Grupo El Carbonato de Sodio

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DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES I U.M.S.A EL CARBONATO DE SODIO 1 Dar a conocer la importancia del carbonato de sodio y todos los procesos existentes que intervienen en la obtención del mismo, la tecnología que implica, la demanda creciente en el mundo y sobre todo el futuro que tiene en Bolivia. Conocer los distintos tipos de proceso de obtención. Mostrar la aplicación y usos del carbonato de sodio Indicar los requerimientos de seguridad para su manipulación fuera y dentro de la industria. Poner en conocimiento el futuro que tiene el carbonato de sodio El carbonato de sodio es una sal blanca y translúcida de fórmula química: Na2CO3 Es conocido comúnmente como: sal de sodio de ácido carbónico, barrilla, natrón, soda Solvay, Ceniza de Soda y sosa (no confundir con la sosa cáustica). El carbonato de sodio es un sólido no muy pesado que se vende de acuerdo con su contenido de oxido de sodio ( Na2 O), que en general es casi de 58%.

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  • DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I U.M.S.A

    EL CARBONATO DE SODIO 1

    Dar a conocer la importancia del carbonato de sodio y todos los procesos

    existentes que intervienen en la obtencin del mismo, la tecnologa que

    implica, la demanda creciente en el mundo y sobre todo el futuro que tiene en

    Bolivia.

    Conocer los distintos tipos de proceso de obtencin.

    Mostrar la aplicacin y usos del carbonato de sodio

    Indicar los requerimientos de seguridad para su manipulacin fuera y

    dentro de la industria.

    Poner en conocimiento el futuro que tiene el carbonato de sodio

    El carbonato de sodio es una sal blanca y translcida de frmula qumica:

    Na2CO3

    Es conocido comnmente como: sal de sodio de cido carbnico, barrilla, natrn, soda

    Solvay, Ceniza de Soda y sosa (no confundir con la sosa custica).

    El carbonato de sodio es un slido no muy pesado que se vende de acuerdo con su

    contenido de oxido de sodio ( Na2 O), que en general es casi de 58%.

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    Nombre Comercial : Carbonato de Sodio

    Sinnimos: Carbonato sdico anhidro, sosa calcinada, soda ash.

    Formula Qumica : (Na2CO3)

    Estado de agregacin: Slido

    Peso Molecular : 105.99 g/mol

    Estado fsico a 20C :Polvo,

    grnulos

    Color :Blanco

    Olor :Inodoro

    Punto de fusin [C] :851 C

    Punto de ebullicin [C] :

    Descomposicin.

    Presin de vapor, 20C :N. A.

    Densidad relativa al agua 2,54 g/cm3

    Solubilidad en agua [% en peso] : 71 g/l a 0 C / 471 g/l a 32 C

    Lmites de explosin - Inferior [%] : N.A.

    Lmites de explosin - Superior [%] : N.A.

    El carbonato de sodio es un compuesto con muchos usos, estos son mas

    industriales que domsticos y se lo indica a continuacin:

    En la industria:

    En el teido con colorantes reactivos con las fibras, carbonato de sodio se

    utiliza para asegurar la unin qumica adecuada del colorante con fibras de

    celulosa, normalmente antes de la tintura, mezcladas con el tinte, o despus

    de la coloracin.

    El carbonato de sodio es utilizado por la industria del ladrillo como un

    agente humectante para reducir la cantidad de agua necesaria para la

    extrusin de la arcilla.

    El carbonato de sodio se utiliza en pastas de dientes, donde acta como un

    agente de formacin de espuma y un abrasivo, y para aumentar

    temporalmente la boca pH.

    Siderurgia: El Carbonato de sodio es usado para tostar(calentar bajo una

    rfaga de aire) el cromo y otros extractos y disminuye el contenido de

    azufre y fsforo de la fundicin y del acero.

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    Reciclado: El Carbonato de sodio es usado para el reciclado de bateras

    viejas.

    Vidrio: El Carbonato de sodio y sus derivados se usan para bajar el punto de

    fusin del silicio y poder trabajarlo mejor, tambin aporta el slido

    necesario para formar la red vtrea.

    Detergentes: En la fabricacin de detergentes, el carbonato sdico es

    indispensable en las formulaciones al objeto de asegurar el correcto

    funcionamiento del resto de sustancias que lo componen, enzimas,

    tensioactivos,etc. durante las diferentes fases del lavado.

    Regulador de Ph: carbonato sdico es muy til para regular el pH de

    diferentes soluciones, nos referimos al tratamiento de aguas de la industria,

    as como en los procesos de flotacin.

    Otros usos industriales son: Cermica, Jabones, limpiadores, Ablandador

    de aguas duras, Refinacin de petrleos, produccin de aluminio, Textiles,

    pulpa y papel. Procesamiento metalrgico, Preparacin de farmacuticos,

    Soda Custica, Bicarbonato de Sodio, Nitrato de Sodio y varios otros usos.

    El uso domstico

    En el uso domstico, se utiliza como un ablandador de agua en el lavado. Compite con los

    iones de magnesio y calcio en agua dura, impidiendo unin entre ellos.

    El carbonato de sodio puede ser utilizado para eliminar la grasa, el aceite y las manchas de

    vino. Se vende como sosa o cristales de sal de sodio.

    Tambin se usa como un agente de descalcificacin en calderas como las que se encuentran en

    las ollas de caf y mquina de caf expreso.

    Otras aplicaciones

    El carbonato de sodio es un aditivo alimentario utilizado como regulador de la acidez, agente

    antiaglomerante y estabilizador.

    Carbonato de sodio tambin se usa en la produccin de polvo de sorbete. El enfriamiento y la

    efervescencia resultados sensacin de la reaccin endotrmica entre carbonato de sodio y un

    cido dbil, cido ctrico comnmente, la liberacin de gas dixido de carbono, que se produce

    cuando el sorbete se humedecen con saliva.

    El carbonato de sodio, en una solucin de sal comn, se puede usar para limpieza de la plata.

