Reyna Johan

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El aluminio

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un

metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza

terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se

encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.

En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas).

Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por

transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en

aluminio metálico mediante electrólisis. Este metal posee una combinación de

propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja

densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante sadecuadas se

puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen

conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por

todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero.

Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el

oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo

punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética

del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 35 y 38 m/(Ω mm2))

y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas

Es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite

de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace

adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como

elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que

permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del

material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas

Estructura atómica del aluminio.

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La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado

normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera

formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material,

aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A

pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de

sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con

facilidad con el ácido clorhídrico.

Procesos de obtención

Este proyecto de investigación tiene como objetivo general describir el proceso químico

utilizado normalmente para la obtención de la alúmina , el cual fue desarrollado en

Austria por Karl J. Bayer, en 1988 . En un primer aspecto estudiaremos la materia prima

que se utiliza en el proceso, el mineral bauxita; de color marrón rojizo es el nombre

genérico de varios productos de la erosión, hidratos, óxidos y silicato formados durante

varios millones de años por la acción prolongada del agua y el aire.

RESUMEN DEL PROCESO HISTORICO DE LA OBTENCION DEL ALUMINIO

A continuación se hace una reseña a cerca de los aspectos más importantes que han

servido como base para obtener el aluminio.

1.746, el químico alemán Andreas Marggref, logró producir óxido de aluminio del

alumbre.

1.801. El científico inglés Humphry Davy, comprueba que estos compuestos presentar

una base metálica que el denomino alumium. El descubre este metal haciendo pasar

una corriente eléctrica por una mezcla de potasa, óxido de aluminio y partículas de

limaduras de hierro que había colocado en un crisol de platino, esto produjo una

combinación de Fe y el nuevo metal. Siendo Davy por lo tanto, primero en vislumbrar el

metal de manera efectiva y darle un nombre que fue modificado ligeramente por

aluminum y más tarde por aluminium.

1.812. el americano Benjamin Silliman (químico de New- Haven) intenta la reducción de

la alúmina mediante carbón de madera bajo la llama del soplete. Observó la formación

de glóbulos metálicos, pero, no podía recogerlos al quemarse estos instantáneamente.

1.825. El químico Danés Hans Christian Oersted, mediante un proceso químico produce

los primeros glóbulos de aluminio muy impuros. Esto lo logra de la siguiente manera;

calienta una amalgama de potasio con cloruro de aluminio ( la primera preparación de

AlCl3) destilando luego el mercurio de la amalgama de aluminio, obteniendo un pequeño

glóbulo del metal, pero no pudo duplicar sus experimentos, por lo que se pone en duda

su logro, no obstante fue el primero de una nueva orientación y aportó la materia básica:

el AlCl3.

1.827. El alemán Friedric wholer, repitiendo los experimentos de Oersted, pero

sustituyendo la amalgama de potasio por potasio metálico, obtuvo el aluminio en forma

de polvo gris muy impuro que contiene además de potasio, cloruro de aluminio no

reducido, y a la vez imposible de compactar por calentamiento (nace así la metalurgia

de los polvos).

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1.845. El mismo Wholer mejorando sus experimentos logra producir glóbulos de metal

lo suficientemente puro como para permitirle describir con exactitud las propiedades del

aluminio, (ligereza, maleabilidad y su relación con otros metales).

"Para el año 1.852 el aluminio era un producto exclusivamente de laboratorios que se

vendía a razón de 545 dólares la libra, más costoso que el oro".

1.845. el francés Henri Saint- Claire De Ville, continuando con los trabajos de Wholer,

sustituye el cloruro de aluminio por cloruro doble de aluminio y sodio (NaAlCl4) y el

potasio por el sodio como reductor, además usa un crisol inerte (de platino) con respecto

al metal fundido, logra llegar a la obtención de un lingote metálico respectivamente puro.

Las propiedades intrísicas del cloruro doble de aluminio le hacen desempeñar, además

del papel de la primera materia, el de fúndente que permite unir los glóbulos en una

masa homogénea. El mérito de este nuevo método estiba en que se podía usar a escala

industrial, lográndose así para el año de 1.859 bajar el precio del aluminio a 17 dólares

la libra.

Trabajando en forma paralela con su procedimiento químico Claire De Ville, intenta y

produce aluminio por vía electrolítica, (por la pila del cloruro de aluminio y sodio fundido).

Pero para la época, la energía eléctrica era escasa y muy cara. Para la misma época el

alemán Robert Bunsen, obtiene independiente de De Ville, un resultado similar, es decir

descubre el método de la reducción electrolítica del cloruro de aluminio, en un baño de

sodio fundido, al ser pasada una corriente eléctrica, mediante el cual ocurre la

separación del aluminio metálico. Este método por su parte requería la costosa

operación de transformar la alúmina a cloruro de aluminio y esto industrialmente resulta

antieconómico.

1.886. Martin Hall (americano) y Paul Heroult (francés), trabajando independientemente,

descubren el proceso de la electrólisis de la alúmina en criolita fundida (Na3 .AlF6), éste

procedimiento eliminó el costoso paso antes mencionado. Este procedimiento a sido la

base para todos los procesos modernos de reducción de aluminio y solo se le ha dado

los retoques tecnológicos que las época amerita.

1.887 y 1.888. el austríaco Karl Joseph Bayer, deposita la patente de fabricación de

alúmina, fijando los principios que se utilizan siempre en la mayor parte de las fábricas

actuales. Para ello utilizan materia prima la bauxita (descubierta en el año 1.821 por

Berthier, en Les Baux, Francia.

En la actualidad casi el 100% del aluminio producido a nivel mundial es obtenido de la

combinación de estos dos últimos procesos, no obstante, las investigaciones continúan

en busca de procesos alternos que permitan la obtención de aluminio en una forma más

económica.

LA BAUXITA

Casi la totalidad hoy día del aluminio es producido a partir de este mineral. El término

BAUXITA, se refiere a una mezcla de minerales formados mediante la interperización

de las rocas que contienen aluminio. Las rocas madres pueden ser ígneas o

sedimentarias, son frecuentemente: Nephelina (3 NaO.K2O.9 Si O2), serpentina,

granito, dionita, dolerita y caliza conteniendo minerales arcillosos. Cuando estas rocas

son sometidas a la acción de la intemperie (efecto de las lluvias) o al tiempo, ellas

tienden a perder los constituyentes, tales como: silicio, magnesio, óxido de hierro y óxido

de titanio. En consecuencia, se forman arcillas que contienen entre 35-60% de óxido de

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aluminio (Al2O3) combinado y subsecuentemente laterita que consiste

substancialmente en óxido de aluminio hidratado y óxido de hierro hidratado. De

acuerdo a su composición química las lateritas son conocidas como ferruginosas o

aluminosas (aquellas más ricas en alúmina y más pobres en sílice y óxido de hierro) o

bauxitas.

