PT94029B - Processo para a depuracao de compostos amoniacais e iodados de uma solucao aquosa de cloreto de metal alcalino - Google Patents

Processo para a depuracao de compostos amoniacais e iodados de uma solucao aquosa de cloreto de metal alcalino Download PDF

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Description

PROCESSO PARA A DEPURAQãO DE COMPOSTOS
AMONIACAIS E IODADOS DE UMA 50LUC%0
AQUOSA DE CLORETO DE METAL ALCALINO
A presente invenção tem como objecto a depuração de soluções aquosas de cloreto de metais alcalinos, tais como as salmouras de cloreto de sódio.
Refere-se mais particularmente a um processo para a depuraçao de uma solução aquosa de cloreto de metal alcalino, de compostos amoniacais e iodados.
As soluções aquosas de cloreto de sódio obtidas a partir da água do mar ou por dissolução da sal gema na água contam diversas impurezas, entra as quais figuram nomeadamente cálcio, magné sio, ferro, assim como compostos amoniacais (amoníaco, cloreto de amónio) compostos iodados (iodetos metálicos) e compostos bromados (brometos metálicos). Estas impurezas são nocivas quando as soluções de cloreto de sódio são tratadas nas células de electrólise para produzir cloro e hidróxido de sódio Em particular os compostos amoniacais, os compostos iodados e os compostos bromados formam então tricloreto de azoto, iodo e bromo, que passam para o cloro a o contaminam. Por outro lado, a presença da iões iodeto nas soluções aquosas de cloreto de
sódio revelou-se como sendo uma causa de uma perda de rendimento das células de electrólise de membranas permutadoras de catiões, utilizadas para a produção de cloro e de soluções aquosas de hidréxido de sódio.
No documento BE-A-674 937 (50CIETA CHIMICA DELL’ANIENE), descreve-se um processo de depuração de salmouras, de coiiioostos amoniacais, de compostos iodados e de compostos bromadas, segundo o qual se adiciona hipoclorito de sódio á salmoura em quantidades suficiente para oxidar a totalidade dos compostos amoniacais, iodados e bromados e formar azoto, iodo e bromo, se submete em seguida a solução aquosa a uma purificação por meio de uma corrente de ar para arrastar o azoto, em seguida põe-se a mesma em contacto com uma resina permutadora de aniões, básica, halogenada, para eliminar o iodo e o bromo. Este processo conhecido realiza uma depuração muito boa dos compostos amoniacais e bromados, mas a depuração de compostos iodados revelou-se medíocre e geralmente insuficiente para as soluçoes aquosas destinadas as células de electrólise equipadas com membranas permutadoras de catiões.
Descobriu-se agora que era possível remediar este inconveniente do processo conhecido descrito acima modificando de forma apropriada a ordem de execução das suas diferentes fases.
Por conseguinte a invenção refere-se a um processo para a depuraçao de uma solução aquosa de cloreto de metal alcalino, de compostos iodados e de compostos amoniacais, na qual os compostos iodados e os compostos amoniacais são oxidados e o iodo e o azoto produzidos são eliminados respectivamente numa resina permutadora de aniões, básica, halogenada, e numa corrente de gás inerte; de acordo com a invenção trabalha-se em duas fases sucessivas, compreendendo uma primeira fase
na qual se oxidam os compostos iodados e se trata em seguida a solução de cloreto de metal alcalino resultante na resina, e uma segunda fase na qual se oxidam os compostos amoniacais e se submete em seguida a solução de cloreto de metal alcalino resultante à corrente de gás inerte.
No processo de acordo com a invenção os compostos amoniacais e iodados compreendem o amoníaco, cloreto de amónio e iodetos metálicos, nomeadamente de metais alcalinos. Estão naturalmente presentes na água do mar ou no sal gema quando a solução aquosa de metal alcalino é uma solução aquosa de cloreto de sódio.
A oxidação dos compostos iodados é realizada de preferência por meio de cloro activo, geralmente em meio ácido. Para este efeito pode-se utilizar o cloro ou hipoclorito de metal alcalino. Prefere-se o hipoclorito de sódio. A oxidação é regulada de modo a decompor os compostos iodados e formar iodo molecular; convém expressamente evitar uma oxidação excessiva que conduza à formação de aniões 10^ · Esta condição é imposta pelo facto de os aniões 10^ não serem adsorvidos sobre a resina permutadora de aniões utilizada no processo. Para este efeito a oxidação pode ser, por exemplo, acompanhada e regulada com precisão por meio de uma medida de potencial de óxidorreduçao do hieío reactivo.