    El carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio son dos de las sustancias

    qumicas muy importantes y muy usadas en el mundo entero. Ambas tienen

    muchos usos en comn y tambin se producen en todo el planeta. A pesar de la

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    similitud en sus nombres, estas dos sustancias no son idnticas y tienen

    muchas caractersticas y usos que difieren en gran medida.

    bicarbonato de sodio

    Carbonato de sodio

    Tipos

    Desde el punto de vista qumico, el carbonato de sodio y el bicarbonato de

    sodio son muy similares. La frmula del carbonato de sodio es Na2CO3 y la del

    bicarbonato de sodio es NaHCO3. Ambos son compuestos inicos que, cuando

    se disuelven en agua, liberan un ion de sodio (Na) de carga positiva y un ion de

    carbonato (CO3) de carga negativa. El bicarbonato de sodio tambin incluye un

    ion de hidrgeno (H) de carga positiva.

    Caractersticas

    El bicarbonato de sodio es un polvo slido blanco. Se disuelve de inmediato en

    el agua y acta como una base dbil. El carbonato de sodio tambin es un polvo

    blanco. Se lo usa en forma de polvo para fabricar y es un fuerte alcalino. Ambas

    sustancias son inocuas cuando toman contacto con la piel, pero pueden causar

    irritacin en los ojos. En concentraciones bajas, ninguno de los dos es txico si

    se los ingiere.

    Identificacin

    Tanto el carbonato como el bicarbonato de sodio tienen varios nombres. Al

    carbonato de sodio se lo llama a menudo ceniza de sodio. Otros nombres

    pueden ser carbonato neutro de sodio, cido carbnico, sal disdica y sosa

    calcinada.

    El bicarbonato de sodio aparece ms comnmente como polvo para hornear.

    Tambin se lo llama bicarbonato de soda, cido carbnico sal de monosodio,

    bicarbonato sdico y carbonato cido de sodio.

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    Beneficios

    El bicarbonato de sodio, que se vende como polvo para hornear, tiene una gran

    amplitud de usos en el hogar. Es esencial para cocinar y hornear, reduce los

    malos olores, se lo puede usar para limpiar y es un buen extinguidor de

    incendios. Tambin, el bicarbonato de sodio es una sustancia que se usa mucho

    en la medicina natural para reducir la acidez, especialmente la proveniente del

    estmago.

    El uso ms comn del carbonato de sodio se da en la fabricacin de vidrio: casi

    la mitad de todo el carbonato de sodio se usa para eso. Otros usos incluyen el

    procesamiento qumico y la fabricacin de jabn.

    Produccin

    El carbonato de sodio se puede formar naturalmente en la Tierra, o se lo puede

    fabricar. Los depsitos de carbonato de sodio se encuentran en todo el mundo,

    con grandes depsitos que se hallan en los Estados Unidos, Botswana, China,

    Uganda, Kenia, Per, Mxico, India, Sudfrica, Egipto y Turqua. Se lo fabrica

    usando principalmente el proceso Solvay, en el que se mezcla cloruro de sodio

    (sal) con amonaco para crear el carbonato de sodio.

    El bicarbonato de sodio tambin es una sustancia natural, producida al

    bombear agua caliente en los lechos minerales. El bicarbonato de sodio se

    disuelve en el agua y se cristaliza en la solucin.

    A nivel mundial la gran capacidad de produccin alcanza los:

    44 millones de toneladas / ao (dato 2013)

    Esta produccin se realiza por diversos pases en el mundo y se detalla a

    continuacin:

    EMPRESA PAIS-LOCALIZACIN CAPACIDAD ( Tn / ao)

    Puesta en marcha de la planta

    SOLVAY

    Francia-Dombasle 700 1874

    Alemania-Rheinberg 600 1903

    Alemania-Bernburg 540 1883

    Espaa-Torrelavega 950 1908

    Italia-Rosignano 1020 1917

    Portugal-Povoa 230 1934

    Austria-Ebensee 160 1885

    SOLVAY-SISECAM Bulgaria-Devnya 1200 1954

    BRUNNER MOND Inglaterra-Northwich 1000 1873

    Holanda-Delfzijl 375 1958

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    NOVACARB Francia-La Madelein 600 1884

    SODAWERK STASSFURT

    Alemania-Stassfurt 450 1886

    CIECH JANIKOSODA Polonia-Janikowo 550 1957

    CIECH SODAMATWY

    Polonia-Inowroclaw 550 1879

    SODA SANAII Turquia-Mersin 800 1975

    BEVA GOVORA Romania-Govora 400 1960

    BEGA UPSOM Romania-Ocna

    Mures 310 1894

    SODASO Bosnia-Herzegovina 260 1893

    BASF 65

    A nivel sud amrico la capacidad de produccin alcanza los:

    330000 toneladas / ao (dato 2013)

    Esta produccin se detalla en la siguiente tabla:

    REGIN EMPRESA PAIS-

    LOCALIZACIN

    CAPACIDAD DE PRODUCCIN

    (Tn/ao)

    LATINOAMERICA

    Mexico

    LATINOAMERICA Y

    SUD AMERICA

    ALPAT ( ALCALIS DE LA PATAGONIA)

    Argentina-Rio negro 330.000

    La SOSA o CARBONATO SODICO (Na2CO3), es la sustancia alcalina ms comn, que se

    conoce y utiliza desde la antigedad. En un principio se obtuvo a partir de las cenizas

    (barrillas),procedentes de la incineracin de un determinado tipo de plantas, que crecen

    en terrenos salados (vegetales de la familia de las quenopodiaces, ricos en oxalato de

    sodio, que por accin del calor se convierte en carbonato).