La bauxita ocurre en lechos estratificados o cristales dentro o debajo de formaciones

como depósitos cubiertos o cercanos a la superficie terrestre: como impurezas, la

bauxita contiene generalmente óxido de hierro, sílice y titanita que varían en proporción

según su procedencia. La mayoría de los depósitos de bauxita de mayor tenor,

adecuados para la extracción de alúmina ocurre en regiones tropicales o semitropicales

1.Composición química de la bauxita

Como se ha indicado anteriormente las bauxitas son mezclas de minerales que

contienen alúmina hidratada y ciertas impurezas comunes, tales como óxido de Fe,

sílice y óxido de titanio (rutilo o anastasa). Una composición química típica de una

bauxita es la siguiente:

Al2O3 ......................................35-60%

Oxido de Fe ............................10-30%

Sílice (SiO2)............................ 4-18%

Ti O2 ........................................ 2-5%

H2O de constitución ................ 12-30%

Otras impurezas

EL PROCESO BAYER

1. Antecedentes e Historia

Antes de la invención del proceso Bayer ( 1886 – 1892 ), la alúmina se producía por el

procedimiento de Le Chatelier, (1869 ). Según dicho proceso, se mezclaba la bauxita

con carbonato sódico y se sometía la mezcla a calcinación en un horno a 1000 – 1100

ºC, proceso pirogénico. Como producto de reacción se obtenía aluminato sódico, que

se lixiviaba a 80 ºC, consiguiéndose una solución de aluminio de la que, una vez

saturada, se precipitaba la alúmina por medio de CO2 procedente del horno. Se

construyeron instalaciones de este tipo en Europa y Estados Unidos y suministraron

importantes cantidades de alúmina, incluso bastante después de que se pusiera a punto

el proceso BAYER. La base del proceso es :

Al2O3.3(H2O) + Na2CO3(ac) 1000-1200ºC 2NaAlO2(ac) + CO2 + 3H2O

2NaAlO2(ac) + CO2 + 3H2O ® Na2CO3(ac) + Al2O3.3(H2O) [ 2Al(OH)3]

El trihidrato filtrado se calcinaba a Al2O3 en un horno rotativo y a alta temperatura, 1100-

1200ºC. El Na2CO3 se concentraba en los licores hasta que precipitaba la sal, que se

reciclaba o vendía.

El problema de este procedimiento es que no sólo se obtiene aluminato de sódico, sino

también silicato y titanato, lo que produce impurificaciones del hidrato. Se precisaban,

pues, medidas más o menos complejas para controlar esta contaminación.

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2. – Bases del Proceso Bayer

Poco después de las patentes del proceso Hall-Héroult, en 1.889, K.J. Bayer patenta el

proceso de obtención de la alúmina, cuyas bases se mantienen en la actualidad. El

proceso utiliza como materia prima las bauxitas y consiste, en una solución acuosa de

sosa a alta temperatura.

Los distintos subprocesos del proceso Bayer son: la digestión de la bauxita molida en

una solución de sosa concentrada, en la que se produce la reacción siguiente:

Al2O3 n H2O(s) + 2NaOH(ac) --------- 2NaAlO2(ac) + (n+1) H2O

mediante el cual se pasa a solución el aluminio, dejando como residuo sólido inatacado

la mayoría de las impurezas que le acompañan en la bauxita, principalmente óxidos de

hierro y titanio.

El subproceso siguiente es la precipitación del aluminio de la solución rica, lo que se

consigue por enfriamiento de aquélla y dilución, favoreciéndose la precipitación del

hidróxido mediante la siembra. La reacción es la siguiente:

2NaAlO2(ac) + 4H2O-------- Al2 O3 . 3H2O(s) + 2NaOH(ac)

El hidrato que se precipita es siempre el trihidrato, independientemente de que, en la

bauxita, el aluminio se encuentre como monohidrato (boehmita y diásporo) o trihidrato

(gibbsita). El producto precipitado se denomina hidrargirita, bayerita o gibbsita.

Una vez separado el trihidrato, se seca y calcina según la reacción:

Al2O3 . 3H2O -------- Al2O3 + 3 H2O

obteniéndose el producto que alimentará las cubas de electrólisis.

El proceso requiere un tancaje importante, pues se procesan muchos miles de metros

cúbicos de pulpas y soluciones. Las instalaciones de molienda y digestión, los reactores,

la central de vapor, los equipos de espesado y decantado, filtrado, lavado y calcinado.

La sílice soluble es fundamentalmente aquella que se introduce con la bauxita en forma

de caolinita. Este mineral arcilloso es atacado con facilidad a las temperaturas de

digestión del proceso Bayer de baja temperatura. Cuando, por imperativo del tipo de

hidrato o hidratos presentes en la bauxita (boehmita o diásporo), se utilizan

temperaturas en el entorno de los 240ºC, también es atacada la sílice del cuarzo. Las

reacciones, que se producen, son las siguientes:

Al2O32SiO2 . 2H2O(s) + 6NaAl(OH) (ac) -------- 2NaAl(OH) 4(ac) + 2Na2SiO3(ac) +

H2O

SiO 2(s) + 2Na(OH) (ac) ------------- Na2SiO3(ac) + H2O

La sílice disuelta se precipita nuevamente sobre la pulpa en forma de un producto

insoluble, denominado sodalita Bayer, según la reacción:

6NaAl(OH) 4(ac) + 6Na2SiO3(ac) + 2NaX(ac) ----------3(Na2O. Al2O3 . 2SiO2 .2H2O).

Na2X2(s) + 12Na(OH)(ac)

Donde X puede ser: CO32-, 2AlO2-, 2OH-, SO2-4, etc.

3. Las impurezas de la bauxitas en el proceso Bayer

Las principales impurezas son de Sílice, Hierro y Titanio(son de gran importancia).

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La Sílice: la sílice se presenta como: cuarzo en sus varias formas y minerales, tales

como: Kaolinita ( Al2O3.2SiO2.2H2O) y Halosita (Al2O3.2SiO2.3H2O). La sílice en

forma de cuarzo no es perceptiblemente atacada durante la extracción del hidrato de

alúmina; pero la sílice combinada como arcilla y otros silicatos es altamente reactiva y

se disuelve en sosa cáustica en el tanque de reacción (autoclave) entonces reacciona

con sosa y la alúmina en solución y tiende a precipitarse como un silicato de sodio y

aluminio ( silico-aluminato de sodio) .

.

Hierro: el hierro se presenta como : hematita (Fe2O3), limonita (FeOH.nH2O), goetita

(FeO OH), siderita ( Fe CO3) y nontronita (Fe2O3. 3SiO2.5H2O).

