TECNOLOGIA QUIMICA

UNIDAD 1 Industria basada en compuestos inorgánicos

PRODUCCIÓN DE CLORO E HIDRÓXIDO DE SODIO

• La industria cloro –alcali produce cloro Cl2 e hidróxido de sodio a partir de la electrólisis de una solución salina de NaCl.

• En la electrólisis, se forma hidrógeno en el cátodo y cloro en el ánodo

PRODUCCIÓN DE CLORO E HIDRÓXIDO DE SODIO• Electrolisis con celda de amalgama de mercurio • Fue el primer método empleado para producir cloro a escala

industrial. • Se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio

recubierto de platino u óxido de platino.

PRODUCCIÓN DE CLORO E HIDRÓXIDO DE SODIO• Proceso de Diafragma: En este proceso se emplean

disoluciones acuosas de NaCl. Las celdas industriales de diafragma consisten en un depósito en el cual los ánodos se montan verticalmente y paralelos unos a otros. Los cátodos se sitúan entre los ánodos, son planos y de acero, recubiertos por fibras de asbesto impregnados con resinas flúor-orgánicas.

PRODUCCIÓN DE CLORO E HIDRÓXIDO DE SODIO• Proceso de Membrana: En este proceso el cátodo y el ánodo

se encuentran separados por una membrana conductora iónica que es impermeable al agua, pero es permeable al paso de iones.

Acido clorhídrico• Acido Clorhídrico: El Cloruro de Hidrógeno se produce

comercialmente por cualquiera de las siguientes vías:•

Proceso Hargreaves : Este proceso está en desuso, debido a la dificultad de lograr Acido concentrado a partir de soluciones diluidas de gas y al incremento en la mano de obra. •

Acido clorhídrico• Proceso Sintético: El Cloruro de Hidrógeno se puede sintetizar

por la combustión de una mezcla controlada de Cloro e Hidrógeno.

• Cloruro de Hidrógeno como Subproducto: La cloración de muchos químicos orgánicos genera Cloruro de Hidrógeno como subproducto.

• R-H + Cl2 → R-Cl + HCl (Reacción 1)R-Cl + HF → R-F + HCl (Reacción 2)

CARBONATO DE SODIO

• Proceso Leblanc :Fue el primer proceso para obtener artificialmente carbonato de sodio (sosa).Haciendo reaccionar sal común (HCl)con ácido sulfúrico (H2SO4) para dar sulfato de sodio (Na2SO4)(1), que posteriormente se quema con carbón y piedra caliza para obtener carbonato de sodio (Na2CO3)

CARBONATO DE SODIO• Proceso Solvay: El proceso Solvay utiliza sal común NaCl y

piedra caliza CaCO3 como materias primas, el amoniaco NH3 también necesario para producir carbonato de sodio no se considera materia prima, ya que se regenerado y reciclado en el proceso.

• • El proceso puede resumirse en la siguiente ecuación:

• 2NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2

HIERRO Y ACERO• El alto horno : El alto horno es la instalación industrial donde

se transforma o trabaja el mineral de hierro. En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad

HIERRO Y ACERO• Reducción directa del mineral de hierro : Para la producción

del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la merma de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados

HIERRO Y ACERO• El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de

carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

HIERRO Y ACERO

HIERRO Y ACERO• Otros métodos de refinado del hierro • Método directo para fabricar hierro y acero a partir del

mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan mineral de hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de unos 950 ºC. El coque caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un alto horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico

HIERRO Y ACERO• Horno de hogar abierto : Es uno de los hornos más populares

en los procesos de producción del acero. • Lingote al rojo vivo: El acero se vende en una gran variedad de

formas y tamaños, como varillas, tubos, raíles (rieles) de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminando los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo.

HIERRO Y ACERO• El sistema de colada continua, en cambio, produce una

plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto

AMONIACO• El amoniaco, es uno de los productos intermedios más

importantes de la industria química.• El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado

Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos, de acuerdo a la reacción:

• • 3H (2)+ N (2) 2NH (3 ) +Calor

ACIDO NÍTRICO

• La materia prima para al producción de ácido nítrico corresponde al amoniaco que se produce en el proceso Haber – Bosch. El proceso implica tres reacciones:

• Oxidación catalítica de amoníaco en aire• Oxidación de monóxido de nitrógeno• Absorción de dióxido de nitrógeno para producir el ácido.• La reacción global del proceso, es la siguiente: • • 1. NH3 (g)+ 2O2 (g)→HNO3(ac)+ H2O(l)

UREA• La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de

amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio y, en la segunda etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea.

