COPRODUCCIÓN DE CLORO Y SOSA. Procesos Químicos Industriales. Curso 2019-2020 Ingeniería de Procesos Químicos Industriales. Facultad de Ciencias. Ariadna López Núñez Begoña Seijas Campos Índice 1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 2 2. MATERIA PRIMA: LA SAL ....................................................................................................... 5 2.1. Propiedades ................................................................................................................ 6 2.2. Métodos de obtención................................................................................................ 7 3. PRODUCCIÓN DE SAL. APLICACIONES ................................................................................... 8 3.1. Producción y consumo ................................................................................................ 8 3.2. Aplicaciones .............................................................................................................. 14 4. LA COPRODUCCIÓN DE CLORO Y SOSA. PROCESO PRODUCTIVO ....................................... 15 4.1. Acondicionamiento de materias primas ................................................................... 15 4.1.1. Tratamiento primario de la salmuera ............................................................. 16 4.1.2. Tratamiento secundario de la salmuera ......................................................... 18 4.2. Proceso productivo. Esquema Global ....................................................................... 20 4.3. Electrolisis. Caracteristicas ........................................................................................ 21 4.3.1. Electrolisis celda de mercurio ......................................................................... 21 4.3.2. Electrolisis en la celda diafragma .................................................................... 22 4.3.3. Electrolisis en la celda de membrana ............................................................. 24 4.3.4. Comparación de los tres tipos de electrolisis ................................................. 25 4.4. Acondicionamiento de productos............................................................................. 25 5. PRODUCTOS. APLICACIONES ............................................................................................... 30 5.1. El Cloro. Propiedades y aplicaciones ......................................................................... 30 5.1.1. Productos derivados y sus aplicaciones .......................................................... 32 5.2. Sosa. Propiedades y aplicaciones ............................................................................. 32 5.2.1 Productos derivados y sus aplicaciones.......................................................... 33 6. ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES ......................................................................................... 34 7. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 36 1 1. INTRODUCCIÓN. El proceso de obtención de cloro y sosa es una de las mayores industrias electroquímicas a nivel mundial, pero antes se comentarán los antecedentes históricos. A lo largo de este punto se comentará la evolución de la sal alcalina, desde la extracción de la piedra de sosa a partir de las plantas barrilleras, junto con Nicolás Leblanc, conocido como el padre de la sosa artificial hasta la síntesis moderna utilizando agua salada. La extracción de la sosa se realiza mediante la calcinación de plantas, lo que depende de la región y el ecosistema, por ejemplo en Francia se usaba la madera de haya mientras que en España se utilizan plantas tipo matorral ricas en sales de sodio, que son como unas glándulas para la eliminación de las sales y tienen un aspecto externo como los cactus para protegerse así de la escasez de agua, este tipo de matorrales se desarrollan en suelos halonitrófilos es decir suelos ricos en sales tanto de origen humano (cultivos, ganadería, residuos) como natural (saladares, suelos ricos en yesos o marismas). El género Salsola sp es el más utilizado siendo la Salsola Sativa de la que se extrae una sosa de alta calidad. El tratamiento de estas plantas es el siguiente, se recogen en el período de floración para un posterior secado y separación para eliminar las partes no útiles de la grana, después se introduce en un horno quemando las plantas lentamente con duración de 1-2 días, obteniendo la piedra de barrilla utilizada no solo en la industria del jabón sino también del cristal y textil. Se necesitaban unos 1900 kg de planta para conseguir una piedra de 450 kg, lo que estaba provocando una gran deforestación en los bosques europeos, esto fue tan preocupante que el rey Luis XVI ordenó a la Academia de Ciencias que ofreciera una recompensa para la persona que inventara un procedimiento eficaz, aquí aparece Nicholas Leblanc que descubre un método obteniendo Na2CO3 a partir de cloruro sódico (sal marina), ácido sulfúrico, carbón y piedra caliza en un procedimiento de 3 fases: 2NaCl + H2SO4 →NaSO4 + 2HCl [1] Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2 [2] Na2S + CaCO3 → Na2CO3 + CaS [3] Leblanc se suicidó debido a una profunda depresión que sufrió a raíz de la muerte de su hija y de que el gobierno francés nunca le llegase a pagar su patente y se abriesen plantas en distintos lugares. El método Leblanc se utilizó hasta 1870, hasta que Erenst Solvay mejoró el método, ya que el anterior producía residuos contaminantes como el gas sulfhídrico, la 2 solución fue utilizar la torre Solvay con NH3 y CO2, eliminando así este gas de tan mal olor. El único producto agresivo producido es el CaCl2. La aparición de Solvay destaca no sólo por ser en 1900 el 95% de la producción mundial de sosa, también por tomar iniciativas sociales, tomando la iniciativa de la legislación sociales en sus industrias. En la actualidad, se utiliza hidróxido sódico que lo obtenemos de la electrólisis de una solución acuosa de cloruro sódico o salmuera, ya que es más eficaz que la sosa como base alcalizante. Esquema 1. Producción de NaOH Ánodo: 2Cl- → Cl2 (gas) + 2eCátodo: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- Las primeras plantas diseñadas utilizaban las “células de mercurio” o Celda Castner-Kellner: 3 Figura 2. Celda de mercurio Eran células sin división y utilizaban cátodos de mercurio para producir NaHg (amalgama de sodio) que puede producir envenenamiento por mercurio, utilizado como agente reductor y ánodos de grafito donde se generaba el cloro; el inconveniente principal es que implican un uso de volúmenes de Hg metálico muy grandes, provocando así problemas medioambientales, como solución a este problema se desarrollaron las llamadas “celda de diafragma”: Figura 3. Celda de diafragma En este tipo de celdas hay división entre ánodo y cátodo, mediante un diafragma no selectivo, lo cual es otro de los principales fallos de estas células, ya que, al no ser selectivos, el rendimiento es menor y la calidad de los productos disminuye. La última generación de plantas cloro-sosa utiliza las denominadas “celda de membrana”: Figura 4. Celda de membrana A diferencia con las celdas de diafragma es que, en estas, el diafragma es mejorado por una membrana polimérica selectiva de cationes, esto permite que los iones de sodio, Na+ pasen 4 a través de ella, pero no los iones de cloro o hidróxido, Cl- o OH-, es decir ya no se obtiene como producto ni el cloruro ni los iones e hidróxido ya que la membrana lo impide, este funcionamiento mejora el rendimiento y la calidad de los productos. Además, no deja residuos peligrosos, se produce hidróxido de sodio muy puro y tiene los requisitos de energía más bajos. 