guia procesos industriales 2014

8/10/2019 Guia Procesos Industriales 2014

http://slidepdf.com/reader/full/guia-procesos-industriales-2014 1/88

UNIVERSIDAD ARTURO PRAT INGENIERIA INDUSTRIAL

PROFESOR: WALDO ALFARO ALFARO 1 PROCESOS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD ARTURO PRAT DEPARTAMENTO DE INGENIERIA

APUNTES DE

PROCESOS INDUSTRIALES

ALUMNO:

CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL

PROFESOR: WALDO ALFARO ALFARO





DEFINICIONES:

INDUSTRIA O FÁBRICA:

Es el lugar físico donde se conjugan energía, tecnologías, recursos humanos yfinancieros para convertir una materia prima en un producto. Este lugar obedece a una lógicaque sigue el curso de la producción, con este fin se establecen flujogramas o diagramas de flujoque funcionan en un esquema o lay-out que determina la disposición de las maquinas y equiposindustriales, yla distribución óptima de materias primas y productos.

PROCESOS:

La transformación de una materia prima en un producto acabado, alterando lacomposición intima de la materia, es unproceso e implica una o más reacciones químicas yen la línea de producción se utilizan equipos industriales llamados reactores. Ejemplos de éstosprocesos son fermentación, electrolisis, alquilacion, halogenación, neutralización,polimerización, oxido-reducción, entre otras. En las transformaciones de la materia prima enproductos en la cual sólo hay cambios físicos, se les denomina Operaciones Unitarias , estasrepresentan la mayor envergadura de una instalación Industrial, tanto para la preparación dematerias primas como de productos acabados, estas son: Molienda, secado, destilación,absorción, filtrado, adsorción, entre otras.

PROCESOS INDUSTRIALES

Las industrias de procesos o de conversiones químicas son aquellas que trasformanmaterias primas por medio de procesos, otorgándole a los productos un alto valor agregado,

esto significa que una materia prima cruda o natural al convertirla en un producto útil para elser humano, incrementa su valor. Esta idea está implícita en el concepto de Cadena de Valor .Las industrias de procesos a menudo proveen con sus productos a otras industrias que losconsumen como materia prima, por lo que se genera un efecto multiplicador o de reacción encadena. Las conversiones químicas se agrupan genéricamente independientes de las reaccionesindividuales, del tipo de equipamiento basándose en los principios de las reacciones químicas yel diseño de equipos generalizados, es así como se clasifican.

ROL DEL INGENIERO INDUSTRIAL EN LA INDUSTRIA DE PROCESOS

Los Ingenieros de Ejecución Industrial tienen un perfil profesional orientadofuertemente hacia la administración de la producción y de los recursos humanos paradesempeñarse como supervisores, lideres, capataces o administradores de líneas de producción,formado en competencias que le permiten mantener óptimamente la producción industrial.Estos significa poseer fuertes conocimientos específicos en procesos industriales, producción,tecnología de manufactura, equipamiento industrial, materiales de ingeniería, administración derecursos humanos, teoría de sistemas, etc. que le otorgan una visión holística de la producciónindustrial.





El Ingeniero Civil Industrial tiene un perfil profesional orientado a actuar en el ápiceestratégico de las organizaciones, esto es que debe gerenciar diversos recursos comofinancieros, humanos, materiales, tecnológicos e informáticos, con el fin de mantener unaventaja sostenible en el tiempo satisfaciendo los objetivos de la institución. Con este fin lascompetencias del Ingeniero Civil Industrial son las de innovar, diseñar, y optimizarcontinuamente políticas, estrategias y planes para gestionar exitosamente una organización,esto incluye conocimientos generalistas y polivalentes en todas la áreas de la ingeniería, por locual es relevante su conocimiento en los procesos industriales, proyectos, producción,marketing, etc. lo que le permite desarrollar proveedores de materias primas hasta el serviciopost-venta pasando por toda la complejidad productiva.

El ingeniero industrial tanto ejecución como civil están llamados a ser la columnavertebral del recurso humano en una organización industrial, pues de ellos depende la creaciónde bienes de capital competitivos para satisfacer necesidades de consumidores finales.

FACTORES QUE DETERMINAN LA INSTALACIÓN DE UNA INDUSTRIA DEPROCESOS

La instalación de una industria de procesos obedece a una decisión de alta complejidad,para lo cual se evalúan diversos factores en que cada uno aporta con un valor ponderado a latoma de decisiones. Según diversos autores, los factores fundamentales que determinan lainstalación de una industria de procesos, son:

1. Energía: Fuentes energéticas disponibles: Generación propia, red, no Tradicionales. 2. Recursos Hídricos:Disponibilidad de Agua para procesosy consumo. 3. Vías de Acceso y Transportes: Diversidad de vias aérea, terrestres y maritimas. 4. Mano de Obra:Recursos Humanos calificados y Actualizados. 5. Medio Ambiente:Cumplimiento con las normativas ambientales y Gestión Ambiental . 6. Materias Primas: Proveedores, Abundancia, concentracion, distancias y transporte. 7. Mercado:Tamaño , distancias, tipos de consumidores. 8. Legislación Industrial:Barrios y/o parques industriales, facilidades, tributos. 9. Estrategia Nacional:Distribución geografica determinada por la seguridad. 10. Situacion Politica:Crecimiento, contracción,crisis, estabilidad. 11. Comunicaciones:Accesos a redes y servicios básicos. 12. Clima:Condiciones correlacionadas con influencia en el proceso y costos de proyectos.

IMPORTANCIA ECONÓMICA - SOCIAL - POLITICA DE LAS INDUSTRIAS DEPROCESOS

Las industrias de procesos que incrementan grandemente el valor agregado de lasmaterias primas al transformarlas en productos acabados, generan ingresos a los accionistas,dueños o empresarios, quienes aportan con sus diversos impuestos al erario nacional. Sontambién una fuente generadora de empleos, utilizando generalmente mano de obra calificada,como especialistas, peritos, expertos, técnicos e ingenieros. Se nutre de diversas fuentes dematerias primas utilizando elementos de transportes de gran envergadura, al igual que sus





productos son colocados en una variedad de localizaciones por lo que generan un árbol deconexiones y vínculos de empresas de bienes y servicios conocidas como enclave industrial quedan origen a polos de desarrollo industrial. La riqueza que se genera con esta actividadeconómica posee el algoritmo de distribución que son los impuestos, las adquisiciones, lossueldos y salarios. En las sociedades que cuentan con amplia actividad de industria deprocesos, generalmente son prosperas y desarrolladas por lo que la administración política deesos estados es estable y benefactora. Resumiendo se puede decir que una sociedad humana industriosa y fabril secorrelaciona directamente con una sociedad desarrollada, por la riqueza que genera, ladistribución de ésta y sus consecuencias políticas. Ejemplos de la importancia que cobra laindustria de procesos en los países Centroeuropeos y del Sudeste Asiático que son de altacalidad de vida versus países Africanos y Latinoamericanos carentes de una industrializaciónen gran escala de sus propias materias primas.

ESQUEMAS ABREVIADOS Y DIAGRAMAS DE FLUJOS

La representacion grafica da a entender el curso de la produccion en una PlantaIndustrial, representa tan bien las reacciones, todo esto con esquemas abreviados.

Si no se caracteriza el tipo de aparato y solo se representa esquematicamen te lo quesucede en un lugar determinado, sin decir como se realiza el proceso, entonces un menornumero de simbolos es usado, este es esquema abreviado que se puede modificar si laspropiedades de una substancia requieren un aparato especial y este significa la caracteristica delproceso en cuestion. Con estos esquemas abreviados se pueden describir graficamente eltranscurso de la produccion desde las materias primas hasta el producto final. Tal esquemaconstituido de signos abreviados y que representa la marcha de la produccion se llamanDiagramas de Flujo, y permiten visualizar los productos de partida, intermediarios y finales ylas reacciones que suceden, los aparatos utilizados, las cantidades y tipos de energia aplicadas ycantidades de mat eriales. Los diagramas de flujo se dividen en : esquematico y constructivo, que estannormalizados. Los diagramas de flujo esquematicos reproducen en forma abstracta el curso dela produccion, dando una sinopsis de toda la fabrica, poniendo nombre de los productosiniciales y finales enrectangulos, los aparatos y procesos de fabricacion se representan pornumeros sucesivos en cuadrados y las energias en letras en circulos. Estando en el margeninferior el significado de las letras y numeros. Los materiales se expresan mediante lineas.(gruesas camino principal, finas secundario). Las energias con trazos. Si el producto es solido,liquido o gaseoso, encima de las lineas se indican por puntos, lineas ondulada o 2 paralelasdelgadas, respectivamente. Estas son normas alemanas, se usan en Europa.

Estos diagramas se dividen en 3 partes: la superior las subtancias de partida, en elmedio el curso de la produccion y en la parte inferior los productos finales y mas abajo lasenergias desprendidas.

Los diagramas de flujo constructivos representan aparatos y maquinas con simbolismosgraficos, sin incluir necesariament las energias entregadas o desprendidas.





Algunos esquemas representativos son:

Diagrama de Flujo Esquematico del metodo de contacto para la obtencion de ácidoSulfurico.





Diagrama de Flujo Constructivo del metodo de contacto para la obtencion de ácidoSulfurico.

Estos son utilizados en diagramas de flujo para simulacion computacional:

Operación Transporte Alamacenaje (Stock)

Inspeccion Detencion Servicios Aguas





La importancia del conocimiento del ciclo del nitrogeno radica en el hecho que lasindustrias de procesos que están ligadas al ciclo del nitrogeno son de gran interes económicopara nuestro pais, es así como se estudiarán mas adelante la industria de harina y aceite depescado, la industria del salitre y yodo, la industria de fertilizantes y explosivos sintéticos.

PROCESO DE ELABORACIÓN DE HARINA Y ACEITE DE PESCADO

Introducción

El fenómeno de Surgencia costera ocurre en 5 partes del planeta, en las costascontinentales occidentales, siendo la mas grande la que va desde el Ecuador hastaTalcahuano (alrededor de 5 mil kilómetros), este se caracteriza por la emergencia de aguas desde el fondodel mar hacia la superficie, llevando consigo nutrientes que alimentan al zooplancton yfitoplancton el que da origen a una cadena trófica, alimentando primero los peces pelágicos queviven encardúmenes hasta 500 mts de profundidad, luego los bentónicos, entre 500 y 200 mtsy por ultimo los demersales de las grande profundidades superiores a los 2000 mts. Estefenómeno genera en el Pacifico sur oriental la mayor biomasa del planeta, cuyasproteínas pueden satisfacer la gran demanda de la población humana.

La captura de las especie pelágicas dentro de la 200 millas de la zona exclusiva depesca en el mar territorial se realiza por medio de un sistema llamado pesca de cerco, en el cualse detectan los cardúmenes vía prospección aérea y luego goletas pesqueras llegan a la zona depesca donde despliegan sus redes formando un cerco o boliche en el que quedan atrapados lospeces, debido a que estas redes poseen flotadores en la parte superior y anillas o pesas en laparte inferior que es donde se cierra la red formando un copo. La carga de peces y agua serealiza por bombeo con yoma hasta un separador de rejilla para evacuar el agua que retorna almar y la pesca es guiada por canaletas a las bodegas previamente enfriadas con hielo. De estaforma son transportados hasta los puntos de desembarque en el litoral.

El proceso continua en la bomba de succión de agua de mar combinada con pescado

extraído desde las bodegas del pesquero en descarga, esta bomba comúnmente conocida comoyoma está al mismo nivel del barco para evitar posible problemas debido a los cambios depresión dentro de la tubería. Esta tubería transfiere la mezcla desde los lanchones dedesembarque hasta la planta procesadora. Para tener una menor densidad de la materia primadentro de la tubería se inyecta aire evitando así el roce, obteniendo una mayor velocidad delfluido de materia transportado por la cañería.

Luego la mezcla de la tubería llega a la planta ubicada en el sector de recepción de lamateria prima en el llamado sector de descarga, aquí el agua en exceso debe ser separada de lamateria prima, quedando solamente con un alto nivel de humedad. Esto se logra mediantevibradores con un sistema de rejillas en forma de colador haciendo una representación vulgarde la maquinaria mencionada.En esta etapa se logra separar el agua de descarga de la materia prima, es aquí donde seconcentra la mayor cantidad de contaminación producto de la prolongada fricción del pescadoen la cañería, esta contaminación se visualiza en la gran cantidad de materia sólida molidacombinada con el agua de descarga sin mencionar la sangre disuelta en la misma.

Antiguamente esta agua de descarga era devuelta, al mar inmediatamenteproduciéndose la contaminación excesiva al mar, Hoy mediante, maquinas llamadasTROMMEL, tambores de acero inoxidable rotatorios con laminas del mismo material en forma





de colador con pequeñas perforaciones por la cual solo escurre la solución de agua de descargamezclada con la sangre del pescado y un porcentaje poco considerable de sólidos norecuperados en relación a la solución inicial.

El resto es decir el material sólido recuperado entre ellos espinas, escamas, y carnemolida son devueltos al proceso. El resto, es decir el agua de descarga mezclada con sangreesta en estudio para disminuir la contaminación mediante un moderno proceso cerrado decoagulación de la sangre para separarla del liquido y así integrar la sangre al proceso ydesechar el agua de descarga con una menor concentración de contaminantes al mar.

Una vez, que el sólido separado de su humedad en exceso es transportado por unsistema de cachuchos o capachos, correa transportadora que posee compartimientos por dondecae el sólido y llega al sector de pesaje. Este pesaje se realiza mediante un sistema deTOLVAS DOBLES, con sistemas automáticos de compuertas de aire comprimido para sucierre y apertura. Estas tolvas se encuentran una sobre otra, al llegar el sólido a través de lacorrea transportadora que deja caer el sólido sobre la tolva superior esta se mantiene abierta yla inferior se mantiene cerrada. Cuando el sistema automático de pesaje conectado a la tolvainferior llega a acumular un total aproximado a los 1.000 Kg., la tolva superior se cierra pordebajo acumulando el pescado que sigue descargándose en ese instante se abre la tolva inferiorpor abajo descargando el pescado sobre una correa transportadora en dirección a los pozos dedeposito, al descargar todo el pescado la tolva inferior se cierra y la superior se abre siguiendoel mecanismo hasta el final de la descarga.

El sector de descarga cuenta con un total de cuatro líneas de descarga cada una de ellasprovistas de sus respectivas correas transportadoras (cachuchos) tolvas de pesaje y conectadasal sistema de recuperación de sólidos Trommel.

Luego el pescado es conducido hacia los pozos de recepción los cuales por lo general seencuentran en línea con el sistema de recepción de pescado. Las correas transportadorasmóviles se encuentran debajo de las tolvas inferiores de pesaje.

Estas correas pasan por sobre todos los pozos, transportando el pescado por un sistemade canaletas, que esta compuesto por paredes apegadas sobre la correa transportadora en forma

perpendicular y a un nivel en el cual se evita el roce de la correa con las paredes, esta distanciade separación es lo suficientemente pequeña como para evitar también la caída del pescado aun pozo equivocado. Esto se logra mediante un sistema que posee cada una de las correas porlos bordes sobre cada pozo. Mediante puertas compuestas por bisagras que son parte de lamisma pared de la canaleta, la cual se abre hacia la otra pared de la canaleta con un ciertoángulo provocando el desvío del pescado cayendo luego este en un pozo determinado.





Los pozos tienen una capacidad que varia entre las 80 toneladas a las 120 toneladas, susformas son variadas y dependen del sistema de extracción que tengan. Pueden ser cónicos conla canaleta al centro (canaleta es el espacio por el cual el pescado es extraído mediante tornillossin fin), como también triangulares o una mezcla de ambos.

En este punto del proceso se encuentra uno de los mayores problemas del proceso, éste esel hecho de que el pescado entra en un proceso de putrefacción acelerada debido a las grandespresiones que lo afecta por las cantidades almacenadas. Para ello se han empleado diversossistemas de mantenimiento, entre los más usados en la adición de formalina para evitar supronta descomposición.

El sistema de extracción del pescado de los pozos hasta los cocedores es un punto críticodel proceso pues el tiempo de transporte debe ser el menor posible pues cuanto más grande esla distancia de los pozos hasta los cocedores el maltrato de lamateria prima aumento pues semachuca.

Por medio de transporte a través de correas transportadoras y tornillos sin fin el pescadollega a una tolva que se encuentra por sobre los COCEDORES donde existe un proceso dehidrólisis proteico, se desacapsulan las células de manera que se separan los lípidos. Es decir lamateria cambia.





Los cocedores tienen alrededor de 9 a 13 metros de largo y 1 a 2 metros de diámetro,tienen además un transportador helicoidal, sus paredes son huecas de manera que el vaporcircule, es decir el pescado se cuece por medio de un tornillo concéntrico desde el centro haciael exterior y por un sistema de camisa del exterior hacia el interior.

Existe un motor hidráulico, de manera que cambie los RPM afectando así la temperaturade cocción.

El vapor entra con una cierta calidad entre el 95 % y el 97% y se condensa a un 5% - 7%de líquido en el cocedor. El cocimiento es eficiente y continuo. El tiempo de permanencia es determinado automáticamente regulando los r.p.m. Al salir del cocedor el pescado ha sufrido cambios extremos en su estructura física se

separa del liquido este liquido es llamado agua de cola la cual es proteína y se envía a la plantade evaporación donde el agua es evaporada generándose así el llamado concentrado, dejaremosen claro que toda agua de cola es enviada a esta planta evaporadora para concentrarla.

Los sólidos pasan a la prensa que sonláminas de acero y dos helicoidales que forman uncono truncado.

Luego el agua de cola se junta con la anterior y el sólido pasa por un DESMENUZADOReste no es más que un cilindro que posee una especie de hélice (gira a 3.000 r.p.m.) lograndoasí desmenuzarlo para su próxima etapa de proceso.

Luego como todavía posee gran humedad pasa por medio de tornillos sin fin a una tolvapor sobre los secadores donde se almacena el pescado estos secadores se conocen comoSECADORES A VAPOR.

Los cuales mediante una rueda motriz que le da movimiento externo que lo mueveconstantemente evitando así un posible quemado del sólido, (la norma exige un 10% dehumedad), ahora como el sólido sale con una humedad menor que el 10% se le suministra aguade cola y concentrado para llegar a un 10% aproximado.

