cap 5 minerales industriales -...

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MINERALES INDUSTRIALESMINERALES INDUSTRIALESCAPITULO 5CAPITULO 5

PROFESOR: XIMENA VELOSO V.

UNIVERSIDAD ARTURO PRAT

IQUIQUE-CHILE

YODOYODO

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5.1 GENERALIDADES DEL YODO5.1 GENERALIDADES DEL YODO

Es elemento no metálicoEs elemento no metálico Forma parte de la familia de los halógenosForma parte de la familia de los halógenos Se encuentra comúnmente en la naturaleza en Se encuentra comúnmente en la naturaleza en

cantidades pequeñascantidades pequeñas Se encuentra especialmente en el agua de mar, Se encuentra especialmente en el agua de mar,

rocas, suelos y salmueras subterráneasrocas, suelos y salmueras subterráneas Es esencial para la vida (funcionamiento Es esencial para la vida (funcionamiento

apropiado de la glándula tiroides)apropiado de la glándula tiroides) Se puede mantener estable a temperatura Se puede mantener estable a temperatura

ambientalambiental

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5.2 PROPIEDADES DEL YODO5.2 PROPIEDADES DEL YODO

PA = 126,9PA = 126,9Gravedad específica = 4,9 (20 Gravedad específica = 4,9 (20 °C°C))Punto fusión = 113,7 Punto fusión = 113,7 °C°CPunto de ebullición = 184,4 Punto de ebullición = 184,4 °C°CPM = 253,8PM = 253,8Solubilidad en agua 0,34 g/Solubilidad en agua 0,34 g/kgkg a 25 a 25 °C°C

4,48 g/4,48 g/kgkg a 100 a 100 °C°C

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5.2.1 ASPECTO FISICO DEL YODO5.2.1 ASPECTO FISICO DEL YODO

Se presenta como ISe presenta como I22

Sólido: suave, color azulado a negroSólido: suave, color azulado a negro

Gas: color violeta, muy irritanteGas: color violeta, muy irritante

ResublimadoResublimado : cristal ortorrómbico, pesado y : cristal ortorrómbico, pesado y lustroso de color violetalustroso de color violeta--negronegro--gris metálicogris metálico

Puede sublimar a presión atmosférica (pasar del Puede sublimar a presión atmosférica (pasar del estado sólido al vapor)estado sólido al vapor)

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5.3 RESERVAS DE YODO 5.3 RESERVAS DE YODO

Las mayores reservas de yodo en el mundo se Las mayores reservas de yodo en el mundo se encuentran en el mar. Las aguas marinas contienen encuentran en el mar. Las aguas marinas contienen alrededor de 0,05 alrededor de 0,05 ppmppm de yodo.de yodo.Las mayores reservas mundiales económicamente Las mayores reservas mundiales económicamente atractivas son las salmueras subterráneas de Japón y atractivas son las salmueras subterráneas de Japón y los yacimientos de caliche de Chile.los yacimientos de caliche de Chile.

Japón: yodo en salmueras con contenidos deJapón: yodo en salmueras con contenidos de50 a 135 50 a 135 ppmppm..Chile: yodo se encuentra en forma de sales enChile: yodo se encuentra en forma de sales enlos yacimientos de caliche, desde los yacimientos de caliche, desde ZapigaZapiga

((PisaguaPisagua XV Región) a XV Región) a TaltalTaltal (II Región).(II Región).

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5.4 DEFINICION DE CALICHE5.4 DEFINICION DE CALICHE

Es un conglomerado de origen sedimentario Es un conglomerado de origen sedimentario (rocas unidas por otro material que hace las (rocas unidas por otro material que hace las funciones de cemento). Contiene 43 elementos, funciones de cemento). Contiene 43 elementos, siendo los más importantes: nitratos, sulfatos, siendo los más importantes: nitratos, sulfatos, cloruros, carbonatos, yodato, bromo, sodio, cloruros, carbonatos, yodato, bromo, sodio, magnesio, azufre. magnesio, azufre.

