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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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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.
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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.
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
Alimentacin
Air
NaCl
Espuma con KCl
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
Solubilidad diferencial
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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.
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
Solubilidad diferencial
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
TEMA 4 MENAS POTSICAS
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Isotermas de solubilidad: 20C, 100C
gNaCl/100
gagua
g KCl/100g agua
P OB
Q
Solubilidad diferencial
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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Solubilidad diferencial
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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Separacin electrosttica
TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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TRATAMIENTO DE LA SILVINITA
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.
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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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APLICACIONES DEL KCl
Carbonato potsico
Aplicaciones: fertilizante
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
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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APLICACIONES DEL KCl
Potasa custica
Electrolisis de disolucin de KCl:
Aplicaciones: fertilizante
Obtencin:Ctodo: 2H2
O + 2 e-
H2
(g) + 2OH-
nodo: 2Cl- - 2e-
Cl2 (g)
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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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APLICACIONES DEL KCl
Nitrato potsico
NaNO3
+ KCl KNO3 + NaClSe utilizan dos temperaturas: 25C y 75C
TEMA 4. MENAS POTSICAS
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
Punto total NO3- Cl- K+ Na+
B 0,66 0,41 0,25 0,16 0,50
0,66(50,7/49,3)= 0,68 mol KCl+NaNO3
(se aaden)
Punto total NO3- Cl- K+ Na+
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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30/30
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
APLICACIONES DEL KCl
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