PRINCIPIOS Y CARACTERISTICAS

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CAPITULO 7

PRINCIPIOS Y CARACTERISTICAS 7.1 INTRODUCCION

Varias fuentes de productos inorgánicos son salmueras, ya sean naturales o artificiales. Ejemplos son el agua de mar, salmueras subterráneas, depósitos salinos y salmueras geotermales. La tabla 7.1 muestra la composición típica de algunas salmueras naturales. Las salmueras artificiales se forman por lixiviación de minerales solubles en agua. Ejemplo de estos minerales se encuentran en la tabla 7.2. Tabla 7.1: Composicion de salmueras naturales (Porcentaje en peso).

Mar Muerto

Salar de Great

(Utah)

Silver Peak

(Nevada)

Salar de Atacama (Chile)

Salar de

Uyuni (Bolovia)

Na K

Mg Li Ca

SO4 Cl

B

3.21 0.60

3.33 0.002 1.18

0.07 17.32

0.003

8.00 0.65

1.00 0.004 0.016

2.00 14.00

0.006

6.20 0.53

0.03 0.02 0.02

0.71 10.06

0.008

7.60 1.80

0.96 0.15 0.03

1.78 16.00

0.06

8.70 0.72

0.65 0.04 0.05

0.85 15.70

0.02

Algunos ejemplos de productos derivados de salmueras son compuestos de boro, carbonato de litio, cloruro de potasio, nitrato de sodio, sulfato de sodio y yodo. La figura 7.1 representa el diseño abstracto para el procesamiento de salmueras. Generalmente, las salmueras son concentradas usando plantas de evaporación, que en el caso de Chile corresponde a evaporación Solar. Esto permite la separación de los componentes mayoritarios y menos solubles. Generalmente, estos componentes cocristalizan en grupos de tres o dos sales. Si existen componentes de valor éstos son obtenidos usando cristalización fraccionada, flotación, u otra operación unitaria. La salmuera concentrada es tratada para obtener otros componentes de valor que se encuentran en menor concentración y/o tienen una alta solubilidad. Aquí se utilizan operaciones como la precipitación o la extracción líquido-líquido.

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Tabla 7.2: Ejemplos de minerales solubles en agua.

GRUPO MINERAL FORMULA

Cloruros

Sulfatos

Carbonatos

Boratos

Nitrato

Otros

Halita Silvita

Silvinita Carnalita

Schoenita Tenardita

Glauber Trona Natrón

Tincal Ulexita

Salitre Nitro

Kainita Sulfohalita

NaCl KCl

NaCl + KCl KCl· MgSO4· 6H2O

K2SO4· MgSO4· 6H2O Na2SO4

Na2SO4· 10H2O Na2CO3· NaHCO3· 2H2O

Na2CO3· 10H2O

Na2B4O7· 10H2O (Na· Ca)B5O9· 5H2O

NaNO3 KNO3

KCl· MgSO4· 3H2O Na2SO4· NaCl

Figura 7.1: Diseño conceptual para el procesamiento de salmueras.

SALMUERA

CONCENTRACION CRISTALIZACION POR

EVAPORACION

EXTRACCION DE COMPONENTES CON

VALOR

EXTRACCION DE COMPONENTES CON

VALOR

PRODUCTOS PRODUCTOS DESECHOS

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7.2 EVAPORACION SOLAR

La evaporación solar consiste básicamente en una poza, desde la cual la salmuera es bombeada, el es agua evaporada por el sol, obteniéndose una fase sólida, correspondiente a las sales precipitadas, y una salmuera más concentrada. Con el aumento de los combustibles esta técnica ha aumentado significativamente en los últimos años. Existen procesos o investigación en Egipto (Salar Qarun), China, Jordán, Israel, Bolivia, Arabia Saudita, India, México, etc.

Para lograr una adecuada operación se necesita considerar cinco áreas: (1) condiciones del terreno, (2) meteorología, (3) agua fresca, (4) accesibilidad y (5) reservas de mineral. Buenas condiciones de terreno para la construcción de pozas de evaporación solar incluye: terreno plano, impermeable, y suficiente resistencia para soportar las pozas. Obviamente, las mejores condiciones metereológicas incluyen un clima caliente y seco. Areas con humedad relativa de 10%, 5 cm de lluvia anual y temperaturas de 30ºC son perfectas. Las necesidades de agua fresca se justifica por la necesidad de solubilizar sales que precipitaron y son no deseadas, o para purificar las sales durante el proceso. La accesibilidad es prácticamente necesario en cada proceso, las sales y soluciones necesitan ser transportadas, el tamaño y forma de operación depende de las reservas de mineral y cómo la salmuera de alimentación cambia con el tiempo y la temperatura.

Cada poza solar puede ser descrita por el modelo de la figura 7.2. La figura muestra sólo una poza. En la mayoría de los sistemas existe más de una poza y la salida de una poza se transforma en la alimentación a la poza siguiente. La evaporación es una función de la concentración del inventario inicial y final, y de las condiciones metereológicas. La precipitación de sales es una función de la concentración de la salmuera, temperatura y evaporación. Arrastre es la salmuera capturada en los huecos entre cristales de sales. Todas las sales tienen un volumen hueco característico. Por ejemplo, el cloruro de sodio tiene un volumen hueco de 35%. Las filtraciones corresponden a las pérdidas de salmueras a través de la porosidad del suelo o fondo de la poza, los depósitos de sales pueden ser simples o complejos, por ejemplo en algunas pozas se puede obtener sólo una sal como halita (NaCl) o silvita (KCl) o pueden cristalizar sales complejas o mezclas de sales como schoenita, carmalita o /y bischofita.

Figura 7.2: Representacion de una poza solar de evaporacion.

SALMUERA DE ALIMENTACION

EVAPORACION

SALMUERA A LA POZA SIGUIENTE

INVENTARIO INICIAL

ARRASTRE

DEPOSITO DE SALES

FILTRACIONES

INVENTARIO FINAL

POZA

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7.3 CRISTALIZACION

La cristalización es una operación unitaria comúnmente utilizada para separar sales y otras especies químicas en estado sólido a partir de soluciones. Una ventaja importante de esta operación es que generalmente se pueden obtener cristales puros manteniendo las impurezas en la solución. En Chile esta operación se utiliza en la producción de nitrato de potasio, nitrato de sodio, sulfato de sodio, ácido bórico, etc.

La formación de cristales desde soluciones ocurre como consecuencia que la solución ha alcanzado el estado de sobresaturación, permitiendo la nucleación y crecimiento de cristales. Estos fenómenos tienen gran importancia en el control y operación de la planta para obtener el producto deseado. La nucleación consiste en la formación de nuevas partículas, mientras que el crecimiento de un cristal corresponde a la etapa final del proceso. Estos dos fenómenos pueden ocurrir en forma simultánea y dependen, entre otras cosas, del grado de sobresaturación y las condiciones de operación.

La sobresaturación es necesaria porque cuando el sistema está sólo saturado su tendencia a formar cristales es nula. Luego, es necesario disponer de una mayor concentración para que se produzca la formación de cristales. La sobresaturación se puede lograr por evaporación ó enfriamiento de las soluciones, reacción química o adición de otra sustancia. El mecanismo utilizado para lograr la sobresaturación dependerá principalmente de las características de la curva de solubilidad del componente a cristalizar.