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5.4.1 SALES COMUNES DEL CALICHE CON 5.4.1 SALES COMUNES DEL CALICHE CON YODOYODO

El yodo se presenta en los depósitos El yodo se presenta en los depósitos calicheroscalicheros bajo tres formas bajo tres formas cristalinas, que son:cristalinas, que son:

lautaritalautarita Ca(IOCa(IO33))22

dietzeitadietzeita CaCa22(IO(IO33))22CrOCrO44

bruggenitabruggenita Ca(IOCa(IO33)*H)*H22OO

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5.5 PRODUCTOS DE YODO5.5 PRODUCTOS DE YODO

Yodo crudo: estándar, grado técnico, grado analíticoYodo crudo: estándar, grado técnico, grado analíticoDerivados inorgánicos:Derivados inorgánicos:

yoduro de hidrógeno yoduro de hidrógeno HIHIyoduro de potasio KIyoduro de potasio KIyodomercuratoyodomercurato de potasio de potasio KHgIKHgI33

yodomercuratoyodomercurato de cobre de cobre CuCu22HgIHgI44

ácido yódico HIOácido yódico HIO33

pentóxidopentóxido de yodo Ide yodo I22OO55

yodato de sodio yodato de sodio NaIONaIO33

yodato de potasio KIOyodato de potasio KIO33

yodato de calcio yodato de calcio Ca(IOCa(IO33))22

ácido ácido peryódicoperyódico HH55IOIO66

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5.5 PRODUCTOS DE YODO5.5 PRODUCTOS DE YODO

Derivados orgánicos:Derivados orgánicos:yoduro de etileno Cyoduro de etileno C55HH55IIyoduro de metilo C Hyoduro de metilo C H33IIyoduro de metileno CHyoduro de metileno CH22II22

yodopsinasyodopsinas CHICHI33

1010

5.6 ESTADOS DE OXIDACION DEL YODO5.6 ESTADOS DE OXIDACION DEL YODO

IonIonTriyoduroTriyoduro

Yodo Yodo librelibre

Ion Ion YoduroYoduro

Ion Ion YodatoYodato

NombreNombre

II33--II22II--IOIO33

--EspecieEspecie

--1100-- 11+ 5+ 5Estado Estado de de

oxidaciónoxidación

1111

5.7 USOS FINALES DEL YODO5.7 USOS FINALES DEL YODO

EstabilizadorEstabilizador CatalizadorCatalizador Usos sanitarios: Usos sanitarios: sanitizadoressanitizadores y desinfectantesy desinfectantes Sal yodadaSal yodada Purificación del aguaPurificación del agua FarmacéuticosFarmacéuticos RadiografíasRadiografías Alimentos para animalesAlimentos para animales HerbicidaHerbicida FotografíaFotografía

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5.7 USOS FINALES DEL YODO5.7 USOS FINALES DEL YODO

Tintes y colorantes alimenticiosTintes y colorantes alimenticios Ampolletas cuarzoAmpolletas cuarzo--yodoyodo Baterías litioBaterías litio--yodoyodo Metalurgia del oroMetalurgia del oro Polímeros conductoresPolímeros conductores Reemplazo de los cloroReemplazo de los cloro--fluorfluor--carbonoscarbonos

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5.8 MERCADO DEL YODO5.8 MERCADO DEL YODO

Chile y Japón producen aproximadamente el Chile y Japón producen aproximadamente el 90% del yodo mundial, pero Japón ha 90% del yodo mundial, pero Japón ha perdido competitividad por el alto costo de perdido competitividad por el alto costo de producción lo que han aprovechado los producción lo que han aprovechado los productores chilenos para copar el mercado.productores chilenos para copar el mercado.