    A principios del siglo XVIII se haban logrado desarrollar gran numero de industrias

    manufactureras, que precisaban disponer de productos qumicos bsicos en elevadas

    cantidades, principalmente de cidos y bases, entre ellas las SOSA, que no se encontraban

    los mismos de manera libre en la naturaleza. Concretamente, era tal la demanda de SOSA

    que hacan las industrias qumicas francesas de la poca, que la Academia de Ciencias

    Francesa en 1775, ofreci un premio monetario, a quien descubriera un mtodo para la

    fabricacin artificial de dicho producto. Fue Nicolas Leblanc (1742-1806) el que ide en

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    1787 el proceso de fabricacin, logrando obtener sosa a escala industrial y alcanzar de

    esa manera el premio ofertado. No obstante, el destino se ceb en la persona de este

    quimico francs, que habiendo logrado poner a punto un proceso que, constituyo uno de

    los pilares bsicos, sobre el que se desarrollo la industria qumica pesada del siglo XIX fue

    injustamente correspondido por los responsables del gobierno francs del momento. A

    pesar de la importancia de su aportacin, el gobierno de la revolucin lo obligo a hacer

    pblico su mtodo, sin derecho a remuneracin alguna, con lo que Leblanc quedo en la

    ruina absoluta. Aunque en 1800 le devolvieron sus instalaciones, al no disponer de capital

    para su puesta en marcha, acab suicidndose en 1806.Este trgico final sumi a su

    familia en la miseria, mientras que poco tiempo despus, nmeros industriales hicieron

    grandes fortunas con el procedimiento de fabricacin ideado.

    A pesar del gran proceso desarrollado el mismo presentaba muchos problemas

    econmicos y de contaminacin.

    La solucin a los problemas del mtodo de Le Blanc, fue lograda brillantemente por el

    qumico belga Ernesto Solvay, nacido en 1838 y falleci en Bruselas en 1992. A diferencia

    del malogrado qumico francs, el belga pudo crear un emporio industrial y ejercer una

    meritoria labor filantrpica en el campo de la educacin. Preocupacin esta ltima, quiz

    debida a no haber podido seguir en su niez estudios reglados y adquirir una educacin

    completa, a causa de su precaria salud.

    Solvay patento su procedimiento en 1861, fundando en 1863 una Compaa `para la

    fabricacin de carbonato de sodio, y a lo largo del siglo XIX, la fabricacin de carbonato

    sdico por el mtodo Le Blanc cuya ultima instalacin se clausuro en 1915, fue poco a

    poco desplazada por el mtodo SOLVAY.

    Para empezar la produccin de carbonato de sodio requerimos de materia prima ya

    que es la semilla vital de todo proceso, por lo que detallamos a continuacin las

    mismas, que son:

    Piedra caliza o qumicamente llamado Carbonato de calcio(solvay le blanc)

    cido sulfrico (le blanc)

    Carbn (le blanc )

    Cloruro de sodio (solvay )

    Amoniaco (solvay)

    Sulfato de sodio (le blanc)

    Piedra caliza o qumicamente llamado Carbonato de calcio

    Nombre comn del carbonato calcio. Contiene alto porcentaje de calcita, de

    materiales trticos, como cuarzo o arcilla, lo que puede aportar un color ms

    oscuro que el de la caliza ms pura.

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    Por su aspecto blanco son muy

    distinguibles. Las calizas se forman en los

    mares clidos y poco profundos de las

    regiones tropicales, en aquellas zonas en

    las que los aportes detrticos son poco

    importantes. Dos procesos, que

    generalmente actan conjuntamente,

    contribuyen a la formacin de las calizas.

    cido sulfrico

    Es un compuesto qumico extremadamente corrosivo cuya frmula es H2SO4.

    Es el compuesto qumico que ms se produce en el mundo, por eso se utiliza

    como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los pases. Una

    gran parte se emplea en la obtencin de fertilizantes. Tambin se usa para la

    sntesis de otros cidos y sulfatos y en la industria petroqumica.

    Generalmente se obtiene a partir de dixido

    de azufre, por oxidacin con xidos de

    nitrgeno en disolucin acuosa.

    Normalmente despus se llevan a cabo

    procesos para conseguir una mayor

    concentracin del cido. Antiguamente se lo

    denominaba aceite o espritu de vitriolo,

    porque se produca a partir de este mineral.

    Carbn

    Es un mineral, una roca sedimentaria de color

    negro, muy rica en carbono y con cantidades

    variables de otros elementos, principalmente

    hidrgeno, azufre, oxgeno y nitrgeno,

    utilizada como combustible fsil. La mayor

    parte del carbn se form durante el perodo

    Carbonfero

    El carbn se origina por la descomposicin de vegetales terrestres que se

    acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad

    Cloruro de sodio

    Ms conocido como sal de mesa, o en su forma mineral halita, es un compuesto

    qumico con la frmula NaCl. El cloruro de sodio es una de las sales

    responsable de la salinidad del ocano y del fluido extracelular de muchos

    organismos. Tambin es el mayor componente de la sal comestible, es

    comnmente usada como condimento y conservante de comida

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    Amoniaco

    El amonaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy

    penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposicin de

    la materia orgnica y tambin se fabrica industrialmente. Es fcilmente soluble

    y se evapora rpidamente.

    Generalmente se vende en forma

    lquida.

    La cantidad de amonaco producido

    industrialmente cada ao es casi

    igual a la producida por la

    naturaleza. El amonaco es

    producido naturalmente en el suelo

    por bacterias, por plantas y

    animales en descomposicin y por

    desechos animales. El amonaco es

    esencial para muchos procesos

    biolgicos.

    Sulfato de sodio

    El sulfato de sodio o sulfato sdico (Na2SO4)

    es una sustancia incolora, cristalina con buena

    solubilidad en el agua y mala solubilidad en la

    mayora de los disolventes orgnicos con

    excepcin de la glicerina.

    El sulfato de sodio anhidro tiene propiedades

    higroscpicas y por lo tanto es utilizado como

    desecante en el laboratorio o la industria

    qumica.

    Se utiliza en la fabricacin de la celulosa y como aditivo en la fabricacin del

    vidrio.

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    En este procedimiento se usan las materias primas que son:

    Piedra caliza

    Sulfato de sodio

    Carbn

    cido sulfrico

    Se utiliza sulfato de sodio calentndose con carbn y carbonato de calcio (piedra caliza) en un

    horno, los procesos que ocurren son los siguientes:

    Consta de las siguientes operaciones

    1. Calcinacin

    Aqu se calienta el sulfato de sodio, con piedra caliza y carbn a 500 C, de este se obtienen el

    dixido de carbono, y el carbonato de sodio con sulfuro de calcio llevado a cabo en un horno.

    2. Separacin

    Separacin del sulfuro de calcio del carbonato de sodio, utilizando agua con una

    concentracin de aproximadamente de 30 % de slidos.

