Cloro-soda

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
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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:
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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.
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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:
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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:
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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
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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
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• 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:
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• 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
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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
10
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:
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• 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.
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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.
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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
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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
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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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