2. MATERIA PRIMA: LA SAL. La sal es una materia prima muy utilizada en la industria ya que interviene en el proceso de productos industriales y se considera que tiene más de 14.000 usos según diversos estudios de esta materia. Como además la sal común es un recurso natural prácticamente ilimitado, que proviene de yacimientos mineros de sal o a partir del agua de mar mediante evaporación, en salinas. Es un componente importante ya que interviene en procesos industriales como en la fabricación de pasta de papel, colorantes, el curtido de pieles, los detergentes, en la industria textil y acabe destacar el uso como deshielo de carreteras o la descalcificación de aguas. En estos dos últimos pasos utilizan abundantes cantidades de esta materia. Pero en este trabajo la importancia de la sal como materia prima está determinada por para la obtención electrolítica del cloro y el sodio, ya que se obtienen como productos, ácido clorhídrico, carbonato de sodio, sulfuro sódico, etc. 2.1. Propiedades. La sal es un compuesto iónico formado por un catión y un anión, siendo el primero (Na+) y el segundo referido al (Cl-). Debido a esto, puede reaccionar para obtener cualquiera de estos iones. Su fórmula química es NaCl. Además, la sal pura posee aproximadamente un 60,66% en peso de cloro elemental y el 39,34% de sodio. Su estructura es cristalina formada por la combinación ambos iones con forma cúbica. Esta estructura tendrá el mismo número de cationes que de aniones, es decir los mismos átomos de cloro que de sodio. Esta estructura cristalina cúbica, formada por ambos iones tiene menos energía que los iones separados, lo que proporciona una gran estabilidad. 5 Figura 5. Estructura cristalina cúbica de la sal. Tal y como se muestra en la figura 5, el cloruro de sodio se encuentra en estado sólido, los átomos están colocados de forma que tienen una unión iónica ocasionada por los campos electrostáticos de sus átomos. Los iones estarán colocados en el centro de un octaedro regular quedando así rodeado por 6 iones con cargas opuestas y distribuidos en los vértices del octaedro, teniendo así una estructura cristalina de tipo fcc, es decir, red cúbica centrada en la cara. Una de las propiedades que destaca de la sal es que puede sufrir las reacciones propias de los iones (Na+) y (Cl-), existen 2 métodos de separar ambos, una de ellas es por ser un cloruro iónico soluble, ya que precipita cloruros insolubles cuando es agregado a una solución de una sal metálica apropiada, un ejemplo sería el nitrato de plata: 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝐴𝑔𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) → 𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) [4] Otro método de separación de ambos iones es por medio de la electrólisis. Ya que se aplica electrolisis con un elevado potencial a una salmuera alcalina y así se obtiene como producto el Cl2, en forma de gas, y el H2 en el ánodo. Mientras que en el cátodo se obtendrá el NaOH. 2.2. Métodos de Obtención y Acondicionamiento. Para la obtención sal destacan dos métodos, uno de ellos es la evaporación de salmuera y el otro es mediante la extracción minera. EVAPORACIÓN DE SALMUERA: En este proceso se puede realizar el procedimiento de evaporación de una disolución salina que cada vez estará más concentrada hasta el punto de que la sal queda en el fondo. Para llevar a cabo esta evaporación se tiene en cuenta que existen dos métodos, uno mediante la utilización de energía natural o energía artificial, utilizando evaporadores. 6 Este último proceso conlleva un gran aporte energético por lo que es muy costoso económicamente ya que el máximo grado de concentración al que podemos llevar las salmuera es el estado sólido, que se obtiene mediante los procesos que se denominan de vertido líquido cero, y están basados en procesos de evaporación seguidos de la cristalización de las sales. Es decir, se lleva a cabo evaporadores a vacío, en los cuales se disminuye la presión hasta que la temperatura de ebullición baja a la temperatura ambiente y así de esta forma la salmuera hierve y se evapora provocando el aumento de la concentración. Utilizando por lo general sistemas de evaporación por compresión de vapor, de ahí el problema de su elevado consumo energético. Además, teniendo en cuenta que la fase la cristalización tiene de las sales disueltas tiene un elevado coste tanto de inversión como de operación y genera ensuciamiento del sistema, con lo cual se debe limpiar dicho sistema con frecuencia. Sin embargo, la evaporación natural es mediante la acción de la energía solar y del viento, en la cual la evaporación solar provoca una concentración de la salmuera hasta que precipita y cristaliza, pasando posteriormente los cristales por un proceso de secado. Dentro de esta clasificación se tiene en cuenta que según la situación geográfica se distinguen dos tipos de salinas, de exterior cuando se encuentran situadas en la costa y utilizan el agua del mar, o de interior, que utiliza el agua de manantiales salados, arroyos, pozos o lagunas que travesaron un yacimiento de sal subterráneo. PULVERIZACIÓN DE UN MINERAL: En este caso la sal se obtiene de minerales que serán extraídos de salares o minas de profundidad media. Al mineral extraído se le denomina halita o sal de roca y normalmente se extrae de dos formas: lodo salino o en forma de roca-mineral. En este caso al extraer el mineral y pulverizarlo se utiliza cuando la pureza de la halita es muy alta, se pulveriza por medio de métodos mecánicos. Pero si la profundidad a la que trabajan para la extracción es alta y además también tiene una alta dispersión en los depósitos no es rentable emplear el método tradicional y se le inyecta agua dulce a presión para dar lugar a la salmuera que posteriormente será extraída y tendrá una elevada concentración que almacena en balsas donde pasarán por un proceso de evaporación. 7 Figura 6. Mina de sal en Cardona. En la figura 6 se puede ver una montaña de Sal, que es un fenómeno natural que en su interior hay una antigua explotación minera. 3. PRODUCCIÓN DE SAL. APLICACIONES. 