ES2321443T3 - Procedimiento para preparar sal. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para preparar sal, que comprende las siguientes etapas: (i) preparar una disolución acuosa de sal que al menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio y al menos 0,01 ppm de cationes polivalentes disolviendo una fuente de cloruro de sodio en agua industrial, (ii) añadir a la disolución acuosa de sal una cantidad efectiva de al menos un componente positivo que aumenta la retención, (iii) someter subsiguientemente a la disolución a una etapa de nanofiltración, mediante la cual la disolución se separa en un retenido que está enriquecido en los cationes polivalentes y en un permeado que es la disolución acuosa de sal purificada, y (iv) concentrar el permeado para producir sal.
Description
Procedimiento para preparar sal.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para preparar sal partiendo de una disolución acuosa
de sal que al menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio y una
cantidad contaminante de cationes polivalentes.
En las disoluciones acuosas de sales que al
menos contienen 100 g/L de cloruro de sodio procedentes de una
fuente natural están presentes una pluralidad de aniones y cationes,
típicamente potasio, bromuro, sulfato, calcio, magnesio, estroncio,
hierro, aluminio, bario, fluoruro, yoduro, y bicarbonato. En el
procedimiento de preparación de sal y en los procedimientos de
preparación de productos en los que la sal es una materia prima, la
mayor parte de estos aniones y cationes tienen que separarse. Hasta
hoy, en general ha sido imposible separar iones polivalentes tales
como Ca^{2+}, Mg^{2+}, Sr^{2+}, CO_{3}^{2-},
SO_{4}^{2-} de una disolución acuosa de sal en una extensión
significativa aparte de mediante un procedimiento que comprende la
adición de una gran cantidad de carbonato de sodio y de una
disolución concentrada de NaOH a la disolución acuosa de sal y
someter la disolución a múltiples etapas de floculación y
precipitación. Seguidamente, la disolución acuosa de sal se somete
típicamente a un procedimiento de evaporación de múltiples efectos
para preparar sal.
El procedimiento de purificación de salmuera del
estado de la técnica tiene que realizarse como un procedimiento de
múltiples etapas anteriormente descrito ya que de lo contrario se
produce la formación de costras en el tren de evaporadores. Debido a
tal formación de costras disminuye, entre otras propiedades, la
capacidad de transferencia de calor de los evaporadores. La sal
relativamente pura así producida puede venderse como está y
constituye una materia prima adecuada para otros procedimientos de
los cuales el principal es la producción de compuestos que contienen
cloro, tal como cloro.
No sólo los iones polivalentes ya presentes en
la fuente de sodio son los culpables del problema anteriormente
mencionado. Debido al ahorro de costes, como suministro de agua para
disolver la fuente de cloruro de sodio para producir la salmuera se
usa cada vez más agua superficial en lugar de agua de pozo, y, como
en general es conocido, el agua superficial también contiene muchas
impurezas. Puede hacerse una distinción entre impurezas naturales e
impurezas relacionadas con la actividad humana. Las impurezas
naturales pueden ser, por ejemplo, minerales que incluyen metales
pesados; materiales orgánicos tales como ácidos húmicos, ácidos
fúlvicos y residuos celulares; y nitrato. La naturaleza y la
concentración de las impurezas presentes en el agua superficial como
consecuencia de la actividad humana dependerán de la fuente de agua
particular. Típicamente, están presentes compuestos orgánicos,
impurezas tipo iones polivalentes, tales como iones de metales
pesados, y/o sales polivalentes. La selección del agua superficial
como agua de suministro conduce a la desventaja adicional de que
parte de los compuestos orgánicos presentes en el suministro de agua
puede trastornar las etapas de purificación por floculación y
precipitación, como resultado de lo cual una cantidad acrecentada de
iones polivalentes terminará en la salmuera. Se encontró que, en
particular, la presencia de materiales orgánicos en el suministro de
agua, típicamente ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, o sus derivados,
microorganismos o residuos celulares, provoca este efecto indeseado.
Por otra parte, parte de los materiales orgánicos presentes en el
agua puede terminar como contaminantes en la sal. Como resultado, la
concentración de TOC (carbono orgánico total) de la sal puede llegar
a ser indeseablemente alta. Especialmente, esto es muy indeseable
cuando la sal se va a usar en electrólisis.
Parte de los problemas anteriormente mencionados
pueden resolverse incorporando etapas de purificación adicionales en
el procedimiento de preparación de la sal, tal como instalando un
filtro para la salmuera además de la purificación con carbonato de
sodio. Sin embargo, tal procedimiento del estado de la técnica para
preparar sal purificada comprende muchas etapas todas las cuales
requieren grandes reactores y sedimentadores, disminuyendo por lo
tanto el atractivo económico. Además, los costes de la inversión de
tales instalaciones son altos. Además, se necesita una gran cantidad
de productos químicos, tales como carbonato de sodio y sosa
cáustica, lo cual es indeseable. Por otra parte, un procedimiento
del estado de la técnica sin ninguna etapa de purificación
adicional requiere como material de partida una disolución acuosa de
sal no demasiado fuertemente contaminada ya que ha quedado claro que
las disoluciones acuosas de sales que comprenden una gran cantidad
de impurezas son imposibles de purificar en una extensión suficiente
usando el procedimiento del estado de la técnica.
Por lo tanto, existe una necesidad en el mercado
de un procedimiento para preparar sal partiendo de una disolución
acuosa de sal que al menos comprenda 100 g/L de cloruro de sodio,
más específicamente salmuera, que sea más simple y no requiera una
serie de grandes reactores y la adición de grandes cantidades de
productos químicos y en el que puedan usarse otras fuentes de agua
diferentes de agua de pozo, tales como agua superficial, para
disolver la fuente de sal a la vez que aún pueda obtenerse sal de
buena calidad. Además, si fuera posible separar en una mayor
extensión los iones polivalentes de una disolución acuosa que al
menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio, esta disolución acuosa
podría ser de menor calidad, es decir, podría contener una mayor
cantidad de iones polivalentes, opcionalmente incluso junto con una
mayor cantidad de contaminantes orgánicos, pero continuaría siendo
adecuada para la producción de sal.
El documento US 5.858.240 describe un
procedimiento para la fabricación de cloro-álcali en el que se
purifican disoluciones de sal que al menos comprenden 50 g/L de
cloruro de sodio mediante una etapa de nanofiltración para separar
iones indeseables de las mismas y subsiguientemente se hacen
reaccionar con cloro o clorato de sodio mediante una etapa de
electrólisis. Dicho procedimiento de nanofiltración es más simple
que los procedimientos del estado de la técnica que comprenden
múltiples etapas de sedimentación y tampoco implica la adición de
grandes cantidades de productos químicos. Sin embargo, la retención
de calcio y magnesio que se describe en este documento es aún
materia de mejora. Especialmente, como se demuestra en los ejemplos
de esta referencia, cuando se incrementa la cantidad de cloruro de
sodio en la disolución acuosa de sal, la retención de calcio
disminuye fuertemente, siendo la retención de calcio 56,3% cuando la
concentración de cloruro de sodio es 139,6 g/L y sólo 12,3% cuando
la concentración de cloruro de sodio se incrementa hasta 288,7 g/L.
