ES2220147T3 - Procedimiento de fabricacion de una disolucion acuosa de cloruro de sodio. - Google Patents
Procedimiento de fabricacion de una disolucion acuosa de cloruro de sodio.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de una solución acuosa de cloruro de sodio, según el cual se dispersa, en agua, una materia sólida que comprende cloruro de sodio y metales pesados comprendidos entre metales cuyo peso específico es al menos igual a 5 g/cm3, así como berilio, arsénico, selenio, antimonio y aluminio, se alcaliniza el medio acuoso así obtenido, para precipitar los metales pesados en estado de hidróxidos metálicos y se somete luego el medio acuoso a una clarificación mecánica, caracterizado porque se coprecipita carbonato de calcio con los hidróxidos metálicos en el medio acuoso, por reacción entre cloruro de calcio que se introduce en el medio acuoso y carbonato de sodio contenido en la materia sólida.
Description
Procedimiento de fabricación de una disolución
acuosa de cloruro de sodio.
La invención se refiere a la fabricación de
soluciones acuosas de cloruro de sodio, al principio de cloruro de
sodio sólido, contaminado con metales pesados.
Los residuos de origen doméstico u hospitalario
contienen habitualmente cantidades sustanciales de compuestos
clorados, así como metales pesados. La incineración de estos
residuos conduce desde entonces a la producción de humos
contaminados con cloruro de hidrógeno y metales pesados, y es
necesario depurarlos antes de devolverlos a la atmósfera. Una
técnica conocida de depuración de tales humos consiste en
tratarlos, por vía seca o semi-húmeda, con un
reactivo básico, sódico, habitualmente bicarbonato de sodio o
carbonato de sodio [patente europea EP-B
0 603 218 de SOLVAY (Sociedad Anónima)]. Los polvos recogidos de esta técnica de depuración de humo contienen una cantidad apreciable de cloruro de sodio, que es útil valorar, por ejemplo en forma de soluciones acuosas. Estos polvos contienen sin embargo también metales pesados, cuya presencia debe evitarse en las soluciones acuosas de cloruro de sodio. Según un procedimiento conocido, se dispersan los polvos en una cantidad de agua suficiente para disolver el cloruro de sodio, y se añade hidróxido de sodio o calcio al medio acuoso obtenido para alcalinizarlo y precipitar los metales pesados en estado de hidróxidos metálicos. Estos se separan luego de la solución de cloruro de sodio por medio de una filtración. (patente europea EP-B 0 603 218 precitada).
0 603 218 de SOLVAY (Sociedad Anónima)]. Los polvos recogidos de esta técnica de depuración de humo contienen una cantidad apreciable de cloruro de sodio, que es útil valorar, por ejemplo en forma de soluciones acuosas. Estos polvos contienen sin embargo también metales pesados, cuya presencia debe evitarse en las soluciones acuosas de cloruro de sodio. Según un procedimiento conocido, se dispersan los polvos en una cantidad de agua suficiente para disolver el cloruro de sodio, y se añade hidróxido de sodio o calcio al medio acuoso obtenido para alcalinizarlo y precipitar los metales pesados en estado de hidróxidos metálicos. Estos se separan luego de la solución de cloruro de sodio por medio de una filtración. (patente europea EP-B 0 603 218 precitada).
Se ha encontrado ahora un procedimiento mejorado
para la fabricación de soluciones acuosas de cloruro de sodio al
principio de una materia sólida que contiene cloruro de sodio y
metales pesados, que, por otra parte cualquier otra cosa igual,
permite obtener soluciones acuosas en las que el grado de pureza es
superior al obtenido con el procedimiento conocido descrito
anteriormente.
En consecuencia, la invención concierne un
procedimiento de fabricación de una solución acuosa de cloruro de
sodio, según el cual se dispersa, en agua, una materia sólida que
comprende cloruro de sodio y metales pesados, se alcaliniza el
medio acuoso así obtenido, para precipitar los metales pesados en el
estado de hidróxidos metálicos y se somete luego el medio acuoso a
una clarificación mecánica. Según la invención, se coprecipita
carbonato de calcio con los hidróxidos metálicos en el medio
acuoso.
