Tema 4-Quimica Industrial

7/28/2019 Tema 4-Quimica Industrial

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TEMA 4. MENAS POTSICAS

INTRODUCCIN

TRATAMIENTO DE LA SILVINITA

APLICACIONES DEL CLORURO POTSICO


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INTRODUCCIN


El potasio se encuentra muy extendido en la corteza terrestre y

supone el

2,4% (en peso) del total de la misma.

Es el sptimo elemento ms abundante y forma parte de la mayora de rocas

y suelos.

Fuentes de sales potsicas:

Yacimientos potsicos (disolucin slida).

Lagos salinos y agua de mar (disolucin lquida).

Potasa: se refiere a un conjunto de minerales que contiene potasio (K).

La riqueza en potasio se indica mediante el porcentaje de K2

O equivalente


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INTRODUCCIN


Formacin de depsitos

"Cmo llega la sal a la tierra?"

Para este interrogante existen varias explicaciones cientficas de las cualesresulta siendo la ms probable la llamada Teora de las barreras

del gelogo

Ochsenius.

sta dice de manera resumida lo siguiente:En el perodo Zechstein

hace ms de 250 millones de aos grandes

extensiones de Europa Central, al igual que otras regiones, estaban cubiertaspor un mar interior separadas ampliamente del ocano abierto por estrechos depoca profundidad (llamados barreras). Por la fuerte irradiacin solar, -

en ese

entonces exista en nuestras latitudes un clima similar al del desierto el aguaera evaporada como en una caldera de evaporacin gigante.


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INTRODUCCIN


El contenido de sal de las aguas

se fue incrementando hasta quelos minerales disueltos(carbonatos, sulfatos y cloruros)eran separados por cristalizacin,formndose estratos de minerales

potsicos.As se generaron grandesdepsitos que, posteriormentefueron cubiertos durante eldesarrollo geolgico subsiguiente

por estratos impermeables,protegindolos as

de una

redisolucin.

Como resultado contamos el da de hoy con un producto natural que ha sidocreado del agua pura del mar a travs del calor del sol en una poca en la que anno exista la contaminacin ambiental.


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INTRODUCCIN


Principales minerales de yacimientos potsicos:

Mineral Composicin %K2O

Silvina KCl 63,2Silvinita KClNaCl

(mezcla) 30,2

Carnalita KClMgCl2

6 H2

O 16,9

Kainita KClMgSO4 3 H2

O 18,9Glaserita 3 K2

SO4

NaSO4 37,5

Langbeinita K2

SO4

2 MgSO4 22,7

Schnita K2

SO4

2 MgSO4

6 H2

O 23,5

Leonita K2

SO4

2 MgSO4

4 H2

O 25,7

Polihalita K2

SO4

2 MgSO4

2 CaSO4

2H2

O 15,6


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INTRODUCCIN


Los ms abundantes y los que ms se utilizan para obtener KCl

son la

SILVINITA y la CARNALITA.

En la actualidad: el mayor depsitoest en Canad: Saskatchewan.

La industria de las sales potsicas surgi

en Alemania (Stassfrt) a

mediados del siglo XIX.

Stassfrt, 1860

Suministra un 37% de la produccin ycontiene ms del 50% de las reservasde sales potsicas

del mundo.


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Aplicaciones:

INTRODUCCIN


90% se utiliza como fertilizante. El resto, para la industria del vidrio y del jabn, en pirotecnia, explosivos

Produccin de KCl

y K2

SO4

:


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Beneficio de la extraccin desde las menas potsicas:

Yacimientos: extraccin de la mina, trituracin y separacin de lasespecie cristalinas por diferencias en sus propiedades.

Las sales potsicas del agua de mar slo son econmicamente viables

cuando la energa para concentrarlas es gratis, es decir, cuando se usaenerga solar y, adems, se obtienen simultneamente otras sustancias(NaCl, MgSO4

, Mg(OH)2

, Br2

, etc).

