DISEÑO DE PROCESOS I

1. CONCEPTOS BÁSICOS

La producción de soda ash de origen natural de una de las

industrias más antiguas.

La soda ash es una mezcla cruda de carbonatos de sodio y de

potasio obtenido de la madera quemada que se guarda en potes de

hierro. Se utiliza comercialmente en la preparación de jabón

especial para niños, fabricación de vidrios y en la industria de

lixiviación. El método antiguo de obtener la soda ash desapareció

con la introducción del procesos de Le Blanc (1791) y

posteriormente el método solvay, que sigue practicándose desde

1984 en U.S.A.

2. MATERIA PRIMA

El carbonato de sodio se obtiene a partir de la sal, extraída de una

salmuera, la cual debe pasar por un limpia de impurezas para evitar

futuras precipitaciones. Y de caliza que se obtiene de rocas.

3. MÉTODOS UTILIZADOS

El proceso sintético actual para la manufactura del carbonato de

sodio es el proceso Solvay. Antes de que este método se

desarrollara, el proceso Le Blanc (1773) era de empleo general. Este

se basa en una torta de sal con carbón y piedra caliza en un horno

rotatorio, y el subsecuente lixiviado del producto con agua. El

producto crudo de la reacción se conocía como ceniza negra. Se

lixiviaba en frio después de lo cual tenía lugar cierta hidrolisis de los

sulfuros. Estos cambiaban a carbonato por tratamiento con los gases

del horno de ceniza negra, que contenían dióxido de carbono. La

solución de carbonato de sodio resultante se concentraba para

obtener carbonato de sodio cristalino, que entonces se secaba o

calcinaba. Nunca se construyó una planta de proceso Le Blanc en

Estados Unidos, y ya no se opera ninguna en ningún país del mundo.

CARBONATO DE SODIO2

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En 1861, Ernest Solvay comenzó a desarrollar el proceso de

amoniaco – sosa. Al principio, este método tuvo grandes dificultades

para competir con el proceso Le Blanc, más antiguo y bien

establecido, pero en algunos años el proceso Solvay redujo el precio

del carbonato de sodio en casi un tercio. Después de un forcejeo,

durante el cual los productores del carbonato Le Blanc rebajaron los

precios para intentar suprimir la competencia, el proceso de

amoniaco – sosa desplazo completamente al Le Blanc alrededor de

1915.

El proceso Solvay sigue siendo el interés de Europa, y en algunos

países sin depósitos de carbono de sodio natural, pero ya en 1982

solo una planta Solvay seguía esperando en Estados Unidos. Se

mantiene viva debido al bajo costo instalado y a los altos costos de

flete. Se requieren 18,4 GJ de energía para obtener 1 t de carbonato

de sodio por el proceso Solvay, pero solo se necesitan 8,4 GJ para

producir una tonelada métrica de carbonato de sodio natural, por lo

que los costos de energía favorecen a la extracción.

Método de Le Blanc

El carbonato de sodio es un sólido no muy pesado moderadamente

soluble en agua, que por lo general, contiene 99,03% de . Se

vende de acuerdo con su contenido de óxido de sodio que es

generalmente de 58%. La producción de carbonato de sodio a partir

de los depósitos de trona excede, al de amoniaco – sosa. El proceso

sintético se ha visto frenado por los altos costos y por problemas de

contaminación y desaparecieron de Estados Unidos.

Método de Solvay

En el proceso Solvay se utilizan sal, piedra caliza y coque o gas

natural como materias primas y se emplean amoniaco, el bióxido de

carbono y el agua, en las proporciones adecuadas reaccionan para

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formar bicarbonato de amonio que reacciona con cloruro de sodio

para formar bicarbonato de sodio, que es relativamente insoluble en

la solución utilizada y puede filtrase y tostarse para formar

carbonato de sodio. El cloruro de amonio formado de reconvierte en

amoniaco haciendo reaccionar con cal, y el cloruro de calcio así

formado constituye el principal contaminante del proceso.

Se requiere muy poco procesamiento de la trona. Basta con la

solución, clarificación, filtración, cristalización, secado y calcinación.

Según la temperatura y concentración de , el producto final puede

ser sesquicarbonato, carbonato de sodio monohidratado o

bicarbonato de sodio.

4.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN

Proceso Solvay

CARBONATO DE SODIO4

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5.- LOCALIZACION DE EXPERIENCIAS DE PRODUCCION

Datos de producción del Carbonato Sódico

La capacidad actual de producción de Carbonato Sódico en el

mundo se estima que esta alrededor de los 42 millones de

toneladas/año.

Alrededor de 11 millones de toneladas de Na2CO3se producen

industrialmente al año.