En el procedimiento según la invención, la
materia sólida está habitualmente en estado de polvo. Su origen no
es crítico. Generalmente es un residuo industrial, por ejemplo un
residuo de depuración de un fluido industrial.
La materia sólida sometida al procedimiento según
la invención contiene cloruro de sodio y metales pesados. Se
entiende designar por metales pesados, los metales en los que el
peso específico es al menos igual a 5 g/cm^{3}, así como berilio,
arsénico, selenio y antimonio, conformemente a la definición
generalmente admitida (Heavy Metals in Wastewater and Studge
Treatment Processes; Vol. I, CRC Press, Inc; 1987; página 2). En el
marco de la presente invención, el aluminio se asocia a metales
pesados.
Las cantidades respectivas de cloruro de sodio y
metales pesados en la materia sólida sometida al procedimiento según
la invención no son críticas y dependen de su origen. Por ejemplo,
en el caso de polvos que provienen del tratamiento de un gas que
contiene cloruro de hidrógeno, con un reactivo sódico básico, la
materia sólida contiene habitualmente al menos 10 g de cloruro de
sodio por kg (generalmente de 50 a 850 g/kg) y de 5 a 80 g de
metales pesados por kg. La materia sólida puede además contener
eventualmente otros constituyentes hidrosolubles o insolubles en
agua, tales como, por ejemplo, sulfato se sodio, carbonato de
calcio y sulfato de calcio. Contiene habitualmente carbonato de
sodio, cuando proviene del tratamiento de un gas que contiene
cloruro de hidrógeno, con un reactivo alcalino básico.
El agua debe emplearse en una cantidad suficiente
para disolver la totalidad del cloruro de sodio. No se tiene interés
en emplear un exceso de agua.
La alcalinización del medio acuoso tiene por
función insolubilizar los metales pesados, precipitándolos en estado
de hidróxidos metálicos. Se realiza normalmente por adición de un
compuesto básico al medio acuoso. Se emplea con ventaja hidróxido
de sodio, en estado sólido o en estado de solución acuosa. La
alcalinización debe regularse para insolubilizar los metales pesados
presentes en el medio acuoso y depende desde entonces de los
metales pesados presentes. En la práctica, se obtienen buenos
resultados al realizar la alcalinización de manera que el pH del
medio acuoso sea al menos igual a 8 y no exceda 14, preferentemente
12, obteniéndose los mejores resultados cuando el pH se sitúa entre
9 y 12.
En el procedimiento según la invención, la
clarificación mecánica es un procedimiento operatorio en el que una
suspensión de una o varias sólidas en un líquido se somete a una
separación física en al menos una fase muy concentrada en sustancia
sólida y una fase sólida sensiblemente exenta de sustancia sólida,
sin cambio de estado de uno u otro constituyente de la suspensión
acuosa, en particular sin evaporación, ni solidificación del
líquido. Ejemplos de este procedimiento de clarificación comprenden
la filtración, centrifugación y sedimentación seguida de una
decantación. La filtración es el procedimiento preferido, que se
puede combinar eventualmente con una centrifugación o una
sedimentación seguida de una decantación.
En el procedimiento según la invención, la
clarificación tiene por función separar las materias insolubles
(particularmente el precipitado de hidróxidos de metales pesados)
de la solución acuosa de cloruro de sodio.
Conforme a la invención, se coprecipita carbonato
de calcio con hidróxidos de metales pesados. Se entiende, por esta
expresión, que el carbonato de calcio precipita en el medio acuoso,
al mismo tiempo que los hidróxidos de metales pesados.