INTRODUCCIN



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Silvinita: es un mineral de potasio constituido por una mezcla fsica de cristales

de KCl

y de NaCl

.

Objetivo del tratamiento: extraccin del KCl.

Para conseguirlo: tcnicas basadas en

las diferencias en las propiedades deambas sales:

Flotacin

Densidad Solubilidad diferencial Separacin electrosttica


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Antes de la separacin, la mena

tiene que reducirse a un tamao de grano

adecuado, de forma que los componentes individuales resulten accesibles.

Las sales de potasio suelen ser relativamente fciles de triturar.

Para la tcnica de flotacin, se necesitan tamaos de 0,8-9 mm.

En el caso del proceso de solubilidad diferencial, el tamao mximo es 4-5 mm.



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Flotacin

La flotacin es un proceso basado en que, si se burbujea aire a travs deuna suspensin de partculas, las burbujas se adhieren principalmente a laspartculas no humedecidas por el agua (hidrofbicas).

Adems, si la suspensin se agita intensamente o si se agrega un agente

espumante, estas partculas se recogern en una espuma en la parte superiordel lquido.

Cubriendo las partculas con una sustancia tipo aceite, la superficie se

puede hacer hidrofbica.

Aumenta la atraccin entre las partculas y las burbujas de aire.



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Si esta tcnica se usa para separar dos tipos de partculas (NaCl y KCl), hayque explotar alguna caracterstica de la superficie de las partculas:

En el caso de la separacin de los cristales de KCl

y de NaCl

por flotacin, se

aprovecha el hecho de que las partculas de KCl

tienen sobre su superficie

carga negativa.


Flotacin

As, un tipo de partcula puede flotar mientras que el otro se hunde en la

suspensin acuosa, obtenindose la separacin.

Absorbern preferentemente los iones cargados positivamente.

Recubrir un solo tipo de partcula con un agente hidrofbico.



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Se suelen utilizar sales de cadena larga como agentes de flotacin.

Flotacin

[CH3

-(CH2

)16

NH3

]+

Cl- Ejemplo: aminas alifticas de cadena larga:

Las aminas se ionizan en el agua para formar cationes que tienen un tomo denitrgeno cargado positivamente en uno de sus extremos y un grupo relativamentelargo de hidrocarburos en el otro extremo.

Si una mezcla de cristales de KCl y de NaCl es tratada con una disolucin deesas aminas alifticas, los extremos cargados positivamente sern absorbidospor la superficie del cloruro potsico.



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Partcula KCl

Agua

Flotacin

Los extremos o colas dehidrocarburo se orientan hacia la

disolucin.

Estas partculas tienden a

concentrarse en la espuma sobre

la superficie de la suspensin.



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En la prctica, despus de que una suspensin de la mezcla de cristales haya

sido tratada con una amina aliftica, se agrega un agente espumante.

La agitacin se realiza, bien soplando aire a travs de la suspensin, o

mediante agitador mecnico.


Flotacin

El proceso se lleva a

cabo en recipientes

denominados celdas deflotacin.

La agitacin genera una espuma en la superficie, que recoge los cristales de

KCl.


Alimentacin

Air

NaCl

Espuma con KCl


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Densidad

El mtodo que utiliza la diferencia de densidad del KCl

y del NaCl

es el de

separacin por lquidos densos.

Lquidos densos: fluidos o disoluciones densas usadas para separar

materiales de densidad diferente.

Materiales con una densidad superior a la del lquido denso se hunden;

mientras que los que tengan densidad menor flotarn en la superficie dellquido.

Mtodo utilizado en la industria de minerales y en paleontologa.



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Densidad

Tipos de lquidos densos:

Orgnicos: forman la generacin clsica de lquidos densos.

