El documento describe el procesamiento de salmueras naturales y artificiales para obtener productos inorgánicos. Las salmueras se concentran usando plantas de evaporación solar, lo que permite separar los componentes mayoritarios por cristalización. Los componentes de valor se extraen luego usando cristalización fraccionada u otras técnicas. La evaporación solar consiste en pozas que concentran la salmuera mediante evaporación del agua por el sol, obteniendo sales precipitadas y una salmuera más concentrada.

1.
PRINCIPIOS Y
PRINCIPIOS Y CARACTERISTICAS
CARACTERISTICAS
122
122
CAPITULO 7
CAPITULO 7
PRI
PRINCI
NCIPI
PIO
OS
S Y C
Y CARACT
ARACTE
ERI
RI ST
STI
I CAS
CAS
7.1 INTRODUCCION
7.1 INTRODUCCION
Varias fuentes de productos inorgánicos son salmueras, ya sean naturales o
Varias fuentes de productos inorgánicos son salmueras, ya sean naturales o
artificiales. Ejemplos son el agua de mar, salmueras subterráneas, depósitos salinos y
artificiales. Ejemplos son el agua de mar, salmueras subterráneas, depósitos salinos y
salmueras geotermales. La tabla 7.1 muestra la composición típica de algunas salmueras
salmueras geotermales. La tabla 7.1 muestra la composición típica de algunas salmueras
naturales. Las salmueras artificiales se forman por lixiviación de minerales solubles en
naturales. Las salmueras artificiales se forman por lixiviación de minerales solubles en
agua. Ejemplo de estos minerales se encuentran en la
agua. Ejemplo de estos minerales se encuentran en la tabla 7.2.
tabla 7.2.
Tabla 7.1:
Tabla 7.1: Composicion de salmueras naturales (Porcentaje en peso).
Composicion de salmueras naturales (Porcentaje en peso).
Mar
Mar
Mue
Muert
rto
o
Sal
Sala
ar d
r de
e
Great
Great
(Uta
(Utah)
h)
Silve
Silver
r
Peak
Peak
(Nevada)
(Nevada)
Sal
Sala
ar d
r de
e
Ata
Ataca
cam
ma
a
(Chile)
(Chile)
Sa
Sala
lar d
r de
e
Uyu
Uyuni
ni
(Bolovia)
(Bolovia)
Na
Na
K
K
Mg
Mg
Li
Li
Ca
Ca
SO
SO
4
4
Cl
Cl
B
B
3.21
3.21
0.60
0.60
3.33
3.33
0.002
0.002
1.18
1.18
0.07
0.07
17.32
17.32
0.003
0.003
8.00
8.00
0.65
0.65
1.00
1.00
0.004
0.004
0.016
0.016
2.00
2.00
14.00
14.00
0.006
0.006
6.20
6.20
0.53
0.53
0.03
0.03
0.02
0.02
0.02
0.02
0.71
0.71
10.06
10.06
0.008
0.008
7.60
7.60
1.80
1.80
0.96
0.96
0.15
0.15
0.03
0.03
1.78
1.78
16.00
16.00
0.06
0.06
8.70
8.70
0.72
0.72
0.65
0.65
0.04
0.04
0.05
0.05
0.85
0.85
15.70
15.70
0.02
0.02
Algunos ejemplos de productos derivados de salmueras son compuestos de boro,
Algunos ejemplos de productos derivados de salmueras son compuestos de boro,
carbonato de litio, cloruro de potasio, nitrato de sodio, sulfato de
carbonato de litio, cloruro de potasio, nitrato de sodio, sulfato de sodio y yodo.