El yodo se comercializa en dos formas:El yodo se comercializa en dos formas: escamas o láminas (escamas o láminas (flakesflakes)) esferas (esferas (prillprill--shotshot))

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5.8 MERCADO DEL YODO5.8 MERCADO DEL YODO

Tanto el yodo en láminas como en esferas Tanto el yodo en láminas como en esferas cumple con las especificaciones del mercado, cumple con las especificaciones del mercado, la diferencia está en que en las esferas como la diferencia está en que en las esferas como poseen menos superficie de contacto, tienen poseen menos superficie de contacto, tienen menor probabilidad de que se aglomere y así menor probabilidad de que se aglomere y así mantener la propiedad de libre escurrimiento mantener la propiedad de libre escurrimiento del material (free del material (free flowingflowing).).

Económicamente conviene producir láminas, Económicamente conviene producir láminas, pero este producto al cabo de 3 a 4 meses de pero este producto al cabo de 3 a 4 meses de envasado tiende a aglomerarse, lo que hace envasado tiende a aglomerarse, lo que hace difícil su manipulación y disolución.difícil su manipulación y disolución.

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5.9 PRINCIPALES PRODUCTORES DE 5.9 PRINCIPALES PRODUCTORES DE YODOYODO

SQM S.A. (Pedro de Valdivia, María Elena) SQM S.A. (Pedro de Valdivia, María Elena) Chile I y II RegiónChile I y II RegiónIseIse CorporationCorporation JapónJapónCosayachCosayach (planta (planta NegreirosNegreiros, planta Soledad, , planta Soledad, planta Calaplanta Cala--CalaCala) )

Chile I RegiónChile I RegiónUnitedUnited ResoursesResourses IndustryIndustry JapónJapónDSM Minera S.A. Chile I Región. Esta DSM Minera S.A. Chile I Región. Esta planta fue comprada por SQM S.A.planta fue comprada por SQM S.A.ACF Minera Chile I RegiónACF Minera Chile I Región

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5.10 DIAGRAMA DE FLUJO PLANTA 5.10 DIAGRAMA DE FLUJO PLANTA YODOYODO

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5.11 PROCESO DE PRODUCCION DEL 5.11 PROCESO DE PRODUCCION DEL YODOYODO

Mina:Mina:La materia prima es caliche, que puede ser La materia prima es caliche, que puede ser

material fresco o virgen o repasos (material material fresco o virgen o repasos (material descartado en la explotación de las antiguas descartado en la explotación de las antiguas oficinas salitreras, el cual por sus oficinas salitreras, el cual por sus características de “baja ley” en aquellos años, características de “baja ley” en aquellos años, se desechó y quedó removido en la pampa). se desechó y quedó removido en la pampa). La composición media del caliche es: La composición media del caliche es: 10% 10% NaNONaNO33 , 15% Na, 15% Na22SOSO44, 20% NaCl, 520 ppm , 20% NaCl, 520 ppm IOIO33

-- y otros compuestos de menor y otros compuestos de menor importancia.importancia.

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Lixiviación:Lixiviación:El material proveniente de mina se carga El material proveniente de mina se carga

sobre carpetas impermeables de HDPE sobre carpetas impermeables de HDPE (polietileno de alta densidad) o de PVC (polietileno de alta densidad) o de PVC (cloruro de polivinilo), formando pilas de 4 m (cloruro de polivinilo), formando pilas de 4 m de altura, con base de 50 m de ancho y 450 m de altura, con base de 50 m de ancho y 450 m de largo (de largo (CosayachCosayach). ).

En algunas plantas de SQM todavía se usa En algunas plantas de SQM todavía se usa lixiviación en bateas.lixiviación en bateas.

En ambos casos el lixiviante es agua.En ambos casos el lixiviante es agua.