Consecuentemente, la etapa de purificación en la que se separan
estos iones no deseados de la disolución acuosa de sal llega a ser
más problemática cuando la concentración de sal aumenta, ya que a
mayores concentraciones de sal aumenta considerablemente el paso (no
deseado) de iones calcio a través de la membrana de nanofiltración
junto con la disolución de sal purificada. Debido a que la cantidad
de cationes polivalentes que permanecen en la corriente de permeado
del documento US 5.858.240 es aún significativa, especialmente en
corrientes de salmuera con una concentración deseada (alta) de
cloruro de sodio, el procedimiento descrito en el documento US
5.858.240 no es adecuado para preparar sal llevando simplemente a
cabo una etapa final de concentración.
El documento GB 2.395.946 se refiere a un
procedimiento en el que se purifica agua de mar sometiendo la
disolución a una etapa de nanofiltración. El agua de mar se envía a
un procedimiento de nanofiltración con un mayor rechazo de iones
sulfato en relación a los iones sodio o cloruro. Subsiguientemente,
el permeado del procedimiento de nanofiltración se envía a un
procedimiento térmico de desalación con el fin de aumentar la
concentración de cloruro de sodio en el agua. Finalmente, el cloruro
de sodio se separa por precipitación en un cristalizador. El
retenido obtenido después de la etapa de nanofiltración puede
descargarse por una cascada, o puede enviarse a un procedimiento
para la recuperación mineral de componentes tales como magnesio,
sulfato, o calcio.
Se menciona que en el procedimiento de
nanofiltración se ha de asegurar que la concentración de salmuera
sea suficientemente baja para impedir la precipitación de carbonato
de calcio. El documento GB 2.395.946 no describe la nanofiltración
de corrientes concentradas de cloruro de sodio, es decir,
disoluciones acuosas de sales que al menos comprenden 100 g/L de
cloruro de sodio.
El documento WO 2004/096404 se refiere a un
procedimiento que implica el uso de un antidisolvente que comprende
las etapas de: (i) alimentar agua a una fuente de una sal inorgánica
para formar una disolución acuosa que comprende dicha sal, (ii)
alimentar dicha disolución acuosa a un cristalizador/sedimentador,
(iii) poner en contacto dicha disolución acuosa con uno o más
antidisolventes que fuerzan a que la sal cristalice al menos
parcialmente, exhibiendo al menos uno de dichos antidisolventes
propiedades que inhiban el crecimiento de los cristales y/o
propiedades que inhiban la formación de costras, y si los
antidisolventes no exhiben suficientes propiedades inhibidoras se
añaden a los antidisolventes y/o a la disolución acuosa uno o más
agentes inhibidores del crecimiento de los cristales, y/o uno o más
agentes inhibidores de la formación de costras, (iii) alimentar el
rebose del cristalizador/sedimentador que comprende uno o más
antidisolventes y una disolución acuosa de sal a una unidad de
nanofiltración que comprende una membrana para separar el uno o más
antidisolventes de la disolución acuosa de sal, y (iv) separar la
sal cristalizada del cristalizador/sedimentador en una suspensión
acuosa. Esta referencia no se refiere a un procedimiento en el que
el permeado obtenido después de la etapa de nanofiltración se
concentra para producir sal. Además, se refiere a un procedimiento
de cristalización con antidisolventes, es decir, un procedimiento
para producir sal en el que se añaden a una disolución de sal bruta,
no purificada previamente, uno o más antidisolventes para efectuar
la cristalización. Sin embargo, no se refiere a un procedimiento
para purificar una salmuera bruta usando nanofiltración.
Los presentes inventores han encontrado un
procedimiento para preparar sal en el que la retención de iones
polivalentes, tales como el calcio, en disoluciones acuosas que al
menos contienen 100 g/L de cloruro de sodio puede aumentarse
significativamente, de modo que en una etapa subsiguiente la
disolución acuosa de sal puede ser concentrada para dar sal de la
calidad deseada.
La invención proporciona un procedimiento para
preparar sal purificada usando una disolución acuosa de sal que al
menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio y una cantidad
contaminante de cationes polivalentes, que comprende las etapas
de:
- (i)
- preparar una disolución acuosa de sal que al menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio y al menos 0,01 ppm de cationes polivalentes disolviendo una fuente de cloruro de sodio en agua industrial,
- (ii)
- añadir a la disolución acuosa de sal una cantidad efectiva de al menos un componente positivo que aumenta la retención,
- (iii)
- someter subsiguientemente a la disolución a una etapa de nanofiltración, mediante la cual la disolución se separa en un retenido que está enriquecido en los cationes polivalentes y en un permeado que es la disolución acuosa de sal purificada, y
- (iv)
- concentrar el permeado para producir sal.
Mediante la expresión "componente positivo que
aumenta la retención" se quiere decir cualquier aditivo que,
cuando se añade a una disolución acuosa que comprende calcio y otros
cationes polivalentes tales como magnesio, estroncio, hierro, bario,
y/o aluminio, conducirá a un aumento de la retención de calcio y
preferiblemente también de la retención de uno o más de los cationes
polivalentes seleccionados del grupo que consiste en magnesio,
estroncio, hierro, bario y aluminio, cuando esta disolución se
somete a una etapa de nanofiltración. Con el fin de determinar si un
aditivo es adecuado o no para usar como un componente positivo que
aumenta la retención (PREC) en el procedimiento según la presente
invención, puede usarse el siguiente ensayo.
Se prepara una salmuera sintética disolviendo
1.120 g de cloruro de sodio ultrapuro de Merck en 3.600 g de agua.
Subsiguientemente, se disuelven en la salmuera sintética 17,04 g de
Na_{2}SO_{4} y 13,2 g de CaCl_{2}. La salmuera resultante,
denotada como salmuera sintética, se alimenta en una unidad DSS
lab-stak M20 que contiene 0,036 m^{2} de la
membrana de nanofiltración Desal®5DK (de GE/Osmonics). La unidad de
la membrana se opera a una presión de 30 bar y temperatura ambiente
con un caudal transversal de 600 L/h. La unidad se opera durante 1
hora en modo de reciclo total (el retenido y el permeado se reciclan
al depósito de alimentación). Subsiguientemente, se recoge una
muestra de permeado de 50 mL y se determina la retención de Ca
midiendo las concentraciones de Ca de una muestra de permeado y de
retenido después de acidificar y diluir con ácido nítrico usando
espectrometría de emisión simultánea con plasma inductivamente
acoplado (ICP-ES). Este es el experimento blanco. En
un segundo experimento, se añaden 300 ppm de un aditivo a dicha
salmuera sintética bruta. Si se forma un precipitado se considera
que el aditivo no es adecuado para usar como un PREC en el
procedimiento según la invención. Si no se observa visualmente la
formación de un precipitado, se repite el experimento de
nanofiltración descrito. Se considera que el aditivo es un
componente positivo que aumenta la retención si se observa un
aumento absoluto de la retención del Ca de al menos 5% en
comparación con el experimento blanco.