ABONOS NITROGENADOS

• Sulfato de amonio. ( NH4)2SO4

• Se obtiene por la reacción del hidróxido de amonio con ácido sulfúrico

• Nitrato de amonio (NH4)NO3

• Se obtiene a partir del ácido nítrico, usando el proceso Otsvald

• Nitrato sódico NaNO3 • Se obtiene al reaccionar carbonato de sodio con ácido nítrico• Nitrato potásico. KNO3

• NaNO3 + KCl KNO3 + NaCl •

INDUSTRIA DEL AZUFRE• Método Frasch: inventado en 1891 por el químico

estadounidense Herman Frasch, éste método consiste en la inyección de agua sobrecalentada o de vapor de agua en las formaciones que contiene este elemento.

• El azufre también puede extraerse de las piritas por destilación en retortas de hierro o arcilla refractaria, aunque con este proceso el azufre obtenido suele contener porciones de arsénico

ÁCIDO SULFÚRICO• Cámaras de plomo :El proceso de cámaras de plomo es el más

antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para producir gran parte del acido consumido en la fabricación de fertilizantes. Este método produce un ácido relativamente diluido (62%-78% H2SO4)

• Proceso de contacto : El proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que se obtiene ácido sulfúrico por hidratación

Fósforo y derivados( Vía seca)• De la roca fosfórica se obtiene el fósforo elemental, mediante

reducción con coque y en presencia de sílice en hornos eléctricos a más de 1.300°C, temperatura a la que escapa en forma de vapor junto con los gases del horno, condensando en electro filtros y siendo purificado a continuación.

• Cloruros: Tricloruro y pentacloruro por combustión de fósforo blanco en atmósfera de cloro.

• Óxidos: Pentóxido, por combustión de fósforo blanco en exceso de aire.

Ácido fosfórico ( Vía húmeda)• El producto principal derivado de la roca fosfórica es el ácido

fosfórico, que se produce masivamente por ataque directo de aquella con otro acido mas fuerte: sulfúrico, clorhídrico o nítrico, según procesos vía húmeda.

• Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 ↓ + HF ↑

Ácido fosfórico ( Vía húmeda)• Proceso dihidrato: El proceso convencional consta de tres

secciones principales: el ataque, donde tiene lugar la reacción sólido-líquido; la filtración, para separar el yeso del acido producido; y la concentración, en la que se lleva esta al 52-54%, con la que se almacena.

Ácido fosfórico ( Vía húmeda)• Procesos hemihidrato y anhidrita : La formación del sulfato

cálcico hemihidrato en presencia de ácido débil (del orden del 30% P2O5) obliga a subir la temperatura en el ataque hasta casi 100°C, con graves problemas de corrosión, eliminando el enfriamiento evaporativo

Ácido fosfórico ( Vía húmeda)• Proceso de horno de arco eléctrico : El proceso de horno

eléctrico se basa en el hecho de que la sílice tiene propiedades de ácido fuerte a temperaturas elevadas. Si una mezcla de roca fosfórica, sílice y carbón se calienta a temperatura suficientemente alta, la sílice puede reemplazar al radical fosfato para formar un silicato de calcio, y el fósforo elemental puede destilarse de la mezcla reaccionante

FOSFATOS Y FERTILIZANTES• Fosfatos: Se obtienen por la acción del ácido fosfórico con

diferentes bases

• Fertilizantes fosfatados: En general son productos obtenidos por acción de ácidos sobre minerales de fósforo (fosfatos), comprenden tanto a los fosfatos como a las sales derivadas del ácido empleado.

Fertilizantes sólidos y líquidos• Dentro de los abonos minerales sólidos encontramos los

abonos simples (un solo nutriente), compuestos (más de un nutriente) y blending (mezcla de los anteriores).

• • Dentro de los abonos minerales líquidos encontramos los

abonos simples y los compuestos.• Ejemplos:• KNO3

• (NH2)2CO

• (NH4)2H2PO4

Cloruro de potasio y otros derivados del potasio• El cloruro de potasio se encuentra naturalmente como silvita,

y puede extraerse de la silvinita. También puede extraerse de agua salada y puede producirse por cristalización, por flotación o por separación electrostática de minerales apropiados. Es un subproducto de la fabricación de ácido nítrico a partir de nitrato de potasio y ácido clorhídrico.

• El potasio constituye del orden del 2,4% en peso de la corteza terrestre siendo el séptimo más abundante. Debido a su solubilidad es muy difícil obtener el metal puro a partir de sus minerales

Cloruro de potasio y otros derivados del potasio• El potasio metal se usa en células fotoeléctricas.• El cloruro y el nitrato se emplean como fertilizantes. • El peróxido de potasio se usa en aparatos de respiración

autónomos de bomberos y mineros. • El nitrato se usa en la fabricación de pólvora y el cromato y

dicromato en pirotecnia. • El carbonato potásico se emplea en la fabricación de cristales. • La aleación NaK, una aleación de sodio y potasio, es un

material empleado para la transferencia de calor.• Todos los fertilizantes de potasio se fabrican con salmueras o

depósitos subterráneos de potasa. Las formulaciones principales son cloruro de potasio, sulfato de potasio y nitrato de potasio.