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Comparación sistemas de lixiviaciónComparación sistemas de lixiviación

Temperatura Temperatura ambienteambiente

40 40 ºCºCTemperatura Temperatura lixiviantelixiviante

Sistema Sistema dinámicodinámico

Sistema rígidoSistema rígidoFlexibilidadFlexibilidad

Sistemas de Sistemas de riego y riego y

carpetascarpetas

Bateas, sistema Bateas, sistema riego, sistema riego, sistema

carga y descargacarga y descarga

InversiónInversión

75%75%90%90%RecuperaciónRecuperación

180 días (6 180 días (6 meses)meses)

11 11 –– 14 días14 díasTiempo de residenciaTiempo de residencia

PilasPilasBateaBateaItemItem

2020


Lixiviación en pilas:Lixiviación en pilas:En la superficie superior (corona) se instalan sistemas de En la superficie superior (corona) se instalan sistemas de

riego: aspersores y/o goteros.riego: aspersores y/o goteros.Agua disuelve las sales y queda material insoluble (ripio).Agua disuelve las sales y queda material insoluble (ripio).Las tasas de riego típicas varían entre 1,2 Las tasas de riego típicas varían entre 1,2 --1,8 L/m1,8 L/m22--hrhr..LIX en pila ha desplazado a LIX en batea por menores costos LIX en pila ha desplazado a LIX en batea por menores costos

inversión y operación.inversión y operación.Solución rica en sales solubles se recolecta en canaletas Solución rica en sales solubles se recolecta en canaletas

impermeables, ubicadas en los costados de la base de la pila.impermeables, ubicadas en los costados de la base de la pila.La solución es conducida por canaletas a las piscinas La solución es conducida por canaletas a las piscinas

decantadoras, para eliminar el material insoluble fino.decantadoras, para eliminar el material insoluble fino.Las soluciones clarificadas de las piscinas se envían a plantLas soluciones clarificadas de las piscinas se envían a planta a

de yodo. Estas soluciones reciben el nombre de “brine” y el de yodo. Estas soluciones reciben el nombre de “brine” y el yodo está presente como yodato de sodio NaIOyodo está presente como yodato de sodio NaIO33..

Concentración de la solución es de 0,5 Concentración de la solución es de 0,5 kgkg/m/m33 de yodo y 70 g/L de yodo y 70 g/L de de NaNONaNO33, además de las otras sales disueltas., además de las otras sales disueltas.

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Planta de yodoPlanta de yodo1. Reducción del ion yodato IO1. Reducción del ion yodato IO33

-- a yoduro Ia yoduro I--

La solución de lixiviación contiene ion yodato, el que La solución de lixiviación contiene ion yodato, el que se reduce a ion yoduro en las torres de absorción usando se reduce a ion yoduro en las torres de absorción usando anhídrido sulfuroso o dióxido de azufre SOanhídrido sulfuroso o dióxido de azufre SO22. .

La reacción química que se produce en las torres de La reacción química que se produce en las torres de absorción es:absorción es:

NaIONaIO33 + 3 SO+ 3 SO22 + 3 H+ 3 H22O O -- NaI + 3 HNaI + 3 H22SOSO44La torre de absorción se rellena con “rasching” La torre de absorción se rellena con “rasching”

(monturines) elementos que permiten que las (monturines) elementos que permiten que las soluciones tengan un mayor tiempo de residencia en la soluciones tengan un mayor tiempo de residencia en la torre favoreciendo el contacto entre los reactantes.torre favoreciendo el contacto entre los reactantes.

Por la parte superior se alimenta la solución Por la parte superior se alimenta la solución brinebrineproveniente de la lixiviación y por la parte inferior en proveniente de la lixiviación y por la parte inferior en contracorriente se inyecta el gas SOcontracorriente se inyecta el gas SO2 2 ..

Las torres son normalmente de fibra de vidrio o Las torres son normalmente de fibra de vidrio o metálicas, pero siempre con revestimiento interior de metálicas, pero siempre con revestimiento interior de fibra (resistente al ataque químico y temperatura).fibra (resistente al ataque químico y temperatura).