3.1 Producción y consumo. Reservas La producción y consumición de la sal común, lleva implantada en España desde los asentamientos de población, actualmente España cubre totalmente las necesidades de consumo y producción, siendo incluso uno de los principales países como exportador. La producción de sal común se obtiene de 2 formas: Beneficio de salmueras naturales que pueden ser: - Salinas marinas donde la sal se obtiene a partir de la evaporación natural de agua marina o aguas continentales con alta concentración de NaCl, debido a la acción del calor solar junto con la cinética del aire, siendo su recogida en el período estival, es decir cuando las temperaturas son más altas. Las instalaciones para este proceso constan de depósitos de concentración y balsas de precipitación. A nivel industrial destaca la manufactura de sal marina en Tarragona, Alicante, Murcia, Almería, Baleares, Huelva, Cádiz y Las Palmas. - Salinas de interior, son las aguas saladas de manantiales, arroyos y pozos. Se diferencian 2 tipos de instalaciones, una tradicional que trata de un pequeño número de balsas con función de concentradores, pero este tipo de instalaciones se fueron extinguiendo por razones socioeconómicas; en el segundo tipo las instalaciones son 8 más modernas combinando procesos de concentración y evaporación. Este tipo de producción se encuentra en Álava, Albacete, Alicante, Jaén, Murcia, etc. Labor minera, explotación de halita (sal de roca) o de este mineral juntamente con sales potásicas, este sector abarca tanto el laboreo subterráneo convencional por cámaras y pilares con extracción de mineral y tratamiento en planta mineralurgia, como técnicas de minería por disolución “in situ” de depósitos subterráneos y muchas otras técnicas que dependiendo de las características geológicas y especificaciones el consumo influyen sobre la elección de una técnica o otra. Figura 7. Distribución de la producción por comunidades autónomas. Como comunidad autónoma de la distribución de la sal en España, destaca notablemente Cantabria, siguiéndola Valencia y Cataluña. 9 Figura 8. Evolución de la producción por autonomías. En el Figura 8, se representa la evolución de la producción en las autonomías a lo largo de los años desde 2007 hasta 2016, se observa que Cantabria es la comunidad líder en la producción. También llama la atención que Cataluña siendo una de las destacadas en la distribución, en el año 2016 obtiene valores inferiores a los de 2007. 10 Figura 9. Producción de la sal común por provincias. En definitiva, en la figura 9, se ve la producción de la sal común por provincias, obteniendo como conclusión que la sal de gema es la principal sal producida y se destaca que Cantabria es la comunidad con la producción más destacada, siendo la siguiente la sal marina siendo en este caso Valencia la comunidad a destacar y por último la sal manantial en Murcia. Las principales empresas productoras son Solvay S.L. cuyas operaciones de minería por disolución subterránea mediante sondeos se centran en Cantabria, otra sería Salins Ibérica que mantiene la explotación de las lagunas de Torrevieja y La Mata, Iberpotash S.A que es la empresa 11 minera más grande de Cataluña, explota las minas de potasa y sal de gema de Cabanasses mediante el sistema de cámaras y pilares y además cuenta con plantas de tratamiento para la separación de la sal de la potasa. Se muestra el mercado nacional de la sal y el destino de la producción de esta: Figura 10. Mercado y destino de la sal También se muestra la cantidad destinada a la industria alimentaria, teniendo en cuenta 2 variables como el consumo directo de sal y el porcentaje utilizado para la preparación de platos. Figura 11. Cantidad destinada a la industria alimentaria. Como se puede observar en la figura 11, el consumo humano de sal es notable en la industria alimentaria. A nivel mundial, los datos cambian para España: 12 Figura 12. Mayores productores de sal. Finalmente, a nivel mundial España no aparece como uno de los mayores productores de sal común, siendo los líderes China con un 23% superando los 64 Mt y EE.UU con un 15%, que consta de 30 empresas distribuidas de 64 plantas por 15 Estados. RESERVAS. La sal, es de uso universal, sus reservas se consideran inagotables dado que su reserva natural es el agua de mares y océanos. No es una materia prima difícil de obtener y supone costes bajos dando pie en la producción industrial al aprovechamiento de fuentes energéticas naturales como el calor solar o la cinética del aire. A nivel mundial, existen varios lugares donde se puede obtener sal sin necesidad de estas en contacto directamente con el mar. 13 Figura 13. Localización mundial de sal. En la península tenemos varias reservas de sal seguras: “El parque natural de las Salinas de Ibiza y Formentera” no está destinado a la explotación, sino que es una reserva natural. Las “Salinas de Fuencaliente” en La Palma, sitio declarado de interés científico no solo por la sal sino por su avifauna. “Salinas de Torrevieja”, en Alicante. “Salinas de Janubio”, en Lanzarote. 3.2 Aplicaciones. La sal, tiene un campo de aplicaciones muy amplio cuyos beneficios revierten de forma directa en la calidad de vida del ser humano. Tiene muchos usos, por lo que lo vamos a dividir en 4; Alimentario, industrial y deshielo. Alimentario: en este ámbito está relacionado con el consumo humano debido a la cualidad organoléptica de resaltar y potenciar de forma natural el sabor de los alimentos. Además de tener un uso como potenciador de sabor también se utiliza como conservante ya que impide la creación de bacterias en la carne, aglutinante, fermentador de algunos alimentos, colorante y deshidratante. Se destaca el uso en: - Carnes: la sal se agrega a las carnes como un conservante que elimina el crecimiento de las bacterias, como resultado de su uso se obtiene un presencia más compacta y atractiva en los embutidos y carnes frescas. - Productos de panadería y pastelería: en este ámbito da igual que sea panadería o pastelería porque la sal se utiliza como corrector de sabor. A la hora de elaborar pan influye en el control de la fermentación de la masa. - Productos lácteos: se utiliza la sal para controlar la fermentación y para mejorar el color y la textura de los quesos, mantequillas, etc. - Conservas, ahumados, encurtidos y salazones: estes sectores están totalmente relacionados con la sal ya que garantiza la conservación y la seguridad alimentaria de los preparados. - Comida animal: los piensos de cualquier tipo de ganado hasta los animales de compañía contienen sal. Industrial: en la industria química se utiliza para elaborar muchos productos: 14 - Producción de compuestos y derivados cloro-alcalinos, se parte de preparados de salmuera de cloruro sódico para obtener el cloro que se utiliza para la fabricación de plásticos PVC y la sosa cáustica que se utiliza para la producción de papel, aluminio, fibras, etc. - En el tratamiento de aguas, la sal actúa provocando con los iones de sodio una mayor dureza en el agua potable y que esté desinfectada gracias al cloro. - Petróleo y gas, la sal se utiliza para la exploración y detección de estas fuentes de energía para aumentar la densidad de los fluidos de perforación. - Procesado de metales, se utiliza en los procesos de manufactura de materias primas tan importantes como el aluminio, berilio, cobre y acero entre otros para las fundiciones, refinerías… - Celulosa, la sal se emplea para decolorar la madera de la que se extrae la celulosa, después esta madera sirve para la fabricación de papel, fibras sintéticas, etc. - En la industria textil, se utiliza en forma de salmuera para separar los contaminantes orgánicos en fibras. - Curtidurías, que fabrican productos en piel como ropa, bolsos y la sal se utiliza para eliminar la acción microbiana en el interior de la piel utilizada y también reducir la humedad. Deshielo: una de las acciones más importantes de las que forma parte la sal, ya que está relacionada con la seguridad vial, ya que se emplea en la construcción de las carreteras para asegurar una firmeza en el terreno y también se utiliza para controlar y potenciar el deshielo, ya que la sal baja el punto de congelación del agua, por este último uso es por lo que es tan necesario una reserva de sal que dure el invierno, ya que facilita la circulación a la población y no supone un impacto medioambiental si eso usa moderadamente. 