El óxido de hierro en si no es un material dañino excepto, en grandes cantidades,

cuando tiende a incrementar pérdidas de sosa en el lodo rojo. Aumentando la cantidad

de material manipulado por unidad extraída.

Titanio: TiO2- El titanio presenta en las bauxitas (2-3%) se solubiliza y precipita como

NaHTiO3 ( metatitanato sódico), produciendo pérdidas de sosa. Esto se evita con la

presencia de cal (3-5% de la bauxita); excesos mayores pueden producir la pérdida de

alúmina como aluminato tricálcico hidratado.

El titanio es una impureza indeseable en la alúmina, debido que al pasar al aluminio

reduce notablemente la conductividad eléctrica del mismo.

Berilio: ocurre en cantidades muy pequeñas (0.0006-0,01%) en algunas bauxitas.

En el proceso Bayer se ha detectado en el licor y se ha pensado que precipita con

sales vanadio bajo ciertas condiciones. Su efecto es que causa costras muy duras en

la celda de reducción electrolítica.

Calcio: Se presenta en bauxitas originales de las rocas calcáreas.La caliza no es

apreciablemente extraída en el proceso Bayer y es usada por cauterización del

carbonato en el licor.

Carbón: La mayoría de las bauxitas comerciales contienen materiales orgánicos en

variadas cantidades. La presencia de materia orgánica, entre otros como oxalatos,

carbonatos, pueden causar licores espumosos embarazosos, que interfieren en el

asentamiento del lodo, en ciertas circunstancias retardan el proceso de descomposición

y alteran las características de las sales depositadas durante la evaporación y dificultan

su filtración.

Cromo: ocurre en un rango de 0003-0.3% como Cr2O3 probablemente asociado con el

Fe. Este óxido permanece casi inatacado durante la digestión.

Fluoruro: (0,01-0,05%), cuando se observa excesiva cantidad de fluoruro en la bauxita,

el balance de fluoruro entre bauxita, licor y cristales de vanadio no es mantenido,

depositándose fluoruro de sodio en una fuerte escala en los evaporadores e interfieren

con la transferencia de calor.

Galio: ha sido reportado en la mayoría de las bauxitas El galio se disuelve casi

completamente durante la extracción, eliminándose en la alúmina hidratada depositada

durante la descomposición

Manganeso: está usualmente presente en la mayoría de las bauxitas en un rango de

0,003-0,2% como MnO. El Mn presente en las bauxitas no es dañino en el proceso

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Bayer. El dióxido de Mn se recomienda como un medio para promover la oxidación de

materias orgánicas durante la digestión.

Vanadio: el vanadio de la bauxita es parcialmente soluble (30-70%) durante la digestión.

Constituye una impureza indeseable, haciendo la alúmina hidratada inadecuada para el

aluminio incrementando su resistencia eléctrica.

Fósforo: puede presentarse en apreciables cantidades en ciertas bauxitas, aunque las

cantidades son generalmente menores a 0,5%. El fósforo polivalente conduce a

pérdidas de eficiencia de corriente en las celdas electrolíticas a través de su oxidación

y reducción cíclica.

Potasio: Ocurre solamente en cantidades insignificantes en minerales comerciales.

Azufre: el azufre puede presentarse en la bauxita como pirita o como sulfatos.

Componentes orgánicos: principalmente son los ácidos húmicos que acomp

d'Masiv - Pergilah Kasih [Klip Asli].mp4añan a la bauxita: a veces se

producen al adicionar floculantes como la harina.

Con el hidrato cristalizan pequeñas cantidades de oxalato y se queman en el calcinador.

Si exceden ciertos niveles producen la rotura de la alúmina, generando finos.

EL PROCESO INDUSTRIAL DE LA FABRICACIÓN DE ALUMINA (PROCESO

BAYER)

1 . Principio básico del proceso

El proceso Bayer se basa en la variación de solubilidad en soda caústica, que

experimenta el óxido de aluminio hidratado con la variación de temperatura y

concentración de caústica, esto como consecuencia de las propiedades anfóteras del

hidróxido de aluminio.

En el proceso se plantean básicamente dos estados de equilibrio:

o Primer equilibrio:

Se favorece a alta temperatura y alta concentración de NaOH. Se

produce la disolución de los hidratos de alúmina de la bauxita, mientras que

la mayoría de las impurezas no lo hacen.

De manera que se forma una suspensión conteniendo una solución

de aluminato de sodio y un residuo insoluble "lodos rojos".

Reacción general:

Al2O3 . nH2O + 2NaOH « 2NaAlO2 + (n + 1) H2O

donde n= Nº de moléculas de agua (1 ó 3)

o Segundo equilibrio:

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Se favorece a baja concentración de NaOH y baja temperatura. Una vez

que los residuos insolubles han sido separados de la solución de aluminato, ésta

es sembrada con una carga seminal de alúmina trihidratada, favoreciéndose

entonces la velocidad de la reacción anterior en el sentido inverso(¬ ).

Precipitándose un óxido de aluminio trihidratado.

2. Materias primas del Proceso Bayer

Bauxitas: Es el mineral usado en el proceso Bayer, contiene

principalmente: óxido de aluminio, óxido de hierro, sílice y óxidos de

titanio.

Soda caústica: soda caústica (hidróxido de sodio) disuelto en agua a

una concentración de 50%. Es usada para disolver los óxidos de

aluminio presentes en la bauxita.

Vapor: el vapor suministra el calor necesario para disolver los óxidos de

aluminio. La estación generadora de vapor, produce los requerimientos

de vapor de la planta.

Caliza: es usada para producir una lechada de cal, la cual favorece la

filtración de lodos rojos.

Floculante: generalmente se usa almidón, el cual favorece el proceso

de sedimentación de lodos rojos.

3. Descripción del Proceso BayerAunque las condiciones del proceso son

influenciadas por el tipo de bauxita usada, hay 5 etapas principales en todas las

plantas. Ellas son:

I) PREPARACION DE LA BAUXITA

El primer paso en la planta de alúmina es la reducción del tamaño de partícula de la

bauxita, para incrementar la superficie de reacción y facilitar su manejo. La selección

del equipo de trituración y molienda está directamente relacionado a las propiedades

físicas de la bauxita .

Generalmente, entre estos equipos se usan diferentes trituradores, tales como

de mandíbula, de rodillo, de martillo y de impacto.

(a) Trituración seca, obteniendo un tamaño de partícula con un diámetro

básico de varios centímetros;

(b) Trituración seca o húmeda para obtener partículas menores que un

cm.

(c) Molienda húmeda, para obtener un tamaño de partículas entre 700-

300r m.

II) DIGESTIÓN

En esta operación, la pulpa proveniente del área de molienda, es disuelta

en caustica fuerte para formar una solución enriquecida en aluminato sódico, de

acuerdo a las reacciones siguientes:

Para el trihidrato:

(Al2O3 . 3H2O + impurezas) + 2NaOH ----- 2NaAlO2 + 4H2O + "L.R."