    3. Cristalizacin

    Se procede a una cristalizacin por enfriamiento, la cual nos da cristales de carbonato de

    sodio con sulfato de calcio.

    4. Evaporacin

    Se procede a una evaporacin en horno a 18-20 C, lo cual nos permitir obtener cristales de

    carbonato de sodio decahidratadas (soda crista).

    5. Secado

    Se busca eliminar es la cantidad de agua obstruida dentro de los cristales. Esta operacin se la

    efecta aproximadamente a 150 C, en un horno, y nos permitir obtener una concentracin

    del 97% aproximadamente de Na2CO3

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    DIAGRAMA DE FLUJO

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    PROCESO LEBLANC

    Na 2 SO 4

    Ca CO 3

    C

    500C CO 2

    Na CO 3 Ca S

    H 2 O 30 % SOLIDOS

    EVAPORACION EN

    HORNO 18-20 C

    CRISTALES Ca S

    CRISTALES DE

    CARBONATO

    DE SODIO

    Na2CO3

    HORNO DE SECADO

    CRISTALES DE

    CARBONATO

    HIDRATADO

    DE SODIO

    Na2CO3 10H2O

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    El proceso qumico de Le Blanc implica esencialmente la realizacin de dos grandes procesos:

    I. REACCIN DE DOBLE DESCOMPOSICION ENTRE EL CLORURO DE SODIO Y EL ACIDO

    SULFURICO, en la que se hace reaccionar al primero, con el acido concentrado, sometindolos

    a fuerte calefaccin, y en la que se origina sulfato sdico y cloruro de hidrogeno gaseoso.

    De modo detallado ocurre una reaccin qumica en la cual se produce el desplazamiento de

    un acido voltil, el clorhdrico, por el calentamiento de una de sus sales (Na Cl) con un acido

    no Volatil, el acido sulfrico; la reaccin debe llevarse a cabo en caliente, con el fin de liberar

    el acido desplazado en forma gaseosa y que este pueda ser recogido en otro recipiente a

    temperatura inferior. El acido liberado (HCl) es altamente toxico, muy contaminante, y su

    eliminacin plantea costosos problemas.

    II. REDUCCIN DEL SULFATO CON COQUE Y RACCION DEL SULFURO PRODUCIDO CON

    CALIZA.

    Lo que globalmente se puede expresar en la forma:

    Se trata de un proceso complejo, que se lleva a cabo sometiendo a la mezcla de partida,

    previamente pulverizado, a temperatura de fusin en hornos rotatorios cerrados, que

    impidiendo la combustin del carbono, permiten su actuacin como agente reductor.

    Del producto solido resultante se separa el carbonato de sodio por lixiviacin o extraccin con

    agua alcalinizada (disolucin diluida de la propia sosa, para evitar la hidrolisis del sulfuro

    clcico en material contaminante), aprovechando la alta solubilidad en agua del carbonato de

    sodio y la insolubilidad en ella del sulfuro clcico. Esta operacin permita obtener una

    disolucin bruta de carbonato de sodio, a partir de la cual se poda, previa concentracin y

    cristalizacin, obtener el carbonato de sodio cristalizado o cristal de sosa. El solido

    cristalizado obtenido contiene un elevado grado de impurezas, que era preciso eliminar,

    dadas las exigencias de pureza que la utilizacin posterior de la sosa exiga. Para ello se

    transforma el carbonato sdico en bicarbonato de sodio; haciendo burbujear dixido de

    carbono en caliente, por la disolucin bruta obtenida; de la que precipitaba el bicarbonato

    sdico, menos soluble en agua que el carbonato de procedencia:

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    Por lo tanto, en el proceso de purificacin se aprovecha la diferencia de solubilidad entre el

    carbonato de sodio y el bicarbonato de sodio, al ser este ltimo mucho menos soluble en agua

    caliente que el primero. Una vez separado y secado el bicarbonato precipitado, se transforma

    en el producto que interesa, sometindolo a un proceso de calcinacin, en el que se liberaba

    agua y dixido de carbono, que con el fin de rentabilizar el proceso, y mediante las

    instalaciones oportunas es reciclado para atender las exigencias del proceso.

    De esta manera es que se obtiene el carbonato de sodio por el mtodo de Le Blanc.

    Este mtodo de obtencin de carbonato de sodio tiene como factores negativos hacia el

    medio ambiente los siguientes puntos:

    Alta demanda energtica de combustible

    Liberacin de HCL cido clorhdrico , el cual es un compuesto difcil de eliminar y muy

    toxico

    Requerimiento de grandes cantidades de cido sulfrico

    Difcil eliminacin del sulfuro clcico, el cual es toxico y de olor penetrante muy

    apestoso, esto debido a que en contacto con el agua provoca la liberacin de acido

    sulfhdrico, especialmente en zonas lluviosas o con bastante lluvia.

    Eliminacin del compuesto sulfuro de calcio por combustin obteniendo azufre

    En este procedimiento se usan las materias primas que son:

    Piedra caliza o qumicamente llamado Carbonato de calcio

    Cloruro de sodio

    Amoniaco

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    Consta de las siguientes operaciones:

    1er fase: Obtencin de CO2 a partir de piedra caliza (CaCO3)

    1. Triturado

    Consiste triturar los bloques de piedra caliza, con un triturador de impacto.

    2. Molido

    Operacin que consiste en reducir a 0.5 mm el tamao de la piedra caliza, esta operacin se

    realiza en un molino de choque, de cilindros o de bolas centrifugas.

    3. Calcinacin

    Mediante la calcinacin de carbonato de calcio (piedra caliza) a una temperatura entre 500 a

    600C en un horno rotatorio, para producir el dixido de carbono necesario en la primera

    reaccin:

    CaCO3 --> CaO + CO2

    4. Obtencin de salmuera

    Disolver la sal en agua, para lo cual se requerir un tanque de disolucin con su agitador.

    2 fase: Descripcin del proceso de obtencin de carbonato de sodio

    Se realizan las siguientes operaciones

    1. Precipitacin

    Se separa de un fluido, en la operacin se utiliza una torre de precipitacin en la cual ocurre la

    siguiente reaccin qumica:

    Na Cl + NH3 + CO2 + H2O Na H CO3 (slido)+ Cl NH4 (lquido)

    2. Filtrado

    El precipitado entra a un filtro de tambor que esencialmente consiste en un tambor cilndrico.

