PROCESOS ELECTROLITICOSELECTROLISIS DEL CLORURO DE SODIO ACUOSOExisten dos mtodos de electrolisis del cloruro de sodio acuosoMtodo de diafragmaMtodo de amalgama

MTODO DE DIAFRAGMA Una solucin saturada de sal comn libre de toda clase de impurezas que en este caso es el electrolito, se introduce continuamente a la celda donde los nodos de grafito estn separados por el diafragma de asbesto (serpentina 2SiO3MgSi O3H2.H2O). Los ctodos son de hierro en forma de parrillas. Se aplica una corriente elctrica continua de 4 voltios mediante los electrodos, los iones cloro van al nodo, se descargan, se unen para dar molculas y abundan en forma de gas el espacio andico y posterior tratamiento. De los iones Na+ y H+ presentes en el ctodo, solo se descargan el hidrogeno por tener un potencial de separacin ms positivo.El hidrogeno se recoge por debajo del diafragma en el espacio catdico queda una disolucin de leja de sosa que contiene cloruro de sodio, esta disolucin se recoge en depsitos adecuados. Ver figura 6.

Fig. 6: Mtodo del diafragmaLas reacciones que se producen son:nodo: 2Cl- Cl2 + 2e-Ctodo: 2H2O + 2e- H2 + 2OH-Reaccin total celda 2H2O + 2Cl- H2 + Cl2+2OH Los iones Na+ actan como iones expectantesSi aadimos 2Na+ en cada miembro de la ecuacin 2H2O + 2Cl-+2Na+ H2 + Cl2+2Na+ + 2OH-La reaccin general del proceso electroltico del cloruro de sodio acuoso ser:2H2O + 2Cl- + 2Na+ H2 + Cl2 + 2NaOHSiendo los productos de esta electrolisis H2, Cl2 y NaOH

MTODO DE LA AMALGAMAA las clulas inclinadas por un lado, se suministra continuamente la solucin de cloruro de sodio saturada libre de impurezas, los nodos son de grafito, el ctodo es de mercurio, que cubre el suelo y que fluye lentamente en l. La corriente continua que se suministra a travs de los electrodos es de unos 4.6 voltios, hace que el cloro formado en el nodo salga en forma gaseosa.Los iones sodio se descargan en el ctodo de Mercurio y rpidamente forman amalgama de sodio que fluye fuera de la celda y es llevado por medio de una bomba a un deposito que es una torre rellena con grafito en la que se produce la descomposicin de la amalgama con agua con produccin de mercurio, leja de sosa e hidrogeno el mercurio puro se recoge en el fondo de la torre y se bombea de nuevo a la celda de electrolisis. Ver figura 7

Fig. 7: Mtodo de Amalgama

Las reacciones que se producen en la celda electroltica son:2NaCl + 2Hg Cl2 + 2Hg + Na2Hg + Na + 2H2O 2Hg + 2NaOH + H2 2 NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH

2NaCl + Hg Na2Hg + Cl2Na2Hg + 2H2O 2NaOH + Hg + H22NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + NaOH

Anodo: 2Cl- Cl2 + 2e-Catodo: 2(Na+ + 1e-) NaI2Na+ + Hg Na2Hg

Fuera de la celdaNa2Hg + 2H2O 2NaOH + Hg + H2Los productos obtenidos por este mtodo tambin son: H2, Cl2 y NaOH

OBTENCINELECTROLTICA DEL ALUMINIO3.3.1.- AluminioElemento qumico metlico, que fue descubierto por Hans Christian Oersted en 1825, de smbolo Al, nmero atmico 13, peso atmico 26.9815, que pertenece al grupo IIIA del sistema peridico. El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecnica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades tiles. El aluminio es el elemento metlico ms abundante en la Tierra y en la Luna, pero nunca se encuentra en forma libre en la naturaleza. Se halla ampliamente distribuido en las plantas y en casi todas las rocas. Abunda como xidos, hidrxidos y silicatos.