Ejemplos: Clorobromometano

(CH2

ClBr,

= 1,92 g /cm3)

Dibromometano

(CH2

Br2

,

= 2,49 g /cm3)

Bromoformo (CHBr3

,

= 2,89 g /cm3)

Tetrabromoetano

(TBE, CHBr2

-CHBr2

,

= 2,96 g /cm3)

Diyodometano

(CH2

I2

,

= 3,31 g /cm3)

Inorgnicos: lquidos densos basados en tungsteno: [H2

W12

O40

]6-

.

Se disuelven en agua y forman disoluciones muy viscosas.


KCl

= 1,99 g /cm3

NaCl

= 2,17 g /cm3

Para separar KCl

y NaCl: primero se pulveriza el mineral silvinita.

A continuacin, se trata con un lquido denso de densidad intermedia

(2,1 g/cm3) o con una mezcla de lquidos densos.


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Solubilidad diferencial

Al disolver la silvinita en agua, se obtiene un sistema ternario

NaCl-KCl-H2

O.

El proceso de separacin se basa en la diferencia de solubilidad de ambas

sales.


Solubilidad del sistema NaCl-KCl-H2 O (g sal/100 g H

2 O)

TT(C) Una sal en agua Dos sales en agua

NaCl KCl NaCl KCl

0 35,6 28,1 31,8 10,320 35,8 34,3 30,4 14,8

40 36,3 40,2 29,3 19,6

60 37,0 45,5 28,4 24,6

80 37,9 50,6 27,7 30,0

100 38,9 55,5 27,5 35,3


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Isoterma de solubilidad (20C)

T(C) 1 sal 1 sal 2 sales 2 sales

NaCl KCl NaCl KCl

20 35,8 34,3 30,4 14,8




disolbagarritasun diagrama 20C

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

KCl g/100 g H2O

NaClg/100gH2O

AB

C

NaCl+KClNaCl

KClNaCl

y KCl

disueltos


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Isotermas de solubilidad: 20C, 100C

gNaCl/100g

agua

g KCl/100g agua

M

N

O

1. Composicin de la disolucininicial: M

2. Al calentarse hasta 100C ladisolucin, el agua comienza aevaporarse, aumentando en igualproporcin la concentracin de las

dos sales, segn segmento MN.3. En el punto N: la disolucin estsaturada respecto al KCl.



4. Al continuar la evaporacinprecipita KCl: la disolucin seempobrece en KCl

y se enriquece en

NaCl.

5. La composicin se desplazadesde N hasta el punto O.


TEMA 4 MENAS POTSICAS


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Isotermas de solubilidad: 20C, 100C

gNaCl/100

gagua

g KCl/100g agua

P OB

Q



6. Si se enfra la disolucin: cristalizaKCl

sin que lo haga NaCl

(segmento

OP)

7. La cantidad de KCl

cristalizado:

longitud del segmento OP.

8. Punto P: se elimina el KClcristalizado y se vuelve a calentar: PQ.

9. Precipita NaCl, la composicinpasa de Q a O.

10. Se filtra el NaCl

precipitado y se

repite la etapa enfriamiento.



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En la industria: se trabaja entre los puntos P y O.

Se trata silvinita pulverizada con una disolucin madre a temperatura alta con

una composicin cercana a la del punto P.

Slo se disolver el KCl.

La composicin de la disolucin se acercar

a la del punto O y quedar

un

residuo slido de NaCl.

Se separan los cristales de NaCl.

Se enfra la disolucin y precipitar

el KCl.

Los cristales de KCl

se separan y la disolucin madre se recircula al sistema.



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Separacin electrosttica


La separacin electrosttica es una tcnica en la que una mezcla de

minerales se separan en funcin de su conductividad elctrica.

Los minerales potsicos no son conductores: la separacin tiene que ir

precedida de una etapa de acondicionamiento que induce a las partculas delmineral a transportar cargas elctricas de distinta magnitud.