    3. Calcinacin:

    En un horno rotatorio donde a ms o menos 180 C se realiza la calcinacin, como se muestra

    en la siguiente reaccin:

    NaHCO3 Na CO3 + CO2 + H2O

    El carbonato de sodio obtenido por este proceso puede alcanzar hasta una pureza del 99.99%.

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    DIAGRAMA DE FLUJO

    El mtodo de Solvay tiene por objetivo lograr la reaccin entre el cloruro de sodio y el

    carbonato de calcio (piedra caliza), materias primas abundantes y baratas, para obtener como

    productos carbonato de sodio y cloruro de calcio:

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    EL CARBONATO DE SODIO 17

    Como este proceso no es posible llevarlo a cabo directamente en disolucin , ya que la

    insolubilidad del carbonato de calcio, desplaza el equilibrio en disolucin, casi

    completamente a la izquierda, fue necesario idear una serie de etapas intermedias:

    I. PRECIPITACION DE BICARBONATO DE SODIO POR REACCION DEL CLORURO DE SODIO

    CON DIOXIDO DE CARBONO, EN PRESENCIA DE AMONIACO, EN DISOLUCION ACUOSA:

    II. DESCOMPOSICION TERMICA DEL BICARBONATO DE SODIO FORMADO:

    El esquema de reacciones necesarias para que el proceso de fabricacin se lleve a cabo,

    constituye casi un ciclo cerrado, con las nicas entradas y salidas de los compuestos

    indicados, pudiendo considerarse globalmente el proceso como el TRATAMIENTO DE UNA

    DISOLUCION ACUOSA DE SALMUERA AMONIACAL CON DIOXIDO DE CARBONO.

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    EL CARBONATO DE SODIO 18

    Para un mejor entendimiento del proceso SOLVAY, vamos a considerar cinco grandes etapas:

    1. PREPARACION DE LA SALMUERA AMONIACAL

    2. CARBONATACION Y PRECIPITACION DEL BICARBONATO DE SODIO

    3. CALCINACION

    4. RECUPERACION DEL AMONIACO

    5. PRODUCCION DEL GAS CARBONICO Y DE LA CAL APAGADA.

    1. PREPARACION DE LA SAMUERA AMONIACAL

    En principio bastara con preparar una disolucin acuosa saturada en frio de cloruro de sodio,

    comnmente denominada SALMUERA , en la que posteriormente se absorbera amoniaco. Sin

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    EL CARBONATO DE SODIO 19

    embargo, la normal presencia de impurezas tanto en el agua( principalmente sales solubles de

    magnesio y calcio, sulfatos y carbonatos cidos de magnesio y de calcio, y de cloruro clcico),

    como en la sal de partida, obliga a proceder previamente a su eliminacin, pues de lo contrario

    la alcalinizacin posterior de la salmuera, al disolver en ella el amoniaco, ocasionara la

    indeseable precipitacin de hidrxidos y carbonatos de calcio y magnesio, que contaminaran

    el producto final. Por ello, el primer paso en la realizacin industrial del proceso consiste en la

    PURIFICACIN DE LA SALMUERA.

    En general, la purificacin de las materias primas es muy conveniente y a veces esencial en la

    mayora de los procesos industriales, para evitar las complicaciones que pueden ocasionar la

    presencia de reacciones secundarias no deseables. En nuestro caso, la purificacin de la

    salmuera se hace por adicion a la misma, de hidrxido clcico y carbonato sdico, para

    eliminar los iones de magnesio y calcio contaminantes, que precipitan en forma de hidrxido

    de magnesio, y carbonato clcico, que se separan por decantacin y posterior filtracin. El

    proceso de purificacin es anlogo al que se utiliza para el ablandamiento de aguas duras, por

    el mtodo de la cal sodada ( cal apagada o hidrxido clcico, con sosa o carbonato sdico).

    La salmuera purificada, una ves filtrada mediante un filtro prensa pasa a la TORRE DE

    ABSORCION de amoniaco, torre cilndrica alta, con material de relleno, para que la disolucin

    que se introduce por su parte superior, descienda lentamente y presente una gran superficie

    de contacto con el amoniaco gaseoso, que se inyecta en contracorriente por la parte inferior.

    De esta forma se consigue tener una solucin saturada de cloruro de sodio y amoniaco, que se

    conoce como SALMUERA AMONIACAL

    2. CARBONATACION Y PRECIPITACION DEL BICARBONATO DE SODIO

    Una ves obtenida la salmuera amoniacal, se traslada a la parte superior de una segunda torre

    de absorcin, llamada TORRE DE PRECIPITACION, en la que por su parte inferior se inyecta

    una corriente de dixido de carbono. En esta torre tiene lugar la precipitacin del bicarbonato

    de sodio, poco soluble en agua, segn la reaccin global:

    3. CALCINACION

    El bicarbonato sdico solido obtenido en el proceso anterior, ( en caso de ser necesario,

    purifica por cristalizacin) se lava con poca agua para eliminar los posibles restos de cloruro

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    EL CARBONATO DE SODIO 20

    de amnico y se calcina en un horno rotatorio, a temperaturas prximas a los 180C, alas que

    tiene lugar la siguiente reaccin:

    en este proceso no solo se obtiene el producto fianl buscando (Na2CO3), sino que adems se

    desprende dixido de carbono, que se recicla devolvindolo de nuevo a la torre de

    precipitacin. La sosa calcinada obtenida se vende como tal, o se disuleve en agua caliente y

    depsues previa concentracin y enfriamiento, se cristaliza como CRISTAL DE SOSA (Na2 CO3*

    10 H2O). Este producto debe almacenarse en locales hmedos y bien tapado, pues expuesto al

    aire seco pierde agua de cristalizacin (eflorece) y se transforma en un polvo blanco (Na2

    CO3 H2O). Por el contrario, la sosa calcinada o ceniza de sosa debe conservarse en lugares

    secos, ya que de lo contrario se transforma en el monohidrato por captacin de humedad del

    aire.