Entre los minerales de aluminio ms conocidos son:xidos: Al2O3 almina o corindnAl2O3 color rojo se llama rubAl2O3 color azul se llama zafiroAl2O3 color violeta se llama amatistaAl2O3 teido a negro con xido de hierro se llama esmeril Hidrxido: Al2O3.2H2O BauxitaSilicato: arcilla, caoln, feldespato, micaOtros:Na3AlF6 criolita

El aluminio es estable al aire y resistente a la corrosin por el agua de mar, a muchas soluciones acuosas y otros agentes qumicos. Esto se debe a la proteccin del metal por una capa impenetrable de xido. A una pureza superior al 99.95%, resiste el ataque de la mayor parte de los cidos, pero se disuelve en agua regia. Su capa de xido se disuelve en soluciones alcalinas y la corrosin es rpida. El aluminio es anftero y puede reaccionar con cidos minerales para formar sales solubles con desprendimiento de hidrgeno. El aluminio fundido puede tener reacciones explosivas con agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con contenedores hmedos. A temperaturas altas, reduce muchos compuestos que contienen oxgeno, sobre todo los xidos metlicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales y aleaciones.

3.3.2.- Propiedades Fsicas:El aluminio es un metal plateado con una densidad de 2.70 g/cm3 a 20C (1.56 oz/in3 a 68F). El que existe en la naturaleza consta de un solo istopo, 2713Al. El aluminio cristaliza en una estructura cbica centrada en las caras, con lados de longitud de 4.0495 angstroms. (0.40495 nanmetros). El aluminio se conoce por su alta conductividad elctrica y trmica, lo mismo que por su gran reflectividad. En la tabla 3 se pueden observar algunas propiedades fsicas principales del aluminio.

PROPIEDADES

NombreAluminio

Nmero atmico13

Valencia3

Estado de oxidacin+3

Electronegatividad 1,5

Radio covalente()1,18

Radio inico ()0,50

Radio atmico()1,43

Configuracin electrnica 3s23p1

Primer potencial de ionizacin (eV) 6,00

Masa atmica (g/mol)26,9815

Densidad (g/ml) 2,70

Punto de ebullicin (C)2450

Punto de fusin (C)660

Tabla 3: Propiedades fsicas del Aluminio

3.3.3.- Proceso de ObtencinAqu se hace una descripcin del proceso productivo de obtencin del aluminio, el mtodo ms utilizado en la industria es el de Bayer, que se detalla a continuacin.La bauxita Al2O32H2O con la siguiente composicin:53% Al2O32H2O4% Caolinita24% Fe2O35% SiO22% TiO20.5% Constituyentes organicos.11.5% Otros materiales.

Se tritura y luego se somete a un tamizado a 100 mallas luego se lleva a un horno de calcinacin para eliminar el agua que contienen y otros materiales orgnicos a una temperatura de 400 a600C, el producto que sale del horno de calcinacin se refrigera hasta una temperatura permisibles y se llevan a un molino de bolas y luego se realiza un tamizado hasta 150 mallas luego este material en un mezclador se mezcla Al2O3 con NaOH que proviene de un tanque de almacenamiento previamente calentado, esta mezcla se lleva a una autoclave, donde se calcina de 150 a200C A 6-8atm. de presin durante unas 4 horas con agitacin, se forma el aluminato de sodio y el Fe, Si, Ti precipitan como hidrxidos el aluminato de sodio se diluye y luego concentra y se lleva a un filtro prensa para eliminar el NaOH, este liquido de NaOH, impurezas se lava y se lleva a un filtro prensa donde como los lodos se tiene hidrxidos de Fe, aluminosilicatos de sodio se elimina y el NaOH se recicla al tanque de disolucin.La disolucin de aluminato de sodio, se lleva a un agitador donde se mantiene de 2 a 3 das donde se produce la siguiente reaccin:

Este Al(OH)3 se calcina en el horno rotatorio a 1300 C donde se produce la siguiente reaccin:

Este Al2O3 se lleva a la celda electroltica.La leja del filtro rotatorio que contiene elevado contenido en aluminio, se somete a concentracin en vaci en evaporadores de mltiple efecto y se recicla al deposito inicial.Una parte del Al(OH)3 se mezcla en un reactor con carbonato de sodio y cido fluorhdrico donde se realiza la siguiente reaccin:

Esta mezcla se lleva a un filtro prensa donde se obtiene la criolita y se elimina las impuresas, esta criolita se lleva a un secador de 300 a400 C y luego se lleva a un horno rotatorio a 1100C, esta criolita calcinada se lleva a la celda electroltica donde se mezcla con la alumina calcinada a unos 900C esta masa se funde se hace pasar la lectricidad y comienza la electrolisis.La celda electroltica est formada por cubas de hierro revestidas por bloques de carbn que funcionan como ctodo, dentro de las cuales se encuentran los nodos de carbn, tal como mse pueden observar en la figura 9.

Fig. 9: Electrlisis del AluminioEl electrolito es una mezcla de alumina y criolita, se hace pasar la corriente elctrica, la temperatura dentro de la celda electroltica es de 900C, la masa funde y comienza la electrolisis:

Por efecto de la reaccin redox, se obtiene aluminio fundido con una pureza del 99.99% en el fondo de la celda electroltica, por donde se lo deja en moldes para solidificarse en lingotes.

3.3.4.- Diagrama de Flujo del Proceso:

La obtencin electroltica del aluminio, se puede entender de manera fcil en el diagrama de flujo de proceso, el cual se presenta seguidamente.Tabla 4: Descripcin de equipos

CDIGO

EQUIPO

F-101, F-106, F-114,F-117, F-203, F-301,F-303, F-315Silos y tanques de almacenamiento.

C-104C-112Molino de prensa de rodillos.Molino de bolas.

J-103Transportador de tornillo helicoidal.

H-105, H-113H-208, H-211, H-311H-207, H-209H-213H-314Tamices.Filtro prensa.Espesador.Filtro rotatorio.Celda electrosttica.

C-107, C-108, C-109,C-117, C-316Molinos de rodillos

Q-110Q-220, Q-313Horno de calcinacin.Horno de calcinacin, rotatorio.

M-120M-313, M-320Silo mezclador.Mezcladores.

G-107Ventilador de aire.

E-111, E-118Intercambiador de calor.

M-116, M-206, M-212Mezcladores y agitadores.

V-201V-214, V-215, V-216Autoclave. Evaporadores de mltiple efecto.

R-310Reactor de tanque agitado.

P-305Torre de enfriamiento.

B-312Secador (equipo de contacto slido lquido).

K-102, K-115, K-204Vlvulas de contacto.

L-205, L-302, L-304.L-306Bombas.

Fig. 10: Diagrama de flujo de Proceso de Obtencin del Aluminio

Buxita ImpuraF-101F-114C-104J-103H-105

G-107F-106Q-110H-113M-116AguaSosaF-301L-205Acido FluorhdricoGas-+AL2O3Alumina CalcinadaNaOH CCNaOH diluidoVaporVaporVaporAL(OH)3Criolita calcinadaAL(OH)3GasGasAluminato de Na puroAL(OH)3Aluminio (99.7% AL)Leja de lavadoGas ResidualNaOHVaporLodoLodorojoNaOH CCAL(OH)3V-201D-202E-118F-117M-206H-208H-209R-310F-203M-212H-213V-214V-215V-216H-207Q-220Q-313F-303L-304H-211H-311B-312H-314F-315L-302E-111C-112PREPARACION DE LA MATERIA PRIMA BAUXITAOBTENCION DE ALUMINAFABRICACION DE LA CRIOLITA SINTETICAK-102K-204CWCWRP-305L-306K-115ALUMINIO