Al salir del secador a vapor, el sólido es transportado por medio de tornillos sin fin haciatolvas por sobre los SECADORES DE AIRE CALIENTE, donde los sólidos son almacenados,estos secadores de aire caliente poseen un sistema de radiadores por donde pasa aceite la cuales calentada en las llamadas CALDERAS DE FLUIDO TÉRMICO, luego por medio de

ventiladores que Inyectan el aire caliente en el secador se le disminuye la temperatura aun más. Al salir del secador los sólidos pasan por los CICLONES que los enfrían por medio de unducto en forma de " U " en donde se extraen los gases, estos gases son enviados a los llamadosDESODORIZADORES, en los cuales se tratan para evitar la descontaminación al enviarlos alambiente por medio de sistemas de enfriamiento de gases evitando así su propagación en elmedio ambiente, luego el sólido es transportado hasta la planta de PELLET ( poco usadaactualmente), PLANTA DE ENSACADO, o a los galpones si se desea apilar a granel.

El sólido es mezclado con anterioridad con ANTIOXIDANTE para evitar que se quemeproducto de sus altas concentraciones de proteí nas.

En el siguiente esquema se representan los tiempos de permanencia y las temperaturas dela materia en el transcurso del proceso.




12PROFESOR: WALDO ALFARO ALFARO PROCESOS INDUSTRIALES





HISTORIA RESUMIDA DEL SALITRE

Más de 100 Oficinas Salitreras jalonaron la Pampa Salitrera de la Primera Región deTarapacá. Aquí se originó esta industria minera hace ya más de 150 años (1830), con laconsiguiente actividad económica: Época del Oro Blanco.

El mineral explotado y beneficiado era elcaliche. Este puede definirse como unconglomerado de material inerte, unido por un cemento salino. Dicho material inertegeneralmente está formado por rocas volcánicas, en diferentes grados de fraccionamiento, enlas que aparecen, a veces, rocas calizas, arcillas y areniscas interestratificadas. Según eltamaño de las rocas, elcaliche aparece como pudinga, brecha o arenisca, pudiendo ser tan duroque para su arranque sea necesario el empleo de explosivos o de consistencia terrosa y de fácilextracción.

El cemento salino constituye propiamente la materia útil, en la cual predominan losnitratos sódicos y potásicos, la sal, los sulfatos, los boratos y yodatos, amén de otras salesdiversas.

SISTEMAS DE BENEFICIO

SISTEMA DE PARADAS

Nombre derivado del lugar, la parada; es decir, una planta rudimentaria que se ibatrasladando hacia los yacimientos más ricos. Se utilizó desde aprox. 1818 hasta fines del SigloXIX. Se beneficiabancaliches seleccionados a mano y con leyes de sobre el 50 % en nitratos,que se trituraban hasta 5-8 cm. Después se hervían conagua vieja durante varias horas y conagitación permanente en recipientes llamadoscachuchos, calentados a fuego de leña. Seagregaba caliche hasta que elcaldo (solución) adquiría una densidad apropiada

(concentración). La solución así obtenida se dejaba en reposo para sedimentar los sólidos finosen suspensión, y después era enviada abateas en donde, por enfriamiento natural, secristalizabael salitre. La solución sobrante,agua vieja, se volvía a utilizar para una nuevacarga decaliche.

SISTEMA SHANKS

Se utilizó hasta mediados del SigloXX . Fue introducido por Santiago Humberstone, enel año 1878. El señor Humberstone es considerado como el fundador de la industria salitrerapropiamentetal. También utilizaba caliche escogido a mano, con un mínimo de 15 % ennitratos. La implantación de este sistema terminó con la anarquía que existía hasta entonces enmateria de aparatos y procedimientos. Las plantas fueron con mayor desarrollo ingenieril ymecanizadas, si bien la base del sistema siempre fue la disolución en caliente (125°C)utilizando lasaguas viejas. La solución(caldo) del primercachucho pasaba sucesivamente poraquellos en que loscaliches estaban menos lixiviados, hasta su saturación: LixiviaciónMetódica. La solución final se clarificaba y enviaba a bateas para su cristalización. Puesto quelas aguas viejas se iban también enriqueciendo en yodo, el que se recuperaba antes del reciclocorrespondiente.





SISTEMA GUGGENHEIM

Se emplea desde 1927. Con este sistema se beneficiancaliche s del 6-8 % en nitratos,como mínimo. Se intensifica el chancado y los finos generados se tratan aparte. Ladisminución de la ley se compensa con el gigantismo de las instalaciones. Así, grandes bateasde más de 10.000 TM de capacidad se lixivian conag ua vieja, pero sin hervir (40°C), quecircula en contracorriente. Las soluciones (caldos)se enfrían artificialmente por refrigeraciónpara inducir la cristalización. Elagua vieja fría, retorna a las bateas refrigerando de paso alcaldo que sale de ellas. La única planta(Oficina Salitrera) que utilizó el SistemaGugghenheim en la Primera Región fueVICTORIA, la cual paralizó definitivamente susoperaciones en el año 1979.

Por el año 1912, el Salitre Chileno suministraba aprox. el 60 % del consumo mundial deNitrógeno. La Primera Guerra Mundial intensificó las investigaciones para obtener NitratoSintético. El Sistema Gugghenheim que reemplazó al Sistema Shanks, llegó demasiado tardepara mantener una competencia adecuada. En 1938, la participación del Nitrato Natural(Salitre) en la demanda mundial había caído al 10 %. En 1958, una nueva crisis provocó elcolapso brusco de esta industria.

Hacia 1920 existieron cerca de 200Oficinas Salitreras SHANKS en toda la ZonaSalitrera de Tarapacá y Antofagasta. Hoy en día, la expresión es solamente de la Soc. Químicay Minera de Chile (SOQUIMICH), con sus plantas de MARIA ELENA y PEDRO DE VALDIVIA .

En María Elena, el proceso consiste esencialmente en la extracción mecanizada degrandes cantidades de caliche de baja ley, lixiviación a baja temperatura, concentración de lasolución por evaporación solar, cristalización por enfriamiento ygranulación del salitre.

Para extraer el caliche, el terreno es previamente cateado mediante piques de 1 metro dediámetro y 5 metros de profundidad. Se considera explotable siempre que el espesor del mantode caliche sea compatible con el empleo de palasmecánicas. Además su ley no debe bajar del6%.

Una vez cateada la pampa y establecidos los sectores que serán explotados, se les divideen rajos, siendo cada rajo un frente independiente de trabajo. Para cada rajo la operación seresume, como sigue:

Las dragas preparan el terreno eliminando la sobrecarga estéril. Después de serperforados y tronado, el caliche es cargado mediante palas mecánicas en carros de 30 ton. Yenviado en convoyes eléctricos, de 7 carros cada uno, hacia el molino.

Tanto las palas como las dragas son capaces de mover un terreno móvil de 1000toneladas de material cada una, en un turno de 8 horas.

Molienda

Al llegar el molino, el caliche es vaciado por un volcador (cuna), y luego de sersometido a tres etapas de molienda llega a un tamaño final de aproximadamente ½ . Los finosresultantes son separados, a fin de impedir el atochamiento posterior en el proceso delixiviación, siendo sometidos a un proceso especial en el botadero de finos.

El vaciado promedio es de 480 carros diarios (2 turnos), pero en algunas ocasiones, seha llegado a cerca de 600 carros.





Botadero de finos

En el proceso de molienda, se desprenden 2 tipos de finos; el de rechazo, quecorresponde al polvo que proviene de la pampa y es de ley inferior al terreno móvil del caliche,y el fino de molienda propiamente tal, cuya ley es superior al terreno móvil del caliche. Tantoel fino de molienda como el polvo de rechazo, son mezclados con agua hasta formar una pulpaque pueda ser bombeada a un botadero, que con los años ha alcanzado a 1,5 Km. de diámetro.

En el botadero, el liquido alcanza una concentración de aproximadamente 130 grs/Lt denitrato, siendo posteriormente bombeado hacia la planta delixiviación para integrarse alproceso.

Lixiviación

El caliche grueso, aproximadamente 75% del total, se carga mediante correastransportadoras en grandes estanques de concreto (cachuchos) de 7500 ton de capacidad cadauno, y a través de ellos, se hace circular soluciones débiles provenientes de otros cachuchos.

La planta de lixiviación consta de 10 cachuchos, los que mediante un sistema debombas, válvulas y cañerías, quedan totalmente interconectados entre si. Esto hace posiblelixiviar el contenido de un cachucho con solucione provenientes de otro, según lo requieran lasoperaciones.

La solución entrante, proveniente de distintas fuentes (botadero de finos, agua dealcantarillado purificada, agua delrió loa, etc), tiene una concentración promedio de 60 grs/Ltde nitrato y alcanza finalmente a alrededor de 300 grs/Lt.

Esta solución es enviada posteriormente a Coya Sur, donde sevacía en los pozos deevaporación solar.

Luego que el caliche se le haextraído su contenido de sales, queda convertido en rippiocon una ley de alrededor de 0,6% de Na NO3. Este ripio es descargado mediante 2 puentes de

carga , en carros de volteo de 20 ton, los que se llevan al botadero de ripios (torta) mediantelocomotoras eléctricas.

Evaporación Solar

En el proceso delixiviación usado en María Elena, el lavado decaliche se hace con unacantidad de agua mayor que la necesaria en el proceso Guggenheim. Este exceso de aguapermite disolver una gran cantidad de sales, pero una concentración muy baja como pararecuperarlas inmediatamente (aproximadamente 300 grs/Lt) por esta razón, la solución se envía a la Planta de Evaporación Solar, donde aprovechando la gran energía solar y la baja humedadrelativa del aire existente en la pampa, se evapora parte del agua obteniéndose soluciones conconcentración de aproximadamente 400 grs/Lt, aptas para ser cristalizadas.

La evaporación de la solución rica en nitrato, se efectúa en 8 pozos de 200 x 200 mts yde 1 mt de profundidad útil. El promedio anual de evaporación es de 4,57 lt/m2 por día, esdecir, alrededor de 1600 m 3 /día.

La impermeabilización se ha obtenido mediante pisos y taludes de una mezcla de ripio,chancado de piedra y cal viva, de un espesor de 50 cm. Unos de los componentes de lasolución, el magnesio, reacciona con el oxido de calcio, formando un precipitado fino yvoluminoso, el que tapa en los pozos eventuales grietas de los pisos.





La solución contenida en los pozos tieneademás del nitrato, una gran variedad de salesdisueltas. A medida que aumenta la concentración, se produce la precipitación de sales menossolubles, principalmente sulfatos y cloruros.

La precipitación del sulfato se produce en forma de una fasesólida estable, representadapor una sal doble (Na2SO 4, Mg, SO 4, 4 H2O) llamada Astrakanita , la cual es necesario extraerpara no disminuir la capacidad de los pozos.

Para este efecto, unas maquinas de diseño especial (elefantes) y que obran como dragasde succión, recorren los pozos aspirando las sales precipitadas, las que en forma de pulpa sonbombeadas a la Planta de Astrakanita, a través de una cañería flotante flexible. En esta planta,las sales son separadas de las soluciones por medio de clasificadores y filtros. Las solucionesprovenientes del filtrado vuelven nuevamente a los pozos para seguir concentrándose ennitratos.

Planta de Muriato

El nitrato existente en la pampa, es en general Na NO3, presentándose el KNO3 en muypoca proporción. Dado que en el mercado existe una demanda preferente por el productopotásico, se emplea el muriato o KCL produciéndose el desplazamiento del sodio por el potasioobteniéndose un producto final que contiene un 14% de potasio medido como K2O.

Con esto se logra una mezcla de 30% de KNO (14% medido como K2O) y 70% de NaNO 3 conocida como salitre potásico.

La solución, pasa a la Planta de Cristalización.

Cristalización

La solución proveniente de los pozos y luego que ha pasado por laplanta de Muriato,llega a la Planta deCristalización con una concentración de aproximadamente 400 grs/Lt y una

temperatura promedio de 27° C. Estasolución es enfriada hasta unos 4° C precipitándose el salitre en forma de cristalesmuy finos, los que se separan del liquido (solución débil o agua vieja), por decantación ycentrifugación.

Para enfriar la solución, se usan dos intercambiadores de placas y 12 tubulares que usanel retorno del agua vieja como líquido enfriado, y seis intercambiadores tubulares enfriados conamoniaco anhidro.

La capacidad de esta planta es de un equivalente de 3500 ton de hielo pordía.

Granulación

El salitre cristalizado,formado por cristales muy finos, presenta elinconveniente deretener impurezas del agua madre y absorber la humedad con mucha facilidad, por lo que puedeformar masas compactas muy difíciles de manejar (trasporte en barcos, etc.). Para evitar esto, elsalitre es fundido y posteriormente granulado.

Para fundir el salitre cristalizado, está en la etapa de puesta enmarcha una modernaplanta defusión que comenzará a funcionar en breve y que reemplazará a la actual que utilizahornos de reverbero. La capacidad de esta nueva planta será de 800 ton/ día.





El salitre fundido (cerca de 300° C), se bombea a lo alto de una Torre Granuladora(70 mts) cayendo en forma de ducha. A medida que el salitre liquido cae, es enfriado por unacorriente ascendente de airefrío, hasta que se alcanza lasolidificación de las gotitas,las que alllegar al nivel del suelo tienen una temperatura de alrededor de 130° C.

Posteriorm ente, este salitre granulado pasa através de intercambiadores tubularesenfriados por agua, que bajan su temperatura hasta unos 40° C, quedando convertido en elproducto comercial.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE YODO

1.- PROCESO DE PRODUCCIÓN

MATERIAS PRIMAS

Proceso de producción de Yodo:

La materia prima es el caliche, a través de todo el material remanente o sobrecarga queestá en la superficie. La densidad del material que se remueve es de 1.8 Ton/m3. La ley que seexplota es de 485 a 550 ppm. Los demás insumos son aguas, peróxido al 50% y azufre.

DESCRIPCION DEL PROCESO PRODUCTIVO

a) Proceso de obtención de yodo.

El proceso se ha dividido en 8 etapas:

1 . Explotación

2. Lixiviación

3. Generación de anhídrido sulfuroso

4. Obtención de yodo

5. Obtención de yoduro

6. Concentración de yodo

7. Refinación de yodo

8. Laminación de yodo.





1.- Explotación

La explotación de la mina es en base a las salitreras (calicheras), a través de todo elmaterial remanente o sobrecarga que esta en la superficie, por lo tanto, se trata de una mina acielo abierto. El método de explotación es a través de maquinaria apta para la minería.

2.- Lixiviación.

El yodo se extrae del caliche, en donde se encuentra en forma de yodato de sodio. Este proceso se realiza a través del sistema de lixiviación en pilas. Para este proceso se utilizanaguas salobres que son bombeadas desde los piques. Las pilas son de una altura de 4 m, 275m. de largo y 60 m. de ancho y cada una con una capacidad de 85.000 toneladas métricas. Lapila se forma aplanando el terreno y dejándolo con cierto ángulo para que el material quepercole pueda escurrir. Luego el terreno se cubre con una manta de material plástico de altadensidad y sobre este una capa de ripio. Finalmente se rellena la pila con caliche hasta alcanzarla altura, ancho y largo antes mencionado. La inclinación de la pila es de 0.6% a lo largo y

2,5% a lo ancho. Las pilas poseen un sistema de riego por aspersores, con una tasa aproximada de 1.8l/hm2, para ello se utiliza una red de tuberías y aspersores Wabbler. Una vez que las pilas hansido regadas se les deja reposar por aproximadamente 20 días, para que el material percollé ysea arrastrado a las canaletas impermeabilizadas en donde se les mide la ley y posteriormenteson enviadas a la Planta. La duración de la pila es de aproximadamente 6 meses.

La solución rica es enviada a la planta química por medio de canaletas y luegorecepcionadas en las piscinas acumuladores (1.200 m3 c/u), para luego alimentar a la Planta deProcesos.

3.- Generación de Anhídrido Sulfuroso

Las soluciones de yodato proveniente de lixiviación son acumuladas en dos piscinas de1.200 m3 c/u. Desde estas, las soluciones de yodato son bombeadas en la siguiente proporción:1/6 a un estanque previo y 5/6 a la Torre de SO2.

El SO2 se forma inicialmente con azufre, el cual es llevado a un horno en donde esfundido a una temperatura de 114°C y es gasificado a 445°C. Este gas de azufre sécombustiona con el oxígeno que se encuentra en el aire y forma anhídrido sulfuroso según lasiguiente reacción:

S (gas) + O2 (gas) ---------------------------- SO2

Posteriormente este gas pasa por una cámara de sedimentación en donde el azufretermina de oxidarse y se depositan las cenizas de la combustión. Luego el SO2 pasa por unaenfriadora de gases o intercambiador de calor, el cual enfría desde aproximadamente los 250°Ca los 40°C. Este enfriamiento se debe al paso de yodato líquido a temperatura ambiente de losestanques de recirculación.





En las Torres de SO2 se forma yoduro en solución lo que tablón recibe el nombre desolución yodurada este se forma al mezclar la solución yodatada con el SO2 y se presentamediante la siguiente reacción:

2IO3- + 5SO2 + 4H2O ----------------------- 21 + 5SO 4- + 8H+

4.- Obtención de yodo

Antes de enviar el yoduro al estanque previo, se regula la acidez de la soluciónmezclando ésta con la solución de descarte proveniente de la refinadora, luego es enviado alestanque previo donde es mezclado con yodato. Al mezclar estas dos soluciones, se produce loque se llama cortadura, es decir, la formación de yodo en solución, lo que se produce mediantela siguiente reacción:

IO3- + 5I- + 6H+ --------------------------- 3I2 + 3H2O

5.- Concentración de yodo

Esta solución es enviada a las Torres de Blow-Out con un pH ideal de 1.7. En estas torresse introduce aire en contracorriente mediante ventiladores, además de estar rellenas conmonturines para aumentar la superficie de contacto.

El yodo proveniente de las Torres de Blow-Out son irrigadas por la parte inferior a laTorres de Absorción y en contracorriente se irriga solución yodurada que se encuentraalmacenada en el estanque de recirculación.

La solución yodurada presente en las etapas de recirculación es variada constantemente yenviada a los estanques acumuladores, una vez que alcanza una concentración aceptable de120gr/1t. Una cierta cantidad de esta solución se deja en el estanque de recirculación para ser

enviada a las Torres de Absorción previamente diluida con agua. En estas torres, al ponerse encontacto gas de yodo con solución de yoduro se produce triyoduro (I3) en solución.

6. - Obtención de yoduro

La solución de triyoduro es enviada a los estanques de recirculación. Se debe notar queel triyoduro es inestable y se disocia rápidamente en yodo libre y yoduro.

