Producción de Carbonato de Sodio

Introducción

El carbonato de sodio, conocido comúnmente como soda, se puede sintetizar a partir del carbonato de calcio mediante el proceso Solvay, o puede recuperarse a partir de minerales o salmueras naturales.

1. Producción de Soda a partir de una Salmuera

Este proceso requiere que el carbonato de sodio se separe del agua y de los demás constituyentes de la salmuera. Esto se logra mediante la reacción entre el carbonato de sodio y el dióxido de carbono, para formar bicarbonato de sodio:

Na₂CO₃(aq) + CO₂(g) + H₂O(l) ——–> 2 NaHCO₃(aq)

El bicarbonato de sodio tiene una solubilidad limitada en agua, que puede disminuir si se reduce la temperatura de la disolución. Al producirse bicarbonato de sodio, la disolución se satura y éste empieza a cristalizar. Para separar los cristales se filtra la disolución, se lava para retirar la disolución residual y se envía el filtrado a una instalación de recuperación de carbonato de sodio.

La soda se recupera, a partir del bicarbonato de sodio, mediante calcinación; es decir, el calentamiento de los cristales recuperados para producir el desprendimiento de dióxido de carbono y agua:

2 NaHCO₃(s)      ——–> Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g)

El carbonato de sodio así obtenido, que se conoce como soda ligera debido a su baja densidad, puede comercializarse o refinarse para obtener un producto de mayor valor. La industria del vidrio, por ejemplo, necesita soda de densidad y tamaño de partícula comparables a los de la arena y la caliza.

Para obtener soda con estas propiedades, se blanquea la soda ligera y se alimenta con ella un cristalizador donde cristaliza carbonato de sodio monohidratado (Na₂CO₃·H₂O).

Los cristales monohidratados se separan de la disolución (aguas madres) en una centrífuga y se secan en secadores cilíndricos de vapor, donde la sal monohidratada se convierte en carbonato de sodio anhidro (soda densa).

Proceso de Cristalización

• Se bombea la salmuera a 25°C desde una fuente subterránea, a través de intercambiadores de calor sucesivos, cada uno de los cuales está asociado a un cristalizador de bicarbonato.
• Después de pasar a través de los intercambiadores de calor, la salmuera entra al primero de dos reactores de carbonatación en serie.
• La suspensión de bicarbonato de sodio (mezcla de sólidos y líquidos) sale de los reactores de carbonatación y entra al proceso de cristalización en 3 etapas.
• La salmuera que entra al proceso se utiliza para enfriar la suspensión en cada uno de los cristalizadores.
• La mezcla de cristales y licor que sale del tercer cristalizador se manda a un sistema de filtración, donde se separan los cristales de bicarbonato de sodio del licor. El precipitado, que contiene 91% en peso de cristales sólidos y 9% en peso de disolución, se manda a un proceso de lavado en etapas, para retirar las impurezas (NaCl y Na₂SO₄) presentes en la salmuera original.

2. Producción por el Método Solvay

Haciendo pasar amoníaco y dióxido de carbono gaseosos por una disolución saturada de cloruro sódico se forma carbonato ácido de sodio insoluble y cloruro amónico insoluble:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O —-> NaHCO₃ + NH₄Cl

El carbonato ácido insoluble se separa de la disolución por filtración y se transforma en soda por calentamiento (calcinación):

2 NaHCO₃ ——–> Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

Proceso Detallado

• En un recipiente se prepara una disolución saturada en frío de cloruro sódico que contiene unos 300 kg de NaCl por m³.
• La salmuera saturada se envía a un filtro prensa.
• La salmuera pura y filtrada pasa ahora al absorbedor de NH₃. Desde arriba fluye continuamente la salmuera saturada y por la parte inferior se inyecta en contracorriente gas amoníaco.
• Del saturador de NH₃ pasa ahora la disolución de NaCl + NH₄ al absorbedor (torre de precipitación), en el que se introduce simultáneamente por debajo CO₂. Se debe mantener una temperatura de 55°C para favorecer la formación del NaHCO₃.
• En la torre de precipitación se forma pues carbonato ácido de sodio, difícilmente soluble, que se separa de la disolución en el filtro de tambor.
• El sólido filtrado se lava con poca agua y se calcina en el horno rotatorio que tiene calefacción exterior. Alcanza una temperatura de 180°C, carbonato sódico anhidro que se almacena.
• La lejía que sale del filtro de tambor contiene amoníaco en forma de cloruro de amonio y se acumula en un tanque de almacenamiento para recuperar el amoníaco.