Se puede emplear todo medio apropiado para
precipitar el carbonato de calcio. Según una forma de realización
preferida de la invención, se precipita el carbonato de calcio
haciendo reaccionar carbonato de sodio con cloruro de calcio y
eventualmente otras sales solubles del calcio (por ejemplo sulfato
de calcio) en el medio acuoso. En esta forma de realización de la
invención, las cantidades respectivas de cloruro de calcio y
carbonato de sodio son preferentemente próximas a las cantidades
estequiométricas necesarias para formar, por reacción, carbonato de
calcio.
Según una primera variante de esta forma de
realización del procedimiento, el cloruro de calcio y el carbonato
de sodio se introducen en el medio acuoso. Según otra variante del
procedimiento, que se prefiere, la materia sólida contiene
carbonato de sodio y se introduce el cloruro de calcio en el medio
acuoso. En esta variante de la invención, la cantidad de carbonato
de sodio en la materia sólida va a depender de su origen.
Generalmente es inferior a la cantidad de cloruro de sodio y
habitualmente comprendida entre 5 y 250 g por kg de materia sólida.
En esta variante de la invención, se emplea ventajosamente una
cantidad de cloruro de calcio al menos igual a la cantidad
estequiométrica necesaria para formar carbonato de calcio por
reacción con la totalidad del carbonato de sodio de la materia
sólida. Esta variante del procedimiento según la invención se
aplica principalmente al caso de polvos que se forman sometiendo un
humo contaminado con cloruro de hidrógeno y metales pesados, a un
tratamiento por vía seca o semi-húmeda, con un
reactivo básico que comprende carbonato de sodio o bicarbonato de
sodio. Se aplica también a residuos sólidos que se obtienen
sometiendo tal humo a un lavado con una solución acuosa de hidróxido
de sodio.
En una forma de ejecución particular del
procedimiento según la invención, se añade un aglutinante hidráulico
al medio acuoso, antes de la clarificación. El aglutinante
hidráulico puede comprender por ejemplo cal, escoria de cemento
Portland o cemento Portland. Se prefiere la escoria de cemento
Portland. El aglutinante hidráulico tiene por función formar un
hormigón con el precipitado recogido de la clarificación y el agua.
La cantidad de aglutinante hidráulico que hay que emplear va a
depender desde entonces de la composición de la materia sólida
sometida al procedimiento, más particularmente de la cantidad de
metales pesados y materias normalmente insolubles en agua, que
contiene. La cantidad óptima de aglutinante hidráulico debe
determinarse por consecuencia en cada caso particular, por medio de
un trabajo de rutina. En la práctica, en la mayoría de los casos,
se obtienen buenos resultados al emplear una cantidad ponderal de
aglutinante hidráulico sensiblemente comprendida entre 5 y 90%
(preferentemente 10 y 60%) del peso de materia seca de dicho
precipitado.
En esta forma de realización de la invención, se
puede emplear todo modo operatorio para introducir el aglutinante
hidráulico en el medio acuoso. Un primer modo operatorio consiste
en dispersar el aglutinante hidráulico en el medio acuoso. Según un
segundo modo operatorio, que se prefiere, el aglutinante hidráulico
se dispersa en agua al mismo tiempo que la materia sólida. Para
ejecutar este modo de realización de la invención, se puede mezclar
primero el aglutinante hidráulico con la materia sólida y luego
dispersar la mezcla así obtenida, en agua.
Cualquier otra cosa igual por otra parte, la
forma de realización de la invención, que viene de describirse,
facilita la etapa de clarificación y permite obtener una solución
acuosa de cloruro de sodio de pureza mayor.
Según una variante ventajosa de esta forma de
realización de la invención, el aglutinante hidráulico comprende un
compuesto puzolánico, por ejemplo escoria de altos hornos o cenizas
volátiles de centrales térmicas de fabricación de electricidad. En
esta variante de la invención, el compuesto puzolánico se emplea
ventajosamente en una cantidad ponderal de 5 a 90% (preferentemente
de 10 a 60%) del peso de materias secas del precipitado recogido en
la clarificación.