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5.11 PROCESO DE PRODUCCION DEL YODO5.11 PROCESO DE PRODUCCION DEL YODO

2. Obtención del anhídrido sulfuroso2. Obtención del anhídrido sulfuroso

El SOEl SO2 2 se obtiene en un horno donde se funde azufre a una se obtiene en un horno donde se funde azufre a una temperatura de 113 temperatura de 113 ºCºC, para combinarlo con aire según la , para combinarlo con aire según la reacción:reacción:

S (s) + OS (s) + O22 (g) (g) ------------ SOSO22 (g) reacci(g) reaccióón exotn exotéérmicarmicaEl El SOSO2 2 es enfriado, pasando por un intercambiador de es enfriado, pasando por un intercambiador de

calor.calor.El anhídrido sulfuroso se alimenta a las torres de absorción, El anhídrido sulfuroso se alimenta a las torres de absorción,

en donde circula en contracorriente con la solución en donde circula en contracorriente con la solución brinebrineproveniente de la lixiviación.proveniente de la lixiviación.

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3. Etapa de cortadura3. Etapa de cortaduraEl yoduro producido en las torres de absorción El yoduro producido en las torres de absorción de SOde SO22 es llevado al estanque o reactor de es llevado al estanque o reactor de cortadura, donde se encuentra con el yodato cortadura, donde se encuentra con el yodato (IO(IO33

--) proveniente de las piscinas de ) proveniente de las piscinas de alimentación a la planta, produciéndose yodo alimentación a la planta, produciéndose yodo libre según:libre según:5 5 NaINaI + + NaIONaIO33 +3 H+3 H22SOSO44 3 I3 I22+3 Na+3 Na22SOSO44 +3 H+3 H22OOEsta reacción es la principal en el proceso de Esta reacción es la principal en el proceso de obtención de yodo, se llama obtención de yodo, se llama rxrx de cortadura, es de cortadura, es del tipo redox y se conoce como del tipo redox y se conoce como rxrx de de DushmanDushman. . Es controlada por el pH de la mezcla, se trabaja Es controlada por el pH de la mezcla, se trabaja en un rango de pH de 1,5 a 2. en un rango de pH de 1,5 a 2.

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4. Concentración de yoduro4. Concentración de yoduroSe aprovechan ciertas características físicoSe aprovechan ciertas características físico--químicas del yodo: es químicas del yodo: es hidrófobo (inmiscible con el agua), hidrófobo (inmiscible con el agua), aerófiloaerófilo (tiene gran afinidad con (tiene gran afinidad con el aire) y soluble en yoduro (permite recuperar todo el yodo y el aire) y soluble en yoduro (permite recuperar todo el yodo y dejarlo en condiciones estables para su manejo).dejarlo en condiciones estables para su manejo).La solución que viene de la cortadura se bombea las torres de La solución que viene de la cortadura se bombea las torres de BlowBlow––Out donde se introduce en contracorriente con aire. Al entrar enOut donde se introduce en contracorriente con aire. Al entrar encontacto ambas corrientes se produce la transferencia del yodo contacto ambas corrientes se produce la transferencia del yodo desde la fase líquida acuosa hacia la fase gaseosa, según la desde la fase líquida acuosa hacia la fase gaseosa, según la reacción:reacción:

II22 ((acac) ) ------ II22 (g)(g)El descarte de la etapa es enviado a un estanque de descarte y El descarte de la etapa es enviado a un estanque de descarte y luego a las luego a las piscnaspiscnas de evaporacide evaporacióón solar y tambin solar y tambiéén a las pilas de n a las pilas de lixiviacilixiviacióón. El descarte se llama n. El descarte se llama ““agua febleagua feble””..

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4. Concentración de yoduro4. Concentración de yoduroPara recuperar el yodo de la corriente gaseosa, se le envía a laPara recuperar el yodo de la corriente gaseosa, se le envía a las s torres de absorción de yodo, utilizando una solución que torres de absorción de yodo, utilizando una solución que contiene contiene ionion yoduro en contracorriente, formándose el yoduro en contracorriente, formándose el ioniontriyodurotriyoduro, que es inestable., que es inestable.

II22 + I+ I-- ------ II33--

La soluciLa solucióón de n de ionion triyodurotriyoduro se envse envíía a las torres reductoras a a las torres reductoras (enfriaderas) donde por contacto con SO(enfriaderas) donde por contacto con SO22 que se enfrque se enfríía (150 a (150 ––26 26 ººC) se disocia, obteniC) se disocia, obteniééndose yodo elemental, el cual se ndose yodo elemental, el cual se reduce a Ireduce a I--..