Sorprendentemente, se ha encontrado que cuando
se usa el procedimiento anterior, en la etapa (iii) se observa un
aumento absoluto de la retención de calcio de al menos 5%,
preferiblemente 7%, más preferiblemente al menos 10% en comparación
con un procedimiento en el que la misma disolución acuosa sin el
componente positivo que aumenta la retención se somete a tal etapa
de nanofiltración. El al menos aumento absoluto del 5% de la
retención puede conseguirse para todas las disoluciones acuosas de
sales reivindicadas, es decir disoluciones que tienen una
concentración de cloruro de sodio que varía de 100 g/L hasta la de
saturación e incluso la de supersaturación. Se observa que si en un
procedimiento en el que una disolución acuosa que no comprende un
componente positivo que aumenta la retención se somete a una etapa
de nanofiltración (es decir, en un experimento blanco), la retención
de calcio observada está ya entre 90% y 97%, empleando el
procedimiento según la presente invención dará aún lugar a un
aumento de la retención, sin embargo el aumento absoluto será menor
que 5% aunque al menos será de 1%. Se observa que si la retención de
calcio es ya más que 97% para el blanco, es de esperar un aumento de
la retención tras la adición de un componente positivo que aumenta
la retención, pero éste no tendrá ya uso práctico. Preferiblemente,
el procedimiento según la presente invención se emplea por lo tanto
para una salmuera en la que la retención del calcio en ausencia de
un componente positivo que aumenta la retención cae entre 2 y 97%,
más preferiblemente entre 4 y 90%, mucho más preferiblemente entre 5
y 75%.
Se advierte además que en general también se
observa un aumento de la retención de otros cationes polivalentes
presentes en la disolución acuosa de sal, tales como magnesio,
estroncio, hierro, bario, y/o aluminio. El aumento absoluto
observado en la retención usualmente también supera el 5%.
El PREC usado en el procedimiento según la
presente invención se selecciona preferiblemente del grupo que
consiste en poli(ácidos carboxílicos), poliacrilatos, poli(ácidos
maleicos), oligopéptidos, polipéptidos, polímeros que portan dos o
más grupos éster o carboxialquílicos y opcionalmente también grupos
fosfato, fosfonato, fosfino, sulfato y/o sulfonato; azúcares, tales
como monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, funcionalizados o
no; sales de ferrocianuro; sales de amonio cuaternario;
ciclodextrinas; urea; polímeros que portan grupos amino; polímeros
que portan uno o más grupos alcohol; polímeros que portan grupos
amonio cuaternario; polímeros que comprenden anillos alifáticos que
contienen nitrógeno; sales de sodio de polímeros que portan grupos
aniónicos; sales de cloruro de polímeros que portan grupos
catiónicos; tensioactivos de una fuente natural tal como jabón de
ácidos de colofonia desproporcionados; ácido láctico; fosfolípidos;
una suspensión de células de levadura; una suspensión de algas;
homopolímero de anhídrido maleico; amilasa; proteasa; citrato de
sodio; ácido cítrico; nonanoiloxibenceno sulfonato; poli(ácido
epoxisuccínico); poliacrilamida; etilenodiamina
tetra-acetato de sodio; ácido etilenodiamina
tetrametileno fosfónico; polioxietileno éteres sulfonados; ácidos
grasos; jugo de naranja; jugo de manzana; y complejos de
Fe(II) o Fe(III) con uno o más de los compuestos
anteriormente mencionados.
Más preferiblemente, el PREC se selecciona del
siguiente grupo de componentes que no contienen nada o muy poca
cantidad nitrógeno: poli(ácidos carboxílicos), poli(ácidos
acrílicos), poli(ácidos maleicos), y polímeros que portan dos o más
grupos éster o carboxialquílicos y opcionalmente también grupos
fosfato, fosfonato, fosfino, sulfato y/o sulfonato; azúcares, tales
como monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, funcionalizados o
no; ciclodextrinas; polímeros que portan uno o más grupos alcohol;
sales de sodio de polímeros que portan grupos aniónicos;
tensioactivos de una fuente natural tal como jabón de ácidos de
colofonia desproporcionados; ácido láctico; una suspensión de
células de levadura; una suspensión de algas; homopolímero de
anhídrido maleico; citrato de sodio; ácido cítrico; polioxietileno
éteres sulfonados; ácidos grasos; jugo de naranja; jugo de manzana;
y complejos de Fe(II) o Fe(III) con uno o más de los
compuestos anteriormente mencionados. Los componentes que contienen
nitrógeno son menos preferidos ya que si trazas de los mismos acaban
en la sal darán dificultades en las operaciones de electrólisis
debido a la formación NCl_{3}. Especialmente cuando el NCl_{3}
se acumula, como es el caso si el cloro gas se licúa como es común
en las operaciones comerciales de electrólisis, su formación es muy
indeseable porque el producto resultante es explosivo.
\newpage
En incluso una realización más preferida, el
PREC se selecciona del grupo de componentes ecológicamente válidos:
(poli)ácidos carboxílicos, ácidos fosfinocarboxílicos, poli(ácidos
acrílicos), poli(ácidos maleicos), glucosa, sacarosa, sacarosa u
otros azúcares, y gluconato de sodio.
El más preferido es un PREC seleccionado del
grupo de los siguientes compuestos de gran peso molecular: ácidos
fosfinocarboxílicos, preferiblemente usados como la disolución
acuosa al 40% Belsperse® 164 de Jiangsu Jianghai Chemical Co., y
poli(ácidos maleicos), preferiblemente usados como la disolución
acuosa al 50% Drewsperse® 747A de Ashland Inc.
Típicamente, la cantidad total de PRECs que
necesita añadirse en la etapa (ii) del procedimiento según la
presente invención para que sea efectiva (es decir, para efectuar un
aumento absoluto del 5% en la retención de al menos el catión calcio
polivalente comparado con el blanco) es al menos 15 ppm.
Preferiblemente, la cantidad total de PRECs añadida en la etapa (ii)
del procedimiento es al menos 25 ppm, más preferiblemente al menos
35 ppm, y mucho más preferiblemente al menos 50 ppm.
Preferiblemente, la cantidad total de PRECs añadida en la etapa (ii)
del procedimiento según la presente invención es menor que 5.000
ppm, más preferiblemente menor que 1.000 ppm, incluso más
preferiblemente menor que 500 ppm, y mucho más preferiblemente menor
que 350 ppm. El PREC puede añadirse a la disolución acuosa de sal en
forma pura (sólida o líquida) o como una disolución en agua.
Se observa que la expresión "agua
industrial" que se usa a lo largo de esta memoria descriptiva se
usa para denotar agua obtenida de fuentes de agua superficial o de
cualquier otra fuente de agua comparable que contenga impurezas
minerales, gaseosas, y/u orgánicas en concentraciones tales que sin
purificación el agua no es adecuada como agua potable.
Preferiblemente, como agua industrial se usa agua superficial, más
preferiblemente agua de canales, acequias, estanques, y mucho más
preferiblemente de lagos y ríos.