I2 + I- --------------------------------- I3-

Una parte del triyoduro es acidificado con SO2 en las enfriaderas para formar yoduro(I-),

I3- + SO2 --------------------------------- I-





La recirculación hace que este se tome más ácido lo que produce el paso de triyoduro ayodo, posterior a esto es recirculado a las Torres de Absorción de yodo.

Una vez alcanzada la concentración deseable de yoduro, la solución es enviada a losestanques acumuladores para su posterior refinación.

7.- Refinación de yodo

El yoduro es almacenado en estanques con una concentración de 110 a 130 gr/1t. De esteestanque se extraen los volúmenes necesarios para ser llevados a la refinadora. La refinadoraestá compuesta por tres autoclaves dispuestos de manera vertical, construidos en fierro vidriadopara evitar la corrosión del yodo y un sistema de laminación. Las soluciones yoduradas van alos autoclaves Nº 1 y 2 donde se procede a oxidar hasta alcanzar un volumen aproximado alas3/4partes de ésta. En estos equipos el yoduro (I-) es oxidado a yodo (I2), por medio de laadición de peróxido (H2O2) al 50% p/p, agitando la solución hasta que la coloración de lasolución cambie de negro a café y esperando algún tiempo para que las partículassobrenadantes sedimenten. La reacción de oxidación es:

H2O2 + 2I- + 2H+ -------------------- I2 + 2H2O

Esta oxidación es realizada y controlada manualmente, en condiciones normales detemperatura y presión. Posterior a esto la solución sobrenadante (descarte de oxidación) esevacuado de los autoclaves hasta los estanques de descarte.

Una vez que se ha oxidado el yoduro se procede a cerrar el reactor. Luego se realiza laoperación de prefundido de yodo pasta que ha sido precipitado en el autoclave, poraproximadamente 2 horas. La presión utilizada es de 2.2 Kg/cm2 y una temperatura de 120°C(temperatura de fusión del yodo 120°C). El objetivo del periodo es calentar la solución hastalograr la fusión del yodo formándose dos fases. La fase inferior es el yodo fundido y la partesuperior es una solución saturada.Una vez finalizado el prefundido se deja enfriar el autoclave o despresurar, operación realizadapara evitar que el yodo sublime y para volver a oxidar si es necesario. Posterior a esto se fundepor 6 horas, en este proceso igual que en el anterior se introduce vapor de agua proveniente delas calderas, el que posteriormente se recircula. Una vez finalizado el fundido se procede atraspasar el yodo fundido desde el autoclave N°1 al 2. Para realizar el traspaso se debe bajar lapresión en el segundo autoclave hasta aproximadamente l Kg/cm2, este proceso dura unas 2horas.

Existeuna Torre de Absorción de gases donde el gas de yodo emanado del reactor esabsorbido. El gas de yodo reacciona con el yoduro que es enviado a la Torre desde el estanquede recirculación Nº3, formando triyoduro de acuerdo a la siguiente reacción:

I (gas) + I - ------------------------ I3-

Luego se recircula al estanque N°3. Mientras se esta realizando el fundido, se vacalentando el agua introducida al autoclave N°3 hasta que alcance las mismas condiciones depresión y temperatura del autoclave superior. Posterior a esto se realiza el traspaso de yodofundido al tercer autoclave produciéndose un lavado en contracorriente. Este lavado aprovecha





las diferencias de densidades, para bajar el yodo y subir el agua a la parte superior. Desde ahíse hace bajar el yodo por un ducto de alimentación al tambor laminador, las cañerías han sidopreviamente calentadas con vapor de agua para que el yodo que viene a 130°C pueda bajar.

8.- Laminación de yodo

Las partes principales del laminador son: el tambor principal, el rodillo laminador y elcuchillo. El tambor principal esta diseñado de un material resistente a la corrosión del yodo,además de poseer una superficie pulida para evitar que el yodo se adhiera a él, es rotatorio y esrefrigerado interiorm ente con agua a temperatura ambiente.

El rodillo laminador que es de menor tamaño, se encuentra sobre el tambor principal. Lafunción del rodillo es producir una lámina delgada de yodo la cual se adhiere débilmente altambor. El cuchillo se encuentra en la parte baja del tambor, cuyo filo se encuentraenfrentando el giro de este, cumple la función de desprender el yodo laminado produciendo asíla escama.

Finalmente el yodo laminado es recepcionado en cuñetes y llevado a un harnero que seencarga de clasificar el yodo por tamaño (-20#, +20#). Posteriormente es embalado entambores y comercializado en el exterior.





3.- Reacción de absorción :

NO2 + H2O ------------------ 3 HNO 3 + NO + 17,2 Kcal

Esta es la última reacción que se verifica en la planta de ácido nítrico y ocurre en latorre de absorción. Con ella se obtiene ácido nítrico a 50% de concentración.

En la torre de absorción además se produce la reacción de oxidación del gas nitrosoliberado por la formación del ácido nítrico.

Para ello existe oxígeno suficiente en la mezcla gaseosa alimentada a la torre deabsorción.

4. - Reacción de neutralización :

HNO 3 + NH3 ------------------------- NH4 NO 3 + 26 Kcal

Esta es la única reacción química que verifica en la Planta de nitrato y con ella seobtiene una solución de nitrato de amonio.

Esta reacción también libera energía, la cual sumada al excedente de energía delproceso de ácido nítrico, es usada en la concentración de la solución de nitrato de amonio.

II PROCESOS FISICOS

La solución de nitrato de amonio obtenida como consecuencia de los procesosquímicos descritos arriba pasa a continuación a un evaporador, del cual se logra unaconcentración de aproximadamente 97%.

A este producto se le agregan los aditivos químicos necesarios para las etapasposteriores del proceso.

1.- Cristalización o perdigonado:

Este proceso se verifica en la torre perdigonado y consiste en dispersar en el tope de latorre la solución concentrada mediante el uso de una tobera especial.

Las gotas que así se van formando caen por gravedad hasta el fondo de la torre. En la torre, además, se hace circular aire ambiente en sentido ascendente. Mediante esto

se logra que las gotas se enfríen y solidifiquen en su trayecto de caída, llegando al fondo de latorre en forma de perdigones.





2.- Secado:

Para su almacenamiento sin problemas, el nitrato de amonio en perdigones debe estarexento de humedad.

Por tal motivo, el producto obtenido en el fondo de la torre de perdigonado es pasado através de un secador rotatorio.

En este secador se retira prácticamente toda la humedad remanente de los perdigones, loque se logra mediante el contacto del aire caliente y seco.

3.- Clasificación:

Para ajustar en forma exacta la granulometría del producto a las especificaciones delcliente se dispone de un clasificador con el cual se eliminan el sobretamaño y los finos.

Estos son reciclados en el proceso mientras que el producto pasa a la etapa siguiente.

4.- Enfriamiento:

Hasta aquí y por condiciones de proceso el producto es mantenido a una temperaturamás bien alta.

Previo a su ensacado es necesario enfriarlo hasta llegar a una temperatura deaproximadamente 30 grados.

Esto se logra pasando el producto por un lecho fluodizado, el cual funciona como aireacondicionado (seco).

5.- Ensacado:

Finalmente el producto es ensacado en sacos o contenedores, apto para su despacho alas bodegas de los clientes.

III CALIDAD DE PRODUCTOS

En la planta Mejillones se fabrican diferentes tipos de nitrato de amonio, según sea el destinoque tengan. Así se tiene:

- Nitrato de amonio industrial. Este producto es especialmente indicado para la fabricación de ANFO. Esta compuestopor perdigones con una porosidad controlada, lo cual lo hace extraordinariamenteefectivo en este tipo de explosivos. La densidad de este producto es ajustada según losrequerimientos del cliente, oscilando entre0,70 y 0,76 g/cm 3.

- Nitrato de amonio en solución. Este producto es fabricado con agua totalmente desmineralizada, por lo cual resulta unproducto de alta pureza, especial para la fabricación de emulsiones, acuageles, slurries,etc.





- Nitrato de amonio sin aditivos. Es un producto 100% puro sólido, adecuado para uso farmacéutico.

- Nitrato de amonio fertilizante. Es un producto rico en nitrógeno, que además combina el doble efecto delnitrógenonítrico (de efecto inmediato) y del nitrógeno amoniacal (de efecto retardado). El nitratode amonio es especialmente indicado como fertilizantes en terrenos alcalinos.

- Otros.

Según las necesidades de los clientes, la Planta Mejillones esta en condiciones depreparar nitratos de amonio especiales o mezclas de nitrato de amonio. Para ello se cuenta conlaboratorios de alta especialización y complejidad, además de una amplia experiencia en elrubro de los explosivos en base a nitrato de amonio.





PROCESOS DE OBTENCION DEL COBRE

El ob jetivo de este trabajo es presentar como un proceso metalúrgico con tecnología depunta, permite respetar y preservar las condiciones ambientales existentes.

INTRODUCCION

El nacimiento de la cordillera dorsal del Pacifico Sur, emergente de las profundidadesdel océano pacifico, moviendo la placa de Nazca hacia el continente Americano y el choque deambas placas produce el crecimiento de la Cordillera de los Andes; siendo esta parte la masnueva geológicamente y la parte oriental del continente la mas antigua. En la ladera occidentalde la Cordillera de los Andes se produce una zona de mineralización rica en cobre que va desdeel sur del Perú hasta el centro de Chile, llamado Cordón Porfírico que es explotado enToquepala y Cuajone, en Perú hasta El Teniente, en Chile, pasando por todos los yacimientosdel Note Grande de Chile: Doña Inés de Collahuasi, Quebrada Blanca, Cerro Colorado,Chuquicamata, El Abra, Candelaria, Escondida, Mantos Blancos, Radomiro Tomic, Tesoro,Spencer, El Salvador,Disputada de las Condes, Lomas Bayas, Los Pelambre, Minera Pudahuel, Michilla, Zaldivar, Carmen de Andacollo.

Los yacimientos de cobre ubicados en la ladera occidental de la Cordillera de los Andesse presentan de dos formas:

Minerales oxidados: esta zona mineralizada está cerca de la superficie, y ha reaccionadocon los elementos de la atmosfera, oxigeno y agua, y otros elementos presentes en latierra, durante millones de años generando especies mineralógicas solubles en acidosulfúrico diluido, como la crisocola, cuprita, atacamita, etc. Minerales Sulfurados: esta zona de mineralización se encuentra a profundidadesmayores de 200 mts aproximadamente, manteniéndose su composición desde su origengeológico, generalmente son sulfuros de cobre ligados a otros metales como pirita,calcopirita, covelina, etc. El beneficio de estos minerales es distinto para cada caso en particular, así los minerales

oxidados son tratados vía Hidrometalurgia y los minerales sulfurados vía Pirometalurgia.Teniendo en común las primeras fases de explotación como perforación, tronadura, cargío,chancado primario y secundario; de aquí en adelante difieren drásticamente en el tipo deproceso.

1.- YACIMIENTO

1.1.- Ubicación y Accesos

El Yacimiento está situado en el altiplano andino, a una altura sobre el nivel del marentre 4.200 y 4.400 m, y a 30 Km. de la frontera con Bolivia.

1.2.- Geología

El depósito de mineral se encuentra ubicado en un cinturón de rocas paleozoicas amesozoicas, que alcanzan un ancho de 30 a 40 km.; además contienen los depósitos de otras





mineras. Esta zona se caracteriza por volcanitas andecíticas y riolíticas. Las volcánicasplegadas en un amplio anticlival, en cuya cresta aloja el depósito de cobre Porfírico.

Se contempla la explotación de la zona supérgena enriquecida de un pórfido de Cobre elcual yace bajo una capa lixiviada de aproximadamente 100 mts. y cuyas dimensiones estimadasson 1 km. de ancho, 2 km. largo y un promedio de 80 m. de espesor. Las reservas, con una leymedia de 1,3% de cobre total alcanzan los 91 millones de toneladas y presentan unamineralización principalmente constituida por calcocina y covelina.

1.3.- Mina

La operación de la Mina contempla la remoción de un total de 90.000 Ton por día de lascuales 17.300 corresponden a mineral que es enviado a la Planta de Chancado para sureducción y posterior proceso de lixiviación en pilas. El resto de material removido estácompuesto por estéril, óxido y mineral de baja ley los cuales son depositados en botaderos deltipo relleno de quebrada y otras áreas que son preparadas para una lixiviación en botaderos,respectivamente.

Los límites del rajo establecidos incluyen mineral probado y probable, con lo cual a larazón de producción definida alcanza a 14 años como vida útil del yacimiento.

Los principales parámetros y equipo con que cuenta la Mina para sus operaciones sonlos siguientes:

2.- PROCESO METALURGICO

El proceso metalúrgico fue concebido para procesar 17.300 Ton/día de mineralmediante las etapas de chancado, aglomerado, lixiviación bacteriana en pilas, extracción porsolventes y electroobtención.

2.1.- Etapa de Chancado.





En esta etapa el mineral se reduce hasta un tamaño de 3/8 de pulgada mediante unchancado primario, secundario y terciario. Todo el conjunto de Chancado contempla unsistema superior de polvos compuesto de extractores y cobertores en los traspasos y correasrespectivamente, con el fin de evitar la contaminación ambiental con polvo proveniente delmineral fino.

2.1.1.- Chancado Primario.

El mineral, con un tamaño máximo de 36", transportado en camiones desde la mina, esdescargado en una tolva de 340 TON de capacidad que alimenta al chancador giratorioprimario de 54,1 x 74,1 marca Allis Chalmer.

Allí el mineral es reducido a un tamaño de 6" y conducido mediante correastransportadoras hasta un acopio de gruesos, cuya capacidad total es de 80.000 Ton. con unacarga viva de 20.000 Ton.

2.1.2.- Chancado Secundario- Terciarlo.

Aquí el mineral con un tamaño de 6" producto del Chancado Primario es obtenidodesde el acopio de gruesos mediante alimentadores de correa y descargado en la tolvasecundaria por medio de una correa transportadora.

El Chancador secundario, de cono marca Nordberg de 7 pies con cabeza standard,reduce el sobretamaño del harnero secundario a 1 1/2", descargando junto al materialclasificado a una correa transportadora. Allí se incorpora al producto de los 5 chancadoresterciarios, de cono marca Nordberg de 7 pies con cabeza corta; esta mezcla será la carga quealimenta a cada conjunto de harnero y chancador terciario. El producto del chancado terciario90% bajo 3/8", es conducido hasta la etapa de aglomerado.





2.2.- Etapa de Aglomerado

El mineral bajo 3/8" es transportado desde la planta de chancado secundario-terciariohasta la tolva de aglomeración mediante correas transportadoras, teniendo una de ellas un largode 1600 m.

Allí el mineral es precalentado y conducido por correas transportadoras hasta dostambores aglomeradores, cada uno de 9 m de largo y 3 m de diámetro revestidos interiormenteen caucho, en donde se mezcla con agua caliente y ácido sulfúrico concentrado en unaproporción adecuada para lograr la aglomeración de la partícula fina en torno a la más gruesasa fin de mejorar la permeabilidad del lecho durante la lixiviación. La mezcla así obtenidadescarga a una correa transportadora que la 1leva a la etapa de lixiviación.





2.3.- Etapa de Lixiviación en Pilas.

El mineral aglomerado es conducido por correas transportadoras hasta el frente decarguío donde mediante un equipo de apilamiento móvil es depositado generando así una pilacontinua a una altura promedio de 6 m.

El piso de las canchas de lixiviación es preparado mecánicamente e impermeabilizadocon una lámina de HDPE de 1 mm espesor para evitar la contaminación del suelo consoluciónácida. Sobre la membrana se instala un sistema de drenajes compuesto por cañeríascoarrugadas y material estéril, para protección de la carpeta. Antes de proceder al carguío delmaterial aglomerado se dispone otra red de cañerías colectoras de drenajes.

Al mineral apilado se le instala una red de goteros, previa una nivelación con bulldozer,utilizando para ello un dispensador de cañerías el cual permite la disposición simultánea degoteros superficiales y enterrados.

El ciclo de lixiviación dura 300 días y se efectúa con solución refino proveniente de laplanta de extracción por solventes, ajustada a 7,0 gr/1 de ácido y a una tasa de riegoaproximada a 0,14 l/min/m2.

La solución lixiviante migra a través del lecho produciendo la disolución férrica de lasespecies sulfuradas calcocina y covelina con la ayuda de bacterias, generando así una soluciónrica en cobre (aproximadamente 3 a 3,5 gr. de cobre/l) que será alimentada a la etapa deextracción por solventes.





2.4.- Etapa de Extracción por Solventes

La solución rica proveniente de lixiviación junto al cobre contiene impurezas y suconcentración de cobre es muy baja lo que hace necesaria su concentración y purificación parasu posterior electrodepositación.

Para ello se trata en extracción por solventes en donde se pone en contacto con unreactivo orgánico (Lix 984 diluido en Orfom SX12) el cual le extrae selectivamente el cobre yque en una etapa posterior lo devuelve a otra solución acuosa de alta concentración en cobre yácido, que proviene de electroobtención.

La planta propiamente tal consiste en 3 trenes que operan en paralelo, constituido cadauno de ellos por dos etapas de extracción y una reextracción. Cada tren es alimentado con 923m3 /h de solución rica.

El electrolito después de ser concentrado en Cobre (45gr/1) es enviado a la planta deelectroobtención, previo un tratamiento de filtrado para extraerle el orgánico arrastrado. Lasolución rica una vez extraído el cobre genera la solución refino que será bombeada a las pilasde lixiviación.

2.5.- Etapa de Electroobtención

El electrolito enriquecido en la planta de extracción por solventes es impulsado porbombas hasta la planta de electroobtención, allí ingresa primeramente a las 66 celdas scavengerexistentes, para integrarse posteriormente a la circulación interna del resto de la planta que estácompuesta por 198 celdas comerciales separadas en 3 bancos de 66 celdas cada uno. Cadacelda electrolítica está provista de 61 ánodos de Pb-Ca y 60 cátodos permanentes de aceroinoxidable.

Luego de aplicación de corriente eléctrica para un ciclo de 7 días los cátodos permanentes (tecnología de Mount Isa) con depósito de cobre, son retirados desde las celdaselectrolíticas y llevados hasta la máquina despegadora de cátodos, la cual le retira el cobre y loacondiciona para ser reintegrado a las celdas para iniciar un nuevo ciclo. Los cátodos de cobre

despegados pesan alrededor de 45 kg. cada uno y son agrupados en paquetes de 2.300 kg.aproximadamente para ser despachados a los diferentes mercados vía puerto de iquique. Laproducción anual de cátodos alcanza los 75.000 Ton.