    4. RECUPERACION DEL AMONIACO

    Desde un punto de vista econmico, la recuperacin del amoniaco utilizado en la preparacin

    de la salmuera amoniacal, es parte muy importante del mtodo SOLVAY , sobre todo si

    tenemos en cuenta que en la etapa de puesta a punto del procedimiento de fabricacin de la

    sosa, el amoniaco era un producto escaso y caro, procedente en gran medida de la destilacin

    seca del carbn ( fabricacin de gas de alumbrado)

    El amoniaco gaseoso aportado al sistema en la torre de absorcin, sale de la torre de

    precipitacin transformado en disolucin acuosa de cloruro amnico, previa separacin en un

    filtro de tambor del bicarbonato sdico precipitado. Dicha disolucin se lleva a una TORRE DE

    DESPLAZAMIENTO o de recuperacin en la que se introduce simultneamente LECHADA DE

    CAL O CAL PAGADA (suspensin y disolucin acuosa de hidrxido de clcico), que en caliente

    desplaza fcilmente al amoniaco ( base mas dbil y voltil) , segn la siguiente reaccin global:

    El amoniaco desprendido se recicla, llevndolo de nuevo a la TORRE DE ABSORCION para

    preparar la salmuera amoniacal. La disolucin acuosa de cloruro clcico es el nico

    subproducto del proceso global de fabricacin de SOSA, y si la fbrica se sita junto al mar o a

    algn rio, se puede eliminar sin problemas ni dao de ningn tipo al medio ambiente.

    Tambin puede obtenerse a partir de ella por evaporacin, cloruro clcico anhidro que se

    utiliza principalmente como desecante, para preparar disoluciones refrigerantes, para retener

    el polvo de carreteras sin pavimentar en el verano, derretir el hielo en carreteras y para la

    obtencin de calcio.

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    EL CARBONATO DE SODIO 21

    5. PRODUCCION DEL GAS CARBONICO Y DE LA CAL APAGADA.

    El dixido de carbono ( gas carbonico) necesario para el proceso de carbonatacin, asi como el

    hidrxido clcico ( cal apagada) preciso para preparar la lechada de cal, que se utiliza en la

    recuperacin del amoniaco, se producen en la misma fabrica por calcinacin entre 600 y

    700C, de carbonato clcico ( piedra caliza), en un horno de cal. El proceso de descomposicin

    que se produce es el siguiente:

    El gas liberado despus de lavado con agua, se lleva directamente a la TORRE DE

    PRECIPITACION; mientras que el oxido de calcio ( cal viva) se trata con agua, con la que

    reacciona enrgicamente para producir hidrxido clcico:

    La disolucin y suspensin resultante ( lechada de cal ) una vez tamizada, para que la

    suspensin sea de grano fino, se introduce en la TORRE DE DESPLAZAMIENTO para recuperar

    el amoniaco.

    Si examinamos globalmente el proceso SOLVAY podemos observar como mediante una serie

    de ingeniosos procesos parciales, realmente sencillos desde el punto de vista qumico, se

    transforman las materias primas, cloruro sdico y carbonato clcico, realizndose por etapas

    la reaccin global (9), imposible de llevar a cabo directamente. La descomposicin de la caliza

    (13) y la adicin del amoniaco (10) son habilidades tcnicas. Las materias primas se utilizan

    casi cuantitativamente, y se precisa un consumo energtico muy pequeo, sobre todo en

    comparacin con el que se requera en el mtodo francs. Por ello, el mtodo SOLVAY mucho

    mas econmico, desbanco en menos de cincuenta aos al mtodo le blanc, que ya contaba con

    mas de cien aos de experiencia.

    El mtodo SOLVAY es uno de los mtodos de menor contaminacin tanto energtica como de

    sustancias del proceso que es el cloruro clcico.

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    EL CARBONATO DE SODIO 22

    Los peligros de usar cloruro de calcio como aditivo alimentario se asocian con los

    trabajadores de las plantas que lo aaden en su forma pura y no a los consumidores que la

    ingieren en bajas cantidades en los alimentos.

    La trona es un mineral de la clase de los minerales

    carbonatos y nitratos, y dentro de esta pertenece al

    llamado grupo de latermonatrita-natrn. Es

    conocido y usado por la humanidad desde tiempos

    ancestrales.

    Se emplea como fuente natural del carbonato de

    sodio, de amplia aplicacin en la industria.

    Calcinando la trona en hornos se obtiene la "ceniza

    de sosa", empleada en la produccin de jabn, cristal y papel.

    Es un complejo carbonato y bicarbonato hidratado de sodio

    Sus caractersticas fsicas son:

    - Frmula qumica: Na3(HCO3)(CO3)2H2O

    - Color: Incoloro, gris-blanco, amarillo brillante

    - Lustre: Vtreo

    - Transparencia: Transparente a translcido

    - Sistema cristalino: Monoclnico, prismtico

    - Hbito cristalino: Cristales largos o planos con caras estriadas paralelas.

    - Densidad:2,11 - 2,17

    - Solubilidad: Soluble en agua, efervese en cidos

    - Fluorescencia: Fluorescente y fosforescente, amarillo naranja con luz UV

    Bolivia cuenta con una serie de riquezas naturales que todava no han sido aprovechadas,

    parte de esta riqueza se encuentra en forma de minerales en la zona del Altiplano. En el

    Altiplano se tienen los salares que van desde el salas de Uyuni hasta salares ms pequeos y

    lagunas saladas donde se encuentran muchos minerales que pueden llegar a ser de gran

    importancia para la economa del pas pero que no lo es debido principalmente a que los

    estudios existentes se refieren solo a algunos de estos minerales, dejando una gran cantidad

    de los mismos como fuente para investigaciones que deben realizarse en un futuro inmediato

    para poder solucionar algunos de los problemas sociales que se tienen. Muchos de estos

    minerales son fuente de sustancias que sirven de insumo para varias industrias del pas,

    siendo necesario nicamente someterlos a procesos de purificacin para su utilizacin.