En otra forma de realización del procedimiento
según la invención, la solución acuosa recogida de la clarificación
se trata sobre una resina quelante, para eliminar las últimas
trazas de metales pesados que se encontrarían en estado disuelto.
Particularidades y detalles que conciernen el tratamiento de la
solución acuosa de cloruro de sodio sobre la resina quelante son
accesibles en la patente europea EP-603 218 [SOLVAY
(Sociedad Anónima)].
La invención se aplica particularmente bien en el
caso en el que los metales pesados de la materia sólida comprenden
aluminio, arsénico, antimonio, estaño y cinc. El procedimiento
según la invención muestra también una buena eficacia en la
depuración de hierro, fósforo y silicio. La invención encuentra una
utilización ventajosa para el tratamiento de polvos que se obtienen
sometiendo un humo contaminado con cloruro de hidrógeno y metales
pesados, a un tratamiento por vía seca o
semi-húmeda con un compuesto sódico básico.
En esta utilización de la invención, el compuesto
sódico es, por definición, un compuesto químico que contiene sodio.
Generalmente es un compuesto inorgánico y es básico de manera que
descomponga el cloruro de hidrógeno presente en el humo formando
cloruro de sodio. El compuesto sódico constituye generalmente más de
50% (preferentemente al menos 80%) del peso del reactivo básico.
Constituye ventajosamente el esencial, véase la totalidad del
reactivo básico. El compuesto sódico puede comprender por ejemplo
hidróxido de sodio, carbonato de sodio ahidro o hidratado,
bicarbonato de sodio o una mezcla de carbonato de sodio y
bicarbonato de sodio, por ejemplo sesquicarbonato de sodio que es un
compuesto de fórmula general Na_{2}CO_{3}.NaHCO_{3}.2H_{2}O
obtenido principalmente al principio de un mineral de trona. Se
prefiere el bicarbonato de sodio.
Se entiende por tratamiento por vía seca un
tratamiento en el que el reactivo básico se introduce en estado de
polvo sólido en el humo, en ausencia de un líquido, en particular
agua. En general, en el tratamiento por vía seca, el reactivo
básico se emplea en estado de un polvo que se inyecta en una
corriente de humo que circula en el interior de una cámara de
reacción.
Se entiende por tratamiento
semi-húmedo un tratamiento en el que el reactivo
básico se introduce en el humo en presencia de una cantidad de
líquido (habitualmente agua) tal que este se vaporice totalmente en
el momento en el que se recoge el residuo sólido. En el tratamiento
por vía semi-húmeda, el reactivo básico se emplea
generalmente en estado de polvo dispersado en un líquido,
generalmente agua. Informaciones que conciernen el tratamiento del
humo con el reactivo básico son accesibles en la patente europea
EP-0 603 218 y la solicitud internacional WO
95/19835, los dos en nombre de SOLVAY (Sociedad Anónima).
La utilización de la invención, que viene de
describirse, encuentra una aplicación interesante para los humos
producidos por la incineración de residuos domésticos u
hospitalarios, que comprenden compuestos clorados.
La solución acuosa de cloruro de sodio obtenida
al final del procedimiento según la invención se particulariza por
una pureza muy grande y encuentra, por este hecho, diversas
aplicaciones en la industria. Puede servir principalmente de
materia prima para la fabricación de carbonato de sodio por el
procedimiento de la sosa con amoniaco (igualmente denominado
"Precedimiento SOLVAY"), para la fabricación electroquímica de
cloro y soluciones acuosas de hidróxido de sodio, así como para la
fabricación de sal sólida.
Particularidades y detalles de la invención van a
surgir de la descripción siguiente de los dibujos anexos.
La figura 1 representa esquemáticamente una forma
de realización del procedimiento según la invención;
La figura 2 representa una variante de ejecución
del procedimiento de la figura 1.
En estas figuras, las mismas notaciones de
referencia designan elementos idénticos.