Beneficio de minerales Sulfurados

Molienda Fina

La molienda se utiliza para lareducción fina de tamaño de partículas menores a 10 mm. Elequipo mas utilizado para este efecto es el molino rotatorio, que consiste en un tambor de aceroque gira y que contiene en su interior cuerpos de molienda. A consecuencia de ese giro loscuerpos moledores ascienden y caen aplicando solicitaciones a laspartículas de mineral, entrelas que destacan los esfuerzos de impacto y cizalle. Los cuerpos de molienda pueden ser barras,bolas, conos, guijarros o fragmentos de gran tamaño del mismo mineral que se está moliendo.Estos determinan su denominación; así se distinguen: molinos de barras, molinos de bolas,molinos semi-autógenos . El producto de esta molienda debe tener un tamaño de partícula bajo200 mallas, por lo cual para pasar a la etapa siguiente debe ser clasificado por medio de laseparación por tamaño.

Hidrociclones

El hidrociclon es un equipo usado en la industria minera para la separación por tamañode partículas menores que 200 micrones, su operación es relativamente fácil de controlar y deautomatizar. El producto de sobre tamaño es retornado nuevamente a los molinos y el bajotamaño continua al siguiente proceso.





Acondicionamiento

La flotación de minerales requiere de la utilización de reactivos de flotación otensioactivos, los cuales pueden ser colectores o espumantes, modificadores de PH ydepresantes. La exacta dosificación de estos reactivos se realiza en un estanque con agitaciónque homogeniza la solución y le otorga un tiempo de acondicionamiento para la fase siguiente.

Flotación

El proceso de flotación se basa en las propiedades superficiales de laspartículas mineralizadas, lo que da la posibilidad de que algunas partículas floten selectivamentedependiendo de su comportamiento en las distintas fases,sólido-liquido, sólido - aire, liquido-aire. El fenómenomás significativo de laflotación es la mojabilidad superficial de lossólidos,que se clasifican en dos tipos: sólidos hodrofóbicos (aerofí licos, que no se mojan), sólidoshidrofilitos (aerofobicos, que si se mojan).

Para la recuperación de minerales metálicos hidrofilicos como los sulfuros es necesariousar reactivos de flotación como colectores, espumantes y modificadores.Tecnológicamente la operación deflotación consiste en separar selectivamente las

partículas de mineral valiosos (Hidrofobicas), de laspartículas del mineral de ganga(hidrofilcias). La celda dispone de una agitación suficiente para mantener todas laspartículas sólidas en suspensión, inyección de aire y dispositivos de alimentación yevacuación deproductos:





El sulfuro forma un sistema partícula burbuja de menor densidad que el agua, luegosuben y flotan en la espuma donde son evacuadas para formar el concentrado. El mineral deganga de densidad mayor que el agua sedimenta en el fondo de la celda para formarla cola orelave.

Para obtener una alta recuperación conjuntamente con una alta ley de concentrado secombinan diferentes etapas de flotación para configurar circuitos de flotación: circuito primario(Rougher), circuito de limpieza (Cleaner) y circuito de barrido (Scavenger).

Espesamiento de pulpa

En esta operación se separa el concentrado, mediante el mecanismo de sedimentacióncontinua, que por medio del asentamiento por gravedad de las partículas sólidas suspendidas seseparan del medio líquido, para obtener una pulpa de mayor concentración de sólidos y un flujode agua clara.





Mantener los granos en agua 2 a 3 días para que absorban la cantidad que permita lagerminación a la temperatura conveniente de 16 a 18 grados celsius.

Se reparte la semilla mojada en capas de 50 a 60 cm. de espesor, a temperatura constante por 8a 10 días para fabricar bebidas alcohólicas o bien 15 a 20 días para las fábricas de cervezas.La cantidad de diastasa producida en la germinación es optima cuando las hojitas tienen medioa un tercio del grano, hay abundante producción de CO2, la semilla geminada (malta verde) esmuy húmeda y es necesario desecarla para evitar la acción de microorganismos, a temperaturassuperiores a los 50 grados celsius se destruye sensiblemente la actividad de la diastasa,(diastasa o amilasa es una enzima específica que se encuentra en la semilla de los cereales queal germinar produce la sacarificación del almidón para transfomarlos en azúcares) de 50 a 55grados C se usan para fabricar bebidas alcohólicas y de 80 a 100 grados C la cerveza.

2(C 6H10O5)n + nH2O ------------------- nC12H22O11

El malta o malte desecado pasa a una máquina, para limpiarlo y eliminar los gérmenes. Apartir de este punto este producto se trasforma en la materia prima para:

- Con 100 kilos de cebada se obtiene 85 kilos de malta para bebidas alcohólicas.

- Con 100 kilos de cebada se obtienen 90 kilos de malta para cerveza.

CERVEZA:

Se obtiene por fermentación de un mosto que se prepara con el malta molido, en mezclacon agua a temperatura conveniente agregando flores de lúpulo y haciendo hervir el conjunto

durante varia horas. Inicialmente cuando la temperatura está en 60 a 65 grados C, se produce lasacarificación del almidón contenido en el malta que se transforma en detrinas y maltosas. Conla temperatura de ebullición se disuelven en éllíquido los principios aromáticos y amargo delúpulo, que son las sustancias que le dan el sabor característica a la cerveza. El mosto enfriadoa la temperatura ordinaria se le agrega la levadura (sacharomyces cerevisice) en la proporciónde 150 a 300 gramos por litro de mosto, la cual inicia un proceso de fermentación del mosto enuna reacción exotérmica cuya temperatura debe ser controlada produciéndose gran cantidad deAnhídrido Carbónico y de alcohol, esta es una reacción bioquímica en la cual la levaduracatalítica el desdoblamiento de los azucares en alcohol y CO2. Terminada la primerafermentación se separa del fondo gran cantidad de levadura formatase y la cerveza joven setransfiere a toneles que se enfrían en bodegas a 0 grados C, en estas condiciones y la presenciade pequenas cantidades de levadura se produce lentamente la fermentación secundaria la cualdura 2 a 4 meses y el Anhídrido carbónico que se forma queda retenido en la cerveza madura.Al final se transvasa a barriles y botellas por medio de bombas especiales y dispositivos queevitan la pérdida de CO2.





PRODUCCIÓN DE BEBIDAS DESTILADAS:

La fermentación del malte para este tipo de bebidas es similar al de la cerveza pero encondiciones de mayor temperatura hasta los 30 grados C que se regulan por circulación de aguafría en un serpentín, esta fermentación fuerte dura 3 a 4 días hasta obtener el grado alcohólicodeseado, se agrega ácido sulfúrico para neutralizar la alcalinidad del líquido dejándolodébilmente ácido. La alta fermentación se favorece por la inversión de la sacarosa por acciónde la invertasa que es una enzima contenida en la levadura.

La separación del alcohol de los líquidos fermentados se obtiene sometiéndolos a ladestilación en aparatos de rectificación de columnas o bien en alambiques; el productodestilado es alcohol e impurezas que contiene disueltas constituidas por algunos ésteres yvarias sustancias orgánicas más volátiles que el alcohol etílico, mezclas de alcoholes superiorescomo el amílico y butílico y compuestos amínicos y agua. Los diferentes sabores de las bebidasdestiladas dependen de la naturaleza de los cereales usados para él malte y las mezclas de estoscomo por ejemplo alpiste y maíz para el Whisky, papa para el Vodka o directamente deazucares provenientes del jugo de uva para el Pisco y del jugo de la caña de azúcar para el Rony la Cachaca.

ACIDO CLORHÍDRICO

El ácido clorhídrico es una disolución acuosa decloruro de hidrógeno. El cloruro de hidrógeno (HCI) es en gas incoloro con un olor característico que hace toser, quecondensa a 73°C para dar un líquido incoloro y se solidifica a 112°C dando cristalesincoloros. Se disuelve ávidamente en agua con fuerte calentamiento. A 10°C, un litro de aguadisuelve 474 litros de cloruro de hidrógeno, y esta disolución se denomina ácido clorhídricoconcentrado.

La disolución saturada del cloruro de hidrógeno en agua contiene aproximadamente 40 % enpeso de HCI; es, por lo tanto, el ácido clorhídrico de mayor concentración posible y esfumante al aire. El ácido clorhídrico químicamente puro es una disolución incolora y clara de cloruro dehidrógeno en agua. En concentración superior al 30 % en peso <humea> al aire húmedo. Enrealidad, este <humo> es una niebla, pues consta de finísimas gotitas de líquido (cloruro dehidrógeno disuelto en agua). El ácido clorhídrico técnico impuro contiene impurezas como cloruros de hierro y de arsénicoy, a veces, sustancias orgánicas. Por esto, suele presentar una coloración amarilla más o menosintensa. Químicamente, el ácido clorhídrico es un ácido fuerte. Es capaz de disolver, condesprendimiento de hidrógeno gaseoso, a todos los metales menos nobles que el hidrógeno. Encambio, no disuelve a los más nobles que el hidrógeno, como cobre, plata, mercurio, oro y losmetales del platino. En mezcla con ácido nítrico (1 parte de ácido nítrico concentrado y 3 partes de ácidoclorhídrico concentrado) disuelve al oro y los metales del platino; se llama a esta mezcla <aguaregia>, por disolver al rey de los metales. El ácido clorhídrico actúa como veneno para los organismos vivos. Las plantas sufren gravesdaños en corto tiempo si se les expone a la acción del cloruro de hidrógeno gaseoso o de susdisoluciones. También los lugares





posibles de la piel de hombres y animales, por ejemplo, las mucosas son fuertemente atacadaspor el cloruro de hidrógeno.

Obtención y fabricación del ácido clorhídrico (Diagrama de flujo 1 1)

El ácido clorhídrico se obtiene en gran escala, es decir, es uno de los productos de la<industria química pesada>. La mayor parte de la producción de clorhídrico representarealmente su obtención como producto secundario. Hay numerosos procesos, en los que seliberan grandes cantidades de cloruro de hidrógeno, que se absorbe en agua y se emplea comotal disolución acuosa. Así, por ejemplo, se forma cloruro de hidrógeno gaseoso en lafabricación de sulfato sódico a partir de sal común y ácido sulfúrico concentrado, en hornos desulfato (1). Esta reacción se realiza en dos fases, en la primera de las cuales se trabaja atemperatura ordinaria y se obtiene sulfato ácido de sodio NaHSO4, y cloruro de hidrógeno. Enla segunda fase el sulfato ácido de sodio se calienta a 300° C con la cantidad equivalente decloruro sódico, formándose sulfato de sodio Na2SO4, y cloruro de hidrógeno:

1. fase: NaCl + H2SO4 --------- NaHSO 4 + HCI (temp. ord.)

2. fase: NaCl + NaHSO 4 --------- Na 2SO 4 + HCI (300° C)

En la Cloración de numerosos compuestos orgánicos se sustituyen por cloro átomos dehidrógeno, y los hidrógenos desplazados quedan ligados al cloro:

ej.: ácido monocloroacético CH3 * COOH + CI 2 ----- CH2CI * COOH + HCI

Clorobenceno C6H6 + CI2 ----- C6H5CI + HCI En algunos casos, estas cloraciones son exotérmicas y el proceso debe regularse por

refrigeración, mientras en otros son endotérmicas, y es preciso suministrar energía térmica. Con este fin, los reactores de cloración (2) tienen una doble pared que permite tanto calentar

como refrigerar.

La combustión cloro-hidrógeno.

Cloro e hidrógeno gaseoso forman una mezcla explosiva, lamezcla detonante de cloro quepuede hacerse detonar con violencia encendiéndola con una chispa o haciendo incidir la luz delsol. Sin embargo, si se conduce cloro gaseoso y un volumen igual de hidrógeno por unmechero y se e nciende en el punto de la mezcla, se forma con llama cloruro de hidrógeno:

CI2 + H 2 -------- 2 HCI





Tratamiento de las materias primas.

El cloro procedente de la electrólisis se refrigera primero (5) y se lava con agua en unlavador (6). El cloro húmedo se lava a contracorriente en (7) con ácido sulfúrico concentradopara secarlo (el ácido sulfúrico se refrigera (8) y puede utilizarse de nuevo como desecante).Finalmente, se le purifica de nuevo en filtros (9) y se le comprime mediante un compresor (10).

La purificación de hidrógeno después de refrigerarlo (11) se reduce a su desecación conácido sulfúrico concentrado (12). Un compresor (13) lo lleva a la presión necesaria.

Reacción.

La unión de cloro e hidrógeno para formar cloruro de hidrógeno transcurre con granviolencia (mezcla detonante de cloro) y fuerte desprendimiento de calor. La reacción puedeiniciarse por la acción de la luz. Debido al gran peligro de explosión que presentan las mezclasdetonantes de cloro, la unión de ambos gases la combustión de cloro en hidrógeno , debellevarse a cabo con observancia de precauciones especiales. Ha dado muy buen resultado elsoplete de cloro e hidrógeno (14), construido según el principio del soplete oxhídrico. Losgases se mezclan en el momento de salir del soplete, es decir, en el instante de la reacción. Elretroceso y la mezcla se impiden por la tela metálica que existe en el interior del soplete.Debido a la intensa corrosión de que son capaces el cloro y el cloruro de hidrógeno, lossopletes se construyen de cuarzo, y las paredes del horno de combustión se recubren conladrillos cerámicas. Los hornos de combustión modernos (15) constan de tubos de grafito y elcalor de reacción se elimina continuamente refrigerando con agua.

Condensación y concentración

El cloruro de hidrógeno gaseoso puro es un producto comercial sólo en circunstanciasaisladas. Cuando se necesita así, el gas se somete a refrigeración (16) y se le comprime (17) enbotellas de acero.

El empleo y manipulación de cloruro de hidrógeno en botellas de acero requiere grancuidado. Sobre todo es preciso asegurar que no podrán tener lugar retrocesos por los quepenetre en la botella ácido clorhídrico. Con mucho la cantidad mayor de ácido clorhídrico, tanto técnico como puro, se presenta en elcomercio en disolución acuosa. Como la absorción directa con agua va ligada a un fuertedesprendimiento de calor y como quiera que la solubilidad decrece con temperatura creciente,el cloruro de hidrógeno gaseoso se refrigera, junto con ácido clorhídrico diluido, en unrefrigerante de grafito (18) y se le condensa en el condensador de grafito (19), análogamentebajo refrigeración. El CIH gaseoso no condensado y no disuelto se lava en la torre deabsorción final (20) con agua fresca y se transforma en ácido clorhídrico diluido. En los gasesresiduales que se dejan salir a la atmósfera hay aproximadamente 1 % de CIH. El ácidoclorhídrico diluido se refrigera (21) y se utiliza como liquido de absorción para CIH gaseoso.

El ácido clorhídrico concentrado que sale del condensador se recoge en tanques dealmacenaje de arcilla, vidrio u otros materiales recubiertos de caucho.





La acción ácida del sulfúrico concentrado es pequeña; se le puede almacenar y transportar enrecipientes de fundición, pues el hierro no resulta atacado. Cuando se diluye con agua serefuerza la acción ácida y acero y fundición se atacan por debajo de 65°. El sulfúrico diluidoataca a todos los metales no nobles, con mayor o menor facilidad, formando sulfatos. De losmetales no nobles el plomo es especialmente resistente frente al ácido sulfúrico, pues resiste alsulfúrico de hasta 80 % a temperaturas de 90° C. Por esto, se puede emplear el plomo en lafabricación de sulfúrico por el método de cámaras y como material de construcción paratuberías de conducción de ácido sulfúrico diluido en frío.

La acción oxidante del ácido sulfúrico es pequeña. En caliente disuelve lentamente al cobre,reduciéndose a dióxido de azufre:

Cu + 2 H 2SO 4 ------- CuSO 4 + H 2SO 3 + H 2O

Aplicaciones

De entre sus muchas aplicaciones (el ácido sulfúrico es el ácido mas empleado en la técnica)mencionaremos aquí sólo algunas. Casi la mitad el ácido producido se emplea en lasindustrias de abonos (P. ej. para disgregar los fosfatos, preparación de sulfatos, etc.), aprox. un10 % en la industria orgánica, para preparar productos intermedios (p. ej. para sulfurar, comoácido de nitración, en mezcla con nítrico, etc.); otro 10-20 % va a la industria de la sedaartificial (p. ej. en baños de precipitación); el resto se distribuye entre muchas fabricaciones yotros empleos técnicos (p. ej. para limpiar, acidular acumuladores, como deshidratante, etc.).

Almacenaje y transporte

El ácido sulfúrico diluido sólo se puede almacenar transportar en vasijas de vidrio, arcilla oemplomadas; el ácido concentrado con más de 63 % de H2SO 4 puede ir en recipientes yvagones tanque de fundición o acero. Las conducciones de ácido en las instalaciones químicas

deben ser de estos mismos materiales. La fabricación de ácido sulfúrico parte de dióxido de azufre, que se obtiene por combustión deazufre o de sustancias que lo contienen. Entre éstas se encuentran sobre todo la pirita (FeS 2),blenda de cinc (ZnS), galena de plomo (PbS), calcopirita (CuFeS 2) y otros mineralessulfurados, a partir de los cuales se obtiene portostación (combustión en corriente de aire) eldióxido de azufre:

4 Fe S2 + 11 02 ----------- 2 Fe 2O3 + 8 SO2

También se forma dióxido de azufre en la combustión de azufre elemental. El calor decombustión que se libera en la combustión de azufre o de minerales sulfurados. lleva a unatemperatura tan alta que no se forma nada de SO3 pues este compuesto a temperatura elevadaestá completamente disociado en SO2 oxígeno. Por lo tanto, es preciso partir de dióxido deazufre y oxidar éste de modo que la temperatura de reacción se mantenga por debajo de latemperatura de disolución. Véase en el dibujo una descripción más detallada de la fabricaciónde SO 2..

Método de contacto





En este método, el dióxido de azufre se oxida directamente con oxigeno de aire, en uncatalizador (vanadato de potasio sobre dióxido de silicio como portador) y con desprendimientode calor:

2 SO2 + O2 -------- 2 SO3 + 45,2 kcal

La reacción es reversible, ya que el SO3 (trióxido de azufre) descompone de nuevo porencima de 600°C. La temperatura mínima de bajo del catalizador y, por lo tanto, la que hayque emplear por lo menos es de 400°C. En la práctica se opera a temperaturas de entre 400 y 550°C.