sodio y yodo. La figura
La figura
7.1 representa el diseño abstracto para el procesamiento de salmueras. Generalmente, las
7.1 representa el diseño abstracto para el procesamiento de salmueras. Generalmente, las
salmueras son concentradas usando plantas de evaporación, que en el caso de Chile
salmueras son concentradas usando plantas de evaporación, que en el caso de Chile
corresponde a evaporación Solar. Esto permite la separación de los componentes
corresponde a evaporación Solar. Esto permite la separación de los componentes
mayoritarios y menos solubles. Generalmente, estos componentes cocristalizan en grupos
mayoritarios y menos solubles. Generalmente, estos componentes cocristalizan en grupos
de tres o dos sales. Si existen componentes de valor éstos son obtenidos usando
de tres o dos sales. Si existen componentes de valor éstos son obtenidos usando
cristalización fraccionada, flotación, u otra operación unitaria. La salmuera concentrada es
cristalización fraccionada, flotación, u otra operación unitaria. La salmuera concentrada es
tratada para obtener otros componentes de
tratada para obtener otros componentes de valor que se
valor que se encuentran en menor concentración
encuentran en menor concentración
y/o tienen una alta solubilidad. Aquí se utilizan operaciones como la precipitación o la
y/o tienen una alta solubilidad. Aquí se utilizan operaciones como la precipitación o la
extracción líquido-líquido.
extracción líquido-líquido.

2.
PRINCIPIO
PRINCIPIOS
S Y
Y CARACTERISTI
CARACTERISTICAS
CAS
123
123
Tabla 7.2:
Tabla 7.2: Ejemplos de
Ejemplos de minerales solubles en
minerales solubles en agua.
agua.
GRUP
GRUPO
O MINERAL
MINERAL FORMULA
FORMULA
Cloruros
Cloruros
Sulfatos
Sulfatos
Carbonatos
Carbonatos
Boratos
Boratos
Nitrato
Nitrato
Otros
Otros
Halita
Halita
Silvita
Silvita
Silvinita
Silvinita
Carnalita
Carnalita
Schoenita
Schoenita
Tenardita
Tenardita
Glauber
Glauber
Trona
Trona
Natrón
Natrón
Tincal
Tincal
Ulexita
Ulexita
Salitre
Salitre
Nitro
Nitro
Kainita
Kainita
Sulfohalita
Sulfohalita
NaC
NaCl
l
KCl
KCl
NaCl
NaCl +
+ KCl
KCl
KC
KCl·
l· M
Mg
gS
SO
O4
4·
· 6H
6H2
2O
O
K
K
2
2S
SO
O4
4·
· M
Mg
gS
SO
O4
4·
· 6H
6H2
2O
O
Na
Na2
2S
SO
O4
4
Na
Na2
2S
SO
O4
4·
· 1
10
0H
H2
2O
O
Na
Na2
2CO
CO3
3·
· N
Na
aH
HC
CO
O3
3·
· 2H
2H2
2O
O
Na
Na2
2CO
CO3
3·
· 1
10
0H
H2
2O
O
Na
Na2
2B
B4
4O
O7
7·
· 1
10
0H
H2
2O
O
(N
(Na·
a· C
Ca)
a)B
B
5
5O
O9
9·
· 5H
5H2
2O
O
NaNO
NaNO3
3
KN
KNO
O3
3
KC
KCl·
l· M
Mg
gS
SO
O4
4·
· 3H
3H2
2O
O
Na
Na2
2S
SO
O4
4·
· N
Na
aC
Cl
l
Figura 7.1:
Figura 7.1: Diseño conceptual para el
Diseño conceptual para el procesamiento de salmueras.
procesamiento de salmueras.
SALMUERA
SALMUERA
CONCE
CONCENTRA
NTRACION
CION
CRISTALIZACION POR
CRISTALIZACION POR
EVAPO
EVAPORACIO
RACION
N
EXTRACCION DE
EXTRACCION DE
COMPONENTESCON
COMPONENTESCON
VAL
VALOR
OR
EXTRACCION DE
EXTRACCION DE
COMPONENTESCON
COMPONENTESCON
VAL
VALOR
OR
PRODUCTOS PRODUCTOS
PRODUCTOS PRODUCTOS
DESECHOS
DESECHOS

3.
PRINCIPIOS Y
PRINCIPIOS Y CARACTERISTICAS
CARACTERISTICAS
124
124
7.2
7.2 EVAPORACION
EVAPORACION SOLAR
SOLAR
La evaporación solar consiste básicamente en una poza, desde la cual la salmuera
La evaporación solar consiste básicamente en una poza, desde la cual la salmuera
es bombeada, el es agua evaporada por el sol, obteniéndose una fase sólida, correspondiente
es bombeada, el es agua evaporada por el sol, obteniéndose una fase sólida, correspondiente
a las sales precipitadas, y una salmuera más concentrada. Con el aumento de los
a las sales precipitadas, y una salmuera más concentrada. Con el aumento de los
combustibles esta técnica ha aumentado significativamente en los últimos años. Existen
combustibles esta técnica ha aumentado significativamente en los últimos años. Existen
procesos
procesos o
o investigació
investigación
n en
en Egipto
Egipto (Salar
(Salar Qarun),
Qarun), China,
China, Jordán,
Jordán, Israel,
Israel, Bol
Bolivia,
ivia, Arabia
Arabia
Saudita, India, México, etc.