4. LA COPRODUCCIÓN DE CLORO Y SOSA. PROCESO PRODUCTIVO. En la producción industrial de cloro se parte de materias primas básicas como la sal común y la energía eléctrica. Llevando a cabo un proceso de electrolisis en cual se obtienen como productos, el cloro, la sosa cáustica, salmuera agitada, hidrogeno, hipoclorito sódico y ácido clorhídrico. 4.1. Acondicionamiento de la sal. La sal se encuentra de forma sólida, que se obtiene mediante una evaporación de la salmuera o por una pulverización de un mineral. Dicha sal se tiene concentraciones variables de 15 impurezas, las cuales se tiene que quitar para poder operar con una buena intensidad de corriente eficiente en las pilas electrolíticas. Las impurezas que contiene normalmente son iones de Ca+, Mg2+ y Fe2+ que son metales alcalinotérreos, con lo cual precipitan en condiciones alcalinas por eso se necesitan eliminarlos porque pueden provocar la ruptura de la celda electrolítica. Las otras impurezas de menor importancia solo se eliminan dependiendo del tipo de proceso seleccionado. En esta fase de proceso se denomina Preparación y purificación de la Salmuera y está compuesta por dos fases, siendo el primero el tratamiento primario de la salmuera y el segundo el tratamiento secundario de salmuera. 4.1.1. Tratamiento primario de la salmuera. En este proceso la sal está compuesta por NaCl, H2O, NaClO3, CaCl2, MgCl2, Fe, etc. Y como producto de este proceso se obtendrá salmuera ultra pura. El proceso para seguir será el siguiente: Figura 14. Diagrama PFD de la Sección de Tratamiento Primaria de Salmuera. Tal y como muestra la figura 14 el proceso tiene la finalidad de la saturación de la salmuera inicial y el tratamiento químico de esta sal para luego proceder al segundo tratamiento. 16 Este proceso empieza cuando el tanque de saturación recibe las corrientes de cloruro sódico, agua pura, salmuera agotada que proviene del proceso de la celda electrolítica y que es acondicionada tras un proceso de decloración y su concentración de sal es de 270 g/L. Además, también recibe un corriente de salmuera que se recupera a través del líquido sobrante de la piscina de lodos del propio TK-101 saturación y que se va almacenando en una fosa de recuperación. Todas estas corrientes de proceso entran en el equipo TK-101, tal y como lo denomina la Ilustración 3 y permanecerán en su interior una media hora. Se deja ese tiempo determinado porque se inicia un proceso para la separación de la salmuera, agregando la cantidad de agua desmineralizada para disolver la sal, esa salmuera se combina con salmuera agotada para obtener finalmente una concentración de 300g/L a un pH de 8.7. La corriente de salida de ese tanque TK-101 se denomina salmuera concentrada que pasará al primer reactor químico donde se añade una solución de BaCl2 del 15% para así conseguir el residuo de Na2SO4 entre los valores de 3-5 g/L a la salida del reactor, R-101.La reacción que tiene lugar dentro del reactor: 𝐵𝑎𝐶𝑙2 + 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 → 𝐵𝑎𝑆𝑂4 + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 [5] En este reactor estará también un tiempo determinado, en el cual se llegan a eliminar las impurezas, es decir, los sulfatos ya que precipitan como sulfato de sodio. Esta reacción [5] es exotérmica y tendrá que estar controlada por un control de temperatura en el reactor por medio de una camisa de refrigeración. Este proceso es el mismo en caso del segundo reactor, el R-102, pero añadiendo una corriente de Na2CO3 del 15% en exceso a un nivel de 0,2-0,6g/L respectivamente. Esto permite al proceso una disminución de los iones de Ca+2 y Mg+2 que contenía la sal de alimentación. Las reacciones que tendrán lugar en este caso son: 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 [6] 𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2(𝑠) + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 [7] En este reactor químico, R-102, como precipita el calcio y se forma 𝐶𝑎𝐶𝑂3 . Por tanto, en este caso se destaca que se elimina el calcio y el magnesio, ya que también precipita en 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 . Su eliminación es importante ya que se pueden formas sulfatos en el proceso. La corriente que sale de este reactor químico va directa al equipo de clarificador, TH-101. En este caso, no solo se introduce dicha corriente, también entran en el equipo una corriente de floculante (corriente número 10) y la corriente que proviene del líquido sobrante de la piscina 17 de lodos del propio clarificador. Se recircula esa corriente por la diferencia entre el grado de solubilidad existente entre 𝑁𝑎𝐶𝑙 y 𝐶𝑎𝑆𝑂4 . El floculante se utiliza para realizar una decantación por gravedad en este equipo, TH-101, y conseguir que las sales precipiten en el fondo. El floculante provoca la formación de cristales grandes, por lo que los precipitados sedimentan en el fondo en forma de lodos con mucha más facilidad. Estos lodos saldrán conjuntamente y se bombean por fondos del equipo TH-101 a la piscina de lodos. La corriente principal de este proceso es la que sale por la parte superior del clarificador que contendrá NaOH en exceso y NaCO3 y que irá al tanque de almacenamiento de salmuera, TK103, y posteriormente a un proceso de filtrado primario para remover los sólidos que contenga en suspensión en la disolución de la salmuera. Este proceso de filtrado está constituído por tres filtros interconectados que contienen en el interior piedras de canto rodado de distintas granulometrías, las cuales operan a una presión de 4,5 kg/cm2. Se utilizan para así reducir la concentración de sólidos en suspensión. Parte de la corriente de salmuera que sale del proceso de filtración se recircula al tanque de salmuera, ya que necesita volver a filtrarse. La otra parte de la corriente continua con el proceso para la etapa de tratamiento secundario. 4.1.2. Tratamiento secundario de la salmuera. 