De todos los métodos de producción de ácido sulfúrico, el método de contacto es con muchoel de mayor importancia . Por ello, lo trataremos más a fondo, incluida la tostación (Df . 12).

El dióxido de azufre

En los países que disponen de azufre se utiliza el elemento mismo para la fabricación dedióxido de azufre, quemándolo en hornos rotatorios con abundante entrada de aire. Este es elcaso de USA, donde la fabricación de ácido sulfúrico se funda desde hace tiempo en más del 80% en la combustión de azufre. Donde no se dispone de azufre, se hace uso de la tostación deminerales sulfurados, en la que se obtiene gran cantidad de SO2. Principalmente, se empleapirita (FeS2) como materia prima.

El proceso de tostación se lleva a cabo en diferentes tipos de horno. Es exotérmico, es decir,tiene lugar con desprendimiento de calor, por lo que cuando se ha encendido una carga en elhorno la combustión continúa mientras se sigue añadiendo materia prima.

Está muy extendido el empleo de hornos de tubo giratorios, en los que la pirita se carga porel extremo superior, mientras que por el extremo inferior se introduce aire en exceso.

En lugar de hornos rotatorios se emplean también hornos de pisos que consisten en una

cámara recubierto de material refractario en la que hay platos concéntricos uno sobre otro y conorificios de caída. Sobre cada plato gira un rastrillo que conduce el material al agujero decaída. La zona de combustión se encuentra entre el primer y el segundo tercio inferior. Allí sequema el sulfuro, por debajo entre la corriente de aire. La parte superior del horno sirve paraprecalentar la pirita hasta la temperatura de combustión y la parte inferior sirve para elenfriamiento de las <cenizas>.

Método de tostación en lecho fluido

En una vasija cilíndrica de acero, revestida de material refractario, se pone el material atostar sobre una parrilla de malla muy fina y en cuanto se enciende la pirita se sopla desdeabajo una fuerte corriente de aire que, de una parte, mantiene la combustión y, de otra, levantalos finos granos de pirita y los mantiene flotando. De esta manera, la pirita queda rodeada deaire por todas las partes y se quema rápida y completamente.

Purificación del gas





En todos los métodos de fabricación de ácido sulfúrico es preciso purificar el dióxido deazufre bruto. Una purificación grosera tiene lugar en cámaras de polvo, en la que lacorrientede gas se frena súbitamente y las partículas de polvo se depositan. Mejor desempolvado seconsigue con ciclones, pues posibilitan la eliminación del 80 % del polvo frente a sólo el 50%en las cámaras de polvos.

El mejor y más completo desempolva do se consigue con el método electrostático. En los métodos de cámaras de plomo y de torres, el desempolvado tiene principalmente porobjeto la eliminación de impurezas para que no se incorporen al ácido sulfúrico, por lo que essuficiente una purificación relativamente simple de los gases.

En el método de contacto, las impurezas, especialmente el arsénico, actúan como venenos delcatalizador y, por ello, se requiere una purificación especialmente fina. El gas se purificaprimeramente en un electrofiltro y luego se purifica y enfría en dos torres en las que se inyectaácido sulfúrico pulverizado. A continuación se elimina el arsénico en otro electrofiltro yfinalmente se seca el gas pasándolo por otra torre rociada con ácido sulfúrico de altaconcentración (El proceso de purificación se representa en Df. 12, en forma simplificada).

Oxidación

La oxidación tiene lugar en el horno de contacto. Como ya se ha dicho, se emplea comocontacto vanadato de potasio sobre dióxido de silicio como portador. Los hornos de contactose construyen de diversos modos. Existenhornos de contacto tubulares , en los que elcatalizador se carga en tubos que se disponen concéntricamente en el espacio disponible. Elgas de tostación sube lamiendo primero la pared exterior de los tubos, y una vez calentado detal modo penetra en el interior de los tubos y se pone en presencia del contacto. Otros hornostienen parrillas dispuestas en pisos, sobre las que se coloca el catalizador. Tiene gran importancia para la oxidación el control térmico del horno, lo que requiere lapresencia de cambiadores de calor adecuados. La temperatura de reacción no debe ser inferior

a 400°C ni superior a 600°C. En general, una instalación dispone de tres hornos de contacto (enDf. 12 sólo se han dibujado dos, 5 y 6), cada uno de los cuales tiene conectado en cabeza uncambiador de calor (7 y 8), en el que se precalienta el gas de tostación purificado. El procesotranscurre a 430-500° C, así que se obtiene un rendimiento de casi el 100 %. En el primerhorno se mantiene una temperatura de 450°C en el segundo de 500° C y en el tercero de 450°C.

Absorción

El gas de reacción que contiene ahora el trióxido de azufre se lleva a las columnas de absorción(9-12). Aunque el SO3 es el anhídrido del ácido sulfúrico, no se le puede hacer reaccionar conagua, pues ésta no lo moja. Por el contrario, se puede absorber muy bien en ácido sulfúricoconcentrado, En el que se disuelve fácilmente con formación de óleum, con mayor o menorcontenido en SO3.

Mezclado y destilación





que se reduce con coque, formándose primero CaS que en una segunda fase reacciona conmás sulfato de calcio, con formación de CaO y SO2.

2 CaSO 4 + 2 C------------- 2 CaO+ 2 SO 2+ 2 CO





La reacción tiene lugar a elevada temperatura en un horno rotatorio largo. Con adición dearcilla (aluminosilicatos), oxido de hierro y cuarcita (SiO2), con objeto de ligar el CaOliberado en la reacción con formación de cemento. El proceso resalta de interés económicomerced a este acoplamiento o con la fabricación de cemento y se emplea en países quenecesitan ácido sulfúrico pero no disponen de azufre o minerales sulfurados. El SO2 que se desprende se emplea para lafabricación de ácido sulfúrico.

Ácido sulfúrico del comercio

Se distingue entre ácido sulfúrico impuro, ácido técnicamente puro y ácido químicamentepuro. La concentración de los productos comerciales se expresa en tanto por ciento de H2SO 4o de SO 3 o se da la densidad o los grados Beaumé. En la industria química y en la técnica en general se utilizan las siguientes concentraciones deácido sulfúrico:

Ácido sulfúrico diluido aprox. 16% de H2SO4Ácido sulfúrico normal 49 gr. H2S04Ácido de cámara (50-55° Bé) 63-71 % H2SO4Ácido de Glover (60° Bé) 78 % H2SO 4Ácido de contacto (65-66° Bé) 92-96 % H2SO4monohidrato 98-100 % H2SO 4

óleum (dando él % de SO3) 100 % H2SO4 + SO3

Historia

Ya en el siglo XIII se obtenía ácido sulfúrico (ácido vitriólico), por destilación de alumbre

(vitriolo). En el siglo XIII se producía en las farmacias por combustión de azufre en vasijashúmedas y con adición de nitro. Partiendo de estos ensayos se desarrolló el método de cámaras, que se introdujo en Inglaterraen 1736 (en Alemania, en 1815) y que puede considerarse el primer método químico en granescala. En el transcurso del tiempo ha sufrido modificaciones y mejoras, pero conservandohasta hoy sus características fundamentales. Todavía hoy sé obtiene el 30 % del ácido por elmétodo de cámaras o por su modificación posterior, el de torres. Sin embargo, ya desde haceaños, no se monta ninguna nueva instalación de cámaras, pues el método de contacto(descubierto por Philipps hacia la mitad del siglo XIX e introducido en la práctica por Winklery Knietsch hacia final de siglo) es más rentable y domina hoy en el mundo. En 1910 trabajaban con el método de contacto el 20 % de las fábricas de sulfúrico; en 1939, el27 % (en Alemania el 47 %); en 1950, el 68 % (en USA., el 75 %).

YESO Y CEMENTO





Se denominan materiales de construcción todos los productos naturales o artificiales quesirven para levantar, asegurar o terminar obras, partes de obras, muros, puentes, carreteras, etc. Pertenecen a este grupo las rocas, como calizas, mármol, granito, areniscas, séencuentranen grandes cantidades y, además, yeso, asfalto, barro y arena.

Las rocas duras y resistentes a los agentes atmosféricos pueden emplearse inmediatamentecomo piedras de construcción, una vez que se les ha dado forma adecuada. El asfalto es unamezcla de naturaleza orgánica, muy rica en carbono, que se emplea preferentemente enconstrucción de carreteras, producción de techos impermeabilizados y para excluir la humedaddel suelo de edificaciones bajas. El barro es un aluminosilicato con óxido de hierro comoimpureza. Con agua, se le puede moldear a una masa plástica, que mantiene su forma una vezseca y alcanza relativa solidez. Se fabrican con él ladrillos, tejas, etc. que deben calcinarse enhornos anulares, después de secar, dándoles así una mayor y duradera solidez mecánica y frentea los agentes atmosféricos. Los pueblos primitivos en climas secos construyen sus chozastodavía hoy, mezclando barro con paja, pelos de animales, tallos de plantas, etc. En climascálidos y secos el barro obtiene de estemodo suficiente solidez.

Aglomerantes

Los materiales de construcción que dan con agua una masa fácilmente moldeable, que seendurece después de algún tiempo, se llaman <aglomerantes>. Pertenecen a este grupo losyesos y los morteros.

El yeso CaSO4 * 2 H2O no es un aglomerante. Si se le calienta a 160° C se transforma en elllamado «hemihidrato>: CaSO4 * 1/2 H2O, que forma con agua una masa moldeable quedespués de algún tiempo y con absorción de agua vuelve a formar el dihidrato(desprendimiento de calor) que, más difícilmente soluble en agua que el hemihidrato, se separaen forma de cristales entrelazados, conservando la forma que se había dado a la masa. Se

pueden rellenar huecos, hacer moldes de yeso, realizar estucados, etc. Se le llama yeso deestuco.

Si se calienta el yeso a más de 200° C se le deshidrata totalmente y se transforma en<anhidrita> exento de agua y difícilmente soluble. El yeso queda <calcinado a muerte> y no esutilizable como aglomerante.

Yeso de cubrición

Si se calienta yeso a 900° C, además del agua se desprende SO3 y se forma CaO: CaSO4 -------------- CaO + SO3. Este yeso que contiene CaSO4 + CaO, en estado finamente molidoabsorbe agua lentamente y fragua formando una masa muy resistente, a través de la nuevaformación de hidrato y de CaCO3 a partir de CaO y dióxido de carbono. Por esto, se le empleapara recubrir pavimentos y muros y como adición para morteros de cal.

Morteros aéreos





La palabra <mortero> procede de la latina <mortarium>. Para los morteros aéreos seemplea cal viva CaO, que se obtiene por calcinación de la caliza a 1.100° C:

CaCO 3 ------------------- CaO + CO 2

La caliza pura, de alta calidad, da una cal viva de más de 90 % de CaO que se designa porcal blanca. Para la producción de cal se emplea también dolomita CaCO3 * MgCO3obteniéndose al calcinar una mezcla de CaO y MgO que se denomina cal gris.

La cal viva reacciona con agua, con fuerte desprendimiento de calor y formación dehidróxido de calcio

CaO + H2O --------------- Ca(OH) 2

Este proceso se denomina en la práctica <apagado de la cal>. El hidróxido cálcico se puedeamasar con agua para dar una masa que absorbe dióxido de carbono del aire y vuelve a formarcarbonato de calcio, transformándose en un bloque duro:

Ca(OH) 2 + CO 2 -------------- CaCO 3 + H2O

Esta reacción se llama <fraguado>. Como quiera que este proceso sólo puede tener lugar alaire y no bajo agua, este mortero de cal se designa como <mortero aéreo> y se le emplea paraligar piedras de construcción. Con este fin, el hidro dróxido de calcio se mezcla con arena en larelación 1 parte de tal a 3 partes de arena, La arena sirve para diluir la cal y hacerla máspermeable al aire, con el fraguado tenga lugar más rápidamente. Además, se formancombinaciones entre el Ca(OH)2 y el SiO2 de la arena.

Morteros hidráulicos A diferencia de los morteros aéreos, los hidráulicos fraguan tanto al aire como en el agua. Se fabrican por calcinación a 1400° C a partir de calizasy arcillas (aluminosilicatos), formándosesilicato cálcico, aluminato cálcico, ferrito cálcico (según sea el contenido en hierro) y cal libreEl contenido en Mg0 no debe ser superior al 5 % en el cemento Portland, por el peligro de la<expansión de la magnesia>. El proceso del endurecimiento en los morteros hidráulicos sefunda en una serie de transformaciones coloidequímicas entre las sustancias contenidas en elcemento y el agua de amasado. Esta es absorbida por los silicatosy aluminatos y(análogamente a lo que sucede en la cola) se forman coloides muy resistentes a la temperatura através de combinaciones entre los componentes. El cemento se mezcla también con arena parapreparar el mortero. Si la adición de arena tiene un tamaño de grano de hasta 7 mm se habla demorteros, mientras que si se utiliza grava (hasta 60 mm) se denomina hormigón.

Para formar el hormigón se puede emplear también trass, una caliza ligera y porosa quecontiene 30-40 % de un ácido silícico fácilmente soluble. La mezcla de trass y de cemento seendurece fácilmente bajo el agua. La fabricación, composición y empleo de cales deconstrucción, cementos, morteros y hormigones están reguladas por numerosas normas y leyesde construcción. Métodos de fabricación de Cementos (Diagrama de flujo 21)





Las materias primas, arcilla y caliza, se trituran primero por separado (1), se secan (2) y semuelen a polvo fino (3). Después, se llevan en las cantidades previamente calculadas a un silo(4) con dispositivo de mezclado en el que se consigue una mezcla íntima y homogénea.

Desde este silo, la mezcla llega a un depósito (5) con que se alimenta continuamente elhorno rotatorio (7). Previamente, la mezcla pasa por una cámara de tostación (6) acontracorriente con los gases calientes (unos 1.000° C) procedentes del horno, con lo que elpolvo se transforma en granos. Estos penetran en el horno rotatorio donde, debido a la ligerainclinación, van avanzando lentamente en dirección a la llama del quemador de polvo decarbón (8)-(12), en cuyo final llegan a sintetizar formando el <clinker>.

El <clinker> verde oscuro se refrigera en un segundo tambor (13) y se muele despuésprimero en trituradores y después en molinos (14) hasta polvo fino. Antes de la molienda finase le adiciona un 2 a 3 % de yeso (15) para aumentar el poder de aglutinación.

El cemento así obtenido se envasa en sacos especiales o se transporta en silos sobrecamiones o vagones.

Propiedades

Los cementos son los morteros hidráulicos más importantes. Son mezclas de rocas calizas yarcillosas, que se calcinan hasta sinterización (1.400 -1.500° C) y se muelen después. Entrelas muchas clases de cemento el más importante es el Portland, cuya composición ha sido fijadaoficialmente: 58-66 % CaO; 0,5 % MgO; 18-25 % SiO2; 4-12 % AI2O3; 2-5 % Fe2O3; 0,5-2,5% SO3; 0-0,3 % MnO; 0-0,2 % óxidos de alcalinos; 0,5-5 % pérdida al fuego.

Las propiedades del cemento quedan determinadas por las materias primas y el proceso defabricación y dependen:

1. De la finura de las materias primas molidas. 2. Del exacto mantenimiento de una determinada relación de mezcla. 3. De la temperatura y de la duración de calcinación.

4. De la forma de refrigerar el producto.

Es raro poder disponer de margas naturales con 76-78 % CaCO3 (correspondiente al contenidonecesario en Ca0 de 58-66 %) como tampoco de los restantes componentes en la relacióncorrecta para poder fabricar a partir de ellos un cemento natural. La mayor parte de las veceses preciso la adición de arcilla a la roca caliza o de cal a la roca arcillosa para obtener larelación deseada. En la roca arcillosa el <módulo de silicato>, es decir, la relación

% SiO2__________ % Al 2O3 + % Fe 2O3

debe oscilar entré 2 y 2,5 y en la mezcla para producir el cemento, el <módulo hidráulico>, es decir, la relación

% CaO





% SiO2 + % AI2O3 + % Fe 2O3

debe ser de entre 1,8 y 2,2. Al calcinar, tienen lugar los siguientes procesos:

1. La caliza se transforma en CaO. 2. Hasta 500° C la arcilla desprende agua (incluida agua químicamente ligada) y despuésreacciona como lo haría una mezcla de óxidos (SiO2+ AI2O3 + Fe 2O3). 3. Una parte del CaO se une con el Al2O3 para dar AI2O3 * OCa. Otra parte del CaO se unecon el SiO2 para dar SiO2 * OCa. 4. A partir de AI2O3 * OCa y con más CaO se forma Al2O3 * 3 OCa. A partir de SiO2 - OCase forma con más CaO, SiO 2 - 3 OCa. 5. Estos compuestos tricálcicos se sintetizan a 1.4001.500° C.

Por consiguiente, el cemento consta principalmente de mezclas de diferentes combinacionestricálcicas.





El endurecimiento del cemento depende decisivamente del agua añadida, que liga mutuamentelos silicatos, aluminatos y ferritos con el ácido silícico de la arena, al formar coloideshidratados muy firmes. El agua no está meramente adherida, sino que es un componente activoque liga el bloque entero y sólo se le puede expulsar a temperaturas muy elevadas. En tal caso,el bloque pierde su solidez, como sucede en los incendios importantes en construccionesdehormigón armado.





Aplicaciones del cemento

El cemento se utiliza exclusivamente para la construcción. Como hormigón se utiliza comohormigón moldeado o como hormigón prensado. Si se incluyen en él varillas o enrejado dehierro se habla de hormigón arm ado.

Con hormigón que tiene inclusiones de hierro se fabrican elementos de construcciónterminados, por ejemplo, postes, mástiles, barras, vigas, peldaños de escalera, tinas, tubos, etc.Las piezas prefabricadas con mortero de cemento (cemento + arena) se denominan géneros demortero de cementoy entre ellos se encuentran, por ejemplo, los ladrillos para murosy tapaspara tejados, a los que se da forma de igual modo que a los ladrillos normales, pero sinsometerlos a calcinación. Pueden colorearse a voluntad. También pueden fabricarse con estematerial losas para tumbasy planchas de adorno para la construcción.

El Terrazzo se fabrica con granitos de piedra de distintos tamaños Y colores que se ponen enun lecho de cemento y se pulen después del endurecimiento.

Las chapas de Eternita se producen con cementoy asbesto u otro material fibroso. Lomismo que otras mezclas del cemento con aditivos de bajo peso específico dan lugar alcemento ligero.

El cemento Portland blanco se utiliza, por ejemplo, con fines artísticos. Es un cementoPortland con un máximo de 0,5 % de óxido de hierro.