Una ventaja adicional del procedimiento según la
invención es que los iones sulfato que puedan estar presentes en una
disolución acuosa de sal también serán separados durante la etapa de
nanofiltración, debido a las en general buenas a excelentes
propiedades de retención de los iones sulfato de las membranas de
nanofiltración adecuadas para usar en el presente procedimiento. El
bajo contenido de iones sulfato de la disolución acuosa de sal
purificada a partir de la cual se aísla la sal (es decir, el
permeado de la etapa (ii) del presente procedimiento) comparado con
la disolución de sal purificada a partir de la cual se aísla la sal
en procedimientos convencionales de producción de sal en los que no
se emplea ninguna etapa de nanofiltración, tiene ventajas
adicionales. En primer lugar, usando el procedimiento según la
invención se produce sal con un contenido muy bajo de iones sulfato.
En segundo lugar, la corriente de purga de la etapa final de
concentración se reduce significativamente. Como en general es
conocido, la concentración de permeado para producir sal, por
ejemplo por evaporación, está típicamente limitada por la calidad
requerida de sal, porque durante la etapa de concentración la
concentración de impurezas aumentará. Por tanto, si se disminuyen
las concentraciones de impurezas en la alimentación de la etapa de
concentración, puede aumentarse el factor de concentración y
disminuirse la purga mientras aún se produce sal con la calidad
requerida. Más específicamente, en muchas plantas de sal el flujo de
la purga se determina mediante la concentración final de iones
sulfato en las aguas de cristalización. Por lo tanto, la reducción
del contenido de iones sulfato en la disolución acuosa a concentrar
conduce a una reducción significativa de la purga. En tercer lugar,
durante la etapa de concentración, por ejemplo por evaporación de
agua, concentraciones altas de iones sulfato pueden conducir a la
formación de costras, reduciendo así la eficiencia de la
transferencia de calor. Por tanto, reduciendo las concentraciones de
iones sulfato en la alimentación a la etapa de concentración se
reduce la formación de costras. Como resultado, en la etapa de
concentración se adquiere una mayor eficiencia energética y, por lo
tanto, concentrar en múltiples etapas no es un prerrequisito.
Para conseguir la separación anteriormente
indicada de los iones polivalentes, no se necesita ninguna etapa de
cristalización subsiguiente u otro tratamiento de la disolución
acuosa de sal. Como resultado del procedimiento según la presente
invención, la disolución acuosa de sal resultante de la etapa (iii)
es de tal pureza que puede concentrarse directamente en la etapa
(iv) subsiguiente para dar sal de una calidad deseada.
Se observa que los documentos US 6.004.464 y US
6.036.867 describen ambos un procedimiento para purificar
disoluciones acuosas, es decir, un procedimiento para purificar una
corriente de agua agotada en salmuera a partir de un aparato de
regeneración de resinas que ablandan el agua y un procedimiento para
purificar agua de proceso o agua potable, respectivamente. En los
procedimientos descritos en estos dos documents se añade a la
disolución acuosa de sal un agente inhibidor de la precipitación
seleccionado del grupo de, por ejemplo, poli(ácidos acrílicos) y
poli(ácidos carboxílicos) y la corriente de agua se somete a una
membrana del tipo de nanofiltración para separar los cationes
polivalentes. En el documento US 6.004.464, necesitan añadirse a las
salmueras una sal de sulfato soluble y un ácido fuerte para ser
capaz de separar la dureza de la disolución acuosa en una extensión
aceptable por nanofiltración. Las disoluciones acuosas según ambas
referencias son disoluciones acuosas de sales muy diferentes de las
que consideraría un experto usar como corriente de entrada en la
fabricación de sal porque contienen otros iones y, en tanto y cuanto
contienen los mismos iones, muchos de éstos están presentes en
cantidades bastante diferentes. Las disoluciones acuosas del
documento US 6.036.867 no serían incluso de ningún uso práctico en
la producción de sal, ya que están mucho más diluidas y la
separación o, alternativamente, el transporte de grandes cantidades
de agua hacen ineficientes y más caros los procedimientos de
producción de sal.
En el procedimiento según la invención puede
realizarse una etapa opcional de pulido. Preferiblemente, tal etapa
adicional de pulido se produce entre la etapa (iii) y la etapa (iv)
del procedimiento. La etapa de pulido puede incluir alimentar la
disolución acuosa a un procedimiento de intercambio de iones o
someter la disolución acuosa a una etapa de precipitación con
CaCO_{3} con el fin de separar las últimas trazas de iones
polivalentes de sistema. Se observa que en la disolución de sal
resultante de la etapa (iii) del procedimiento según la invención ya
han sido separados tantos iones polivalentes que la etapa opcional
de pulido puede realizarse con muy bajos costes de inversión y de
productos químicos.
Se observa que la expresión "fuente de sal"
que se usa a lo largo de este documento se usa para denominar a
todas las sales de fuentes naturales de las cuales más que 25% en
peso es NaCl. Preferiblemente, tal sal contiene más que 50% en peso
de NaCl. Más preferiblemente, la sal contiene más que 75% en peso de
NaCl, aunque una sal que contenga más que 90% en peso de NaCl es
mucho más preferida. La sal puede ser sal solar (sal obtenida
evaporando agua de la salmuera usando el calor solar), sal gema, y/o
depósitos subterráneos de sales. Cuando dicha fuente de sal se
disuelve en agua industrial para dar una disolución acuosa de sal
que al menos comprende 100 g/L de cloruro de sodio, comprenderá una
cantidad total de al menos 0,01 ppm de contaminantes catiónicos
polivalentes.
Preferiblemente, la fuente de sal es un depósito
subterráneo de sal explotado por medio de explotación minera por
disolución usando agua industrial. Si la fuente de sal es sal gema o
sal solar, preferiblemente se transporta a un equipo para disolver
la sal al cual se añade agua industrial con el fin de preparar la
disolución acuosa de sal según la presente invención. La cantidad
requerida de uno o más componentes positivos que aumentan la
retención según la presente invención se añade a la disolución
acuosa de sal así preparada. Sin embargo, también es posible añadir
los PRECs a la fuente de sal antes de la etapa de disolución o al
agua industrial antes de la etapa de disolución. También es posible
una combinación de estos procedimientos.
En una realización alternativa del procedimiento
según la presente invención, la concentración de cloruro de sodio
puede ajustarse para que al menos sea 100 g/L en una etapa
subsiguiente a o simultánea con la adición de uno o más componentes
positivos que aumentan la retención a la disolución acuosa y antes
de la etapa de nanofiltración (iii).
Preferiblemente, la disolución acuosa de sal en
el procedimiento de la presente invención comprende al menos 150 g/L
de cloruro de sodio, más preferiblemente al menos 200 g/L, incluso
más preferiblemente al menos 250 g/L, incluso aún más
preferiblemente al menos 300 g/L; es mucho más preferida una
disolución saturada de cloruro de sodio.