18 Figura 15. Tratamiento secundario de la salmuera. Este proceso se realiza para poder obtener una salmuera ultra pura y así dar comienzo al proceso de la electrolisis. Tal y como se observa en la Ilustración 15 el proceso continua cuando sale del proceso de filtración primario y parte de la corriente se lleva a un segundo sistema de filtración. Así se asegura en el proceso la renovación de la mayoría de los sólidos de la salmuera, para separar el calcio, magnesio, hierro y materiales que no debe de tener el proceso entre los intervalos de 3-10 ppm. Se bombean hasta un proceso de filtración a basa de celulosa vegetal, denominada en este proceso Body feed, así se puede eliminar los insolubles y sólidos en suspensión que quedaban del anterior que eran 10 ppm a un valor de 1 ppm. A la salida de este proceso de filtración los principales componentes que se eliminaron son el níquel y el hierro, la reducción de los componentes de calcio y magnesio no es tan significativa. Acabando así el proceso con una determinada presión de 3,2 kg/cm2, esa presión será la máxima que puede tener al acabar esta etapa. Al salir del proceso de filtrado es bombeada a un tanque para almacenarla y pasar posteriormente a un intercambiado de calor para así elevar la temperatura a unos 64.9⁰C. En intercambiador utilizado lleva una corriente a contracorriente de 70⁰C-60⁰C. La corriente de salmuera agotada que proviene de una de las etapas de decloración será la que mayor temperatura intercambiara en el equipo, ya que entrara con una temperatura de 80⁰C y saldrá alrededor de 60⁰C que se bombeara hasta la etapa de tratamiento primario. Una vez que sale la corriente del intercambiador se pasa a la zona de intercambio iónico, que está compuesta por tres columnas colocadas en serie. En este proceso se eliminan los iones de tipo metálico que no se eliminaron anteriormente. Por tanto, la corriente de salida de la última columna contiene unos valores de calcio y de magnesio de 25 ppb, de bario es inferior a 400 ppb y de estroncio menos de los 500 ppb. Por tanto, la corriente resultante al tener valores tan bajos de estos componentes se denomina salmuera ultra pura. En este caso para prevenir que se oxide la resina e impida la capacidad del intercambio de iones, el cloro no esta libre en el proceso y antes de introducir la corriente en el intercambiador se determina que tiene un pH entre 9-11. Una vez sale la corriente del intercambio iónico se mezcla con HCl de concentración en peso del 32%, la cual pasara por un mezclador para proceder a eliminar el exceso de los componentes carbonatados y del NaOH de la salmuera. Produciendo las siguientes reacciones en el intercambiador: 19 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 [8] 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑂2(𝑠) + 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 [9] 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 [10] Cuando sale de este equipo el pH de la corriente de salida se encuentra entre 5-6 y se almacenará en un tanque de salmuera ultra pura para proceder a la siguiente etapa del proceso, que será la electrólisis. 4.2. Proceso productivo. Esquema Figura 16. Diagrama proceso productivo de cloro y sosa. 20 4.3. Electrolisis. Características. Para dar comienzo a esta etapa del proceso, primero se calienta la salmuera ultra pura que procede del tratamiento secundario hasta una temperatura de 80⁰C mediante una corriente de vapor del proceso con el fin de reducir los requerimientos energéticos que se necesitan en la celda electrolítica. En la electrolisis de la salmuera ultra pura se pretende obtener los productos de cloro y sosa, siendo este un proceso endotérmico por eso se tiene en cuenta que deberá de aportarse al proceso energía eléctrica a la disolución de la salmuera para descomponer el NaCl en Cl2, NaOH y H2 ya que la reacción es: 2𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) + 2𝐻2 𝑂(𝑙) → 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2(𝑔) [11] Al realizarse el balance de materia se sabe que en el proceso la electrolisis se aplica 179000 A y 37 KV. La salmuera entra en la celda por medio de 36 electrolizadores, de 30 celdas cada uno y cada celda tendrá una membrana. Las cantidades que se obtendrá en el proceso dependerán de la reacción [11] y de los siguientes factores que dependen del tipo de proceso y de las siguientes características: La tensión aplicada en la celda. La separación aplicada entre los electrodos. La composición del ánodo. Condiciones de trabajo de la celda: Concentración de disolución, Temperatura, etc. Estos factores varían en el proceso ya que dependen de la tecnología utilizada para la obtención del cloro y sosa mediante la etapa de la electrolisis porque se puede utilizar un tipo de celda diferente: 4.3.1. Electrolisis en Celda de mercurio. En este caso la celda utiliza mercurio y es el primer método que se utilizó para obtener el cloro a nivel industrial. En su funcionamiento destaca que el cátodo es de mercurio y el ánodo de titanio, el cual estará recubierto por platino. En el momento que la salmuera ultra pura entra en la celda se le aplica una corriente eléctrica y las reacciones que ocurre en cada una de las etapas son las siguientes: Ánodo: 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2 + 2𝑒 − [12] Cátodo: 𝑁𝑎+0 + 1𝑒 − + 𝐻𝑔 → 𝑁𝑎(𝐻𝑔) [13] 21 Como productos se obtiene una corriente de amalgama de sodio y mercurio. Como no se obtiene una corriente de NaOH directa del proceso, se pasa a un descomponedor relleno de grafito con agua a contracorriente donde se obtienen como productos: H2 (g), NaOH(ac), y Hg. La reacción que sucede en el interior del equipo es: 2𝑁𝑎(𝐻𝑔) + 2𝐻2 𝑂 → 2𝐻𝑔 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻2 [14] Se tiene en cuenta que el producto de Hg es recirculado a la celda del proceso. Características generales del proceso Voltaje (Voltios) 4,4 Densidad de corriente 8.000-14.000 𝐴 ∙ 𝑚2 Temperatura de la electrolisis 60⁰C Concentración de la salmuera de salida % en peso 19 Concentración de la salmuera de entrada % en peso 25 Concentración de NaOH obtenida % en peso 50 Tabla 1: Características generales del proceso Figura 17. Electrolisis en la celda de mercurio 4.3.2. Electrolisis en celda diafragma. Es un método característico porque el sistema se alimenta continuamente con salmuera que está circulando desde el ánodo hasta el cátodo. En cada una de las partes se produce una reacción: 22 Ánodo: 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2 + 2𝑒 − [15] Cátodo:2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2 + 2𝑂𝐻 − [16] En el ánodo entrará la alimentación de salmuera al 30% en peso y se produce la reacción [15] que obtiene como producto el Cl2. Sin embargo, en el cátodo la concentración que tiene de salmuera es la que proviene del ánodo, ya que la salmuera atraviesa el diafragma que separa ambas partes por medio de difusión y en este caso se reduce con agua formando así los productos el NaOH (por medio de los iones de OH- y Na+) y H2. Este proceso tiene lugar por medio de un proceso de difusión porque el cátodo es una tela de acero inoxidable que está formada por una serie de catalizadores de níquel expandido para minimizar el voltaje de la celda y el desprendimiento del H2. Pero el proceso no adecuado debido al uso del amianto, por los siguientes puntos que afectan: Mala efectividad de la barrera para la selección de iones. Contamina la sosa y puede quedar inutilizada. Baja concentración de sosa como producto en el cátodo. Elevado consumo de energía en el proceso global, ya que se pretende elevar la concentración de sosa de un 12% en peso a un 50% en peso por medio de la eliminación del 80% del agua por evaporación. Densidades de corrientes muy altas, 1.500-2.000 𝐴 ∙ 𝑚2 El material empleado es perjudicial para la salud, es cancerígeno. Figura 18. Electrolisis en celda diafragma. 