 93ºC

0No Arde

Grado de Reactividad (AMARILLO)

4Puede Detonar

3Puede Detonar por Golpe de Calor

2Cambio Químico Violento

1Inestable

0Estable

Determinaciones a Tener en Cuenta (BLANCO)

...............OXIOxidante

ACIDÁcido

ALCAlcalino

CORCorrosivo

WNo Usar Agua

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

Reacción General:

2NaCl + 2H2O-----------------------> Cl2 + H2 + 2NaOH

Electrólisis del NaCl

NaCl--------> Na+ + Cl-

Obtención de Cloro en el Área Anódica

2Cl- --------> 2Cl- + 2e- --------> Cl2 + 2e-

Formación de Amalgama

Na+ + e- + HgX --------> NaHgX

Reacción dentro del Desamalgamador

2NaHgX + 2H2O --------> 2NaOH + H2 + 2HgX

ETAPA DE TRATAMIENTO DE LA SALMUERA

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 saturadotes 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 saturadotes, 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.

OBTENCIÓN DE CLORO

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.

OBTENCIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO

El hidrógeno proveniente de la reacción de reducción producida en el desamalgamador, es dirigido a un reactor para encontrarse conjuntamente, en proporción adecuada, con una porción de cloro que proviene de los decloradores para producir la combustión cloro-hidrógeno.

Esta unión transcurre con gran violencia (mezcla detonante de cloro) con un fuerte desprendimiento de calor y es producida por la acción de un quemador. El calor de esta reacción es eliminado continuamente, gracias a una refrigeración con agua.

El producto de esta reacción es el cloruro de hidrógeno (gas) que se encuentra en contracorriente con agua para formar el HCl en otra torre para luego ser almacenado.

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