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QM

A030

20V4

UNIDAD IV:Procesos químicos industriales.

Tema 1: vidrio, papel y cobre

1. Procesos químicos

2. Industria del vidrio

3. Industria del papel

4. Industria del cobre

5. Contribución de los grandes procesos

químicos al desarrollo nacional

6. Impacto ambiental

1. Procesos químicos

1.1 Industria química

La industria química fabrica una gran variedad de productos. Tiene como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados.

Industria de base o pesada → utiliza fábricas en las que se trabaja con enormes cantidades de materia prima (de origen natural) y energía. Se generan productos intermedios para otros procesos industriales.

Corresponde a industrias siderúrgicas, metalúrgicas, cementeras, petroquímicas.

Industria de transformación o ligera → transforma materias primas en bruto o semielaboradas en productos de consumo directo a persona o empresas.

Corresponde a industrias de alimentación, textiles, entre otras.

Materias primas → materiales de origen animal, vegetal o mineral que son utilizados para obtener productos para el beneficio humano.

1.2 Fuente de materia primas

Recursos que son repuestos por procesos naturales dentro del marco de la experiencia humana.

Recursos renovables Recursos no renovables

Recursos que no serán repuestos por procesos naturales dentro del marco de la experiencia humana.

AireGases constituyentes del aire. Principalmente nitrógeno,

oxígeno y gases nobles.

Agua dulce Obtención de compuestos inorgánicos, hidrógeno y oxígeno.

Agua salada Obtención de agua potable (destilación) y sales.

Suelo Sílice, arcilla, caliza, yeso, metales, rocas fosfatadas, petróleo, carbón.

Biosfera Demás sustancias.

2. Industria del vidrio

El vidrio es un material inorgánico duro, de tipo cerámico, transparente.

Sólido amorfoMoléculas desordenadas como en un líquido pero manteniendo la cohesión necesaria para proporcionar rigidez mecánica.

Punto de fusiónNo tiene un punto de fusión definido y a medida que se calienta pasa por un progresivo ablandamiento.

No debe confundirse con el cristal, un sólido cristalino, no amorfo como el vidrio.

2.1 Producción

1) Mezclado de materias primas y vidrio reciclado

Materias primas → Óxido de calcio (CaO) – Carbonato de sodio (Na2CO3) –

Óxido de silicio (SiO2)

Recepción, dosificación y mezcla de las materias primas.

2) Fusión

Se lleva la mezcla a hornos, que pueden ser de tipo crisol o continuo, a una temperatura mayor a los 1500°C, en donde los componentes reaccionan y se forma el vidrio.

Na2SiO3 + CaSiO3 + Arena Vidrio

Afinado y homogenización.

Reposo y acondicionamiento térmico.

Horno de crisol. Para producciones de menor escala.

Horno continuo. Para producciones de mayor escala.

3) Conformación o moldeo

Se determina la forma del vidrio. En general los procesos de moldeo más comunes, presentes en el país corresponden a la fabricación de envases, vidrios planos y ampolletas.

4) Enfriamiento y recocido

Enfriamiento → consiste en el lento enfriamiento; dependiendo del tipo de vidrio, llevará más o menos tiempo para evitar los puntos de estrés.

Recocido → libera al producto de tensiones internas que causan una extrema fragilidad del vidrio.

Tratamientos finales

Templado → fortalece las piezas del vidrio.

Pintado → entrega nuevas propiedades físicas, químicas y ópticas.

Decorado → trabajo mecánico sobre la pieza.

5) Control de calidad

El producto obtenido es evaluado de acuerdo a parámetros de calidad; si no los cumple, es llevado de nuevo a fusión.

6) Almacenamiento y distribución

El producto se encuentra listo para ser llevado al mercado y utilizado por los usuarios.

Resumen del proceso.

2.2 Tipos de vidrio

Soda cal → el mas utilizado, virtualmente inerte.

Plomo → utiliza óxidos de plomo en lugar de óxidos de calcio. Tiene una superficie relativamente blanda.

Comerciales

Boro silicato (pyrex) → principalmente sílice (70-80%), óxido bórico (7-13%) y óxido de aluminio. Presenta buena resistencia a choques térmicos.

Especiales

Sílice vítreo → casi exclusivamente de sílice.

Aluminosilicatos → contiene cerca de un 20% de óxido de aluminio (Al2O3).

Sílice álcali-bario → contiene una mínima cantidad de óxidos de plomo, bario o estroncio.

Borato → pequeñas cantidades de sílice.

Fosfato → mezcla de V2O5 y P2O5

3. Industria del papel

Madera

Fibras de celulosa

Hemicelulosas Lignina

Ligante de fibras de celulosa.Heteropolímeros de hidratos de carbono de cadena corta.

Principal componente Polímero de β-glucosa.

3.1 Producción

Materia prima Nuestro país utiliza madera de pino insigne y eucaliptos.

Descortezado y chipeadoImplica sacar corteza, trozar y triturar los rollizos.

Cocción y digestión

Busca separar la celulosa de otros compuestos químicos. Se agrega disolución de NaOH y Na2S (licor blanco), para el proceso Kraft.

LavadoLa pulpa es lavada, extrayendo el “licor negro”.

Batido y blanqueado

Fibras se separan, cortan y peinan, para ser ordenadas. La mezcla es blanqueada usando ácido sulfúrico (H2SO4).

SecadoLámina es comprimida y secada, formando bobinas.

3.2 Tipos de papel

Kraft

Papel de elevada resistencia. Puede ser crudo o blanqueado.

Tisú

Compuesto de fibras naturales, delgado, flexible, alta capacidad para absorber líquidos. Se usa para papel higiénico.

Piedra

Mezcla de carbonato de calcio (80%) con resinas no toxicas (20%). Se obtiene un papel resistente.