23 4.3.3 Electrolisis en celda de membrana. En este caso el consumo energético es bajo y es el método que actualmente se utiliza para este proceso. Contiene una membrana selectiva que no deja intervenir el proceso de difusión de gases entre las diferentes partes de la celda. Por eso el electrolito solo estará en contacto con el ánodo mientras que en la parte del cátodo está formada por un electrodo de hierro, donde se introduce agua desionizada para poder generar los iones hidroxilos. Del ánodo se obtiene como producto el cloro y del cátodo se obtiene el sodio a una concentración de un 35% aproximadamente, que posteriormente se concentrará hasta un 50%. Siendo así un proceso con una eficacia del 95% y obteniendo un ahorro energético. La celda trabaja a una temperatura de unos 80⁰C siendo su valor más alto 95⁰C y utiliza una membrana de tipo bicapa para impedir el intercambio de iones, como explico anteriormente. Por eso la pureza del cloro es superior a la obtenida en la celda de diafragma. Pero el espesor de la capa estará regulado entre 5 y 30 micras, ya que a medida que este aumenta, aumenta la resistencia eléctrica de la membrana y al mismo tiempo aumenta la pureza de NaOH. Además, la duración media de los ánodos y de las membranas que se utilizan en la celda pueden ser utilizadas entorno a 3-5 años, dependerán del tipo de salmuera que se utilice, de las condiciones en las que trabaje la celda y del procedimiento de purificado de la salmuera ya que puede ser perjudicial para la membrana y los ánodos. Figura 19. Electrolisis en la celda de membrana. 24 4.3.4. Comparación de los tres tipos de electrolisis. Para comparar este se tiene en cuenta las condiciones generales del proceso y los rendimientos que se obtiene en cada uno de los equipos. Además, para tener en cuenta todos estos aspectos se toma como base las características de la salmuera utilizada. En la siguiente tabla se comparan los aspectos generales y más importantes para determinar cuál es más favorable en el proceso. Componente Mercurio Diafragma Membrana Ca+Mg <11 3-10 <0,02 Estroncio 1,5-3 <1 0,04 SiO2 - - <10,0 Aluminio - - <0,1 Metales pesados <0,1 <0,1 <0,1 Hierro <1 <1 < 0,5 Bario <0,1 <0,1 <0,5 Sulfato 9-10 2-5 <6 Tabla 2. Comparación de los diferentes tipos de electrolisis. Tomando como referencia los datos de la Tabla 2, se tiene en cuenta que uno de los factores más importantes es el ahorro energético del proceso, se elige el proceso membrana, aunque en caso la salmuera que llega al proceso estará en las condiciones adecuadas, pero tendrá que experimentar unas determinadas etapas de purificación de la corriente para poder entrar en la celda. Pero aun así es la que obtiene como productos una sosa con mayor concentración (utilizando menos energía en el proceso para esta etapa). Por último, destacar que en este caso esta celda no utiliza materiales que sean notablemente tóxico o perjudiciales para la salud. Mientras que en las otras celdas si que se trabaja con materiales tóxicos. También se tiene en cuenta que en el caso de la celda de diafragma es donde más consumo de energía se necesita para realizar el proceso, ya que no se obtiene hidróxido sódico exenta de cloro. 4.4. Acondicionamiento de productos. La etapa de acondicionamiento de productos es cuando la salmuera del segundo tratamiento, la salmuera ultra pura se calienta hasta los 80⁰C y pasa a la celda electrolítica de membrana para obtener como productos: Cl2, H2, NaOH y salmuera agotada. 25 Figura 19: Sección de electrolisis de la salmuera y acondicionamiento del cloro. Tomando como referencia la figura 19, en este proceso la fase importante es la celda electrolítica, R-301, ya que en este equipo ocurren las siguientes reacciones de proceso: 𝑁𝑎𝐶𝑙 → 𝑁𝑎+ + 𝐶𝑙 − 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2(𝑔) + 2𝑒 − 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻 − 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻 − → 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐻 + + 𝐻 − → 𝐻2 ↑ Por tanto, partiendo de las anteriores reacciones planteadas, se determina que en ánodo se genera cloro en fase gaseosa a una temperatura de 80⁰C pero con contenido de agua. Debido a que la corriente de producto de Cl2 que sale del ánodo tiene contenido de agua en fase vapor, se lleva esa corriente a un proceso de secado para extraer esa humedad que contiene la corriente 4. Para ello se enfría la corriente 4 en el condensador E-301, que utiliza una corriente auxiliar de agua fría a 15⁰C. En este equipo de condensa el vapor de agua y la temperatura de 26 salida no puede ser menor a los 12⁰C ya que puede originar la producción de hidratos de cloro que perjudican a las corrientes. A la salida del condensador, E-301, la corriente pasa por el separador de fases V-301 para obtener así una corriente de condensado de agua con restos de cloro que se dirige al depósito para almacenarlo y posteriormente reutilizarla en la torre de declaración. Y la corriente que se extrae del separador V-301 se hace pasar por los equipos T-303, T-302 y T-301 que son las tres torres de absorción que trabajan en serie con H2SO4 del 98% de concentración en contracorriente para que el ácido atrape el agua que aun quede en la corriente de cloro y así tener una corriente final de cloro con un contenido de humedad de 10 ppm y a una temperatura de 47⁰C. Al finalizar del proceso, sale la corriente de H2SO4 con una concentración del 78%. En este proceso la operación trabaja con una reacción exotérmica debido a los calores de dilución del cloro en el ácido. La corriente que sale de la última torre de absorción, corriente 9, es la que pertenece al cloro seco del proceso que se lleva al siguiente proceso para obtener cloro al 55%, que se lleva a un proceso de licuación y el resto de los productos que se obtiene es la producción de hipocloritos sódico, legía, y ácido clorhídrico. Para obtener estos productos se dirige la corriente de cloro seco a compresores para así comprimir hasta llegar a los 2 Kg/cm2. Este proceso está representando la siguiente figura: Figura 20: Zona de compresión y licuación del Cl2 27 El cloro se quema con H2 para formar así el ácido clorhídrico, entran ambos en el quemador a una presión de 0,07 kg/cm2 y a una temperatura de cloro de 54⁰C e hidrogeno de 20⁰C. Siendo la reacción del proceso exotérmica: 𝐻2 + 𝐶𝑙2 → 2𝐻𝐶𝑙 El cloruro de hidrogeno que se forma en el proceso, pasa a una torre de adsorción donde entra en contacto con agua desmineralizada para obtener un 32% de HCl y además enfriar el cloruro de hidrogeno. Al finalizar el proceso el HCl pasa a un depósito para recircular parte de ese producto al proceso y la otra parte para su venta en el mercado. En el cátodo se obtiene como producto una corriente de hidrogeno con una concentración de humedad que se debe retirar por medio de un proceso de compresión para luego almacenarlo. Pero del cátodo también se obtiene como producto el NaOH. Pero el NaOH que sale de la celda no se puede comercializar directamente debido a que a la salida de este equipo sale con una concentración muy baja. Debido a esto, se pasa esta corriente a un proceso de concentración para retirar el agua sobrante que pueda tener. El NaOH que sale de la celda electrolítica tiene un 32% de concentración en peso a 80⁰C, que es a la temperatura que opera el equipo R-301, que se llevara hasta un depósito para retirar parte de ese producto y recircularlo a la celda, sabiendo que antes se enfría hasta una temperatura de 40⁰C ya que es muy corrosivo y la otra corriente que se retira del depósito será para proceder al proceso de concentración para así ser destinada a la venta se concentrará hasta el 50% en una unidad de triple efecto. El resto de NaOH se recircula a otros puntos ya que se necesita para la neutralización de emergencia de cloro, para preparar carbonato de sodio, para la declorinación de la salmuera agotada y para el depósito de regeneración de NaOH en el área de la salmuera. Siendo el diagrama del proceso explicado de esta etapa el siguiente: 28 Figura 21: Diagrama del proceso de concentración del hidróxido de sodio. Por último, en este proceso se obtiene de la celda electrolítica la salmuera agotada. En este proceso sufría una decloración química ya que se inyecta sulfito de sodio (Na2SO3) para así descomponer algunos cloratos y ajustar el pH. Figura 22: Decloración de la salmuera agotada. 