Para el monohidrato:

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(Al2O3 . H2O + impurezas) + 2NaOH ------ 2NaAlO2 + 2H2O + "L.R."

La digestión es una operación complicada, cuyos parámetros: temperatura,

concentración de NaOH y presión, dependen de la naturaleza del mineral de bauxita.

De aquí, que se habla de dos tipos de proceso Bayer, los que utilizan mono hidrato

(Bayer Europeo) y los que utilizan trihidrato (Bayer Americano). Para minerales

gibbsiticos; la temperatura debe estar dentro de los confines de la curva de equilibrio

Digestión de la Pulpa (Aprovechamiento energético).

Las plantas modernas tienen tres digestores en serie, verticales generalmente, provistos

de agitación. En estos equipos, que en las plantas grandes pueden tener capacidad de

500-1000m3, se alimenta la pulpa utilizando bombas especiales, y se le añade licor de

retorno con contenidos en sosa, de forma que se obtenga una relación alúmina cáustico

a la salida de 0,60-0,68 g Al2O3/gNa2CO3. el licor de retorno frecuentemente se corrige

para conseguir el adecuado contenido caústico. La temperatura de proceso es función

de la tipología de las bauxitas. Si la bauxita es gibbsítica es del orden de los 145ºC y la

presión está en el entorno de los 4kg.cm-2; si, por el contrario, la bauxita es de

monohidrato (boehmítica o diaspórica), la temperatura necesita alcanzar los 250ºC, con

una presión cercana a los 40 Kg. cm-2.

III) DILUCIÓN Y SEPARACIÓN DE RESIDUOS

Al final de la digestión, la suspensión que abandona el último digestor conteniendo la

solución de aluminato, arenas (material con un tamaño > 100pm) y lodos rojos

(partículas finas), está a una temperatura por encima de su punto de ebullición a presión

atmosférica, de manera que es pasada a través de un sistema de enfriamiento por

expansión en el cual ocurre una despresurización en forma escalonada hasta la

presión atmosférica y una disminución de la temperatura hasta aproximadamente 105-

100ºC.

La suspensión acuosa después del paso por los tanques de expansión es entonces

diluida, para facilitar el proceso de sedimentación de impurezas, mediante la reducción

de la viscosidad del licor, puesto que:

a) Desarenado

La pulpa que proviene de la digestión, después de todos los pasos de

recuperación térmica ya diluida, se somete a la separación de los lodos y arenas

que contiene. La suspensión acuosa diluida fluye dentro de hidroseparadores

(hidrociclones), donde las partículas relativamente gruesas (100 r m a más)

denominadas arenas compuestas en su mayor parte por sílice, son separadas de

las partículas finas. La solución con partículas gruesas sale por la parte inferior del

ciclón, mientras que la solución con las partículas finas lo hacen por la parte superior

como solución de rebose (overflow).

.

b) Sedimentación, lavado y desecho de lodos rojos

La sedimentación se lleva a cabo en tanques espesadores, y el lodo rojo

depositado en el fondo de éstos, es removido continuamente por un sistema de

rastrilleo. Este lodo rojo saliente por la parte inferior de los espesadores, es lavado

con el fin de recuperar la solución caústica y el licor que contiene alúmina disuelta,

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produciéndose simultáneamente un lodo que ha de ser desechado, mientras que el

agua de lavado es enviada al área disolución.

c) Filtración de seguridad

Las partículas finas en suspensión que aún permanecen en el licor, deben

ser separadas, de lo contrario contaminarían el producto, y ello es logrado mediante

una filtración de seguridad. El proceso se realiza por medio de filtros a presión

"Kelly". Una vez que la solución pase a través de esta filtración, es enviada a una

sección de enfriamiento por expansión instantánea, donde se le confiere al licor la

temperatura requerida para la precipitación Al disminuir la temperatura, la

sobresaturación de la solución es aumentada y favorece la precipitación del trihidrato

de alúmina.

IV) PRECIPITACIÓN

A pesar de bajar la temperatura del licor hasta los 75ºC, es difícil que se produzca una

precipitación espontánea. Se precisa, pues, de siembra de cristales de hidrato,

generalmente fino y en cantidad controlada, De esta manera, se puede conseguir la

granulometría deseada. La reacción de precipitación es siempre la siguiente:

NaAl(OH)4(ac) Al(OH)3 + NaOH(ac)

siembra de Al(OH)3

Una textura de grano adecuado.

Las condiciones más favorables para conseguir esto son:

Temperatura relativamente alta al comienzo de la precipitación, que favorece la

aglomeración.

Posterior enfriamiento para aumentar el rendimiento al máximo.

Tamaño de siembra adecuado, ya que influye en la superficie y en el número de núcleos.

Trabaja con la mayor sobresaturación de alúmina y sosa sin que afecte a la calidad del

producto.

Tiempo óptimo. Tiempos excesivamente largos aumentan muy poco el rendimiento,

bajando la productividad.

Clasificación del hidrato

En las plantas de alúmina Bayer tradicionales, la precipitación se llevaba a cabo en

forma discontinua .Para precipitar en un solo paso, se añade los gérmenes gruesos y

finos de forma conjunta, separándose los precipitados gruesos en el clasificador

primario, que se secan y calcinan. El control de esta operación no es sencillo, ya que

el producto final depende de la temperatura de llenado (alta al principio para favorecer

la aglomeración), de las granulometrías alimentadas y de la cantidad de germen.

.

Filtración del producto

La operación se realiza por medio de filtración al vacío en filtros

planos horizontales rotatorios. Esta operación es realizada con el fin de:

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Alcanzar un contenido bajo de humedad superficial en el hidrato para

minimizar los requerimientos de calor en el área de calcinación.

Lograr un contenido bajo en soda caustica para minimizar pérdidas y

reducir la contaminación del producto. Almacenamiento y bombeado a los

filtros horizontales, donde forma una llamada "torta de hidrato, la cual es

sometida a dos o más ciclos de lavado utilizando la menor cantidad de agua.

El hidrato precipitado se separa del licor agotado en tanques de posible.

Seguidamente el hidrato filtrado es enviado al área de calcinación. Mientras que

el licor agotado es transferido al área de evaporación.

Evaporación

Después que el hidrato ha sido removido, el licor agotado puede ser

usado para el próximo ciclo en el proceso Bayer. Primeramente, no obstante, el

agua debe ser evaporada hasta que sea almacenada la concentración original.

El licor es primero calentado por intercambio de calor con el licor preñado

caliente, desde el licor preñado al licor agotado. Entonces el licor es

concentrado hasta la concentración del licor fuerte usado en las áreas de

digestión y molienda.