La instalación de la figura 1 comprende un horno
1 que se alimenta con residuos domésticos u hospitalarios 2. El humo
3 emitido por el horno 1 está contaminado con cloruro de hidrógeno,
metales pesados volátiles y dióxido de azufre. Además se carga con
cenizas que contienen metales pesados. Se introduce en una cámara
de reacción 7 en la que se añade bicarbonato de sodio 8 en estado de
un polvo. El bicarbonato de sodio se introduce en el humo en una
cantidad suficiente para descomponer sensiblemente la totalidad del
cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre del humo y formar cloruro
de sodio y sulfato de sodio. El humo 9 recogido de la cámara de
reacción 7 se trata sobre un filtro 10 para quitarle el polvo y el
humo así sin polvo 11 se evacua a la chimenea 12. El filtro 10
comprende preferentemente un filtro de tejido filtrante (por
ejemplo mangas filtrantes).
Los polvos 13 retenidos sobre el filtro 10
comprenden cloruro de sodio, sulfato de sodio, metales pesados aquí
carbonato de sodio que proviene del exceso de bicarbonato de sodio
empleado en el reactor 7. Se introducen en una cámara de reacción
en la que se introduce además cloruro de calcio 4, hidróxido de
sodio 5 y agua 6. La cantidad en moles de cloruro de calcio 4 es al
menos igual a la cantidad en moles de carbonato de sodio en los
polvos 13. Es ventajosamente igual a la suma de cantidades en moles
de carbonato de sodio y sulfato de sodio en los polvos 13. El agua
6 se emplea en una cantidad suficiente para disolver el cloruro de
sodio, carbonato de sodio y sulfato de sodio de los polvos y formar
un caldo acuoso, bombeable. El hidróxido de sodio 5 se emplea en una
cantidad suficiente para conferir a dicho caldo un valor de pH
sensiblemente comprendido entre 8 y 12, de manera a precipitar los
metales pesados en estado de hidróxidos metálicos. En la cámara de
reacción 14, los metales pesados de los polvos precipitan en estado
de hidróxidos metálicos. Durante la precipitación de los hidróxidos
de metales pesados, precipitan carbonato de calcio y sulfato de
calcio, como resultado de la reacción del cloruro de calcio con el
carbonato de sodio y sulfato de sodio de los polvos. El caldo
acuoso 15 recogido en la cámara de reacción 14 se trata
inmediatamente sobre un filtro 16 en el que se separa, de una
parte, una torta 17 y, por otra parte, una solución acuosa de
cloruro de sodio 18. Esta se trata luego sobre una resina quelante
19 para eliminar las últimas trazas de metales pesados que contiene
en estado disuelto.
La variante de ejecución esquematizada en el
figura 2 comprende una cámara de mezcla 20 aguas arriba de la cámara
de reacción 14. En esta cámara de mezcla, los polvos 13 se mezclan
con un aglutinante hidráulico 21, consistiendo este ventajosamente
en una mezcla de cemento Portland y de escoria de alto horno. La
mezcla pulverulenta 22, recogida en la cámara 20, se introduce en la
cámara de reacción 14 en la que se la somete al tratamiento
descrito anteriormente en referencia a la figura 1. La torta 17 se
deposita sobre una era de expansión 23, donde se la riega con una
cantidad de agua suficiente 24 para provocar la solidificación y el
endurecimiento del aglutinante hidráulico y formar progresivamente
un bloque sólido e inerte 25. Después de trituración, el bloque 15
puede evacuarse en una descarga pública, no representada.
La variante de ejecución de la figura 2 permite
obtener, de manera económica, soluciones acuosas de cloruro de sodio
de gran pureza. Presenta la ventaja suplementaria de realizar una
evacuación económica de materias insolubles y metales pesados de
los polvos que resultan de la depuración de humos de incineradoras
de residuos domésticos u hospitalarios.
Los ejemplos siguientes sirven para ilustrar la
invención.