El cemento Portland ferroso es un cemento mixto que debe contener un mínimo de 70 % decemento Portlandy un máximo de 30 % de escorias de alto horno; sus propiedades sonsemejantes a las del cemento Portland. Existe también un cemento de alto horno que contienede 31 a 85 % de escorias (y el resto cemento Portland) y que tiene también una buena solidez.

El cemento Trass es también un cemento mixto (30-40 % de Trass, el resto cementoPortland) que ha dado buenos resultados sobre todo en construcciones hidráulicas.

El cemento aluminoso tiene una composición distinta de la del cemento Portland, sobre todopor su elevado contenido en alúmina (42 % Al2O3; 37 %, CaO; 15 % Fe2O3; 6 % SiO2). Estoscomponentes deben de ser calentados por encima del punto de sinterización hasta lograr sufusión (cemento fundidos. Sus ventajas residen en la gran estabilidad frente a disolucionesagresivas y en el rápido endurecimiento. El cemento aluminoso se utiliza también comoaglutinante para ladrillos refractarios.

El cemento Sorel no es propiamente un cemento sino- una mezcla de magnesia calcinada y pulverizada con disoluciones de cloruro de magnesio. Con mezclas de cemento Sorel y serrínse fabrica <piedra de madera> y mármol artificial.

Historia

Ya en la antigüedad se utilizaron el barro, el yeso y la cal como morteros aéreos. En Roma,se conocían morteros hidráulicos hacia el año 50 antes de Cristo, pero su preparación cayó de nuevoen el olvido. El inglés PARKER descubrió en el año 1796 que para el fraguado bajoagua se requiere la presencia de componentes arcillosos. La primera mezcla artificial fabricada





por él recibió el nombre de <cemento romano> en recuerdo de los morteros hidráulicosfabricados por los romanos. En 1842, el albañil inglés Aspdin fabricó ladrillos por calcinaciónde productos naturales y denominó a sus mezclas <cementos Portland> porque los ladrillosfabricados con ellas recordaban en su color y solidez a los ladrillos dePortland, muy afamadosen Inglaterra. Las temperaturas de calcinación utilizadas por Aspdin eran todavía inferiores alímite de sinterización. Dos años más tarde, Johnson elevó la temperatura hasta lograr lasinterización y, por lo tanto, el año 1844 es realmente el primero en que se produjo cemento enel sentido actual. La primera fábrica de cemento se instaló en Alemania el año 1869 y fueseguida rápidamente por un elevado número de nuevas instalaciones.

HIERRO Y ACERO

Hierro puro

El hierro químicamente puro es un metal blanco de plata (densidad 7,86 gr/cm3; punto defusión 1.535° C; punto de ebullición 3.233° C), que fue obtenido por primera vez en 1938. Lacalidad técnica más pura obtenida hasta esta fecha era el hierro <Armco> con 99,85-99,9 % dehierro. Por lo que se refiere, a su resistencia a la corrosión tiene doble duración que el acerocorriente, pero es muy caro.

Hierro técnico

El metal que se designa como hierro en la técnica y en la vida corriente contiene además delhierro una serie de combinaciones de hierro y otros componentes extraños. El hierro se presenta en cuatro modificaciones, estables, dentro de límites de temperaturasdeterminados, que tienen diferentes estructuras cristalinas y también diferentes propiedades:

hasta 770° C hierro alfa770 - 900° C hierro beta900 -1400° C hierro gamma 1400 -1435° C hierro delta

Durante el proceso metalúrgico, el hierro-delta se transforma durante el lento enfriamiento, enhierro-gamma, después en hierro-beta y finalmente en hierro-alfa, pero por enfriamiento brusco(congelación) se puede impedir, siquiera parcialmente, la transformación. El comportamiento del hierro resulta en la práctica mas complicado porque formacombinaciones con el carbono presente y, tanto con éstas como con las otras impurezas delmineral, por ejemplo, silicio, manganeso, azufre y fósforo, se forman mezclas que puedenreconocerse microscópicamente por su forma cristalina en el hierro una vez frío. Solamenteentre hierro y carbono pueden formarse los siguientes cristales, que se distinguen porpropiedades diferentes:





1. Ferrita = Hierro-alfa puro 2. Grafito = Carbono puro 3. Cementita = Combinación hierro-carbono (Fe, C con 6,68 % C) 4. Austenita = Disolución de cementita en hierro-gamma con 0,1- 1,7 % C5. Martensita = Disolución de cementita en hierro-alfa con 0,1-0,8 % C

(producto de transformación de la austenita por enfriamiento rápido). 6. Ledeburita = Mezcla eutéctica de cementita y austenita7. Perlita = Mezcla eutectica de cementita y ferrita.

Hierro y acero

El hierro bruto obtenido en el horno alto contiene de 2 a 5 % de carbono, lo que condiciona eldescenso del punto de fusión hasta 1.100-1.200° C. Contiene además Si, Mn, P y S encantidades variables.En el hierro bruto gris, el carbono se ha separado como grafito y de aquí el color <gris>.Además de carbono contiene todavía aproximadamente 2,5 % Sí y poco Mn. Es muy frágil yduro, pero se puede taladrar. Su fundido es poco viscoso y, por lo tanto, muy adecuado paracolar, (empleo para la fabricación de hierro colado). El hierro bruto blanco se forma a partir de minerales, más ricos en manganeso y más pobres ensilicio. En él, el carbono se ha separado en forma de cementita (Fe3C). Tiene propiedadesanálogas a la fundición gris, pero debido a su elevado contenido en manganeso no se utilizapara la producción de hierro colado sino para la fabricación de acero.

El acero se obtiene a partir del hierro bruto cuando se rebaja su contenido en carbono a menosde 1,7 %. Cuando contiene solamente 0,1-0,5 % de carbono no funde bruscamente al alcanzaruna determinada temperatura sino que ya bastante por debajo del punto de fusión se torna

blando y forjable (hierro forjado). El acero con más de 0,5 y menos de 1,7 % de C se puede<templar> por enfriamiento brusco.

Antiguamente se distinguía entre:

Fundición (hierro con más de 1,7 % deC). Hierro forjado (hierro con un contenido en carbono entre 0,1 y 0,5 Acero (hierro forjado templable con contenido en C entre 0,5 y 1,7

En la actualidad se diferencia solamente entre hierro=hierro colado con más de 1,7 % de C yacero=hierro con contenido en C por debajo de 1,7 %.

Procesos durante el temple y el recocido

Cuando un hierro con menos de 1,7 % de C solidifica lentamente, hasta 770° C se separanprincipalmente cristales de austenita, que se transforman en cristales de ferrita y de perlita sicontinúa el enfriamiento. El acero producido de esta manera es tenaz, fácilmente forjable, peropoco duro.





Para endurecerlo, se le calienta de nuevo a 770° C con lo que los cristales de ferrita y perlita setransforman otra vez en austenita. Si se enfría este acero rápidamente por inmersión en agua oen aceite, es decir, si se le congela, los cristales de austenita se transforman en cristales muyduros de martensita. El acero templado de esta forma es duro y tenaz, aunque bastante frágil. Si se le quiere quitar la fragilidad es preciso recocerlo., es decir, calentarlo de nuevo unatemperatura determinada -por debajo de la de fusión-. Según la temperatura de recocido, unaproporción mayor o menor de la martensita dura se transforma en perlita moldeable, por lo queel acero llega a ser más o menos elástico. El subsiguiente enfriamiento debe de tener lugarlentamente. El acero recocido constituye por sus propiedades un compromiso entre dureza, elasticidad ytenacidad. El templado, y el recocido,, del acero son tratamientos posteriores se ejecutan cobre las piezasya terminadas, pues las propiedades de éstas se eligen de acuerdo con el fin que se les destina.

Cuando más alta es la temperatura de recocido -se puede reconocer ésta por él <color derecocido>que toma la superficie del acero al ser calentada- tanto más blando llega a ser elacero. Así, por ejemplo, los cuchillos deben de conservar bastante dureza, por lo que se les calientasolamente hasta <amarillo>; las herramientas, que deben ser algo más elásticas, se calientanhasta <rojo pardo>, las cuchillas de afeitar que han de ser muy blandas y elásticas se calientanhasta <azul oscuro>. Las propiedades del hierro técnico se modifican, no solamente por su contenido en carbonosino también por la adición de formadores de aleaciones. Además de las adiciones nodeliberadas como Si, Mn, P y S, que proceden del mineral utilizado, las propiedades delproducto final se pueden modificar mediante adición deliberada de diferentes metales pesadoscomo Cr, Ni, Co, W, MO, y V con objeto de hacer el material más, adecuado para las distintasaplicaciones. El Cr, W y Mn aumentan la dureza, Ni y V elevan la resistencia y la tenacidad, yNi y Cr aumentan la flexibilidad y la resistencia a la corrosión.

Los aceros aleados, llamados frecuentemente <aceros nobles> o <aceros especiales>, sedesignan con los nombres del más importante de los metales adicionados, por ejemplo, acerosal manganeso, aceros cromo-níquel, etc, o con nombres de fantasía, como, por ejemplo, aceroV2A o Nirostá.

Propiedades químicas del hierro técnico

El hierro es un metal no noble, es decir, un metal que se combina fácilmente con otroselementos. Sobre todo se oxida con facilidad y el polvo de hierro muy finamente dividido escapaz incluso de encenderse al aire. Si se calienta polvo de hierro o lana de acero, el hierro sequema:

3 Fe + 2 O2 -------------- Fe 3O4 (óxido ferroso férrico)

Por calcinación al aire de un bloque de hierro se forma en la superficie este mismo óxido, quese desprende cuando se trabaja el bloque. Análogamente, cuando se hace pasar vapor de aguapor hierro al rojo:

3 Fe + 4 H2O ------------- Fe 3O4 + 4 H 2





Al aire húmedo, el hierro se oxida a temperatura ambiente y, según las condiciones, comoproductos primarios de la oxidación se forman:

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O -------------- 4 Fe(OH) 3

Finalmente, por desprendimiento de agua se forma óxido de hierro Fe2O3 :

4 Fe(OH) 3------------- 4 FeO(OH) + 4 H 2O ---------- 2 Fe 2O3 + 2 H2O

Mientras que la capa superficial de óxido constituye un recubrimiento protector en el caso demuchos otros metales, la capa de óxidos aumenta la sensibilidad del hierro porque no escoherente, por lo que la herrumbre sigue comiéndose al hierro. También con otros elementos se combina el hierro fácilmente: así la lana de acero calentada alrojo se quema en corriente de cloro, con formación de FeCI3 ; el polvo de hierro e combina conazufre después de haber calentado la mezcla a una cierta temperatura, con desprendimiento dellama y formac ión de sulfuro de hierro (FeS), etc. Algunas clases de hierro que debido a las impurezas son atacadas por el aire, con especialfacilidad pueden autoencenderse y quemarse al aire con llama azul pálida, por ejemplo, si estánen forma de torneaduras que, aun amontonadas, dejan penetrar el aire y la humedad. El ácido clorhídrico ataca fácilmente al hierro y lo disuelve con formación de cloruro de hierro(II).

Fe + 2 HCI ----------- FeCI 2 + H2

También el ácido sulfúrico diluido y otros ácidos disuelven el hierro:

Fe + H2SO 4 ------------- FeSO 4 + H 2

Las sales de hierro divalente en disolución acuosa neutra son atacadas rápidamente por el aire yoxidadas a hierro trivalente que forma sal básica que precipita. Por el contrario, frente a los ácidos sulfúrico y nítrico concentrados el hierro es pasivo, por loque aquellos pueden ser almacenados y transportados en vasijas de hierro.

Estado natural

El hierro es probablemente el elemento más abundante de nuestra Tierra. Ciertamente, el contenido en hierro en la corteza terrestre (16 Km.) es solamente de 4,7 %, perose acepta que el núcleo de la Tierra consta, fundamentalmente de hierro, porque también otrosastros contienen mucho hierro (se han encontrado meteoritos con un contenido en hierrosuperior al 90 %). En la Naturaleza, el hierro se presenta raras veces en estado nativo (sólo en los meteoritos)debido a su carácter no noble. En forma de combinaciones -las más de las veces como óxidoshidratados o anhidros, más raramente como carbonato y sulfuro-, el hierro está muy extendido. Apenas existe una roca o un mineral que no contenga hierro, y su presencia se, hace notar portina coloración amarilla o roja, por ejemplo, en las calizas, arenas, arcillas, margas, barro, etc.En cualquier lugar donde crezcan plantas debe de existir hierro en el suelo, pues es necesariopara la formación de la clorofila verde.





Cuando el contenido en hierro es superior al 20 %, se habla de minerales de hierro. Las impurezas -que se denominan <Ganga>- pueden ser muy diferentes y su conocimiento esimportante para los tratamientos. Cuando los minerales contienen mucha sílice (SiO2) se les denomina ácidos, y si contienenmucha cal (CaO) minerales básicos.

Los minerales de hierro más importantes

Nombre Hierro Espato dedel Mineral Magnetita Ematita de praderas hierro o siderita Pirita

Contenido 50......70% 35......60% 25.......50% 30........40% 45%

Combinaciónde Hierro Fe3O4 Fe2O3 Fe 2O3 * n H2O FeCO 3 FeS2

Color y Brillo Brillante Rojo Pardo mate Marron AmarilloNegro Mate o brill. Cristalino brillante

Principales Yacimientos en Suecia Inglaterra Alemania Alemania PoloniaEuropa U.R.S.S. España Francia Austria España

Alemaniadel Este

Método del horno alto (Diagrama de flujo 14)

La obtención de hierro y acero se realiza hoy principalmente por el método del horno alto,

obteniéndose como producto intermedio arrabio, es decir, hierro bruto. Preparación de la materia prima. Los minerales de hierro se trituran, clasifican, se mezclancon otros minerales y la parte pulverulenta se sinteriza. Cuando es posible, mediante magnetos,lavados o tostación se lleva a cabo una separación grosera de la ganga, para conseguir unenriquecimiento. El coque no requiere tratamiento pues se suministra directamente del tamaño deseado (80%-120 mm) y con las propiedades necesarias (denso, duro, difícilmente, combustible, con 85 % C;3,5-4,5 % de agua; 9,8 a 10,2 % de cenizas; 0,9 -1,2 % de azufre; 1-3 % de volátiles).





oxidándose a CO2, y siendo reducido rápidamente por el coque incandescente.Simultáneamente, el gas ascendente precalienta la carga de las capas superiores. En la zona detemperaturas de 500 - 400° C cesa la acción reductora del CO y actúa solo como transportadorde calor, hasta que sale del horno por la tubería del tragante. En él vientre a 900° C, tiene lugar la carburación del hierro reducido pero todavía no fundido. Con ello aumenta el volumen del hierro, lo que justifica la forma del horno. En esta zona detemperaturas, el CO se descompone en carbono y dióxido de carbono: 2 CO------- C + CO2y el C formado y también carbono del coque es absorbido por el hierro con aumento devolumen reduciendose simultáneamente el punto de fusión del hierro de 1.528° C1.100° C.

Finalmente en la zona de temperaturas de 1.200° C el hierro funde y gotea a través del coque,calentándose hasta 1.800° C. Sobre el hierro se encuentra la escoria, también fundida que sesaca separadamente. El hierro contiene hora 4,5 % de carbono; también los sulfatos, fosfatos,silicatos, y otros acompañantes contenidos en las materias primas son reducidos, por lo que elhierro contiene, además d el carbono, azufre, fósforo, silicio y otros elementos.

También las escorias tienen aplicaciones técnicas. Las escorias silíceas se elaboran a ladrillos,lana aislante (lana de escorias); las escorias básicas, con alto contenido en CaO se elaboran acemen to (cemento siderúrgico). El gas de tragante contiene hasta 40 gr de polvo/Nm3. Este polvo de tragante se elimina en unciclón y un electrofiltro (no dibujado) antes de utilizar el gas. El gas purificado tiene lasiguiente composición: 25-30 % CO, 10-16 % CO2, 52-60 % N2 Este contenido en COdetermina un contenido en energía que cubre las necesidades del horno alto (excepto el coque)y de una no pequeña parte de la acerería y instalaciones anexas.





Arrabio

El hierro bruto o arrabio tiene un contenido en carbono de 3-5%. Se distingue entre fundicióngris, y fundición- blanca., denominaciones que producen del aspecto de los bordes de fracturadel hierro bruto. Contiene también, como impurezas, azufre, fósforo, silicio y manganeso, y ental estado no es aún utilizable. La fundición gris se presenta cuando hay silicio, pues, en talcaso, el carbono se separa al enfriarse en forma de grafito y da a los bordes de fractura unaspecto gris hasta negro. La fundición blanca se forma en presencia de manganeso, pues en elfundido se forma carburo de hierro (cementita) Fe3C, que liga el carbono y es incoloro. A estoobedece el color claro de la fundición blanca.

Fundición

Por fusión del arrabio y soplado de aire y en presencia de caliza y coque como combustible enhornos de cúpula, (4), se obtiene una fundición con menos Impurezas que el arrabio. Elcontenido en hierro llega al 95 % y punto de fusión aumenta a unos 1.200° C. El contenido decarbono es de 3-4 %. Este material no se ablanda al calentarlo, sino que al fundir lo hace de unavez. El punto de fusión de pende del contenido en carbono; con 3 % de C, el hierro funde a1.280° C, con 4 % a 1.180° C. Este hierro cuela muy bien y llena completamente los moldes,sin contracción fuerte.El <horno de cúpula> es un horno de fusión empleado para quemar sólo una parte de lasimpurezas. Debe mantenerse el alto contenido en carbono, pues a él se deben las propiedadesde la fundición, poca viscosidad del líquido, bajo punto de fusión y buenas propiedades decolada. La fundición es muy quebradiza. Si se deja caer una vasija o un objeto de fundición sobre unsuelo de piedra, el objeto se rompe como el vidrio. Esto se puede mejorar mediante oxidación.

Fundición maleable

Se designa con este nombre un tratamiento oxídante del hierro bruto a 800-1.000° C, enpresencia de Fe2O3 como oxidante lento que, en el curso de 3-5 días oxida a una parte delcarbono del arrabio, reduciendo inicialmente el contenido a menos de 1 % C. Se obtiene así unmaterial forjable. En esta operación, por consiguiente, la acción oxidante del óxido de hierro sehace notar hasta en el interior de la pieza, lo que ciertamente, determina que el proceso sólo searentable con piezas de poco espesor de paredes (15-25 m.). Con trozos mayores la operaciónrequeriría demasiado tiempo. El tratamiento se lleva a cabo enterrando las piezas en óxido dehierro triturado, en vasijas especiales.