V) CALCINACIÓN

El hidrato lavado se somete a secado y calcinación. El secado se consigue

aprovechando los gases calientes del calcinador y, una vez seco el mismo, se pone en

contacto a alta temperatura (900-1200ºC) en un horno. De esta forma se obtiene el

producto final, la alúmina (Al2O3). La reacción es la siguiente:

2Al(OH)3 1100ºC Al2O3 + 3H2O

El producto final es función de la temperatura y tiempo de calcinación. Si la temperatura

es alta, 1200ºC, se obtiene alúmina mayoritariamente a . Si la temperatura es baja,

1000ºC, se obtiene alúmina g , denominándose así una serie de alúminas de transición

a las que acompaña pequeñas cantidades de alúmina a . En el apartado

correspondiente se tarta de las diferentes clases de alúminas, producto de los distintos

sistemas de calcinación.

Como tecnologías da calcinación ha, fundamentalmente, dos:

- Horno rotativo.

- Lecho fluido.

La primera fue tradicional, que siempre produjo alúmina a , y en la actualidad adaptada

para obtener alúmina mayoritariamente g . Este tipo de horno es muy parecido a los

hornos de cemento.

Los hornos de lecho fluido producen una alúmina bastante uniforme y de

características "sandy" (con alto contenido en fase g ). Dichos lechos fluidos están

llegando a tal grado de perfección en su tecnología que el producto final tienen ya

propiedades buenas, no sólo desde el punto de vista de distribución granulométrica,

sino también en cuanto a su contenido en hidrato residual y alúmina a .

Tipos de alúmina

Reyna Johan

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Alúmina g :

Este tipo de alúmina es calcinada a una temperatura comprendida entre

950-1000ºC. Está constituida por partículas gruesas > 45r m. Se caracteriza por

poseer cierta reactividad, solubilidad en los ácidos o álcalis, propiedades

absorbentes, un área específica alta (30-60 m2/g), bastantes uniforme, caída

fácil, etc.

Alúmina a :

Es calcinada a temperaturas entre 1100-1200 ºC. Es un tipo de alúmina

muy fina, partículas < 45r m. Se caracteriza por ser inerte, área específica muy

baja (3-5 m2/g), tendencia a la polvorosidad, etc.

Dado que la alúmina de uso normal constituye una mezcla de estos dos tipos de

alúmina, se ha preferido que la calidad de la alúmina calcinada sea referida como:

Alúmina SANDY o ARENOSA.

La cual tiene una alta proporción de alúmina g (80-85%).

Alúmina FLOURY o POLVOROSA.

Cuyo mayor contenido es de alúmina a (80-90%).

Físicamente estos tipos de alúminas pueden ser diferenciadas por sus características

de fluidez o ángulo de reposo.

Características que definen las propiedades de una alúmina

industrial

Las siguientes propiedades han sido propuestas como las más

adecuadas para caracterizar alúminas industriales:

Pureza química.

Densidad a granel.

Tamaño de partículas.

Relación alúmina a / alúmina g .

Pérdidas por ignición (LOI).

Contenido de humedad.

Área supercifial específica (BET).

Ángulo de reposo.

Habilidad para formar costra.

Conductividad térmica.

Polvorosidad.

Costo, etc.

Consumos y parámetros de marcha de plantas Bayer

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Bauxita 2,6 Mg. (Mg Al2O3) –1

Sosa (Na2O) 0,115 Mg. (Mg Al2O3) –1

Agua 7 Mg. (Mg Al2O3) –1

Mano de obra 1 h.h. Mg. (Mg Al2O3) –1

Costes de inversión 1988 (*) 45.000 pts. (Mg Al2O3) –1

400$.(Mg Al2O3) –1

Productividad por m3 de licor concentrado 50 kg (baja temperatura) 75 kg (alta

temperatura)

Rendimiento de la precipitación 50%

(*) para plantas de 700.000 Mg.

PROCESO HALL-c:

Electrólisis de la alúmina para obtener aluminio.

La clave para obtener aluminio consiste en reducir el catión Al3+ para formar Al°. El

pasaje de corriente eléctrica a través de la celda de reacción (celda electrolítica) permite

hacer esta transformación.

Recuerden que un compuesto iónico en estado sólido no conduce la corriente eléctrica.

Los iones no pueden moverse libremente transportando carga eléctrica cuando están

formando parte de la red cristalina. En cambio, sí pueden hacerlo en estado fundido

(vean las actividades Iones I y II).

La temperatura de fusión de la alúmina (Al2O3) es superior a los 1500 °C. El costo en

energía y construcción de un reactor que opere a tan alta temperatura es muy elevado.

Sin embargo, una mezcla de alúmina y criolita (Na3AlF6) funde a 1000 °C,

aproximadamente. La criolita entonces actúa como fundente.

En la celda electrolítica tiene lugar la siguiente reacción:

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14

El carbono es el material que constituye el ánodo (electrodo positivo de la celda), y

dado que se forma CO2 (g), éste se va consumiendo, es decir, que las barras de

carbono son un insumo en la producción del aluminio.

El proceso industrial de obtención de aluminio, denominado proceso Hall-Heroult,

consiste en la electrólisis de alúmina (óxido de aluminio) disuelta en una mezcla de

sales fundidas o baño electrolítico. Esta mezcla se mantiene permanentemente en

estado líquido a una temperatura de 960°C.

El reactor donde se desarrolla el proceso, usualmente conocido como celda o cuba de

electrólisis, es un recipiente de aproximadamente y dependiendo de la tecnología de

producción utilizada, 4.5 m de ancho por 8.5 m de largo por 1.5 m de altura, conformado

por carbón y material refractario, soportados externamente por una rígida estructura de

acero. En dicho reactor pueden distinguirse desde arriba hacia abajo cuatro elementos

constitutivos bien diferenciados: ánodos de carbón (polo positivo); mezcla de sales

fundidas; aluminio líquido y cátodos de carbón (polo negativo). En este sistema la

corriente eléctrica continua circula desde el ánodo hacia el cátodo. Al atravesar el baño

electrolítico la corriente produce la descomposición de la alúmina disuelta en aluminio

metálico y oxígeno. El aluminio metálico obtenido se deposita en el fondo de la cuba,

mientras que el oxígeno generado consume el carbón de los ánodos produciendo dióxido

de carbono.

La planta de Aluar cuenta a la fecha con un total de 784 cubas que le posibilitan a la

empresa alcanzar una capacidad instalada de 460.000 toneladas anuales. Dicho número

de cubas se distribuye en 8 naves o salas de electrólisis de aproximadamente 500 metros

de longitud cada una.

Periódicamente, el aluminio obtenido en cada celda de electrólisis se extrae de la misma

por succión, utilizando para el transporte recipientes térmicamente aislados de 6

toneladas de capacidad. Estos recipientes se trasladan a las 3 salas de fundición con que

cuenta la planta insdustrial ,donde el metal líquido se solidifica en diferentes aleaciones

y formatos que constituyen los productos finales del proceso.

