Recuperación de NAOH de un sistema electrolítico multicomponente

Abstract

En el proceso Harris de suavización de plomo bullion se usa sosa cáustica fundida para eliminarle impurezas. En el proceso se genera una solución que contiene aproximadamente 11 % - 12 % de NaOH, 5 % - 6 % de Na2CO3 y 1% de NaCl y otras sales de sodio (solución original). La sosa podría ser recuperada y alimentada nuevamente al proceso en un ciclo cerrado. La concentración de hidróxido de sodio requerida para usarlo nuevamente en el proceso Harris es del 80 %. La concentración de sosa base seca en la solución original es de aproximadamente 62 - 63 %, por lo que la simple evaporación de agua de esa solución no es suficiente para obtener el grado de pureza requerido para el NaOH recuperado (80 %). Se plantea entonces el objetivo de recuperar la mayor cantidad de la sosa contenida en la solución original, con una concentración de al menos el 80 % (base seca) para poder usarla nuevamente en el proceso Harris. Para lograr esto se siguieron las siguientes actividades: búsqueda bibliográfica; análisis de la información obtenida; diseño y ejecución de experimentos para observar el comportamiento del equilibrio de fases de la solución; diseño y ejecución de experimentos para analizar la posibilidad de convertir el carbonato de sodio en sosa cáustica mediante el proceso de caustificación; y planteamiento del proceso de recuperación de NaOH. La bibliografía reporta que el equilibrio de sistemas de NaOH - Na2COa - NaCl - H2O a 25 °C favorece la precipitación de las sales de sodio cuando la concentración de NaOH es de 50 %. Esto significa que, si se elimina agua de la solución original hasta obtener una concentración de hidróxido de sodio de 50 %, las otras sales presentes precipitan y pueden ser separadas por filtración. Mediante este proceso se puede obtener una sosa base seca con pureza de hasta el 97 %. Sin embargo, una separación por este medio requiere de fuertes consumos de energía y por lo tanto tiene un costo alto. En una primera serie de experimentos para conocer el equilibrio de los componentes a altas concentraciones, se sometió a la solución original a un proceso de evaporación. Los principales resultados obtenidos son que el carbonato de sodio es el principal componente que se satura y cristaliza. La concentración final de sosa que se obtuvo es de 68 %, lejos aún del objetivo planteado del 80 %. También se comprobó que la temperatura de ebullición de la solución se desvía ligeramente de lo predicho por las líneas de Dühring. En otra serie de experimentos se agregó óxido de calcio a la solución original. Éste reacciona con el carbonato de sodio y forma hidróxido de sodio y carbonato de calcio, el cual es insoluble y precipita. Esta reacción es conocida con el nombre de caustificación. Los sólidos son separados por filtración. Se logró obtener una conversión de 60 % basado en el carbonato de sodio, de manera que la concentración final de NaOH, base seca, es de aproximadamente 80 % peso. La reacción es de primer orden con respecto al carbonato de sodio. Se comprobó que es factible convertir parcialmente al carbonato de sodio presente en la solución original en hidróxido de sodio, de manera tal que luego de la separación de sólidos y evaporación del agua se puede obtener una pureza de NaOH del 80 % base seca. Casi el 100 % de la sosa presente en la solución original es recuperada, además de que el 60 % del carbonato de sodio presente es convertido a sosa. La única cantidad de hidróxido de sodio que se pierde en el proceso es el presente en la humedad retenida por los sólidos en el proceso de filtración. Finalmente se propone el proceso para lograr lo anterior, el cual consiste en la caustificación de la solución original, seguido de filtración de sólidos y eliminación de agua mediante evaporación.