En una realización preferida de la presente
invención se forma un permeado que es una disolución acuosa casi
saturada en cloruro de sodio. La expresión "disolución casi
saturada" denota una disolución que comprende más que 80% en
peso, preferiblemente más que 90% en peso, más preferiblemente más
que 95% en peso, y mucho más preferiblemente más que 98% en peso de
la cantidad total de sal disuelta en una disolución saturada. Esto
puede conseguirse, por ejemplo, sometiendo una disolución acuosa de
sal que ya es una disolución casi saturada a la etapa de
nanofiltración en la que la retención de cloruro de sodio es próxima
a 0%. En ese caso, en una etapa de concentración subsiguiente se
separa agua y la producción de sal se consigue casi inmediatamente,
ya que la concentración de sal es igual al límite de
solubilidad.
En otra realización de la presente invención, al
menos parte del retenido se reutiliza como agua industrial en la
etapa de disolución. Por tanto, se recicla al equipo de disolución o
al depósito subterráneo de sal. El reciclado del retenido al equipo
de disolución o al depósito subterráneo de sal tiene las siguientes
ventajas. La disolución acuosa de sal que se somete a la etapa de
nanofiltración comprende al menos un componente positivo que aumenta
la retención (PREC). Un reciclado del retenido al equipo de
disolución reduce así la cantidad de PRECs que necesita añadirse a
dicha disolución acuosa de sal. Además, debido a que las impurezas
iónicas polivalentes son significativamente retenidas por la
membrana de nanofiltración, éstas se acumularán en la salmuera que
se recicla al equipo de disolución o al depósito subterráneo de sal.
Finalmente, alcanzarán sus límites de solubilidad y, así, se
depositarán, por ejemplo en forma de anhidrita o polihalita, en el
fondo del equipo de disolución, donde pueden separarse fácilmente
vía el lodo, o en el fondo de la caverna.
En esta realización es posible añadir uno o más
agentes convencionales retardantes, tales como por ejemplo los
descritos en el documento EP1404614, al cristalizador, al equipo de
disolución, o al depósito subterráneo de sal con el fin de reducir
más la cantidad de contaminantes presentes en la fuente de sal que
se disolverá en la disolución acuosa de sal.
En otra realización, los cationes polivalentes
comprenden además calcio, los cationes polivalentes magnesio,
estroncio, hierro, bario, aluminio o una mezcla de dos or más de
esos cationes. En otra realización preferida, la cantidad
contaminante de cationes polivalentes es menor que 20.000 ppm y al
menos 0,01 ppm, más preferiblemente menos que 10.000 ppm, incluso
más preferiblemente menos que 4.000 ppm, y mucho más preferiblemente
menos que 2.000 ppm. En una realización más preferida, la cantidad
contaminante es al menos 0,1 ppm, incluso más preferiblemente al
menos 10 ppm, mucho más preferiblemente al menos 100 ppm.
Preferiblemente, la cantidad de calcio o de
magnesio en la disolución acuosa de sal es menor que 2.000 ppm,
preferiblemente menor que 1.800 ppm, más preferiblemente menor que
1.600 ppm, mucho más preferiblemente menor que 1.400 ppm. Más
preferiblemente, la cantidad combinada de calcio y magnesio es menor
que 2.500 ppm, preferiblemente menor que 2.000.
\newpage
En otra realización de los procedimientos de la
invención, la cantidad de aniones sulfato en la disolución acuosa
de sal es menor que 75.000 ppm, preferiblemente menor que 50.000
ppm, más preferiblemente menor que 25.000 ppm, incluso más
preferiblemente menor que 1.000 ppm, mucho más preferiblemente menor
que 8.000 ppm.
Se observa que la "membrana de
nanofiltración", que se coloca dentro de una unidad de
nanofiltración con membrana, como se denomina a lo largo de esta
memoria descriptiva se usa para denotar cualquier membrana de
nanofiltración convencional diseñada para rechazar selectivamente
aniones divalentes y otros aniones polivalentes y que tiene un peso
molecular de corte de al menos 100 dalton (Da), preferiblemente al
menos 150 Da, y en la que el peso molecular de corte es como máximo
25.000 Da, preferiblemente como máximo 10.000 Da, más
preferiblemente como máximo 2.500 Da, y mucho más preferiblemente
como máximo 1.000 Da. El sistema de nanofiltración utiliza
preferiblemente membranas semipermeables del tipo de
nanofiltración, tales como las vendidas como FilmTec® NF270 (The Dow
Chemical Company), DESAL® 5DK, DESAL® 5DL, y DESAL® 5HL (todas de
GE/Osmonics), NTR® 7250 (Nitto Denko Industrial Membranes), y
AFC®-30 (PCI Membrane Systems LTD). Éstas y similares membranas
adecuadas para usar en el procedimiento según la presente invención
son efectivas para rechazar un alto porcentaje de todos los aniones
divalentes y especialmente sulfato y carbonato, como lo indica la
retención observada de iones sulfato superior a 80%, y
preferiblemente superior a 90% durante el procesado de una
disolución de 1 g/L de MgSO_{4} en agua desmineralizada en
operación en reciclo completo, a la vez que permiten el paso a
través de la membrana de un alto porcentaje de todos los aniones
monovalentes y especialmente cloruro y bromuro, como lo indica la
retención del ion cloruro inferior a 80% y preferiblemente inferior
a 70% durante el procesado de una disolución de 1 g/L de NaCl en
agua desmineralizada en operación en reciclo completo. Los ensayos
con estas disoluciones deben llevarse a cabo a temperatura ambiente,
un flujo a través de la membrana de entre 20 L/m^{2}\cdoth y 30
L/m^{2}\cdoth, y una velocidad tangencial para evitar una fuerte
polarización por concentración. Las retenciones de cloruro de sodio
y de sulfato de magnesio en estos ensayos pueden determinarse usando
medidas de conductividad calibradas. Aunque se prefiere el uso de
membranas de nanofiltración semipermeables tales como los tipos de
membrana anteriormente mencionados, están comercialmente disponibles
otras membranas de nanofiltración que tienen estas altas
características de rechazo de los iones divalentes y pueden
emplearse alternativamente.
Se observa que debido a que las membranas de
nanofiltración son muy sensibles al daño mecánico de la capa
superior debido a cualquier sólido presente en la alimentación, se
recomienda no añadir ningún aditivo a la disolución acuosa que
provoque la precipitación de cualquiera de los componentes presentes
en la misma antes de la etapa (iii) del presente procedimiento. A
este respecto, se observa que, en particular, se prefiere no tener
presente en la disolución acuosa ningún aditivo que tenga un efecto
antidisolvente.
La concentración del permeado para producir sal,
es decir, la etapa de concentración, puede realizarse usando
cualquier método de concentración de los procedimientos para la
producción de sal conocidos por los expertos e incluyen
cristalización evaporativa y cristalización por enfriamiento.
Preferiblemente, para efectuar la cristalización de sal en el
permeado no se usa(n) antidisolvente(s).