CROMO

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Nombre: Cromo Símbolo: Cr

Número atómico: 24 Masa atómica (uma):

51,9961

Período: 4 Grupo: VIB (transición)

Bloque: d (no representativo) Valencias: +2, +3, +6

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PROPIEDADES PERIÓDICAS

Configuración electrónica: [Ar] 3d5

4s1

Radio atómico (Å): 1,29

Radio iónico (Å): 0,69 (+3), 0,52

(+6)

Radio covalente (Å): 1,27

Energía de ionización (kJ/mol): 653 Electronegatividad: 1,66

Afinidad electrónica (kJ/mol): 64

PROPIEDADES FÍSICAS

Densidad (g/cm3): 7,19 Color: Gris

Punto de fusión (ºC): 1907 Punto de ebullición (ºC):

2671

Volumen atómico (cm3/mol): 7,23

Se obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4). El cromo se obtiene

comercialmente calentando la cromita en presencia de aluminio o silicio

(mediante un proceso de reducción). Aproximadamente la mitad de la

cromita se extrae de Sudáfrica. También se obtiene en grandes cantidades

en Kazajistán, India y Turquía.

Los depósitos aún sin explotar son abundantes, pero están

geográficamente concentrados en Kazajistán y el sur de África.

Aproximadamente en el año 2000 se produjeron quince millones de

toneladas de cromita, de la cual la mayor parte se emplea para aleaciones

(cerca de un 70%), por ejemplo para obtener ferrocromo (una aleación de

cromo y hierro, con algo de carbono). Otra parte (un 15%

aproximadamente) se emplea directamente como material refractario y, el

resto, en la industria química para obtener diferentes compuestos de

cromo.

Se han descubierto depósitos de cromo metal, aunque son poco

abundantes; en una mina rusa (Udachnaya) se producen muestras del

metal, en donde el ambiente reductor ha facilitado la producción de

diamantes y cromo elemental.

Procesos de obtención del cromo

o Por electrolisis de sales de cromo (III)

o Por reducción de trióxido de cromo por aluminio.

Aplicaciones .

Obtención de acero inoxidable.

Obtención de ferrocromo, aleación de hierro y cromo, con una buena resistencia

a la corrosión.

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Para el cromado, con lo cual se obtienen superficies duras y brillantes que

impiden la corrosión.

Se usa para dar a las esmeraldas un color verde. Es el responsable del color

verde de las esmeraldas y del color rojo de los rubíes.

La cromita, FeCr2O4, se emplea para la obtención de materiales refractarios para

fabricar ladrillos y moldes, ya que tiene alto punto de fusión, moderada

dilatación y estabilidad.

Los cromatos y dicromatos son sustancias iniciales para la preparación de

colorantes, inhibidores de la corrosión, fungicidas, esmaltes cerámicos.

El cromato de plomo, amarillo, se usa como colorante.

El óxido de cromo (III) es muy duro, se emplea en el coloreado de vidrios y

porcelanas (color verde) y tiene muchas aplicaciones como catalizador.

El dióxido de cromo es un material ferromagnético utilizado para recubrimiento

de las cintas de cassette de "cromo" ya que responde mejor a los campos

magnéticos de alta frecuencia que las cintas tradicionales de "hierro" (Fe2O3).

Magnesio

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Nombre: Magnesio Símbolo: Mg

Número atómico: 12 Masa atómica (uma):

24,3050

Período: 3 Grupo: IIA (alcalino-

térreo)

Bloque: s (representativo) Valencias: +2

PROPIEDADES PERIÓDICAS

Configuración electrónica:

[Ne] 3s2

Radio atómico (Å): 1,6

Radio iónico (Å): 0,65 (+2) Radio covalente (Å):

1,30

Energía de ionización (kJ/mol):

738

Electronegatividad:

1,31

Afinidad electrónica (kJ/mol): -

PROPIEDADES FÍSICAS

Densidad (g/cm3): 1,74 Color: Plateado

Punto de fusión (ºC): 650 Punto de ebullición

(ºC): 1090

Volumen atómico (cm3/mol):

14

Obtención:

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El magnesio se obtiene por dos métodos diferentes. Uno de ellos consiste en

reducir el mineral en hornos eléctricos con carburo de calcio u otros reductores. En el

otro, el metal se obtiene en dos fases: cloruración del mineral (magnesia, dolomía o

giobertita) y electrólisis a 700°C del cloruro fundido. El metal se acumula en la superficie

del baño y el cloro desprendido se recoge y se aprovecha en la fase de cloruración.

Sistema de Producción:

Se conocen varios procedimientos para producir magnesio a gran escala por electrólisis o por

reducción térmica. Actualmente, para alimentar las celdas los procedimientos electrolíticos

utilizan cloruro magnésico anhidro algo hidratado. Los procedimientos de reducción térmica se

caracterizan por le agente reductor, que puede ser carburo de calcio, aluminio, ferrosilicio o

carbón.

Procedimiento Dow

El método mas económico y más importante para producir magnesio, el cual

utiliza agua de mar como la materia prima más importante, el agua de mar debe estar

tibia , limpia y no debe de estar diluida .

Los pasos por los cuales se efectúa la extracción del magnesio son:

Decantación:

El agua de mar pasa por una compuerta la cual deja pasar el agua, en

este punto tiene una estratificación del agua de alta densidad, y del agua de baja

densidad. Se añade al agua de mar cloro en cantidad que deje por lo menos. 5

p.p.m. de halógeno libre residual para impedir el desarrollo de algas marinas.

Después se produce cal con conchas de ostras, la cal es convertida en lechada

en un apagador rotatorio. El hidróxido de calcio es sedimentado en tanques, de

los cuales se extrae una lechada rica, mientras el liquido claro que queda de

vuelve a someter al ciclo. La lechada se mezcla con un poco de sosa cáustica y

se diluye para facilitar el control, la mezcla de sosa cáustica y cal se agita con

agua de mar en el deposito flocurador.

Filtración:

Esta operación se realiza en filtros moore, conectados a un colector central de

succión, cada filtro se hace descender a un pozo lleno de lechada y durante dos

horas permanece ahí y se recoge el hidróxido de magnesio. Después de sacar el

cesto del pozo se lleva por medio de una grúa hasta tanques de vaciamiento, en

los cuales se separa lavando las hojas del filtro con aire a presión.

Neutralización:

Este paso comienza con la disolución de lechada, que en este momento

contiene aproximadamente el 25% de hidróxido de magnesio en peso, para

transformarla en una lechada bombeable. Esto se realiza en homogeneizadores

por agitación con una solución de cloruro de magnesio que vuelve al ciclo. La

lechada resultante con una consistencia de crema, se bombea a los

neutralizadores equipados con agitadores de hélice recubiertos con caucho. En

el primer tanque se añade 75% del ácido necesario y todo el hidróxido de

magnesio. La neutralización se completa en el segundo tanque.