29 Tomando como referencia la Figura 22 la salmuera tiene restos de cloro, por lo que se destina a un tanque de almacenamiento de salmuera agotada clorada. Y a su vez se le añade HCl del 32% en peso hasta alcanzar un pH de 1,8 en el tanque. De este tanque sale una corriente, la cual se subdivide en dos. Una de ella pasa a un intercambiador de calor y a la salida de este se le añade HCl al 32% para disminuir más su pH y sea inferior a 1. Pasando seguidamente a un reactor para disminuir la concentración de NaClO3 sea menor de 15g/L. A la corriente de salida este reactor se le añade Na2Cl3 y además se junta con la otra corriente que se dividió del primer tanque para entrar así en la torre de decloración que también se le añadió Na2Cl3. Al entrar en la torre la corriente de salmuera se pone en contacto con agua, arrastrando así el cloro y saliendo a una temperatura de 81⁰C. La corriente de Cl2 que se extrae de esta parte se pasa por un enfriador para condensar el agua y así pasar el cloro a un separador. La salmuera que sale por el fondo de la torre se le añade una NaOH del 12% y Na2SO3 del 10% en peso para así declorar el cloro que puede aún tener corriente. Porque el contenido que puede tener esta corriente de cloro esta 20-30ppm. De forma la salmuera resultante del proceso se lleva al tratamiento secundario de la salmuera. 5. PRODUCTOS. APLICACIONES 5.1 El Cloro. Propiedades y aplicaciones El primer proceso electrolítico para la producción del cloro fue patentado en 1851 por Charles Watt en Bretaña. El cloro, tiene como símbolo Cl, es un elemento químico de número atómico 17, situado en el grupo de los halógenos en la tabla periódica de los elementos, con una masa molecular de 35,453. Forma 0,045% de la corteza terrestre. Se combina con metales, no metales y materiales orgánicos para formar cientos de compuestos. Cuando se encuentra en estado puro forma un gas tóxico amarillo-verdoso con un olor desagradable y tóxico, conocido como dicloro (Cl2) que es 2,5 veces más pesado que el aire que se respira. Propiedades Masa molar 35.453 g/mol Densidad 3.214 kg/m3 Punto de fusión 171.6 K Punto de ebullición 239.11 K Calor de fusión 3.203 kJ/mol 30 Calor específico 480 J/(K∙kg) Conductividad térmica 0.0089 W/(K∙m) Tabla 3. Propiedades del Cl2 El cloro tiene múltiples aplicaciones: - Agua: una de sus aplicaciones más importantes es su uso para la desinfección, ya que esto ayudó a mejorar la calidad de vida de miles de millones de personas en todo el planeta, ya que permite mantener segura el agua potable, esencial para vivir; gracias al Cl se consiguieron reducir las causas de muerte por cólera, fiebre tifoidea, la disentería y la hepatitis A. Además, también se usó como desinfectante de piscinas y spa, destruyendo los patógenos del agua en las piscinas que provocaban diarrea, erupciones en los oídos o en la piel, provocando incluso pie de atleta. - Desinfectantes para el hogar: la industria química fabrica cloro que se puede utilizar de forma doméstica, ya que blanquea y desinfecta la ropa y las superficies de la casa, eliminando así de nuestros hogares el norovirus y la gripe estacional. - Alimentos: el cloro se utiliza para la protección de los cultivos de plagas, creando insecticidas, pesticidas y derivados, eliminando así bacterias como E.Coli, la salmonela, etc. - Salud: en el ámbito de la salud, el cloro cobra un papel importante ya que gracias a él tenemos medicamentos que ayudan a controlar y reducir el colesterol, la artritis y aliviar los síntomas de la alergia. También encontraremos Cl en dispositivos médicos y en las bolsas de sangre y por último en la fabricación de lentes de contacto y seguridad, incluso en inhaladores respiratorios. - Energía y medioambiente: en la actualidad, con la importancia que están teniendo las energías renovables, el cloro desempeña un papel importante ya que realiza un papel importante en el modo de aprovechar la energía solar, la purificación del Si en granos de arena, facilitando su transformación en chips para paneles solares. - Tecnología avanzada como la fabricación de los procesadores de los dispositivos electrónicos y la fabricación de aires acondicionados. - Edificación y construcción, en este ámbito el cloro se utiliza para la fabricación del aislante de espuma de plástico que aumenta la eficiencia energética de las casas, mejorando así la calidad de vida del ser humano. También se encuentra en la fabricación de ventanas de aluminio. - Otras aplicaciones son como la fabricación de los chalecos antibalas, paracaídas, cabinas de pilotos y dirección de misiles. Por último, en el transporte también tiene su parte, en la fabricación de aviones, trenes, automóviles, los airbags… 31 5.1.1 Productos derivados y aplicaciones. Productos químicos derivados del cloro: - Ácido clorhídrico, (HCl) o disolución acuosa de cloruro de hidrógeno es uno de los ácidos más importantes de la industria química, ya que después del ácido sulfúrico es el más utilizado, es un líquido incoloro con fuerte olor irritante con una reacción muy ácida y con mucha corrosión. Su uso destaca en la fabricación de tintes y colorantes, productos farmacéuticos, reguladores de pH, producto intermedio en la industria y reactivo de laboratorio. En España se le conoce como salfumán. Suele tener una riqueza del 32%. - Agua oxigenada, (H2O2) es un líquido transparente e incoloro a partir de la cual se puede obtener clorito sódico. Como característica especial tiene que es miscible en agua en cualquier proporción y soluble en la mayoría de los compuestos orgánicos, no es inflamable ni explosivo. Se utiliza para el destinado el papel reciclado, síntesis de productos químicos, industrias electrónicas, alimentaria y pulido de metales, biocidas que son sustancias activas cuyo objetivo es destruir, contrarrestar o ejercer un control de otro tipo sobre microorganismos nocivos. - Amoníaco, (NH3) es un compuesto que contiene mucha pureza lo que es idóneo para los tratamientos industriales como la metalurgia, circuitos de refrigeración, producción de aminas; también se utiliza como agente de extracción (NOx/SOx). - Bioplásticos, utilizados para embalajes alimentarios y no