La relación entre procesos y zonas geográficas se muestra en la

siguiente tabla.

Unión Europea

Solo hay cuatro productores en la Unión Europea (EU15) que

aplican el proceso Solvay: Solvay, Brunner Mond, Novacarb,

Sodawerk Stassfurt con una capacidad total de 6625 k-ton/año.

BASF tiene dos plantas que coproducen

Carbonato de Sodio con una capacidad combinada de 65 kg/año.

El alargamiento de la Unión Europea (EU 25) incorpora dos plantas

adicionales en Polonia de Ciech con una capacidad combinada de

1100 k-ton/año, la operación turca de Sisecam 800 k-ton/año y la

fábrica búlgara de Solvay (75%) y Sisecam (25%) con una capacidad

de 1200 k-ton/año y las dos fábricas que operan para Bega con una

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DISEÑO DE PROCESOS I

capacidad combinada de 710 k-ton/año. Esto proporciona una

capacidad adicional de 3810 k-ton/año.

Planta Piloto de Purificación de no Metálicos Trona 2da. Fase

En el proceso de exploración se lograron detectar yacimientos muy

interesantes de minerales no metálicos como ser la trona (kollpa)

que tiene en su composición el carbonato de sodio de cobre que

pueden ser explotados y ser acopiados para la producción de

carbonato de sodio con un porcentaje adecuado para su

comercialización.

CARBONATO DE SODIO13

DISEÑO DE PROCESOS I

La distribución de este producto se estima que en nuestro país es la

siguiente:

CUADRO 3

DISTRIBUCIÓN DE CARBONATO EN EL PAÍS

LUGAR Na2CO3 (TM)

COLLPA LAGUNA 47000

CACHILAGUNA 18000

LAGUNA HEDIONDA SUR 43000

LAGUNA KHARA 60000

LAGUNA CAÑAPA 100

LAGUNA HONDA SUR 120

CARBONATO DE SODIO14

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Pero las reservas de trona como materia prima para la obtención del

carbonato de sodio mas representativas dentro del país se encuentran

en:

Laguna Khara 90000 TM ORSTOM - UMSA

Laguna Collpa 238000 TM QUIMBABOL

Laguna Hedionda Sur 190000 TM BALLIVIAN Y F.

RISACHER

Además que se calcula que en nuestro territorio existe 200000 TM de

Carbonato de sodio, que se pueden extraer.

La trona se encuentra en los depósitos de varios lagos salinos y es

producida por la evaporación de sus aguas. En nuestro país se

encuentran en la parte sur del departamento de Potosí y parte del de

Oruro como se muestra en la figura 2.

El centro poblado más cercano a los yacimientos con los principales

servicios básicos es Uyuni, ubicada a una distancia promedio de las

diferentes lagunas de 300 Km, existiendo una red caminera dispersa en

el área, de los cuales existen caminos que en su mayoría se habilitan

solamente en época seca, es decir, que en época de lluvias (Diciembre

a Marzo) son intransitables.

Para nuestro estudio la trona utilizada tiene la siguiente composición:

Na2CO3. 58,11 %

Na.HCO3 8,06 %

Na Cl 15,89 %

Na2SO4 1,43 %

H2O 9,24 %

Materias insolubles 4,04 %

Otros 3,23 %

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MAPA DE LOCALIZACIÓN

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FIGURA 2

El producto final de competencia “Importado”, posee la siguiente

composición:

Na2CO3. 99,1 %

Na Cl 0,80 %

Na2SO4 0,015 %

Fe2 O3 0,012 %

Materias organicas 0,01 %

Humedad 0,02 %

Materias Insolubles 0.043 %

Las características del producto final deben ser las siguientes:

Na2CO3. 98,50 % (mínimo)

Na.HCO3 0,18 % (máximo)

Na Cl 1,00 %

Na2SO4 0,02 %

H2O 0,30 %

Las partículas que no pasen por tamiz:

No 20 0.5 %

No 40 1.0 %

No100 12.5 %

No150 46.0 %

No200 40.0 %

6.- USOS DEL PRODUCTO

Los usos más frecuentes es para la elaboración de: Jabón, vidrio,

drogas, papel, cerámica, textiles, metalurgia, procesos químicos,

petróleo, fotografía, piel, agricultura, ablandamiento del agua, gas para

alumbrado, azúcar, alimentos, colorantes, goma laca.

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BIBLIOGRAFIA

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Autor: GEORGE T. AUSTIN Título: MANUAL DE PROCESOS QUÍMICOS EN LA INDUSTRIAEdición: 5TA EDICIÓN Origen: ESTADOS UNIDOSAño: 1988 Pág.: 267- 273

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