    Actualmente casi todas las industrias importan sustancias que se encuentran en Bolivia. Una

    sustancia empleada en varios procesos industriales, es el carbonato de sodio que en Bolivia se

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    EL CARBONATO DE SODIO 23

    encuentra en la regin de los salares o lagos salados. Como principales yacimientos se tienen:

    Collpa Laguna.Hedionda Sur. Cachi Laguna. Khara Laguna. Honda Sur. Lago Poop.

    Se ha encontrado que el carbonato de sodio, forma los siguientes minerales en los yacimientos

    naturales: Natrn Termonatrita Trona GayLusita Pirsonita Northupita Tychita Hanksita

    Dawsonita Burqueita Shortita Na2CO3 10 H2O Na2CO3 H2O Na2CO3 2 H2O NaHCO3

    Na2CO3 CaCO3 5 H2O Na2CO3 CaCO3 2 H2O Na2CO3 NaCl Na2CO2 2Na2CO3

    2MgCO3 Na2SO4 2Na2CO3 9Na2SO4 KCl Na3Al(CO)2 2Al (OH)3 Na2CO3 Na2SO4

    Na2CO3 2CaCO3

    De todos los minerales mencionados, es importante referirse a la Trona, mineral que se

    encuentra en mayor concentracin en Collpa Laguna y otros lugares de Bolivia, este

    mineral es una combinacin de carbonato de sodio y carbonato cido de sodio, se

    presenta como un polvo blanco muy fino.

    RECURSOS NATURALES DE CARBONATO DE SODIO (trona)EN BOLIVIA

    DEPARTAMENTO LUGAR RESERVAS PROBABLES

    (TM)

    POTOSI

    COLLPA LAGUNA 47000

    CACHILAGUNA 18000

    LAGUNA HEDIONDA

    SUR

    43000

    LAGUNA KHARA 60000

    LAGUNA CAAPA 100

    LAGUNA HONDA SUR 120

    FUENTE: Elaboracin propia en base a datos de Geografa Recursos Naturales de Bolivia

    (ISMAEL MONTES DE OCA)

    Es un proceso alternativo al de refinacin de la trona, que consta de las siguientes

    operaciones:

    Recepcin de la trona (Na2CO3.HNaCO3.2H2O)

    En la recepcin de materia prima se requiere de un tanque de donde se pueda extraer.

    Obtencin de salmuera concentrada.- Disolver la trona en salmuera entre 200 y

    250 gr. De trona por cada litro de disolucin, para lo cual se requerir un tanque de

    disolucin con su agitador.

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    EL CARBONATO DE SODIO 24

    Calentamiento.- Aumentar la concentracin del carbonato de sodio, obtenindose de

    esta mezcla cristales y una solucin acuosa baja, en un horno a 106C.

    Enfriamiento.- Esta operacin tiene dos propsitos, el de enfriar la mezcla que sale

    del calentador y adecuar la concentracin.

    Cristalizacin.- Se procede a una cristalizacin por enfriamiento hasta la temperatura

    ambiente, para obtener cristales de carbonato de sodio monohidratados Na2CO3H2O.

    Centrifugacin.- Esta disposicin de las aguas madres est a cargo de la centrifuga

    que permite obtener los cristales completamente secos, eliminando la cantidad de

    aguas madres que puedan estar mojando a los cristales.

    Secado.- Dentro de este lo que se busca eliminar es la cantidad de agua ocluida dentro

    de los cristales, esto es obtener cristales de carbonato de sodio. Esta operacin se la

    efecta aproximadamente a 150 C, en un horno rotatorio.

    DIAGRAMA DE FLUJO (PROCESO WYOMING)

    TRONA

    Na2CO3 Na H CO3 2H2O

    CONCENTRACION POR

    EVAPORACION SOLAR

    PLANTA DE Na2CO3

    CARBONATO DE

    SODIO CON 94 %

    Pureza

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    EL CARBONATO DE SODIO 25

    Proceso de produccin

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    EL CARBONATO DE SODIO 26

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    EL CARBONATO DE SODIO 27

    El carbonato de sodio no tiene olor. Se considera un irritante de nada a suave para la piel y un

    irritante moderado a severo para los ojos. El carbonato de sodio no es inflamable o

    combustible. No es tambin un carcingeno. El carbonato de sodio reacciona con cidos

    fuertes. Tambin, puede convertirse en un gas de monxido de carbono peligroso si entra en

    contacto con alimentos que contienen azcares reductores.

    Inhalacin

    La inhalacin de carbonato de sodio puede irritar los pulmones o empeorar enfermedades

    como el asma aguda o crnica u otra enfermedad pulmonar crnica. La inhalacin puede

    irritar la nariz, la garganta o el tracto de las vas respiratorias. Si inhalas el carbonato de sodio,

    obtn gran cantidad de aire fresco. Si ests con alguien que ha inhalado carbonato de sodio y

    no respira, puede que sea necesario realizar respiracin artificial..

    Tragar

    Si el carbonato de sodio es ingerido, sobre todo en una gran cantidad, hay que solicitar ayuda

    mdica inmediatamente. El carbonato de sodio puede quemar la boca, la garganta, el

    estmago o en el esfago y pueden resultar vmitos, nuseas o diarrea. En caso de ingestin,

    beber dos o ms vasos de agua o leche. Si bien no se debe inducir el vmito, si ocurre, beber

    abundante lquido despus. No tomar bebidas carbonatadas o cualquier bebida cida. Si

    alguien se ha tragado carbonato de sodio y est inconsciente, no intente dar lquidos

    Irritacin de la piel y de los ojos

    La piel podra irritarse despus del contacto prolongado o repetido con carbonato de sodio,

    causando enrojecimiento o hinchazn. Si se tiene una condicin como lesiones en la piel, el

    carbonato de sodio puede irritar an ms esto. Si la piel est hmeda, el carbonato de sodio

    puede causar quemaduras qumicas. Limpiar el carbonato de sodio con un pao seco y lavar el

    rea con agua y jabn. Enjuagar el carbonato de sodio de los ojos inmediatamente, con agua

    durante unos 15 minutos, enjuagar bajo prpados superiores e inferiores tambin. El

    contacto con los ojos puede causar quemaduras qumicas. Tambin, evitar que el carbonato de

    sodio entre en contacto con la ropa. Qutarse la ropa y lavar la ropa antes de usarla

    nuevamente.