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Evaporación:

Esta operación se realiza la eliminación casi completa del agua de la solución

del cloruro de magnesio al 15%, por evaporación y reducción en la solubilidad del

cloruro de sodio. Este paso se efectúa en cuatro unidades de evaporación

sumergidas del tipo de combustión colocadas en serie. cada unidad esta en

comunicación con una torre de enfriamiento equipada con un precipitador

electrostático. El paso siguiente es otra evaporación que se lleva a cabo en calderas

de ebullición.

Secamiento:

Para eliminar el agua en exceso de la permitida para alimentar las cubas

electrolíticas se calienta el liquido, de 50% de cloruro de magnesio a 170ºc en

tuberías de monel, pulverizando en ellas seis veces su peso de sólido previamente

secado en una mezcladora rotatoria. El material se almacena o se usa directamente

en las celdas electrolíticas, que son equipo auxiliar de los secaderos, hace pasar los

gases de escape cargados de polvo por separadores calientes de ciclón para

recuperar el cloruro de magnesio.

Electrólisis:

Se realiza en celdas electrolíticas Dow. Las celdas en trabajo están llenas de

una mezcla de sales fundidas, que consta de 25% de cloruro de magnesio, 15% de

cloruro de calcio, 60% de cloruro de sodio. El agua residual es evaporada al fundirse

el material por el calor del baño. Sin ninguna dificultad puede añadirse material de

alimentación que contenga de 10 al 20 % de agua a un baño que este a 700ºc , la

adición se hace lenta y uniformemente.

Por electrólisis se puede producir magnesio fundido y cloro gaseoso. El magnesio sube hasta la

punta del electrolito y es dirigido por placas de hierro hacia los pozos colectores situados en la

parte delantera de la celda, y el metal se saca a mano de los pozos en lingotes.

Corrosión :

El magnesio, a diferencia del aluminio, no se usa mucho en forma no aleada para

construcciones. En consecuencia, es la resistencia a la corrosión de las aleaciones de

magnesio la que suele interesar.

Pruebas de magnesio indicaron frecuentemente que algunas aleaciones de

magnesio resistían mal el ataque por el agua de mar, un estudio revelo que pequeñas

cantidades de hierro, cobre, níquel, eran causa de la mala resistencia a la corrosión en el

agua de mar.

VANADIO

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19

descripción general

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Nombre: Vanadio Símbolo: V

Número atómico: 23 Masa atómica (uma): 50,9415

Período: 4 Grupo: VB (transición)

Bloque: d (no representativo) Valencias: +2, +3, +4, +5

PROPIEDADES PERIÓDICAS

Configuración electrónica: [Ar] 3d3

4s2 Radio atómico (Å): 1,34

Radio iónico (Å): 0,59 (+5), 0,74 (+3) Radio covalente (Å): 1,25

Energía de ionización (kJ/mol): 650 Electronegatividad: 1,6

Afinidad electrónica (kJ/mol): 51

PROPIEDADES FÍSICAS

Densidad (g/cm3): 6,11 Color: Gris-Plateado

Punto de fusión (ºC): 1910 Punto de ebullición (ºC):

3407

Volumen atómico (cm3/mol): 8,34

Historia

Descubridor: Andrés Manuel del Río, Nils Sefström.

Lugar de descubrimiento: México y Suecia.

Año de descubrimiento: 1801.

Origen del nombre: El nombre fue dado en honor de la diosa escandinava

"Vanadis" (Diosa de la belleza) en alusión a la gran variedad de colores de sus

combinaciones.

Obtención: Manuel del Río lo descubrió en México en 1801. A sugerencias de

un químico francés se retractó creyendo que lo había confundido con otro

elemento: el cromo. En 1830, Sefström descubre un elemento nuevo y Wöhler

demuestra que es el mismo que el descubierto por del Río. En 1867 Roscoe lo

obtuvo puro, reduciendo el cloruro con hidrógeno.

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20

Métodos de obtención

Reducción del pentaóxido de divanadio con calcio, en un reactor a

presión, a 950 ºC.

Electrólisis de dicloruro de vanadio fundido.

Vanadio de alta pureza se obtiene por reducción del tricloruro de

vanadio con mezcla de sodio-magnesio.

Los vanadatos se disuelven mediante una fusión alcalina. En medio ácido

y tras otros procesos se obtiene el V2O5, que se reduce parcialmente con

carbono, y luego con calcio en atmósfera de argón para obtener vanadio

metálico.

En el caso de que no se parta de un mineral que contenga el vanadato,

sino un sulfuro, éste se oxida para obtener el vanadato y se realiza el

mismo procedimiento para obtener vanadio.

Si se quiere obtener vanadio más puro, se emplea el método Van Arkel-

de Boer (formación de un compuesto volátil y su posterior

descomposición).

Gran parte de la producción de vanadio en el mundo proviene de lo

magnetita. El vanadio es extraído principalmente de Sudáfrica, el noroeste

de China, y el este de Rusia. En 2007 estos tres países habían extraído

más del 95% de las 58.600 toneladas de vanadio producido.

El vanadio también se encuentra en la bauxita y en los depósitos de

combustibles fósiles como el petróleo crudo, el carbón, el esquisto

bituminoso y las arenas bituminosas. En el petróleo crudo, han sido

reportadas concentraciones de hasta 1200 ppm. Cuando se queman

productos derivados del petróleo, las trazas de vanadio pueden iniciar la

corrosión en los motores y calderas. Se estima que 110.000 toneladas de

vanadio por año se liberan a la atmósfera por la quema de combustibles

fósiles. El vanadio también se ha detectado en la luz espectroscópica del

Sol y otras estrellas.

Aplicaciones

Recubrimiento de las barras de combustible de reactores

nucleares, por su baja sección de captura de neutrones. Producción de acero de gran tenacidad para herramientas

especiales: duras y resistentes a la corrosión. Se obtiene una aleación con 86% de vanadio, 2% de hierro y 12% de carbono, llamada ferrovanadio.

Se utilizan hojas de vanadio como agente de unión para recubrimiento del acero con titanio.

El pentaóxido de divanadio se usa en cerámica y como catalizador en la fabricación del ácido sulfúrico.

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21

Ácido carbónico.

El ácido carbónico es un ácidoanhídrido del óxido de carbono (IV) (CO2). El

ácido carbónico puede atacar a muchos de los minerales que comúnmente

forman las rocas, descomponiéndolos. Su composición es H2CO3. También es

llamado trioxocarbonato (IV) de hidrógeno o ácido trioxocarbónico (IV).