La base de la tcnica radica en que partculas distintas tiene afinidades

electrostticas distintas. En funcin de su composicin absorbern ms omenos cantidad de carga.



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Utilizacin de la tcnicas

En Alemania predomina el mtodo de solubilidad diferencial. El de la separacin

electrosttica tambin es habitual.

En Francia, se usan la flotacin y la tcnica de solubilidad diferencial.

En Espaa y Reino Unido se usa exclusivamente la tcnica de flotacin.

En la antigua Unin Sovitica el proceso de solubilidad diferencial se usa

habitualmente en plantas antiguas. En las nuevas instalaciones se utiliza latcnica de flotacin.

En Canad y EEUU se utiliza la tcnica de flotacin.



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APLICACIONES DEL KCl

Aplicaciones:

Fertilizante

Fabricacin de K2

SO4

, K2

CO3

, KOH, KNO3

.

Sulfato potsico

Aplicaciones: fertilizante

Obtencin:

2KCl + 2 MgSO4

xH2

O K2

SO4

MgSO4

6H2

O + MgCl2

+ xH2

O

(Schnita)

= K2

SO4

MgSO4

6H2

O

2 KCl + H2 SO4

K2

SO4

+ 2 HCl

1)

2)



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Carbonato potsico


Obtencin:

1 ) Mtodo Engel:

KCl

+ CO2

+ MgCO3

MgCO3

KHCO3

+ MgCl2

MgCO3

+ CO2

+ K2

CO3

2) Carbonatacin

de la potasa custica.

2KOH + CO2

K2

CO3

+ H2

O



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Potasa custica

Electrolisis de disolucin de KCl:


Obtencin:Ctodo: 2H2

O + 2 e-

H2

(g) + 2OH-

nodo: 2Cl- - 2e-

Cl2 (g)


Nitrato potsico

Aplicaciones: fertilizante, fabricacin de plvora negra, fabricacin de vidrio,

esmaltes, conservante de carne (E252), etc.

Obtencin: NaNO3

+ KCl

KNO3

+ NaCl

La reaccin se estudia mediante el diagrama de solubilidad de Janecke

TEMA 4 MENAS POTSICAS


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Nitrato potsico

NaNO3

+ KCl KNO3 + NaClSe utilizan dos temperaturas: 25C y 75C


NO-3

K+Na+

Cl-

Punto total NO3- Cl- K+ Na+

A 1,00 0,75 0,25 0,50 0,50

Se enfra a 25C, y precipita KNO3

:

1 x 0,34 = 0,34 mol KNO3


B 0,66 0,41 0,25 0,16 0,50

0,66(50,7/49,3)= 0,68 mol KCl+NaNO3

(se aaden)


C 0,68 0,34 0,34 0,34 0,34

Disolucin resultante: Punto O

Calentar hasta 75C y precipita NaCl 1,34 * 0,26=0,34 mol NaCl: volvemos aA


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puntos cantidad cantidad cantidad cantidad cantidad Comp. Comp. Comp. Comp.

total NO3-

Cl-

K+

Na+

NO3-

Cl-

K+

Na+

A 1,00 0,75 0,25 0,50 0,50 0,75 0,25 0,50 0,50

B 0,66 0,41 0,25 0,16 0,50 0,62 0,38 0,25 0,75

C 0,68 0,34 0,34 0,34 0,34 0,50 0,50 0,50 0,50

O 1,34 0,75 0,59 0,50 0,84 0,56 0,44 0,373 0,627

A 1,00 0,75 0,25 0,50 0,50 0,75 0,25 0,50 0,50


Nitrato potsico

Calentar hasta 75C

y precipita NaCl

1,34 * 0,26=0,34 mol NaCl

Disolucin resultante:

0,66(50,7/49,3)= 0,68 mol KCl+NaNO3

(se aaden)

Se enfra a 25C, y precipita KNO3

: 1 x 0,34 = 0,34 mol KNO3

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