3.3.5.- Usos y Aplicaciones:En la construccin domstica e industrial. En transporte; en la construccin de aviones comerciales y militares, automviles, paneles de carrocera. vagones, contenedores de carga y seales de carretera, divisin de carriles y alumbrado.En la industria aeroespacial,La industria de empaques para alimentos.En aplicaciones elctricasEn el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio, herramientas, aparatos porttiles, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esques y raquetas de tenis.El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos y como reductor qumico.Existen cientos de aplicaciones qumicas del aluminio y sus compuestos

3.3.6.- Efectos:Efectos del Aluminio sobre la salud: Cuando uno es expuesto a altas concentraciones de aluminio, este puede causar problemas de salud. La toma de concentraciones significantes de Aluminio puede causar un efecto serio en la salud como: Dao al sistema nervioso central Demencia Prdida de la memoria Apata Temblores severos

El Aluminio es un riesgo para ciertos ambientes de trabajo, como son las minas, donde se puede encontrar en el agua. La gente que trabaja en fbricas donde el Aluminio es aplicado durante el proceso de produccin puede aumentar los problemas de pulmn cuando ellos respiran el polvo de Aluminio. El Aluminio puede causar problemas en los riones de los pacientes, cuando entra en el cuerpo durante el proceso de dilisis.Efectos ambientales del Aluminio: El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas de salud a animales que consumen esas plantas.Las concentraciones de Aluminio parecen ser muy altas en lagos acidificados. En estos lagos un nmero de peces y anfibios estn disminuyendo debido a las reacciones de los iones de Aluminio con las protenas de las agallas de los peces y los embriones de las ranas. Elevadas concentraciones de Aluminio no slo causan efectos sobre los peces, pero tambin sobre las aves y otros animales que consumen peces contaminados e insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a travs del aire. Altas concentraciones de Aluminio no slo pueden ser encontrados en lagos cidos y aire, tambin en aguas subterrneas y suelos cidos. Hay fuertes indicadores de que el Aluminio puede daar las races de los rboles cuando estas estn localizadas en las aguas subterrneas.

3.4.- OBTENCIN ELECTROLTICA DEL COBRE3.4.1.- CobreElemento qumico, de smbolo Cu, con nmero atmico 29; uno de los metales de transicin e importante metal no ferroso. El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos. La mayor parte del cobre del mundo se encuentra como sulfuros minerales como la calcocita (Cu2S), covelita (CuS), calcopirita (CuFeS2), bornita CuFeS4) y enargita Cu3(AsSb)S4. y como minerales oxidados como la cuprita (CuO), tenantita (Cu12As4S13), malaquita (CuCO3), azurita 2CuCO3.Cu(OH)2 , estos minerales indicados son los ms conocidos ya que los minerales de cobre son muchsimos ms numerosos.El cobre es el primer elemento del subgrupo IB de la tabla peridica. Su tomo tiene la estructura electrnica 1s22s22p63s23p63d104s1. El bajo potencial de ionizacin del electrn 4s1 da por resultado una remocin fcil del mismo para obtener cobre(I), o ion cuproso, Cu+, y el cobre(II), o ion cprico, Cu2+, se forma sin dificultad por remocin de un electrn de la capa 3d. El peso atmico del cobre es 63.546. Tiene dos istopos naturales estables 63Cu y 65Cu. Tambin se conocen nueve istopos inestables (radiactivos). El cobre se caracteriza por su baja actividad qumica. Se combina qumicamente en alguno de sus posibles estados de valencia. La valencia ms comn es la de 2+ (cprico), pero 1+ (cuproso) es tambin frecuente; la valencia 3+ ocurre slo en unos cuantos compuestos inestables.