Fundición nodular

En los últimos 15 años se encontró que el hierro bruto fundido obtiene una resistencia a latracción especial si el carbono no está en forma de láminas u hojuelas, sino que cristaliza en elhierro en forma de esferitas o granos. Se encontró, además, que esta forma de cristalización decarbono queda muy favorecida por elmagnesio.





Este elemento se evapora en el hierro fundido, forma remolinos y simultáneamente lo desoxiday desulfura. Un pequeño resto de magnesio queda en el hierro y actúa decisivamente para queel carbono cristalice en forma de grafito nodular. Se denomina también a esta fundición <fundición esferolítica>. No es exagerado decir que estafundición nodular es una conquista de importancia especial en la técnica de la fundición dehierro. El magnesio se introduce bajo la superficie del fundido, en forma de barras y por aberturaslaterales especiales o, en el método de inmersión, se adiciona desde arriba.





Producción del acero

Se llama actualmente <acero> a todas las clases de hierro forjable. Estas son las que,calentadas al rojo, es decir, muy por debajo del punto de fusión, se ablandan y pueden ser

forjadas. Existen aceros, templables y no templables.. Estos últimos tienen 0,1-0,5 % C y antesse les llamaba hierro forjado. Los primeros tienen 0,5-1,5 % C y se denominaban aceros.

Afino





El primer paso en la conversión del hierro bruto en acero es la eliminación reducción de lasimpurezas de carbono, azufre, fósforo y silicio, lo que se consigue mediante oxidación quepuede realizarse de diversos modos. Como oxidantes se emplean aire, aire enriquecido enoxígeno, oxígeno puro, minerales oxidados, Fe3O4 y chatarra con poco carbón.. El proceso deoxidación se denomina <afino>.

Convertidor

La primera forma de convertidor fueintroducida por el inglés Sir Henry Bessemer (1813-1898)y conocido por <pera de Bessemer>. Es un recipiente girable (8) por cuya parte inferior seintroduce aire comprimido que atraviesa el baño de hierro. Con esto, se queman losacompañantes del hierro, con fuerte desprendimiento de calor, por lo que no sólo se mantiene latemperatura del fundido sino que aumenta considerablemente. En este proceso se quematambién algo de hierro (hasta un 12 %). Recientemente, se ha comenzado a utilizar para elafino en el convertidor aire enriquecido en oxígeno.

El convertidor de Bessemer tiene un revestimiento ácido, puesto que se trabaja con hierroprocedente de minerales básicos. Si se trabaja con minerales fosforados no se puede empleardicho revestimiento, pues el fósforo no se oxida en presencia del hierro fundido, por lo que nose podría eliminar. En tal caso, el convertidor se reviste con ladrillos básicos, de dolomita (CaCO 3 * MgCO3) y se le llama convertidor de Thomas (6), pues fue Sydney Gilchrist Thomas(1850-1885) quien propuso el empleo de tal revestimiento para los minerales ácidos deAlemania y Francia.

Por lo tanto, los métodos de Thomas y de Bessemer se diferencia solamente en el revestimientodel convertidor. En el de Thomas se puede oxidar el fósforo, porque el P2O5, formado se une alrevestimiento básico, formando fosfato cálcico, antes de que el hierro fundido lo reduzca

nuevamente. Cuando se consume la dolomita del revestimiento por reacción con P2O5 espreciso volver a revestir el convertidor. El viejo revestimiento se muele y sevende en forma deescorias Thomas o harina Thomas como abono fosfór ico valioso. El método Thomas no está libre de inconvenientes. A pesar del revestimiento básico, sólopuede oxidarse el fósforo cuando ya se ha quemado el carbono, por lo que el tiempo de afino seprolonga y siempre queda algo de fósforo. Además, el hierro toma oxígeno y nitrógeno delaire y ambos son perjudiciales. Se puede resolver esto último por adición de ferrosilicioaluminio; ambos son desoxidantes y desnitrogenantes.

Método LD

Un método de fino completamente nuevo, utilizando oxígeno puro, es el puesto a punto enAustria (Linz y Donaitz), que se llama<método L D> por las iniciales de ambas ciudades.Consiste en soplar, oxigeno pero no a través del baño fundido, sino haciéndolo chocar a 6-15atm contra su superficie (7). El baño fundido adquiere un vivo movimiento y comienzarápidamente una fuerte reacción que da lugar a que las impurezas se quemen casisimultáneamente y rápidamente. Con frecuencia, se inyecta también polvo de cal, con lo que lacombustión se acelera aún más.





Hornos de inducción:Los hornos eléctricos (11) tienen la ventaja de que se pueden regular muy exactamente y lasaltas temperaturas aceleran el proceso. Debido a no emplear gas de caldeo no se introducenmás impurezas (de azufre), por lo que se emplean especialmente en la fabricación de acerosespeciales. También aquí se saca el acero a una cuchara que lo vierte en coquillas. Una partedel acero se cuela inmediatamente en moldes de las piezas a fabricar, si éstas no se producenpor laminación o compresión. El resto se vierte en coquillas y se deja solidificar, enviándololuego a laminación.

Producción de hierro por nuevos métodos

No se debe terminar el capítulo del hierro sin hacer referencia que los métodos, en aparienciafirmemente establecidos, de producción de acero, están sometidos a desarrollo continuo. Yadesde hace muchos años se intenta encontrar otros métodos más sencillos y máseconómicos para producir acero. No han faltado propuestas o ensayos, incluso para prescindirdel horno alto. Ciertamente, que esto no será posible a corto plazo, cuando menos en elvolumen total de la producción actual, pero en volumen restringido existen ya intentos seriosEn parte, se trata de la concentración de minerales <pobres> que contienen poco hierro y lautilización de los concentrados para carga del horno alto. De otro lado, se han puesto a puntométodos de reducción, que se han empleado técnicamente en pequeña escala, en los que elmineral se reduce a esponja de hierro (hierro finamente dividido, sin llegar a fundir). Estaesponja de hierro, que contiene muy pocas impurezas, se utiliza en las acererias en sustituciónde la chatarra. La reducción esponja no se hace siempre con carbón, sino también con gasesreductores, por ejemplo, monóxido de carbono en mezcla con hidrógeno y metano. En últimainstancia, estos métodos intentan transformar el mineral en acero, evitando el rodeo del arrabio.Finalmente, mencionemos el método desarrollado en Alemania Oriental, que emplea un hornode cuba bajo de sólo 8 m. de altura, pero con una superficie de crisol de 12 m2 y en el que se

tratan minerales de baja calidad (hasta 20 % de Fe) con coque de poca resistencia mecánica. Aceros especiales

Los Aceros normales no resisten el ataque de los agentes atmosféricos, sobre todo a altatemperatura. A la temperatura ordinaria se oxidan con facilidad y hay que protegerlos contra lacorrosión. Si el acero se alea con cromo resiste temperaturas superiores, por ejemplo, con 6 %de cromo hasta 800° C y con 20 de cromo hasta 1.200° C. Un acero con 13-16 % de cromo y 0,5 % de níquel (acero VM) es bastante resistente a losácidos a temperatura ambiente. Los conocidos acero Nirosta tienen altos contenidos de cromo y níquel. El acero V2A contiene18 % de cromo y por lo menos 8 % de níquel. El todavía más estable V4A tiene 18 % decromo, 11 % de níquel y 2 % de molibdeno.Tales posibilidades de producción de aceros especiales por aleación con cromo, níquel y trosmetales, fueron descubiertos el año 1912 en el curso de investigaciones metalúrgicas hechas, enla firma Krupp. Hoy es muy elevado el número de aceros especiales de gran resistencia.

Historia





Sobre el descubrimiento del hierro no se tienen datos precisos. En excavaciones realizadas enEgipto se encontraron utensilios de hierro cuya edad se estima en unos 6.000 años. El hallazgomás viejo realizado en Alemania (un anillo de hierro) tiene unos 3.500 años. Para la obtención se utilizaban hornos abiertos calentados con carbón de madera en los que seinyectaba aire por medio de un fuelle. Se obtenía un hierro pastoso (<Luppen>) con uncontenido en hierro de 60 a 70 %, que se mejoraba por repetida forja.Hasta el siglo XVI, el único método de obtención de hierro forjable era el mencionado y eltrabajo era naturalmente artesano. Utilizando energía hidráulica fue posible incrementar lacorriente de aire y esto permitió elevar la altura de paredes de los hornos; surgieron sí losprimeros hornos de cuba, los primeros hornos altos. La introducción del horno alto trajo consigo una modificación fundamental en la producción dehierro: del taller artesano se pasó a la gran fábrica y el hierro bruto no salía ya en nódulopatosos sino ya en estado líquido. Este hierro bruto no era forjable y requería un afino parapoderlo trabajar. El reductor empleado seguía siendo el carbón de madera. Las fábricas inglesas utilizaron porprimera en el coque como reductor en el siglo XVIII. La producción de un horno alto en 1870 era de unas 10 tons. diaria de arrabio; hoy existenhornos con una producción superior a 4.000 ton diarias. En la producción de acero son importantes los años 1875 y 1878: en el primero se introdujo elmétodo Siemens -Martín, en el segundo el método Thomas.En los años 1950-1960 se puso a punto el método de soplado de oxigeno (método LD)introduciendo con ello el empleo de oxígeno puro en metalurgia del hierro.

CLORO, SOSA CAUSTICA, HIDROGENO, SODIO

El cloro es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Es dos veces y mediomás pesado que el aire y a temperatura ordinaria es un líquido si se le comprime a 7 atm. Su punto de fusión es-100,98° C y a presión normal hierve a-34,05° C; su temperaturacritica es 144° C y la presión crítica es de 76 atm.El cloro gaseoso se disuelve moderadamente en agua (un litro de agua disuelve (2,3 litros decloro) y la disolución que se llama <<agua de cloro>> contiene, además de moléculas de clorono modificadas, ácido clorhídrico (HCI) y ácido hipocloroso (HCIO):

CI2+ H20 --------- HCI + HCIO

El cloro es uno de los elementos más reactivos y reacciona con muchos elementos ycompuestos. Los metales no nobles (incluido el cobre) son rápidamente atacados si hayhumedad presente, con formación de cloruros. Mezclado con hidrogeno forma la «mezcladetonante de cloro> que sí se enciende o por acción de la luz del sol, explota violentamente. Elcloro mata muy rápidamente las plantas. Se puede seguir el progreso de una nube de cloro al aire libre por que las plantas afectadas pierden el color verde y quedan blanqueadas. La mayor parte de los colorantes seblanquean por efecto del cloro (blanqueo).





En su mayor parte, la soda cáustica y la lejía de soda se obtienen hoy en la electrólisis cloro-álcali. Sin embargo, todavía hoy se obtiene una pequeña parte de lejía desoda porcaustificación de carbonato sódico. Se calienta una disolución de carbonato con la cantidadcorrespondiente de cal apagada (hidróxido de calcio), con lo que precipita carbonato cálcicoinsoluble y queda en la disolución el hidróxido sódico. De estemétodo de obtención procede elnombre usual de s oda cáustica para el NaOH.

Aplicaciones

La soda cáustica tiene muchas aplicaciones en la industria química, principalmente enforma de lejía desoda, que se prepara donde ha de usarse y en cualquier concentración deseadapor disolución en agua de lasoda sólida. Como campos principales de empleo, citaremos:industrias de algodón, seda artificial, plásticos, textiles y de jabón, en la fabricación dediversos productos químicos, etc.


Como lasoda cáustica sólida es fuertemente higroscópica y reacciona rápidamente con dióxidode carbono procedente del aire, formando carbonato, se le envasa herméticamente en tamboresy así se la almacena y distribuye. Como material de construcción para envases y depósitos esadecuado el hierro. El aluminio no puede emplearse, porque la lejía desoda lo disuelve conformación de aluminato, pero es posible emplear plásticos para recubrimiento de las vasijas.En el trabajo consoda o con lejía se precisa emplear gafas protectoras, porque tanto trocitosde sólido, como gotas de disolución, atacan rápidamente los ojos.

HIDROGENO

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el elemento más ligero, catorce veces ymedio más ligero que el aire a 252,8° C se condensa dando un liquido incoloro. El hidrógenoes poco soluble en agua, siendo soluble en algunos metales. Se quema al aire con llamaapenas visible y muy caliente. Las mezclas dehidrógeno (o con aire) se llaman mezclasdetonantes por ser muy explosivas. El hidrógeno se une con muchos otros elementos, como,por ejemplo, con oxígeno para dar agua (H2O), con azufre dando sulfuro de hidrógeno(H2S), con nitrógeno para dar amoníaco (NH3), con carbono, dando metano (CH4), con

cloro dando cloruro de hidrógeno (HCI), etc. Con los metales se combina formandohidruros (p.ej. NaH, CaH2). El hidrógeno es un buen agente reductor, pues se une fácilmentecon el oxígeno de los óxidos metálicos:

CuO + H 2 Cu + H2O.

HNO 3 + 9 H NH3 + 3 H 2O

Hidrógeno en status nascendi (atómico)





En general, elhidrógeno en estado naciente (en forma atómica) es capaz de reducir amuchos elementos desde un grado de valencia superior a uno inferior.

Estado natural

El hidrógeno libre sólo existe parcialmente en algunas emanaciones volcánicas (0,1-30 %),presentándose en forma de sus combinaciones, por ejemplo, en el agua, en todos los ácidos ybases, en casi todas las combinaciones orgánicas (p. ej. petróleo, carbones, gasolinas. benceno,alcoholes, grasas, hidratos de carbono, albúminas, etc.).

Se estima en 0,88 % en peso, la proporción del hidrógeno en la superficie de la Tierra (aire+ agua + 16 Km. de la corteza).

Obtención

En las pasadas décadas, el hidrógeno se obtenía casi exclusivamente a partir de coque, através de gas de generador y gas de agua. El monóxido de carbono contenido en estos gases seconvertía con vapor de agua en hidrógeno y dióxido de carbono y el dióxido de carbono seeliminaba de la mezcla por lavado a presión. Este método se emplea mucho aún en AlemaniaFederal, pero en otros países ha sido bastante desplazado por otros procedimientos.Recientemente, el petróleo desempeña un papel de importancia como materia prima en todoslos países donde se dispone de petróleo barato.

La obtención de hidrógeno en la electrólisis cloro-álcali no tiene gran importancia encomparación con los otros métodos.

Aplicaciones El hidrógeno se utiliza en Metalurgia para la reducción de combinaciones oxigenadas, en la

industria química, por ejemplo, para la fabricación de ácido clorhídrico y en la técnica para lasoldadura autógena, en ciertas condiciones.

La mayor cantidad del gas hidrógeno producido se emplea en la síntesis de amoníaco, enpetroquímica, para refinaciones, para hidrogenar compuestos de azufre a H2S y en el craquinghidrogenante. En otras aplicaciones, como la síntesis de metanol, endurecimiento de grasas,etc., se consume menos hidrógeno.


El hidrógeno se almacena en depósitos (gasómetros) y se transporta por tuberías o en vasijasde acero a 150 atm de presión. Como el transporte es difícil y costoso, las fábricas con granconsumo de hidrógeno prefieren producirlo por uno de los métodos citados.





SODIO

El sodio es un metal ligero (peso específico 0,97), muy blando, que en cortes frescosmuestra un brillo metálico como la plata o el plomo. En pocos segundos, la superficie se hacemate porque el sodio se une a los componentes del aire formando productos como NaOH,Na2CO 3 y NaHCO3, con los que se recubre. Los trozos pequeños del sodio se descomponencompletamente al aire con formación de estos productos. Calentado al aire, se quema conllama de color amarillo intenso. Con agua reacciona con desprendimiento de hidrógeno yformación d e hidróxido sódico (lejía de soda):

2 Na + 2 H2O ------ 2 NaOH + H 2

La velocidad de esta reacción crece conforme aumenta la temperatura pero tiene lugartambién en frío (incluso a200° C).

El sodio se une directamente también con otros elementos; por ejemplo, haciendo pasarcloro sobre sodio ambos elementos se unen con llama clara para dar NaCl.

El sodio tiene las siguientes propiedades físicas:

Punto de fusión 97,8°C. Punto de ebullición 880°C. Calor específico a 97,8°C sólido 0,3266 cal/gr. Calor especifico a 97,80C líquido 0,344 cal/gr. Densidad a 20°C 0,971 gr/ml. Densidad a 97.8°C sólido 0,9519 gr/ml. Densidad a 97,8°C líquido 0,9287 gr/ml. Conductividad calorifica a 0° C = 0,335/cal/seg/cm 2 /, °C.

Estado natural Debido a su gran reactividad, el Sodio no existe libre en la naturaleza, pero en forma de sus

combinaciones, principalmente sales, está muy extendido.

Obtención

Se obtiene por electrólisis de cloruro sódico o hidróxido sódico fundidos. El hidróxido sódicoes una materia prima poco favorable, pues al electrolizar se, forma agua y oxigeno. El aguareacciona con una parte del sodio producido, formando de nuevo NaOH y liberando hidrógeno.

2 Na + 2 H2O ------------ 2 NaOH + H 2

4 NaOH ------------ 4 Na + 2 H2O + O2

Por esto, se emplea hoy casi exclusivamente la electrólisis de cloruro sódico fundido, quefue introducido en la técnica el año 1921.





exceso de modo que, por ejemplo, en Estados Unidos, una parte se transforma en carbonatosódico.

Electrólisis en fase fundida por el método Down

De los distintos métodos describiremos tres que son típicos: En la célula revestida con ladrillos de chamota (1) el ánodo de grafito (a) penetra por la parteinferior, mientras el cátodo de hierro (b) rodea al ánodo anularmente (Df. 8).

El espacio catódico está separado por ambos lados del resto de la célula mediante una telametálica.

Sobre el ánodo hay una campana c, que capta el cloro gaseoso d para que no se ponga encontacto con el sodio fundido b. Así se puede obtener separadamente el sodio fundido y elcloro gaseoso. El cloro se recoge sobre el ánodo a y se saca por d. El sodio flota sobre elfundido de NaCI, sobre el cátodo, de donde se extrae en e y se pasa a un depósito 2.

La producción del fundido tiene lugar en el espacio superior (f) por encima de la campana,donde se va cargando continuamente cloruro sódico sólido.