Se trató un humo que provenía de un incinerador
de residuos domésticos con bicarbonato de sodio en estado seco,
luego filtrado, como se describió anteriormente, en referencia a
las figuras 1 y 2. Se recogieron sobre el filtro polvos que
contenían una mayoría de cloruro de sodio, así como carbonato de
sodio, sulfato de sodio y metales pesados. Los polvos se
introdujeron en una cámara de mezcla, en la que se los mezcló con
cemento Portland y cenizas volátiles de central térmica de
fabricación de electricidad. La mezcla pulverulenta así obtenida se
dividió en tres lotes a los que se añadió luego agua, hidróxido de
sodio y cloruro de calcio. El caldo acuoso obtenido con cada lote
se homogeneizó luego se sometió a una filtración, de la que se
recogió una solución acuosa de cloruro de sodio. Se realizaron tres
ensayos sucesivos separadamente con los tres lotes. Los tres
ensayos difirieron uno de otro por la cantidad de cloruro de calcio
empleada.
En un primer ensayo, se emplearon 0,6 moles de
cloruro de calcio por mol de carbonato de sodio de polvos.
En un segundo ensayo, se emplearon 0,85 moles
cloruro de calcio por mol de carbonato de sodio.
En el tercer ensayo, se empleó 1 mol de cloruro
de calcio por mol de carbonato de sodio de polvos.
Al final de cada ensayo, se analizó la
composición de la solución acuosa de cloruro de sodio obtenida. Los
resultados de los análisis se mencionan en las tablas siguientes.
En la tabla 1, figuran los contenidos de la solución acuosa en
cloruro de sodio, carbonato de sodio, hidróxido de sodio y sulfato
de sodio. En la tabla 2 figuran los contenidos de la solución
acuosa en metales pesados. Los resultados obtenidos en los tres
ensayos muestran el progreso del procedimiento según la invención,
en lo que concierne la pureza de la solución acuosa de cloruro de
sodio. La tabla 2 muestra más particularmente el interés de emplear
1 mol de cloruro de calcio por mol de carbonato de sodio de los
polvos.
Ensayo nº | Relación en moles CaCl_{2}/Na_{2}CO_{3} | NaCl(g/kg) | Na_{2}CO_{3}(g/kg) | NaOH(g/kg) | Na_{2}SO_{4}(g/kg) |
1 | 0,60 | 166,1 | 23,1 | 5,2 | 38,7 |
2 | 0,85 | 195,1 | 2,3 | 1,0 | 29,8 |
3 | 1,00 | 213,1 | 0,1 | - | 14,1 |
Claims (8)
1. Procedimiento de fabricación de una solución
acuosa de cloruro de sodio, según el cual se dispersa, en agua, una
materia sólida que comprende cloruro de sodio y metales pesados
comprendidos entre metales cuyo peso específico es al menos igual a
5 g/cm^{3}, así como berilio, arsénico, selenio, antimonio y
aluminio, se alcaliniza el medio acuoso así obtenido, para
precipitar los metales pesados en estado de hidróxidos metálicos y
se somete luego el medio acuoso a una clarificación mecánica,
caracterizado porque se coprecipita carbonato de calcio con
los hidróxidos metálicos en el medio acuoso, por reacción entre
cloruro de calcio que se introduce en el medio acuoso y carbonato de
sodio contenido en la materia sólida.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, se alcaliniza el medio acuoso a un
valor de pH comprendido entre 8 y 12.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque, para
alcalinizar el medio acuoso, se le añade hidróxido de sodio.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la clarificación
comprende un filtración.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la materia
sólida contiene de 50 a 850 g de cloruro de sodio por kg y de 5 a 80
g de metales pesados por kg.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la materia
sólida comprende de 5 a 250 g de carbonato de sodio por kg.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque antes de
alcalinizar el medio acuoso, se dispersa en este un aglutinante
hidráulico en una cantidad ponderal comprendida entre 5 y 90% del
peso de la materia sólida en estado seco.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la materia
sólida comprende polvos que se obtienen sometiendo un humo
contaminado con cloruro de hidrógeno y metales pesados, a un
tratamiento por vía seca o semi-húmeda con un
compuesto sódico básico.
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