El procedimiento según la presente invención se
ilustra más mediante los siguientes ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
En los ejemplos se usa la siguiente
definición:
Retención =
{1-(concentración de componente en el permeado/concentración de
componente en el retenido)} x
100%
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó un experimento usando dos tipos de
membrana, una membrana de NF NF®270 (de DOW Chemical Company
FilmTec^{TM}) de película fina de poliamida enrollada en espiral
de 10,2 cm y una membrana de NF Desal® 5DK (de GE/Osmonics) de
poliamida enrollada en espiral de 10,2 cm con 7,6 m^{2} y 8,4
m^{2} de área de superficie de membrana, respectivamente. Los
módulos de membrana se ensayaron en paralelo en una unidad piloto,
que se operó en modo de operación continuo y con purga a un caudal
tangencial de aproximadamente 3 m^{3}/h por módulo de membrana. A
la unidad se suministraron aguas de cristalización obtenidas de un
cristalizador de cloruro de sodio. El pH de las aguas de
cristalización se redujo a pH 10,7 usando una disolución concentrada
(35%) de H_{2}SO_{4}. Además, a las aguas de cristalización se
añadieron 101 ppm de un componente positivo que aumenta la
retención mediante la adición de 202 ppm de Drewsperse® 747A de
Ashland Inc., que es una disolución acuosa al 50% de poli(ácido
maleico). Las aguas de cristalización resultante enviadas a la
unidad piloto de membranas contenían, entre otros, 280 g/L de NaCl,
0,25 meq/L de calcio, 0,06 meq/L de estroncio, y 1.190 meq/L de
SO_{4}^{2-}. La mayoría del retenido se recicló a la línea de
alimentación a la membrana (operación en flujo tangencial), mientras
que parte del retenido se purgó junto con el permeado para obtener
un factor de concentración (la relación del flujo de nueva
alimentación respecto al flujo del retenido purgado) de
aproximadamente 1,3. Durante la filtración por las membranas a una
presión de 32 bar y 40ºC se obtuvieron retenciones de calcio de 99%
para Desal® 5DK y NF®270 y de estroncio de 88%.
Ejemplo comparativo
2
Se realizó otro experimento usando dos tipos de
membrana, membranas de NF de lámina plana NF®270 (de DOW Chemical
Company FilmTec^{TM}) de película fina de poliamida y membranas de
NF de lámina plana Desal® 5DK (de GE/Osmonics) de poliamida. Los
tipos de membrana se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS
lab-stak M20, que se operó en modo de alimentación y
purga en continuo a un caudal tangencial de 600 L/h. En total se
instalaron 0,144 m^{2} de área de superficie de membrana. A la
unidad se suministraron aguas de cristalización obtenidas de un
cristalizador de cloruro de sodio. El pH de las aguas de
cristalización se redujo a pH 10,8 usando una disolución concentrada
de H_{2}SO_{4}. No se añadió ningún componente positivo que
aumenta la retención. Las aguas de cristalización enviadas a la
unidad DSS contenían, entre otros, 1.150 meq/L de SO_{4}^{2-},
296 g/L de NaCl, 1,3 mg/L de Ca^{2+}, y 655 mg/L de Br^{-}. La
filtración por las membranas se realizó a una presión de 50 bar y a
una temperatura de 32ºC. La mayoría del retenido se recicló a la
línea de alimentación de las membranas (operación en flujo
tangencial), mientras que parte del retenido se purgó junto con los
permeados para obtener un factor de concentración de aproximadamente
1,3. Las membranas mostraron retenciones de calcio inferiores a
32%.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
3
Se realizó otro experimento usando dos tipos de
membrana, membrana de NF de lámina plana NF®270 (de DOW Chemical
Company FilmTec^{TM}) de película fina de poliamida y membrana de
NF de lámina plana Desal® 5DK (de GE/Osmonics) de poliamida. Los
tipos de membrana se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS
lab-stak M20, que se operó en modo de reciclo total
(el total de retenido y los permeados se reciclaron al depósito de
suministro a las membranas) a un caudal tangencial de 600 L/h. En
total se instalaron 0,36 m^{2} de área de superficie de membrana.
A la unidad se suministró salmuera bruta obtenida de una fuente de
salmuera. No se añadió ningún componente positivo que aumenta la
retención. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS
lab-stak contenía, entre otros, 1,21 g/L de
SO_{4}^{2-}, 273 g/L de NaCl, 3,3 mg/L de estroncio, 10,3 mg/L
de magnesio, y 494 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana
se realizó a una presión de 21 bar y una temperatura de 22ºC. Desal®
5DK y NF®270 mostraron una retención de calcio de 36% y 24%,
respectivamente, y retenciones de estroncio inferiores a 59%. Se
encontró que las retenciones de magnesio para Desal® 5DK y NF®270
fueron 68% y 66%, respectivamente. Se encontró que las retenciones
de iones sulfato para Desal® 5DK y NF®270 fueron 94,2% y 95,9%,
respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó un experimento usando dos tipos de
membrana, una membrana de NF NF®270 (de DOW Chemical Company
FilmTec^{TM}) de película fina de poliamida enrollada en espiral
de 10,2 cm y una membrana de NF Desal® 5DK (de GE/Osmonics) de
poliamida enrollada en espiral de 10,2 cm con 7,6 m^{2} y 8,4
m^{2} de área de superficie de membrana, respectivamente. Los
módulos de membrana se ensayaron en paralelo en una unidad piloto,
que se operó en modo de operación de alimentación y purga en
continuo a un caudal tangencial de 3,1 m^{3}/h y 2,6 m^{3}/h por
módulo de membrana para NF®270 y Desal® 5DK, respectivamente. A la
unidad se suministraron aguas de cristalización obtenidas de un
cristalizador de cloruro de sodio. El pH de las aguas de
cristalización se redujo a pH 10,6 usando una disolución concentrada
(35%) de H_{2}SO_{4}. Además, a las aguas de cristalización se
añadieron 96 ppm de un componente positivo que aumenta la retención
mediante la adición de 192 ppm de Drewsperse® 747A (véase el ejemplo
1). Las aguas de cristalización resultantes enviadas a la unidad
piloto de membrana contenían, entre otros, 280 g/L de NaCl, 0,046 de
meq/L de calcio completamente disuelto, y 1.125 meq/L de
SO_{4}^{2-}. La mayoría del retenido se recicló a la línea de
alimentación de las membranas (operación en flujo tangencial),
mientras que parte del retenido se purgó junto con el permeado para
obtener un factor de concentración (la relación del flujo de nueva
alimentación respecto al flujo del retenido purgado) de
aproximadamente 1,3 y 1,2 para NF®270 y Desal® 5DK,
respectivamente. Durante la filtración por la membrana a una presión
de 32 bar y 34ºC y 39ºC para NF®270 y Desal® 5DK, respectivamente,
se obtuvieron retenciones de calcio de 96% y 97%, respectivamente,
para Desal® 5DK y NF®270.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó otro experimento usando dos tipos de
membrana, membrana de NF de lámina plana NF®270 (de DOW Chemical
Company FilmTec^{TM}) de película fina de poliamida y membrana de
NF de lámina plana Desal® 5DK (de GE/Osmonics) de poliamida, y una
salmuera bruta de la misma fuente que se especificó en el ejemplo
comparativo 3. Además, a la salmuera bruta se añadieron 300 ppm de
un componente positivo que aumenta la retención mediante la adición
de 600 ppm de Drewsperse® 747A (véase el ejemplo 1). Los tipos de
membrana se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS
lab-stak M20, que se operó en modo de reciclo total
(el total de retenido y los permeados se reciclaron al depósito de
suministro a las membranas) a un caudal tangencial de 600 L/h. En
total se instalaron 0,216 m^{2} de área de superficie de membrana.