Método del diafragma

La célula horizontal en el método del diafragma, la célula Billiter (3) está separada por eldiafragma (a) (formado frecuentemente por varias capas de asbesto) en un espacio anódico (b)y otro espacio catódico (c). También aquí se emplean como ánodos electrodos de grafito (d) ycomo cátodos parrillas de hierro

(e). El electrolito es una disolución purificada y saturada de cloruro sódico (4) que entracontinuamente por la parte superior (f)

Mediante la aplicación de una corriente continua de unos 4 voltios los iones cloro van alánodo, se descargan, se unen para dar moléculas y abandonan en, forma de gas (g) el espacio

anódico. De los iones Na+ y H+ presentes en el cátodo se descargan solamente los últimos porsu potencial de separación más positivo. El hidrógeno se recoge por debajo del diafragma y seextrae por (h). En el espacio catódico queda una disolución de lejía de sosa que contienecloruro sódico; por litro hay unos 120 gr. de NaOH y 140 gr. de NaCI. La disolución se extraepor (i). Unas 50 a 100 células se unen para constituir una batería.

Método de la Amalgama

En la célula, algo inclinada hacia un lado (5), el ánodo consta también de varios electrodosde grafito (a) mientras el cátodo lo constituye el mercurio que cubre el suelo y que fluye en éllentamente. La célula no tiene diafragma. El electrolito es también aquí disolución purificada ysaturada de cloruro sódico que entra continuamente por (e). Se trabaja con corriente continuacon 4,6 voltios y el cloro formado en el ánodo sale en forma gaseosa (d). Los iones sodio sedescargan en el cátodo de mercurio y rápidamente forman con él amalgama de sodio que fluyefuera de la célula con un contenido en sodio de alrededor de 0,2 % (e). Por medio de unabomba (6) se hace pasar la amalgama a un depósito (7), una torre rellena con grafito en la quese produce la descomposición de la amalgama con agua, con producción de mercurio, lejía desosa (e) e hidrógeno (f). El mercurio puro se recoge en el fondo de la torre y se bombea (8) denuevo a la célula de electrólisis.





Tratamiento de los Productos de Electrólisis

El hidrógeno producido en los métodos de diafragma y de la amalgama es de 95 %. Las másde las veces, se seca con ácido sulfúrico concentrado y mediante compresores (9) se lealmacena en botellas de acero (10) si no se tiene para él aplicación en fábricas propias. La lejía de soda del método de diafragma es solamente del 12 % y contiene mucho clorurosódico. Se le concentra fuertemente en evaporadores de múltiple efecto (11), con lo que lamayor parte del cloruro sódico precipita y se separa por centrifugación (no dibujado). La lejíade soda purificada de esta manera es de 50 % y contiene todavía 2 % de CLNa. Si se requierede mayor pureza, el tratamiento necesario (recristalización, etc.) es muy laborioso.

En el método de la amalgama se obtiene una lejía de soda muy pura, completamente exentade cloruro sódico y otras impurezas, con una concentración

de 50 %, pero se puede aumentar fácilmente esta concentración hasta 75 % La lejía de sosade 50 % se vende como tal (12) o se evapora (13) hasta obtenerla sólida y se envasa en barriles(14).

El cloro se liquida (15) y se expende en vagones tanques a presión (16) o en botellas deacero (17). El sodio metal, procedente de la electrólisis en fase fundida, no necesita máspurificación y se envasa en latas o barriles herméticos (18) para su distribución en el comercio.

Otros métodos

A pesar de la importancia sobresaliente de la electrólisis cloro-álcali en la producción actualde cloro, se viene ensayando ampliarla por otros métodos.

Un ejemplo de ellos es el método Deacon de Oppau, en el que el cloruro de hidrógenogaseoso se oxida a cloro con oxígeno a 450° C en presencia de un catalizador (KCI fundido).El procedimiento se puede utilizar con ácido clorhídrico residual

Catalizador 4 HCI + O 2 ------------------ 2 CI2 + H 2O

Según otro método desarrollado en USA. se oxida cloruro sódico con ácido nítricoconcentrado con lo que, pasando por cloruro de nitrosilo (NOCI) se obtiene cloro y ácidonitroso. Cloruro Sódico

La sal gema es cloruro sódico más o menos puro obtenido por métodos de minería encanteras o minas.

Sal común es cloruro sódico de pureza comprendida entre 97 y 99 % obtenido porevaporación de disoluciones acuosas de sal.

Salmueras son disoluciones naturales o artificiales de cloruro sódico de diferenteconcentración y grado de pureza.

Obtención

Según las impurezas del producto natural y las condiciones que haya que cumplir elproducto terminado se obtiene «sal» según diferentes procedimientos (Df. 9).





Diagrama de flujo 8.

Tratamiento de la Materia Prima

Cuando se desea obtener un producto técnico (15) en el que 3 a 5 % de impurezas nosignifican inconveniente, es suficiente la sal gema (1) que se somete a una purificaciónmecánica grosera y se tritura (10).





Por el contrario, si se desea producir sal de cocina (16) y (17) destinada a sazonar alimentosse hace necesario someter la materia prima a una laboriosa purificación para eliminar lasimpurezas.

La sal de piedra (1) procedente de la mina o la salmuera (2) (de procedencia natural oproducidas artificialmente inyectando agua en un yacimiento se trata en vasijas de disolución(3) y saturadores (4) para preparar disoluciones concentradas de las que por medio de filtrosprensa (5) se separa el material insoluble.

Purificación

La disolución salina saturada y transparente se pasa a una tina de precipitación (6) y se leañade lechada de cal y disolución de sulfato sódico. Se produce hidróxido de magnesio que sesepara en el fondo mientras la disolución clara y exenta de magnesio se decanta por arriba en lasegunda tina de precipitación (7). De tiempo en tiempo, se deja salir la suspensión por la parteinferior y se filtra en el filtro prensa (8). El filtrado se bombea nuevamente a (7), donde ladisolución se trata con sulfato amónico y se inyecta dióxido de carbono, con objeto deprecipitar las sales cálcicas formadas en la reacción con la Lechada de cal, que se eliminan porfiltración en el filtro prensa (9).

Concentración y cristalización

La disolución purificada y clara, que sale por la parte superior (7) contiene solamente NaCIy (NH4)2 SO4 fácilmente soluble. Se concentra fuertemente en el evaporador (13) hasta que lasal cristaliza, pero el sulfato amónico permanece en disolución. Las costras que se vanseparando en los bordes del evaporador se separan de vez en cuando, se muelen (14) y sevenden como sal para ganado (19).

La pasta de cristales y agua procedente del evaporador (13) se somete a centrifugación (12),

separando la sal de las aguas madres. Estas últimas, que contienen cloruro sódico disuelto y lacantidad total del sulfato amónico, se reciclan a la segunda tina de precipitación (7) o seelaboran para dar sales de baño (18).

Los cristales de sal todavía unidos se secan (11). Según se lleve el proceso, se obtiene salgruesa (16) (mediante evaporación rápida en (13) a 100° C) o sal fina (17) [por evaporaciónlenta a 60°C].

Otros métodos de obtención

1. Concentración de disoluciones diluidas de sal por rociado, siguiendo caminos muyramificados, con lo que no solamente se evapora el agua sino que se separan también lasimpurezas difícilmente solubles, como yeso y caliza. Para obtener el sólido, se precisafinalmente una evaporación.

2. Dejando evaporar agua del mar, utilizando el calor del sol en países cálidos, porejemplo, salinas en Sicilía.

3. Por congelación de agua del mar, en países fríos, por ejemplo, en Suecia.





4. La sal de yacimientos donde no existe magnesio puede librarse de las impurezas del yesosometiéndola a fusión, pues la sal funde mientras el yeso queda formando escoria.

Propiedades del cloruro sodico (Na CI)

El cloruro sódico puro, la sal sódica del ácido clorhídrico es un producto blanco, cristalino, quese disuelve fácilmente en agua, pero cuya solubilidad apenas aumenta con la temperatura (en100 gr. de agua se disuelven a 0° C 35,6 gr. y a 100° C 39,1 gr. de NaCI) la sal cristaliza sinagua de cristalización, pero los cristales pueden contener agua ocluida, lo que se pone demanifiesto porque al calentar los cristales <decrepitan>. El NaCI sólido funde a 801° Cy hierve a 1.440° C. La disolución acuosa saturada hierve a107,7° C. El cloruro sódico es necesario para la vida de hombresy animales y también para las plantasmarinas pero no para las terrestres.

Estado natural

El NaCI es una de las sales más extendidas en la Naturaleza, pues es el componente principalde las sales disueltas en el agua del mary de los lagos interiores salobres (el contenido mediode NaCI en los océanos es del 3 %) . En mares interiores desecados se han formadoyacimientos de sal en diferentes épocas geológicas. Las reservas mundiales de sal se estimanen

36.000 b illones de Tm. en el agua del mar y 1.000 billones de Tm. en yacimientos, 10 billones de Tm. en Alemania.





yacimientos de petróleo se encuentran restos de seres vivientes; además, el petróleo contienecombinaciones sulfuradas y fosforadas, y también compuestos ópticamente activos. De estosdatos se deduce el origen del petróleo a partir de seres vivos. Las variaciones que han tenidolugar en la superficie terrestre en los largos períodos geológicos, explican por que, confrecuencia se encuentran en la actualidad los yacimientos petrolíferos alejados de las costas, enel interior de los continentes.

Historia

El descubrimiento del petróleo se remonta a los tiempos prehistóricos. Se empleó para elculto religioso y como medicamento.

La actual técnica del petróleo data de hace algo más de un siglo. En el año 1830, elquímico alemán Reichenbach reconoció que el petróleo conterda gasolina. El químico francésSallique demostró que el petróleo contiene además gas iluminante, aceites lubricantes yparafina. Otro alemán, Hermanns, destacó el valioso contenido energético del petróleo.

En el año 1850 se realizaron en Hannover perforaciones en busca de petróleo. Pero debido a losinfructuosos resultados se interrumpieron los sondeos, mientras que casi simultáneamente sehacían con éxito las primeras perforaciones en Pennsylvania, y así se iniciaba la producciónPetrolífera.

En la actualidad, los más importantes yacimientos petrolíferos se encuentran en América,particularmente en Norteamérica, en Rusia, en los Balcanes y en el Cercano y Medio Oriente,en Arabia y Persia. En comparación con estos grandes yacimientos petrolíferos, los de laEuropa occidental son muy pequeños. Los primeros yacimientos descubiertos en Alemania seencuentran en los alrededores de Hannover-Celle. Posteriormente se descubrieron otros

yacimientos en diversos lugares de la región del Ems-Bentheim, Diepholz, Lingen y otras, quetambién han alcanzado importancia económica. En los últimos años se hallaron ricosyacimientos de gas natural y de petróleo en el valle Alto Rhin, en Plinstadt y Stockstadt. Seexplota alli un gas natural, que contiene un 98-99 % de metano.

El gas natural se utiliza para la fabricación de productos químicos se conduce hasta lasfábricas mediante grandes canalizaciones.

Para laeconomía del petróleo, las reservas petrolíferas tienen tanta importancia como elvolumen de extracción actual. Se distingue entre reservas confirmadas (seguras) y reservasprobables. Las reservas confirmadas son aquellos yacimientos petrolíferos que no sólo se hanverificado sino que también son explotables en la actualidad. Además se conocen otrosyacimientos petrolíferos, cuya explotación es por el momento, únicamente aún muy difícil ototalmente imposible (por ejemplo, los yacimientos bajo el hielo del Polo Norte).

El desarrollo de la industria del petróleo ha traído consigo que este haya adquirido unacreciente importancia económica como fuente de energía. Así hallamos en los Estados Unidosun fuerte retroceso del consumo de carbón en los ferrocarriles y en la navegación, a favor delpetróleo. Por ejemplo, en la navegación mundial se queman, para cubrir las necesidades deenergía calorífica, sólo un 12 % de carbón, frente a un 88 % de petróleo. También en las líneas





de navegación alemanas se observa un gran aumento en el número de motores de aceite, frentea los vapores con calefacción a carbón.

Las regiones en el mundo con reservas petrolíferas se someten cada año a una intensaexploración con los más modernos métodos de prospección.

Composición y usos del petróleo

El petróleo (y el gas natural) es una mezcla de numerosos hidrocarburos muy análogos entre síen su comportamiento químico y físico. Estos hidrocarburos, como su nombre indica, contienensólo los elementos carbono e hidrógeno. En función de su estructura química puedendistinguirse dos clases de hidrocarburos, los de cadena abierta y los cíclicos. A estos últimos,presentes en una proporción particularmente elevada en el petróleo ruso, se los denomina,debido al término nafta con que allí se designa al petróleo, naftenos.

El petróleo americano y el de Europa Occidental esta compuesto fundamentalmente porhidrocarburos, los de cadena abierta. Los miembros inferiores de los hidrocarburos songaseosos a la temperatura ordinaria. De ellos, el metano, CH4 es el constituyente principal degas natural.

Es técnicamente imposible fraccionar totalmente al petróleo en sus componentesindividuales. Más bien se descompone al petróleo bruto en algunos grupos de mezclas(fracciones), que ya entonces pueden servir para usos específicos.

Usos

Los componentes gaseosos del petróleo se usaron durante mucho tiempo como gascombustible. Hoy en día se utilizan cada vez más como materias primas para la obtención delacetileno y de las olefinas.

Los hidrocarburos líquidos se emplean, según sus intervalos de ebullición, como, éterde petróleo, gasolina para motores, carburantes Diesel aceite combustible o como aceitelubricante. En los últimos tiempos se someten también los hidrocarburos líquidos a reaccionesquímicas para obtener, a partir de ellos, compuestos no saturados, que luego se emplearoncomo base para las substancias de síntesis.

Si bien antes se consideraba a los hidrocarburos saturados como muy inertes, en laactualidad se conoce un gran número de reacciones, con las que pueden obtenerse productosmuy valiosos. En este sentido se han realizado, sobre todo en los Estados Unidos, trabajos quehan abierto nuevas posibilidades.





Elaboración previa de petróleo

Una vez se han sedimentado los materiales sólidos y el agua que acompañan al petróleocrudo, contenido en recipientes de sedimentación especiales, se lo somete a la elaboraciónprevia, a la destilación fraccionada.

Destilación de petróleo

El petróleo crudo se bombea desde el depósito y se somete a un calentamiento previo medianteuna serie de. carnbiadores de calor. Por lo tanto, en los cambiadores de calor actúa comorefrigerante de los vapores y líquidos calientes que se recogen en las columnas y así favorece lapérdida de calor a partir de los mismos. El petróleo crudo recalentado penetra en un horno detubos, en el que es calentado, bajo presión, a una temperatura de destilación de 350 a 400ºC. Elpetróleo caliente se introduce entonces en una columna de destilación, en la que se expansionay en la que los diversos componentes, según su punto de ebullición, ascienden en forma devapor o bien fluyen hacia abajo en estado liquido. Para facilitar la destilación se inyecta vaporde agua recalentado en el tercio inferior de la columna. Esta es de pisos de campanas, en la quecada piso contiene una fracción distinta, con un punto de ebullición tanto más bajo cuanto máselevada sea la posición ocupada por el piso. En el piso más alto se evapora la gasolina ligera,que hasta los 200ºC pasa, junto con el vapor de agua, topp o corte superior, a un refrigerante endonde se condensa. En un separador de agua se separan la gasolina y el agua. Una parte de lagasolina así obtenida se recoge en un tanque de almacenamiento, a partir del cual se va extraerpara ser sometida a su ulterior refinado químico, pero otra parte refluye a la columna, y penetraen ella por su parte superior con el fin de garantizar la acción fraccíonadora de la columna. Lagasolina liquida y fácilmente volátil fluye hacia abajo por las campanas, pero es evaporada porlas fracciones de punto de ebullición mayor, con lo que estas mismas se condensan ycoleccionan en el fondo. De este modo, todos los pisos contienen componentes más o menosvolátiles, pero de intervalos de ebullición distintos.

Así pues, para obtener junto con la gasolina ligera también otras fracciones, retirará elcontenido de determinados pisos. No obstante, cada fracción retirada de un piso determinandoaún contiene, como se ha dicho, componentes fácilmente volátiles, que deben ser eliminados dela fracción, y reintegrados a la columna. Con este fin se conectan a cada piso en campanasangrado dos o tres columnas laterales más pequeñas, que, debido a que en ellos son separadoslos componentes menos volátiles de los más volátiles, también se denominan Strippers (delinglés, to strip = desparejar). En la mitad superior de cada strippers se introduce la fracciónque corresponda, mientras que simultáneamente se inyecta desde abajo vapor de aguarecalentado.

Con ello, las partes fácilmente volátiles se evaporan y vuelven a la primera columna por el pisoinmediatamente superior. Los componentes dificilmente volátiles torre hacia abajo en losstrippers y son recogidos en el fondo, después de lo cual ceden su calor al petróleo bruto encambiadores de calor (no representados en el esquema).

Se obtienen así en la primera columna (topping o destilación a la presión atmosférica) 5fracciones en total. La primera, topp superior, es la gasolina ligera, de punto de ebulliciónhasta los 150ºC; luego, en los tres strippers consecutivos de la serie, se halla la gasolina pesadahasta los 200ºC, petróleo lampante (aceite de parafina o queroseno) hasta los 300ºC, el gasoil




hasta los 400ºC y, finalmente, como residuo de topping que sale del fondo de la primeracolumna, una mezcla aceitosa de alto punto de ebullición, que tiene que desalarse en vacío.Las fracciones indicadas no son, ni mucho menos, substancias puras, sino también mezclas deaceites de petróleo, aunque con intervalos de ebullición más estrechos, que pueden hastadiferenciarse algo unas de otras.

A las cuatro primeras fracciones, desde la gasolina ligera hasta el gasoil, se las somete despuésa una refinación química. El residuo del topping es (destilado en vacío). Para ello se le hacepasar primeramente por un horno de tubos, con lo que se le calienta hasta la temperatura inicialde destilación. Por lo demás, la disposición de la instalación de destilación en vacío es igual aaquella de la destilación topping.

Desde el horno de tubos corre el residuo hacia la columna principal de destilación en vacío, enla cual se descompone a, su vez en cuatro fracciones.

La fracción más volátil que se desprende es el gasoil todavia presente. A éste siguen, comofracciones medias, los aceites lubricantes, mientras que de la parte inferior de la columnaprincipal se extrae un betún muy espeso, incluso a altas temperaturas. Las fracciones mediasde la columna principal de vacío se redestina lo mismo que las de la columna de topping, en suscorrespondientes strippers. El gasoil y los aceites lubricantes pasan por cambiadores de, calor,en los que el petróleo bruto experimenta un calentamiento previo.

guia procesos industriales 2014

Documents