3.4.2.- Propiedades Fsicas:Un metal comparativamente pesado, el cobre slido puro, tiene una densidad de 8.96 g/cm3 a 20C, mientras que el del tipo comercial vara con el mtodo de manufactura, oscilando entre 8.90 y 8.94. El punto de fusin del cobre es de 1083.0 (+/-) 0.1C (1981.4 +/- 0.2F). Su punto de ebullicin normal es de 2595C (4703F). El cobre no es magntico; o ms exactamente, es un poco paramagntico. Su conductividad trmica y elctrica son muy altas. Es uno de los metales que puede tenerse en estado ms puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y resistente al desgaste. La fuerza del cobre est acompaada de una alta ductibilidad. Las propiedades mecnicas y elctricas de un metal dependen en gran medida de las condiciones fsicas, temperatura y tamao de grano del metal.3.4.3.- Proceso de Obtencin del CobreEl concentrado de cobre con un contenido de 20 a 30% de cobre conteniendo impurezas de Au, Ag, Pt, Ni, Sb, Se, Te, etc, se lleva a un horno de tostacin para transformar el mineral sulfurado a un mineral oxidado, la temperatura de operacin es este horno es de 850 a900C, la tostacion se puede expresar en la siguiente reaccin:

El mineral oxidado se lleva a un horno de reverbero, donde se carga mineral sin tostar, arena y coque, la temperatura de operacin en este horno es de 1250C, aqu parte del oxido ferrico se transforma en oxido ferroso, que en presencia del dioxido de silicio da lugar a la formacin de metasilicato ferrosos (escoria), siendo la reaccin:

Este metasilicato es muy liviano, esta en la superficie y es eliminado. El resto es sulfuro ferroso de cobre recibe el nombre de mata blanca, que contiene un 10% de cobre y algo de oro, plata y otras impurezas que contena como concentrado.Esta mata blanca se lleva al convertidor de Bessemer donde por accin de una fuerte corriente de aire se oxida en azufre restante.

El cobre aqu obtenido se llama cobre negro o cobre galeante.En un horno se calienta el cobre negro, donde se agita la masa fundida por accin del calor, se producen compuestos reductores, que transforman el oxido cuproso en cobre impuro, cobre bruto o cobre blister; esta masa fundida se recoge en moldes y se les da forma de barras, que son empleadas como nodos.En las celdas electroliticas se emplean las barras de cobre blister como anodos y cobre puro como catodos, el electrolito contiene 44gr/lt de Cu, 1.99 gr/lt de H2SO4 , la temperatura de entrada es 60C y 55C de salida, cola y otros Kg/TM 0.057% un voltaje de 0.230 v por cuba y una intensidad de corriente de I = 8 670 Amperios. Ver figura 11.

Fig. 11: Celda electroltica de refinacin de cobreComo electrolito es una solucin de sulfato de cobre y acido sulfrico. Al circular la corriente lectrolitica el cobre impuro se disuelve y pasa a la solucin como cation cuprico (Cu+2) y se deposita en el ctodo, transformandose en cobre lectrolitico de una pureza de 99.99%.

Las impurezas se depositan en el fondo de la cuba como barros andicos que contienen Au, Ag, Se, Te, As, Sb, Pb, Ni, del que se extraen oro y plata (mas del 50% de la plata procede de la refinacin electroltica del cobre).

3.4.4.-Diagrama de Flujo del Proceso:La obtencin electroltica del cobre tambin se puede explicar mediante el empleo del diagrama de flujo del proceso y es como se presenta a continuacin.

Tabla5: Descripcin de equipos

CODIGO

EQUIPO

Q-101Q-210Horno de cuba.Horno de llama.

H-201H-203H-301H-302Convertidor (extractor).Filtro de aire.Fundicin de nodo.Electrolisis.

F-303Silo de almacenamiento.

G-202Ventilador de aire

Mineral + Aditivos + CoqueGas residual y polvos volantesEscoriasSO2Escorias (raeduras)Cobre electrolticoVapor de aguaGas residual con Zn, Pb, As, SbAireG-202H-201Gas de caldeoQ-101H-203Q-210H-301H-302Mata brutaCobre negroCobre bruto_+CtodosnodosF-303COBRE

Fig. 12: Diagrama de flujo Proceso de obtencin del Cobre

3.4.5.- Usos y Aplicaciones:55 % del cobre es aplicado con fines elctricos.Naftenato de cobre, en la prevencin de la putrefaccin de la madera, telas, cuerdas y redes de pesca. Como fungicidas e insecticidas.Como pigmentos.En soluciones galvanoplsticas.Como mordentes en teido.Como catalizadores.Fabricacin de aleaciones.Fabricacin de municiones.Construccin de carros de combate y camiones.Construccin de barcos.Construccin de tuberas y utillaje.Construccin de neveras elctricas.En el acondicionamiento de aire.Iluminacin, radio y televisin.Tableros de mando.Como partes de los motores.En la telefona.En el transporte de energa elctrica.