Saudita, India, México, etc.
Para lograr una adecuada operación se necesita considerar cinco áreas: (1)
Para lograr una adecuada operación se necesita considerar cinco áreas: (1)
condiciones del terreno, (2) meteorología, (3) agua fresca, (4) accesibilidad y (5) reservas
condiciones del terreno, (2) meteorología, (3) agua fresca, (4) accesibilidad y (5) reservas
de mineral. Buenas condiciones de terreno para la construcción de pozas de evaporación
de mineral. Buenas condiciones de terreno para la construcción de pozas de evaporación
solar incluye: terreno plano, impermeable, y suficiente resistencia para soportar las pozas.
solar incluye: terreno plano, impermeable, y suficiente resistencia para soportar las pozas.
Obviamente, las mejores condiciones metereológicas incluyen un clima caliente y seco.
Obviamente, las mejores condiciones metereológicas incluyen un clima caliente y seco.
Areas con humedad relativa de 10%, 5cm de lluvia anual y temperaturas de 30ºC son
Areas con humedad relativa de 10%, 5cm de lluvia anual y temperaturas de 30ºC son
perfe
perfectas.
ctas. Las
Las necesi
necesidades
dades de
de agua
agua fresc
fresca s
a se ju
e justific
stifica p
a por
or la n
la necesid
ecesidad
ad de
de solub
solubilizar
ilizar sales
sales
que precipitaron y son no deseadas, o para purificar las sales durante el proceso. La
que precipitaron y son no deseadas, o para purificar las sales durante el proceso. La
accesibilidad es prácticamente necesario en cada proceso, las sales y soluciones necesitan
accesibilidad es prácticamente necesario en cada proceso, las sales y soluciones necesitan
ser transportadas, el tamaño y forma de operación depende de las reservas de mineral y
ser transportadas, el tamaño y forma de operación depende de las reservas de mineral y
cómo la salmuera de alimentación cambia con
cómo la salmuera de alimentación cambia con el tiempo y la temperatura.
el tiempo y la temperatura.
Cada
Cada poza
poza sola
solar p
r puede
uede ser
ser desc
descrita
rita p
p
or el
or el modelo d
modelo de la
e la figura 7.
figura 7.2. La
2. La figura
figura
muestra sólo una poza. En la mayoría de los sistemas existe más de una poza y la salida de
muestra sólo una poza. En la mayoría de los sistemas existe más de una poza y la salida de
una poza se transforma en la alimentación a la poza siguiente. La evaporación es una
una poza se transforma en la alimentación a la poza siguiente. La evaporación es una
función de la concentración del inventario inicial y final, y de las condiciones
función de la concentración del inventario inicial y final, y de las condiciones
metereológicas. La precipitación de sales es una función de la concentración de la salmuera,
metereológicas. La precipitación de sales es una función de la concentración de la salmuera,
temperatura y evaporación. Arrastre es la salmuera capturada en los huecos entre cristales
temperatura y evaporación. Arrastre es la salmuera capturada en los huecos entre cristales
de sales. Todas las sales tienen un volumen hueco característico. Por ejemplo, el cloruro de
de sales. Todas las sales tienen un volumen hueco característico. Por ejemplo, el cloruro de
sodio tiene un volumen hueco de 35%. Las filtraciones corresponden a las pérdidas de
sodio tiene un volumen hueco de 35%. Las filtraciones corresponden a las pérdidas de
salmueras a través de la porosidad del suelo o fondo de la poza, los depósitos de sales
salmueras a través de la porosidad del suelo o fondo de la poza, los depósitos de sales
pued
pueden
en ser
ser simp
simples
les o
o compl
complejos,
ejos, por
por ejempl
ejemplo
o en
en algun
algunas
as pozas
pozas se
se pued
puede o
e obtener
btener sólo
sólo una
una
sal como halita (NaCl) o silvita (KCl) o pueden cristalizar sales complejas o mezclas de
sal como halita (NaCl) o silvita (KCl) o pueden cristalizar sales complejas o mezclas de
sales como schoenit
sales como schoenita, carmalita
a, carmalita o /y
o /y bischofita.
bischofita.