A la unidad se suministró salmuera bruta obtenida de una fuente de
salmuera. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS
lab-stak contenía, entre otros, 1,11 g/L de
SO_{4}^{2-}, 289 g/L de NaCl, 3,0 mg/L de estroncio, 10,1 mg/L
de magnesio, y 490 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana
se realizó a una presión de 31 bar y una temperatura de 21ºC. Desal®
5DK y NF®270 mostraron una retención de calcio de 79% y 50%,
respectivamente, retenciones de estroncio de 90% y 70%,
respectivamente, y retenciones de magnesio de 93% y 79%,
respectivamente. Ambas membranas mostraron una retención de cloruro
de 0,6%. Desal® 5DK y NF®270 mostraron una retención de sulfato de
96,8% y 98,5%, respectivamente.
Como se demostró mediante los ejemplos 1, 4, 5 y
los ejemplos comparativos 2 y 3, la retención de los iones calcio y
estroncio usando el procedimiento según la invención se acrecienta
significativamente en comparación con los procedimientos en los que
no se añade ningún componente positivo que aumenta la retención a la
disolución acuosa de sal antes de que se someta a una etapa de
nanofiltración, y por lo tanto la disolución acuosa de sal
resultante es adecuada para el uso directo en la preparación de sal
de buena calidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
6
Se realizó otro experimento usando membranas de
NF de lámina plana Desal® 5DK de poliamida (de GE/
Osmonics). Las membranas se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS labstak M20, que se operó en el modo de concentración discontinuo (el total de retenido se recicló al depósito de suministró de la alimentación a la unidad de la membrana, mientras que los permeados producidos se separaron de la unidad y se enviaron a un depósito separado) a un caudal tangencial de 600 L/h. En total se instalaron 0,108 m^{2} de área de superficie de membrana. En total se produjeron 2 kg de permeado, mediante lo cual la alimentación se concentró por un factor de 1,1. Como alimentación se suministró a la unidad una salmuera bruta de una planta de producción de salmuera de Akzo Nobel en Mariager, Dinamarca. No se añadió ningún componente positivo que aumenta la retención. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS lab-stak contenía, entre otros, 1,24 g/L de SO_{4}^{2-}, 308 g/L de NaCl, 3,1 mg/L de estroncio, 10,3 mg/L de magnesio, y 494 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana se realizó a una presión de 31 bar y una temperatura de 21ºC. Las membranas Desal® 5DK mostraron inicialmente una retención de calcio de 42% y a un factor de concentración de aproximadamente 1,1 (que significa que aproximadamente 10% de la carga inicial de alimentación se separó como permeado), 49% de retención de calcio.
Osmonics). Las membranas se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS labstak M20, que se operó en el modo de concentración discontinuo (el total de retenido se recicló al depósito de suministró de la alimentación a la unidad de la membrana, mientras que los permeados producidos se separaron de la unidad y se enviaron a un depósito separado) a un caudal tangencial de 600 L/h. En total se instalaron 0,108 m^{2} de área de superficie de membrana. En total se produjeron 2 kg de permeado, mediante lo cual la alimentación se concentró por un factor de 1,1. Como alimentación se suministró a la unidad una salmuera bruta de una planta de producción de salmuera de Akzo Nobel en Mariager, Dinamarca. No se añadió ningún componente positivo que aumenta la retención. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS lab-stak contenía, entre otros, 1,24 g/L de SO_{4}^{2-}, 308 g/L de NaCl, 3,1 mg/L de estroncio, 10,3 mg/L de magnesio, y 494 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana se realizó a una presión de 31 bar y una temperatura de 21ºC. Las membranas Desal® 5DK mostraron inicialmente una retención de calcio de 42% y a un factor de concentración de aproximadamente 1,1 (que significa que aproximadamente 10% de la carga inicial de alimentación se separó como permeado), 49% de retención de calcio.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
7
Se realizó un experimento de cristalización
evaporativa concentrando 2.000 g de permeado producido en el ejemplo
comparativo 6 (es decir, sin usar un componente positivo que aumenta
la retención) en un vaso de precipitados de vidrio calentado
equipado con un agitador magnético. El experimento se realizó en el
punto de ebullición de la salmuera filtrada, es decir, a
aproximadamente 108ºC. El factor de concentración fue 2,8, que
significa que se evaporaron 1.050 gramos de agua de la disolución
original de salmuera. Subsiguientemente, la sal producida se separó
filtrando por un filtro Büchner. El filtrado se concentró más por
cristalización evaporativa a 108ºC para llegar a un factor de
concentración global de 10. La sal producida se obtuvo filtrando por
un filtro Büchner y se analizó su contenido en calcio. El calcio
encontrado en la sal producida en la última etapa de concentración
contribuyó con 386 mg/kg.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó otro experimento usando membranas de
NF Desal® 5DK de lámina plana de poliamida (de GE/
Osmonics) y una salmuera bruta de la misma fuente que se especificó en el ejemplo comparativo 6. Además, a la salmuera bruta se añadieron 300 ppm del componente positivo que aumenta la retención mediante la adición de 600 ppm de Drewsperse® 747A (véase el ejemplo 1). Las membranas se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS labstak M20, que se operó en el modo de concentración discontinuo (el total de retenido se recicló al depósito de suministró de la alimentación a la unidad de la membrana, mientras que los permeados producidos se separaron de la unidad y se enviaron a un depósito separado) a un caudal tangencial de 600 L/h. En total se instalaron 0,108 m^{2} de área de superficie de membrana. En total se produjeron 1,7 kg de permeado, mediante lo cual la alimentación se concentró por un factor de 1,1. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS lab-stak contenía, entre otros, 1,24 g/L de SO_{4}^{2-}, 308 g/L de NaCl, 3,1 mg/L de estroncio, 10,3 mg/L de magnesio, y 494 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana se realizó a una presión de 31 bar y una temperatura de 22ºC. Las membranas Desal® 5DK mostraron inicialmente una retención de calcio de 66% y a un factor de concentración de aproximadamente 1,1 (que significa que aproximadamente 10% de la carga inicial de alimentación se separó como permeado), 71% de retención de calcio. El uso del componente positivo que aumenta la retención da por lo tanto lugar a retenciones de calcio de la membrana claramente mayores (véase el ejemplo comparativo 6).