4. Industria del cobre

Chile presenta grandes reservas de Cu.

(± 40 % del total mundial)

47% del total producido por 2ª región.

22% del total producido por 6ª región.

COBRE

Elemento escaso en la corteza terrestre.

(± 0,007 %)

Principalmente como calcopirita

(CuFeS2)

Los minerales de cobre se puede clasificar en dos grupos:

Minerales sulfurados → son mezclas de sulfuros de cobre o hierro, combinados con compuestos de otros elementos diferentes.

Calcopirita (CuFeS2) Principal mena nacional

Bornita (Cu5FeS4) Enargita (Cu3AsS4)

Minerales oxidados → Se originan en la descomposición y oxidación de los minerales sulfurados. Fueron los primeros explotados.

Malaquita (Cu2CO3(OH)2) Posee un 57% de cobre.

Azurita (Cu3(CO3)2(OH)2) Posee un 69,2% de cobre.

Cuprita (Cu2O)

1. Extracción → se extrae la porción mineralizada del cobre y otros elementos. Puede ser subterránea o a rajo abierto.

ETAPA DE CONCENTRACIÓN → el objetivo es concentrar las partículas de cobre. Se realiza en grandes instalaciones (planta). Este proceso involucra distintas etapas: chancado, molienda y flotación.

4.1 Producción cobre sulfurado

2. Chancado → reducción del tamaño de los fragmentos. Existe un chancado primario, secundario y terciario.

3. Molienda → se continua reduciendo el tamaño del mineral. Al material mineralizado se le agrega agua para obtener un fluido lechoso apropiado para los siguientes procesos.

4. Flotación → proceso fisicoquímico que permite la separación de los minerales sulfurados de cobre y otros minerales como el molibdeno (principal subproducto de la industria del cobre en el país), del resto de los minerales.

Se concentra el mineral.

Cobre al 31%

5. Fundición → el concentrado de cobre de un 31% se somete a procesos de pirometalurgia (se utiliza calor) en grandes hornos, donde el cobre del concentrado es transformado a cobre metálico y se separa de otros minerales como el Fe, S, Si, entre otros. Se tienen los siguientes pasos:

Conversión → se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta pureza. Se obtiene cobre blíster de una pureza en un rango de 97 a 99,5%.

Pirorrefinación → se incrementa la pureza del cobre blíster, llegando a un rango de 99,6 a 99,8% en cobre, llamado cobre RAF, el cual es moldeado en forma de ánodos.

Fusión → cambio de estado de sólido a líquido, para que el cobre se separe de los demás elementos.

6. Electrorrefinación → se transforman los ánodos producidos en el proceso de fundición a cátodos de cobre electrolíticos de alta pureza. Se realiza una electrolisis, utilizando corriente eléctrica, obteniéndose cátodos de cobre de alta pureza (99,99%).

En los yacimientos de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas sincronizadas :

Lixiviación en pilas → proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados, aplicando una disolución de ácido sulfúrico (H2SO4) y agua. Tienen un chancado inicial y se obtiene después de este proceso una disolución de sulfato de cobre (CuSO4).

Extracción con solventes→ la disolución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre.

4.2 Producción cobre oxidado

Electro obtención (EW) → Proceso electrometalúrgico mediante el cual se recupera el cobre disuelto en una disolución concentrada de cobre; se producen cátodos de cobre de alta pureza (99,99%).

4.3 Conceptos importantes

• Mena → depósito mineral cuya concentración es adecuada, en el aspecto económico, para extraer el metal deseado.

• Ganga → minerales sin valor económico, generalmente silicatos; ocupan entre un 90 y 95% del volumen total.

• Ley de mineral → se refiere a la concentración de oro, plata, cobre, estaño, etc., presente en las rocas y en el material mineralizado de un yacimiento. Es un valor cuantitativo.

• Aleación → disolución sólida de dos o más metales, o de un metal o metales con uno o más no metales.

Acero: Fe y C

Bronce: Cu y Sn

Latón: Cu y Zn

Amalgama (utilizado en odontología): Hg y otros metales.

• Pirometalurgia → procesos que se llevan a cabo a temperaturas elevadas.

5. Contribución de los grandes procesos químicos al desarrollo nacional

La industria química cumple una función muy importante en el desarrollo económico de un país. Esto se debe a que proporciona las materias primas con las que trabajan otras industrias manufactureras y permite exportar productos de mayor valor agregado.

En la industria química chilena se destacan tres categorías diferentes:

Empresas de escala mundial → son empresas que elaboran productos de alta competitividad en los mercados globales, porque cuentan con ventajas comparativas importantes.

Codelco Chile

Soquimich (SQM)

Methanex Chile

Empresas orientadas al mercado externo → orientadas a servir necesidades especificas, con productos adaptados a los requerimientos de clientes internos o externos.

Oxiquim

Molymet

CAP

Empresas orientadas al mercado interno → orientadas a servir necesidades especificas, del mercado nacional. Existen mas de 100 empresas.

Petrox

Petroquim

Petrodow

6. Impacto ambiental

AireLa calidad del aire empeora por la incorporación de sustancias tóxicas. Se

acentúan fenómenos contaminantes, tales como la lluvia ácida, efecto invernadero, etc.

SueloTerrenos no cultivados o naturales pasan a explotación agrícola.

Proyectos forestales contribuyen a la deforestación y sobreexplotación del suelo.

Agua Contaminación por descargas de aguas servidas, de desechos industriales, por arrastre de pesticidas en el regadío agrícola.

Flora y fauna

Remoción de flora debido a la explotación del suelo para la instalación de industrias. Diminución de la fauna debido a la alteración del hábitat

natural llegando a la extinción de especies.

Población Nuevas actividades pueden modificar el modo de vida de las personas.