alimentarios, impresión 3D, usos textiles, quirúrgicos, automoción y electricidad. Este tipo de material no es muy conocido actualmente, ya que el área de cultivo apenas alcanza el 0,01% - Compuestos de PVC, están formados por plástico sólido que como forma original es polvo o granulado, su fabricación consiste en la mezcla de policloruro de vinilo y aditivos específicos dependiendo del uso final. Como característica especial es que estos compuestos tienen un alto grado de compatibilidad con otros materiales por lo que pueden ser mezclados con harinas de maderas, cáscaras de arroz y similares dando un aspecto similar a la madera. Son utilizados en muchos aspectos de la vida diaria por eso es tan importante, se utiliza en construcción, en la impermeabilización, en envases y embalajes para la industria alimentaria, cosmética, farmacéutica, etc. 5.2 Sosa. Propiedades y aplicaciones. La sosa cáustica se conoce como Hidróxido Sódico, sosa lejía y jabón de piedra de fórmula NaOH, es una sustancia de aspectos incoloro e higroscópico, es decir tiene la capacidad de absorber la humedad del aire, además es insoluble en éter y al disolverse en agua o en algún 32 ácido se produce una reacción exotérmica que desprende el suficiente calor como para encender materiales combustibles, se puede encontrar en forma de escamas, hojuelas, trozos, granos y barras. La sosa caustica es altamente alcalina con un pH de 13,5 por lo que es una base fuerte, de fácil conservación, estabilidad y coste económico Se conoce como uno de los productos químicos más utilizados tanto a nivel industrial como a nivel doméstico. Propiedades Masa molar 39.997 g/mol Densidad 2100 kg/m3 Punto de fusión 591 K Punto de ebullición 1663 K Solubilidad en H2O (20ºC) 111g/100 mL Tabla 4. Propiedades Sosa La sosa tiene múltiples aplicaciones: - Desatascar: la sosa es uno de los productos más utilizados para desatascar tubería, fregaderos, inodoros, pero no es bueno abusar de este producto ya que puede provocar desgaste en las instalaciones. - Piscinas: como tiene un elevado pH de 13,5 se utiliza para elevar el pH en las piscinas, pero su uso tiene que ser muy controlado ya que una subida muy alta de pH puede provocar problemas en la piel y en los ojos. - Uno de sus usos más curiosos es el de aliñar aceitunas con sosa caustica, teniendo mucha precaución ya que a pesar de ser un método tradicional la sosa es muy corrosiva. - La sosa se utiliza en diferentes industrias, como la industria del algodón para la fabricación de seda artificial, en la industria plástica, de textiles, de jabón. - Se emplea en la fabricación de papel, detergentes, explosivos y productos de petróleo - Otros: en la industria galvanoplastia o electroposición, revestimiento de óxidos, blanqueado, etc 5.2.1 Productos derivados y sus aplicaciones. Productos derivados de la sosa: - Hipoclorito sódico, (NaClO) se obtiene de una reacción de cloro con hidróxido sódico acuoso, el producto NaClO es conocido comúnmente como lejía, es un líquido amarillo-verdoso, transparente, con un gran poder oxidante, pero es inestable ya que con el tiempo y la temperatura pierde cloro activo, su pureza se 33 mide por el %volumen en de cloro activo. Propiedades desinfectantes por lo tanto contiene una alta acción biocida y también tiene propiedades blanqueantes. La mayoría de los productos derivados de la sosa, se producen con la unión del cloro fundamentalmente. 6. ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES. En la coproducción de Cloro y Sosa, de los elementos hasta ahora nombrados el más peligroso es el mercurio de la Celda Castner-Kellner ya que este metal pesado (Hg) puede liberarse a la atmósfera, a las aguas no solo en forma de residuos sino también en los propios productos. Los niveles de mercurio en el mundo son alarmantes por eso tanto Naciones Unidas como la Unión Europea reconocen que hay que tomar medidas urgentemente y en Europa el mayor consumidor de mercurio es el sector de la industria del cloro. En esta coproducción se utiliza el mercurio como cátodo para conducir la corriente eléctrica que genera la reacción química que descompone el NaCl, como resultado obtenemos cloro en forma de gas y sosa cáustica, componentes imprescindibles actualmente por eso para mejorar la calidad ambiental del proceso se puede sustituir la celda de mercurio por una celda de membrana. A pesar de todo, las industrias y los fabricantes siguen sin darle importancia, llegando a niveles de poner en los informes que el mercurio que se pierde es “diferencia en el balance” sin tener en cuenta que este metal y sus derivados son terriblemente tóxicos para el ser humano, concretamente para los más pequeños de la familia que se encuentran en desarrollo y con el medioambiente provoca daños irreversibles como la bioacumulación que se almacenan en los organismos o la bioamplificación que se almacenan en los animales acuáticos, muchos de ellos ingeridos por el ser humano. Los pesticidas, herbicidas y derivados conocidos como COPs que son los Contaminantes Orgánicos Persistentes, también suponen un peligro para el medioambiente ya que perduran en el tiempo al no sufrir degradación. Además, el cloro si reacciona con la materia orgánica del agua, genera subproductos como el trihalometano (THM), el ácido acético halogénico que es un compuesto cancerígeno. Ejemplos de normas que se deberían cumplir por el futuro del medioambiente: Reglamento (UE) 2017/852 sobre el mercurio y por el que se deroga el Reglamento (CE) nº 1102/2008 → aprobada el 1 de enero de 2018 y establece las medidas y condiciones relativas al uso, el almacenamiento y el comercio de mercurio. 34 Ley 26/2007, de 23 de octubre, de Responsabilidad Medioambiental → regula la responsabilidad de los operadores de prevenir, evitar y reparar los daños medioambientales. Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de Julio → confirma la Ley de Aguas: “Las autorizaciones administrativas sobre establecimiento, modificación o traslado de instalaciones o industrias que originen o puedan originar vertidos, se otorgarán condicionadas a la obtención de la correspondiente autorización de vertido.” Ley 11/1997, 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases → planes empresariales de prevención de residuos de envases. Ley 34/2007, de 15 de noviembre, de calidad del aire y protección de la atmósfera 35 7. BIBLIOGRAFÍA 1. Ajedrea. [En línea] https://www.ajedrea.com/blog/104-de-donde-viene-la-sosa-causticabreve-evolucion-historica . 2. RSEQ_Cloro-sosa. [En línea] https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8437/1/RSEQ_Cordoba_cloro-sosa.pdf . 3. Sapiensman. [En línea] http://www.sapiensman.com/tecnoficio/electricidad/electrolisis_y_cloro.php . 4. abiclor. [En línea] http://www.abiclor.com.br/wp-content/uploads/2013/07/FOLDERSODA-ABICLOR-ESPANHOL-OK.pdf . 5. Igme. [En línea] http://www.igme.es/PanoramaMinero/actual/SAL%20COMUN%202016PM_2017(final).pdf . 6. Producción de sal. [En línea] https://es.statista.com/estadisticas/823220/produccion-desal-en-espana/ . 7. Instituto de la sal. [En línea] https://www.institutodelasal.com/es/industriasalinera/estructura-del-mercado-de-la-sal-en-espana . 8. Salinas. 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