Estado Natural

El ácido carbónico se encuentra en la atmósfera en estado normal en concentraciones

que varían desde 0,03 hasta 0,06 %. También se encuentra disuelto en el agua de

manantial, que en ocasiones está cargada de este gas a presión de forma efervescente.

Se desprende en grandes cantidades por los respiraderos y fisuras de la corteza

terrestre en las zonas volcánicas. El gas se encuentra también presente en el aire

espirado y su concentración aumenta en la atmósfera de una habitación llena de gente.

En su producción industrial, los gases de combustión se enfrían y depuran pasando por

una torres de absorción. En el proceso Girbotol es absorbido mediante etanolamina, y

en el proceso álcali-carbonato mediante un álcali. Cuando la fuente de producción es un

proceso de fermentación el gas es tratado con un depurador húmedo y carbón activado

antes de pasar al compresor.

Propiedades

Físicas

Nombre IUPAC: Ácido trioxocarbónico (IV)

Otros nombres Trioxocarbonato (IV) de hidrógeno

Fórmula semidesarrollada H2CO3

Fórmula molecular H2CO3

Estado de agregación Líquido

Apariencia Incoloro

Densidad 1000 kg/m3; 1 g/cm3

Masa molar 62,03 g/mol

Punto de fusión K (-273,15 °C)

Punto de ebullición K (-273,15 °C)

Químicas

Es el producto de la reacción de agua y óxido de carbono (IV) y existe en equilibrio con

este último, por ejemplo, en el agua gasificada o la sangre. No es posible obtener ácido

carbónico puro ya que la presencia de una sola molécula de agua catalizaría su

La mezcla vanadio-galio se usa para producir imanes superconductores con campos de 175000 gauss.

Reyna Johan

22

descomposición inmediata en óxido de carbono (IV) y agua. Sin embargo, se calcula

que en ausencia absoluta de agua sería estable.

En disolución, el ácido carbónico puede perder uno o dos protones. Retirando el primer

protón forma el ionhidrogenocarbonato (o bicarbonato); retirando el segundo protón

forma el ion carbonato.

H2CO3 → HCO3- + H+ (pKd = 6.35)

HCO3- → CO32- + H+ (pKd = 10.33)

Cuando el ácido carbónico se combina con átomos, radicales positivos o una base,

pueden formarse sales como carbonatos o hidrogenocarbonatos. Por ejemplo,

combinado con cal (óxido de calcio) constituye mármol y tiza (carbonato de calcio).

El ácido carbónico está presente en las limonadas. En una forma más diluida

desempeña un papel principal en la formación de cuevas. Este ácido opera como buffer

en la solución lograda para sanitizar el agua cuando es el único medio operante, el ácido

carbónico más fuerte, es el sulfato ácido de arcadio.

El H2CO3 está presente en las bebidas gaseosas como Coca-Cola o Fanta.

Las sales y ésteres del ácido carbónico se les denominan carbonatos

Obtención

Es el á. que se forma por disolución del dióxido de carbono, CO2, en agua. La solubilidad

del dióxido de carbono en agua es importante, según se indica a continuación:

0° 10° 20° 25° 60° C

171 119 88 75,7 36 Vol. de CO2 a una atm. por 100 vol. de agua

Estas soluciones se comportan como un á. débil, enrojeciendo moderadamente el papel

de tornasol, y contienen el á. carbónico, H2CO3, formado en la reacción.

CO2 + H2O = H2CO3

De estas disoluciones no se puede aislar el á. c., ya que en la deshidratación

(evaporación o congelación) se desprende el CO2 por rebasarse su solubilidad en agua.

Con ello la reacción (a) se desplaza hacia la izquierda y el H2CO3 se descompone. Sin

embargo, se ha demostrado que el H2CO3 existe como una entidad estable en éter

anhidro a -30° C cuando se añade HCl a una dispersión etérea de NaHCO3 a -30° C.

De este medio puede separarse por enfriamiento a -78°C un eterato de fórmula

H2CO3(C2H5)2O que se descompone a -10°C.

En el á. c. y sus sales (carbonatos) el carbono se encuentra coordinado por tres

oxígenos, de modo que los cuatro átomos del grupo CO3= son coplanares. La

configuración electrónica corresponde a la resonancia entre las tres estructuras

principales A, B, C:

Efectos sobre la salud

En los animales con pulmones, el sistema amortiguador carbónico/bicarbonato es

especialmente efectivo. En estos animales, el H2CO3 del plasma sanguíneo está en

equilibrio con el CO2 gaseoso presente en el espacio aéreo de los pulmones, lo que

Reyna Johan

23

supone una reserva prácticamente ilimitada de CO2 que puede participar en el equilibrio.

En este sistema tampón tienen lugar 3 equilibrios reversibles entre el CO2 gaseoso de

los pulmones y el bicarbonato disuelto en la sangre

Efectos en humanos

Intoxicación por anhídrido carbónico — Efectos tóxicos producidos por la inhalación de

cantidades excesivas de anhídrido carbónico. El anhídrido carbónico es un estimulante

respiratorio, aunque también es asfixiante.

Presión parcial de anhídrido carbónico — Porción de la presión gaseosa sanguínea total

ejercida por el anhídrido carbónico. Las presiones normales de anhídrido carbónico en

sangre arterial oscilan entre 35 y 45 mm Hg; en sangre venosa, entre 40 y 45 mm Hg.

Acidosis por anhídrido carbónico — Trastorno en el cual el anhídrido carbónico retenido

en los pulmones aumenta la acidez de los líquidos corporales.

Aplicaciones

Industria

Se utiliza en la industria en forma gaseosa: para fabricación de bebidas carbónicas,

jardinería de calidad en invernaderos (aditivo atmosférico),industria química, soldadura

al arco... en forma líquida: equipos de extinción de incendios, cámaras de

refrigeración...o bien sólida: como hielo seco para fabricación de helados y alimentos

congelados, uso en laboratorios y hospitales...

Medicina

El bicarbonato es un tampón fundamental en el organismo y normalmente está presente

en los fluidos biológicos como bicarbonato sódico (siendo el sodio el principal ion

positivo en los fluidos extracelulares). ¿Qué características del bicarbonato sódico

contribuyen a su eficacia como tampón biológico?

El ion bicarbonato (HCO3-) se puede combinar con un protón (H+) para formar ácido

carbónico (H2CO3), absorbiendo así protones de la disolución y elevando el pH

sanguíneo.

El ácido carbónico, que se puede formar a partir de CO2 y agua, puede disociarse en

H+ y HCO3- para proporcionar H+ y bajar el pH sanguíneo.

El ácido carbónico, que se puede formar a partir del bicarbonato, se convierte en CO2 y

agua mediante una reacción enzimática muy rápida.

El CO2, por ser volátil, puede ser rápidamente eliminado del organismo en cantidades

variables mediante la respiración.