3.4.6.- Efectos:Efectos del Cobre sobre la salud:Este micromineral se encuentra presente en el organismo en 100 a 150 mg, y el 90% de esta cantidad se encuentra en msculos, huesos e hgado. Este participa en la formacin de la hemoglobina, y es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de huesos, tendones, tejido conectivo y el sistema vascular. El cobre esta presente en el hgado, rin, mollejas y otras vsceras, en carnes, cereales integrales, frutas secas y legumbres. Es raro ver excesos de cobre, pero estos pueden producir hepatitis, mal funcionamiento de riones y desrdenes neurolgicos. Una dificultad metablica determinada genticamente que se caracteriza por aumentar los depsitos de cobre en hgado y cerebro es la enfermedad de Wilson. La carencia de cobre en el organismo es igualmente anormal en personas que llevan una alimentacin normal. Sin embargo las formas en que se puede manifestar la ausencia de cobre en el organismo es por anemias moderadas a severas, edemas, desmineralizacin sea, detencin del crecimiento, anorexia y vulnerabilidad a infecciones. Las necesidades diarias son de aproximadamente de 2 mg.

Efectos Ambientales del Cobre:La produccin mundial de Cobre se incrementa, esto significa que ms y ms Cobre contamina el medioambiente. Los ros estn depositando barro en sus orillas que estn contaminados con Cobre, debido al vertido de aguas residuales contaminadas con Cobre. El Cobre entra en el aire, mayoritariamente a travs de la liberacin durante la combustin de fuel. El Cobre en el aire permanecer por un perodo de tiempo, antes de depositarse cuando empieza a llover. Este terminar mayormente en los suelos, como resultado los suelos pueden tambin contener grandes cantidades de Cobre despus de que est sea depositado desde el aire.El Cobre puede ser liberado en el medioambiente tanto por actividades humanas como por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de polvo, descomposicin de la vegetacin, incendios forestales y aerosoles marinos. Cuando el Cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgnica y menierales. Como resultado este no viaja muy lejos antes de ser liberado y es difcil que entre en el agua subterrnea. En el agua superficial el cobre puede viajar largas distancias, tanto suspendido sobre las partculas de lodos como iones libres.El Cobre puede interrumpir la actividad en el suelo, su influencia negativa en la actividad de microorganismos y lombrices de tierra. La descomposicin de la materia orgnica puede disminuir debido a esto. Cuando los suelos de las granjas estn contaminados con Cobre, los animales pueden absorber concentraciones de Cobre que daan su salud. Principalmente las ovejas sufren un gran efecto por envenenamiento con Cobre, debido a que los efectos del Cobre se manifiestan a bajas concentraciones.

3.4.7.-Empresas Minera Productoras de Cobre en el Per:Souther Per.BHP TintayaCyprus Cerro verde.Centromin Per.Compaa minera Pativilca.Compaa minera Condestable.Compaa minera Raura S.A.Compaa minera Sayapullo.Compaa minera Atacocha.Compaa minera Yauliyacu.Sociedad minera Austria Duaraz.Compaa minera Huaron.Compaa minera Yauli S.A.Compaa minera Buenaventura.Corporacin minera Castrovirreyna.Compaa minera Volcn.

3.4.8.- Principales Pases Productores de Cobre en el Mundo:Tabla6: Pases Productores de CobrePAISES%

Chile32%

Estados Unidos13%

Indonesia7%

Canad6%

Per5%

Mxico3%

Zambia3%

Otros31%

Fuente: Sociedad Nacional de Minera Petrleo y Energa.