    Manejo

    Usar gafas protectoras de seguridad al trabajar con carbonato de sodio. Limpiar los derrames

    utilizando una pala, escoba o aspiradora, trata de evitar que el polvo se forme durante la

    limpieza. Colocar el carbonato de sodio en contenedores para su eliminacin o

    almacenamiento. Almacenar en un lugar fresco, seco y bien ventilado, lejos de los alimentos.

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    EL CARBONATO DE SODIO 28

    DISTRIBUCIN DE CARBONATO DE SODIO EN BOLIVIA

    CUADRO 1: YACIMIENTOS DE PIEDRA CALIZA EN BOLIVIA

    Departamento Lugar

    Reservas

    Probables

    (mm TM)

    MILLONES DE

    TONELADAS

    METRICAS

    La Paz

    Puerto acosta 11

    Cerro catavi -

    Colquencha-collana -

    Oruro

    Paza-huancane -

    Cerro pahua 105

    Cerro tusqui -

    Potos

    Miraflores-tarapaya-el molino 180

    Chita 200

    Cochabamba Irpa irpa-sikimirani 27,7

    Sayari 14

    Tarija Chaupi Uni 70

    Santa Cruz Yacuses 36000

    FUENTE: Elaboracin propia en base a datos de Geografa Recursos Naturales de Bolivia

    (ISMAEL MONTES DE OCA)

    CUADRO 2: YACIMIENTOS DE CLORURO DE SODIO EN BOLIVIA

    Departamento Lugar

    Potos Salar de Uyuni

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    EL CARBONATO DE SODIO 29

    Salar de Coipasa

    FUENTE: Elaboracin propia en base a datos de Geografa Recursos Naturales de Bolivia

    (ISMAEL MONTES DE OCA)

    CUADRO 3: YACIMIENTOS DE SULFATO DE SODIO

    Departamento Lugar Reservas

    probables(TM)

    POTOSI

    Laguna

    Hedionda Norte 19000

    Salar de la

    Laguna -

    FUENTE: Elaboracin propia en base a datos de Geografa Recursos Naturales de Bolivia

    (ISMAEL MONTES DE OCA)

    CUADRO 4: RECURSOS NATURALES DE CARBONATO DE SODIO (trona)EN BOLIVIA

    DEPARTAMENTO LUGAR RESERVAS PROBABLES

    (TM)

    POTOSI

    COLLPA LAGUNA 47000

    CACHILAGUNA 18000

    LAGUNA HEDIONDA

    SUR

    43000

    LAGUNA KHARA 60000

    LAGUNA CAAPA 100

    LAGUNA HONDA SUR 120

    FUENTE: Elaboracin propia en base a datos de Geografa Recursos Naturales de Bolivia

    (ISMAEL MONTES DE OCA)

    BALANCE DE MATERIA (ALPAT)

    El proceso seleccionado es por el mtodo de SOLVAY.

    Para la obtencin del carbonato de sodio ser a partir del carbonato de calcio (piedra caliza),

    debido a que es nuestra materia prima para la generacin de dixido de carbono.

    El balance msico para su mejor entendimiento se lo desglosa, operacin por operacin, con la

    debida explicacin de los clculos realizados en cada caso.

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    EL CARBONATO DE SODIO 30

    Triturado y Molido.- para estas dos operaciones se trata la piedra caliza para disminuir el

    tamao de la materia prima.

    Calcinacin.- Mediante la calcinacin de carbonato de calcio (piedra caliza) a una

    temperatura entre 500 a 600C en un horno rotatorio, para producir el dixido de carbono

    necesario en la primera reaccin:

    CaCO3 --> CaO + CO2

    Se trata de 1 tonelada de piedra caliza por hora, obtenindose los siguientes resultados:

    Cantidad (kg) Piedra caliza (CaCO3) 1000 CO2 440 CaO 560

    Descripcin del proceso de obtencin de carbonato de sodio

    Precipitacin:

    Na Cl + NH3 + CO2 + H2O Na H CO3 (slido)+ Cl NH4 (lquido)

    Se tienen las siguientes cantidades de los reactivos:

    Cantidad (kg) CO2 440 Na Cl 585 NH3 170 H2O 180

    Llegndose a obtener los siguientes productos:

    Cantidad (kg) Na H CO3 (slido) 840 Cl NH4 (lquido) 530

    Filtrado: el precipitado ingresa a un filtro de tambor.

    Calcinacin: se realiza a 180C llegndose a obtener los siguientes resultados:

    NaHCO3 Na CO3 + CO2 + H2O

    Cantidad (kg)

    NaHCO3 840

    Na CO3 477

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    EL CARBONATO DE SODIO 31

    CO2 220

    H2O 90

    El carbonato de sodio obtenido por este proceso puede alcanzar hasta una pureza del 99.99%.

    MANUAL DE PROCESOS QUIMICOS EN LA INDUSTRIA, tomo I George T.

    Austin

    QUIMICA GENERAL APLICADA Luis Postigo

    MANUAL DEL INGENIERO QUMICO Perry y chilton

    Tesis : PLANTA DE REFINACIN DE LA TRONA Lopz Bustillos Jos Luis

    Tesis : PROCESO DE PURIFICACIN DE LA TRONA Numbela Tejada Ana

    Mara

    http://www.solvaytorrelavega.com/visitasolvaytorrelavega/actividadindustri

    al/procesosdeproduccion/carbonatosodico/0,,35188-10-0,00.htm

    http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Solvay

    http://unaviaalprogreso.blogspot.com/2008/11/proceso-leblanc-para-

    obtener-sosa.html

    http://www.univalle.edu/publicaciones/brujula/brujula2/pag9.htm

    http://www.kompass.com/instalaciones-equipos-produccion-productos-

    quimicos-inorganicos/instalaciones-produccion-carbonato-sodio-

    anhidro/clist/CH_GS_L_3_I_es_Z_WW_F_540199010202_C_4201037

    http://es.wikipedia.org/wiki/Calcinaci%C3%B3n

    http://www.machinery-china.es/ProductsDetail.aspx?id=343&s_id=27