Figura 7.2:
Figura 7.2: Representacion de una poz
Representacion de una poza solar de evapor
a solar de evaporacion.
acion.
SALMUERA DE
SALMUERA DE
ALIMENTACION
ALIMENTACION
EVAPORACION
EVAPORACION
SALMUERA A LA
SALMUERA A LA
POZASIGUIENTE
POZASIGUIENTE
INVENTARIO
INVENTARIO
INICIAL
INICIAL
ARRASTRE
ARRASTRE
DEPOSITO
DEPOSITO
DE SALES
DE SALES
FILTRACIONES
FILTRACIONES
INVENTARIO
INVENTARIO
FINAL
FINAL
PO
PO
ZA
ZA

4.
PRINCIPIO
PRINCIPIOS
S Y
Y CARACTERISTI
CARACTERISTICAS
CAS
125
125
7.3 CRISTALIZACION
7.3 CRISTALIZACION
La cristalización es una operación unitaria comúnmente utilizada para separar
La cristalización es una operación unitaria comúnmente utilizada para separar
sales y otras especies químicas en estado sólido a partir de soluciones. Una ventaja
sales y otras especies químicas en estado sólido a partir de soluciones. Una ventaja
importante de esta operación es que generalmente se pueden obtener cristales puros
importante de esta operación es que generalmente se pueden obtener cristales puros
manteniendo las impurezas en la solución. En Chile esta operación se utiliza en la
manteniendo las impurezas en la solución. En Chile esta operación se utiliza en la
prod
producció
ucción de nitr
n de nitrato de po
ato de potasio
tasio, nitrat
, nitrato de sodi
o de sodio, sulf
o, sulfato de sod
ato de sodio, ácid
io, ácido bóri
o bórico, etc.
co, etc.
La formación de cristales desde soluciones ocurre como consecuencia que la
La formación de cristales desde soluciones ocurre como consecuencia que la
solución ha alcanzado el estado de sobresaturación, permitiendo la nucleación y
solución ha alcanzado el estado de sobresaturación, permitiendo la nucleación y
crecimiento de cristales. Estos fenómenos tienen gran importancia en el control y operación
crecimiento de cristales. Estos fenómenos tienen gran importancia en el control y operación
de la planta para obtener el producto deseado. La nucleación consiste en la formación de
de la planta para obtener el producto deseado. La nucleación consiste en la formación de
nuevas partículas, mientras que el crecimiento de un cristal corresponde a la etapa final del
nuevas partículas, mientras que el crecimiento de un cristal corresponde a la etapa final del
proce
proceso.
so. Estos
Estos dos
dos fenó
fenómenos
menos pued
pueden o
en ocurri
currir en
r en form
forma si
a simultán
multánea y
ea y depen
dependen,
den, entre
entre otras
otras
cosas, del grado de
cosas, del grado de sobresaturación y las condiciones de operación.
sobresaturación y las condiciones de operación.
La sobresaturación es necesaria porque cuando el sistema está sólo saturado su
La sobresaturación es necesaria porque cuando el sistema está sólo saturado su
tendencia a formar cristales es nula. Luego, es necesario disponer de una mayor
tendencia a formar cristales es nula. Luego, es necesario disponer de una mayor
concentración para que se produzca la formación de cristales. La sobresaturación se puede
concentración para que se produzca la formación de cristales. La sobresaturación se puede
lograr por evaporación ó enfriamiento de las soluciones, reacción química o adición de otra
lograr por evaporación ó enfriamiento de las soluciones, reacción química o adición de otra
sustancia. El mecanismo utilizado para lograr la sobresaturación dependerá principalmente
sustancia. El mecanismo utilizado para lograr la sobresaturación dependerá principalmente
de las características de la curva de solubilidad del componente a
de las características de la curva de solubilidad del componente a cristaliza
cristalizar.
r.