Osmonics) y una salmuera bruta de la misma fuente que se especificó en el ejemplo comparativo 6. Además, a la salmuera bruta se añadieron 300 ppm del componente positivo que aumenta la retención mediante la adición de 600 ppm de Drewsperse® 747A (véase el ejemplo 1). Las membranas se ensayaron simultáneamente en una unidad DSS labstak M20, que se operó en el modo de concentración discontinuo (el total de retenido se recicló al depósito de suministró de la alimentación a la unidad de la membrana, mientras que los permeados producidos se separaron de la unidad y se enviaron a un depósito separado) a un caudal tangencial de 600 L/h. En total se instalaron 0,108 m^{2} de área de superficie de membrana. En total se produjeron 1,7 kg de permeado, mediante lo cual la alimentación se concentró por un factor de 1,1. La salmuera bruta enviada a la unidad DSS lab-stak contenía, entre otros, 1,24 g/L de SO_{4}^{2-}, 308 g/L de NaCl, 3,1 mg/L de estroncio, 10,3 mg/L de magnesio, y 494 mg/L de Ca^{2+}. La filtración por la membrana se realizó a una presión de 31 bar y una temperatura de 22ºC. Las membranas Desal® 5DK mostraron inicialmente una retención de calcio de 66% y a un factor de concentración de aproximadamente 1,1 (que significa que aproximadamente 10% de la carga inicial de alimentación se separó como permeado), 71% de retención de calcio. El uso del componente positivo que aumenta la retención da por lo tanto lugar a retenciones de calcio de la membrana claramente mayores (véase el ejemplo comparativo 6).
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó un experimento de cristalización
evaporativa concentrando 1.700 g de permeado producido en el ejemplo
8 (usando Drewsperse® 747A como un componente positivo que aumenta
la retención) en un vaso de precipitados de vidrio calentado
equipado con un agitador magnético. El experimento se realizó en el
punto de ebullición de la salmuera filtrada, es decir, a
aproximadamente 108ºC. El factor de concentración fue 2,8, que
significa que se evaporaron 830 gramos de agua de la disolución
original de salmuera. Subsiguientemente, la sal producida se separó
filtrando por un filtro Büchner.
El filtrado se concentró más por cristalización
evaporativa a 108ºC para llegar a un factor de concentración global
de 10. La sal producida se obtuvo filtrando por un filtro Büchner y
se analizó su contenido en calcio. El calcio encontrado en la sal
producida en la última etapa de concentración contribuyó con 145
mg/kg.
Como se demostró mediante los ejemplos 8, 9 y
los ejemplos comparativos 6 y 7, usando el procedimiento según la
invención se aumenta significativamente la retención de iones calcio
en comparación con el procedimiento en el que no se añade a la
disolución acuosa de sal ningún componente positivo que aumenta la
retención antes de la nanofiltración. Además de esta ventaja, la sal
producida según la invención contiene cantidades de calcio
significativamente menores (es decir, un 62% de disminución del
contenido de calcio en la sal producida en el ejemplo 9 en
comparación con la sal producida en el ejemplo comparativo 7). Por
tanto, puede concluirse que la sal preparada según la invención es
de calidad significativamente mejor.
Claims (12)
1. Procedimiento para preparar sal, que
comprende las siguientes etapas:
- (i)
- preparar una disolución acuosa de sal que al menos contiene 100 g/L de cloruro de sodio y al menos 0,01 ppm de cationes polivalentes disolviendo una fuente de cloruro de sodio en agua industrial,
- (ii)
- añadir a la disolución acuosa de sal una cantidad efectiva de al menos un componente positivo que aumenta la retención,
- (iii)
- someter subsiguientemente a la disolución a una etapa de nanofiltración, mediante la cual la disolución se separa en un retenido que está enriquecido en los cationes polivalentes y en un permeado que es la disolución acuosa de sal purificada, y
- (iv)
- concentrar el permeado para producir sal.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que la concentración de cloruro de sodio puede ajustarse para
que al menos sea 100 g/L en una etapa subsiguiente a o simultánea
con la etapa (ii) de añadir el componente positivo que aumenta la
retención a la disolución acuosa y antes de la etapa de
nanofiltración (iii).
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, en el que al menos parte del retenido se recicla para usar en la
etapa de disolución (i).
4. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 3, en el que la disolución acuosa
comprende al menos 150 g/L de cloruro de sodio, preferiblemente al
menos 200 g/L, más preferiblemente al menos 300 g/L de cloruro de
sodio, y mucho más preferiblemente es una disolución saturada de
cloruro de sodio.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 4, en el que el componente positivo
que aumenta la retención se selecciona del grupo que consiste en
poli(ácidos carboxílicos), poliacrilatos, poli(ácidos maleicos),
oligopéptidos, polipéptidos, polímeros que portan dos o más grupos
éster o grupos carboxialquílicos y opcionalmente también grupos
fosfato, fosfonato, fosfino, sulfato y/o sulfonato; azúcares, tales
como monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, funcionalizados o
no; sales de ferrocianuro; sales de amonio cuaternario;
ciclodextrinas; urea; polímeros que portan grupos amino; polímeros
que portan uno o más grupos alcohol; polímeros que portan grupos
amonio cuaternario; polímeros que comprenden anillos alifáticos que
contienen nitrógeno; sales de sodio de polímeros que portan grupos
aniónicos; sales de cloruro de polímeros que portan grupos
catiónicos; tensioactivos de una fuente natural tal como jabón de
ácidos de colofonia desproporcionados; ácido láctico; fosfolípidos;
una suspensión de células de levadura; una suspensión de algas;
homopolímero de anhídrido maleico; amilasa; proteasa; citrato de
sodio; ácido cítrico; nonanoiloxibenceno sulfonato; poli(ácido
epoxisuccínico); poliacrilamida; etilenodiamina
tetra-acetato de sodio; ácido etilenodiamina
tetrametileno fosfónico; polioxietileno éteres sulfonados; ácidos
grasos; jugo de naran-
ja; jugo de manzana; y complejos de Fe(II) o Fe(III) con uno o más de los compuestos anteriormente mencionados.
ja; jugo de manzana; y complejos de Fe(II) o Fe(III) con uno o más de los compuestos anteriormente mencionados.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 4, en el que el componente positivo
que aumenta la retención se selecciona del grupo que consiste en
(poli)ácidos carboxílicos, ácidos fosfinocarboxílicos, poli(ácidos
acrílicos), poli(ácidos maleicos), glucosa, sacarosa, sacarosa, y
gluconato de sodio.
7. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 6, en el que el componente positivo
que aumenta la retención se añade en una cantidad de al menos 15
ppm, preferiblemente al menos 25 ppm, mucho más preferiblemente al
menos 50 ppm.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 7, en el que el componente positivo
que aumenta la retención se añade en una cantidad de menos que 5.000
ppm, más preferiblemente menos que 1.000 ppm, y mucho más
preferiblemente menos que 350 ppm.
9. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 8, en el que los iones
polivalentes, además de calcio, comprenden magnesio, estroncio,
hierro, bario, y/o aluminio.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la cantidad de calcio o magnesio en la disolución acuosa
es menor que 2.000 ppm, preferiblemente menor que 1.800 ppm, más
preferiblemente menor que 1.600 ppm, mucho más preferiblemente menor
que 1.400 ppm.
11. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 10, en el que la cantidad de
aniones sulfato en la disolución acuosa de sal es menor que 75.000
ppm, preferiblemente menor que 50.000 ppm, más preferiblemente menor
que 25.000 ppm, mucho más preferiblemente menor que 8.000 ppm.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 11, en el que la fuente de cloruro
de sodio es una fuente natural de sal que contiene más que 75% en
peso de NaCl, y mucho más preferiblemente, más que 90% en peso de
NaCl.
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