II33-- + SO+ SO22 + 2 H+ 2 H22O O -- II-- + 2 HI + H+ 2 HI + H22SOSO44

La soluciLa solucióón retorna al estanque n retorna al estanque recirculadorrecirculador de yoduro, de yoduro, formformáándose un ciclo de concentracindose un ciclo de concentracióón. n. Desde los estanques Desde los estanques recirculadoresrecirculadores se envse envíía el yoduro a el yoduro concentrado a refinaciconcentrado a refinacióón.n.

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5. Planta refinadora de yodo5. Planta refinadora de yodoLa planta de refinación tiene como función, transformar el yodurLa planta de refinación tiene como función, transformar el yoduro a o a yodo metálico, purificarlo mediante fusión, transformarlo en yodo metálico, purificarlo mediante fusión, transformarlo en flakesflakes(láminas) o (láminas) o shotshot (esferas) y envasarlo.(esferas) y envasarlo.La solución de La solución de ionion yoduro se alimenta a reactores vidriados y se le yoduro se alimenta a reactores vidriados y se le dosifica agua oxigenada (peróxido de hidrógeno), se produce la dosifica agua oxigenada (peróxido de hidrógeno), se produce la reacción:reacción:

2 2 HIHI + H+ H22OO22 ---- II22 + 2 H+ 2 H22OOSe obtiene yodo pasta y una solución de descarte. EL descarte dSe obtiene yodo pasta y una solución de descarte. EL descarte de e oxidación va a reacción de cortadura para acidificar a oxidación va a reacción de cortadura para acidificar a pHpH 1,5 a 2.1,5 a 2.EL yodo pasta se calienta en un reactor y se funde desalojando lEL yodo pasta se calienta en un reactor y se funde desalojando las as impurezas (se purifica).impurezas (se purifica).El yodo al estado lEl yodo al estado lííquido se envquido se envíía a un laminador (yodo en la a un laminador (yodo en lááminas de minas de dimensiones 3 a 7 dimensiones 3 a 7 mmmm, con media de 5 , con media de 5 mmmm) o a un sistema de ) o a un sistema de priladoprilado(esferas de yodo de 2 a 2,5 (esferas de yodo de 2 a 2,5 mmmm de dide diáámetro).metro).El yodo laminado o El yodo laminado o priladoprilado se envasa en tambores de cartse envasa en tambores de cartóón (se llaman n (se llaman ““cucuññetesetes””) de 50 kg con una pureza de 99,5%.) de 50 kg con una pureza de 99,5%.

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5.12 DIAGRAMA DE FLUJO PROCESO DE 5.12 DIAGRAMA DE FLUJO PROCESO DE PRODUCCION DEL YODOPRODUCCION DEL YODO

2828

5.13 ESPECIFICACIONES ESTANDARES 5.13 ESPECIFICACIONES ESTANDARES PARA EL YODOPARA EL YODO

Pureza Pureza ≥ 99,5%≥ 99,5%Residuos no volátiles ≤ 0,050% (500 ppm)Residuos no volátiles ≤ 0,050% (500 ppm)Acidez (como HAcidez (como H22SOSO44) ≤0,015% (150 ppm)) ≤0,015% (150 ppm)Hierro (como Hierro (como FeFe22OO33) ≤ 0,003% (30 ppm)) ≤ 0,003% (30 ppm)Azufre ≤ 0,015% (150 ppm)Azufre ≤ 0,015% (150 ppm)AcidoAcido bórico ≤ 0,006% (60 ppm)bórico ≤ 0,006% (60 ppm)

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5.14 PRECIO DEL YODO5.14 PRECIO DEL YODO

El yodo crudo con un 99,5% de pureza El yodo crudo con un 99,5% de pureza se ha transado durante el año 2007 se ha transado durante el año 2007 entre 22.500 y 26.500 entre 22.500 y 26.500 US$US$/ton./ton.

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