Depois de se terem oxidados os compostos iodados para iodo molecular, a solução aquosa é posta em contacto com a resina permutadora de aniões de modo que o iodo seja adsarvido sobre a resina^ A resina aniónica é uma resina básica compreendendo pontos catiónicos fixos e pontos aniónicos intermutáveis, ocupados por aniões halogenados tais como Br-, Cl- e I-. As resinas permutadoras de aniões utilizáveis no processo de acordo com a invenção sao aquelas nas quais os pontos catiónicos fixos
sao grupos amónio quaternário fixados sobre polímeros de cadeia longa, tais como copolímeros do estireno e do divinilbenzeno. 5ao descritas resinas deste tipo nas patentes L5-A-2 551 573,
L5-A-2 597 440, US-A-2 597 494, US-A-2 614 099, US-A-2 630 427 e US-A-2 900 352. Sao convenientes as resinas AMBERLITE (ROHM & HAAS C0) em particular as variedades conhecidas no comércio pelas marcas AMBERLITE IRA-400, DOWEX-1, DUOLITE A-42, NALCITE SBR, PERMUTITE S-l. A resina é apresentada geralmente no estado de grânulos em contacto com os quais se faz circular a solução aquosa de cloreto de sódio. A resina utilizada no processo de acordo com a invenção deve ter pontos intermutáveis ocupados por aniões halogénio. Os anioes cloreto e iodeto são os preferidas. A adsorção do iodo livre de solução sobre a resina é feita com formação de complexos polihalogenados, provavelmente de acordo com a reacção seguinte:
+v~
FTX + nl2 -> Π+(ΧΧ2π)' na qual I? representa o iodo molecular da solução aquosa, representa um ponto catiónido fixo da resina,
X representa um ião halogeneto ocupando um ponto aniónico intermutável da resina (por exemplo um ião I ou Cl ).
A resina deve ser regenerada periodicamente quando os seus pontos estão saturados por aniões (XI^ )”· A regeneração pode ser obtida lavando a resina com um dissolvente no qual o iodo seja mais solúvel do que na água, por exemplo um álcool, ou com um reagente do iodo. Encontram-se informações complementares sobre a resina e a sua utilização na patente GB-A-893 692.
A solução aquosa recolhida na sequência do tratamento sobre a resina permutadora de anioes é em seguida subme4
tida à 25. fase do processo de acordo com a invenção. Nesta fase a oxidação dos compostos amoniacais á realizada igualmente de preferência por meio de cloro activo, geralmente em meio ácido, por exemplo por meio de uma corrente de cloro ou de hipoclorito de metal alcalino. É preferido o hipoclorito de sódio. A oxidação é regulada de modo a decompor os compostos amoniacais e libertar o azoto, por exemplo de acordo com as reacçõesi
Cl + 2 NH40H 6 HC1 + 2 H20 + N2
Cl2 + 2 NH4C1 -> 8 HC1 + N2
NaClD + 2 NF^OH --> 3 NaCl + 5 H 0 + N2
NaClO + 2 NH4C1 —}> 3 NaCl + 3 H 0 + 2 HC1 + N2
Na sequência do tratamento de oxidação o azoto ê extraido da solução aquosa numa corrente de gás inerte. Entende-se por gás inerte um gás que não reaja com os constituintes da solução aquosa e que não constitua uma impureza nociva para a aplicação á qual a solução está destinada. 5ão exemplos de gases inertes utilizáveis no processo de acordo com a invenção o oxigénio, o ar, o árgon e o vapor de água. 0 ar é o gás preferido. As particularidades e pormenores referentes a 2S fase do processo estão contidas nas patentes U5-A-1 861 763 e 3E-A-674 933.
processo de acordo com a invenção é aplicado de preferencia a soluçoes aquosas que tenham sido previamente purificadas de cálcio e de magnésio. Para este efeito a 18 fase do processo de acordo com a invenção pode ser precedida por um tratamento da solução com carbonato de sódio e hidróxido de sódio, como é já bem conhecido da técnica (J.S. SCONCE - Chlo5
rine, its manufacture, Properties and Uses - Reinhold Publishing Corporation - 1962, págs. 135 e 136).
Numa forma de realização particular do processo de acordo com a invenção a solução aquosa de cloreto de sódio é submetida a uma fase de desbromação, além das 2 fases referidas anteriormente. A fase de desbromação tem por função eliminar da solução aquosa os compostos bromados, eliminando iões brometo que ela contenha. De acordo com a invenção a fase de desbromação é posterior à 15 fase referida acima e compreende uma oxidação dos compostos bromados da solução a bromo, seguida por um tratamento da solução resultante numa resina permutadora de aniões, básica, halogenada. Nesta forma de realização do processo de acordo com a invenção a oxidação dos compostos bromados e o tratamento subsequente da solução aquosa na resina permutadora de aniões podem ser realizados de forma semelhante à 15 fase do processo, que foi descrita acima. Para o efeito a oxidaçao é de preferência realizada com cloro activo, em meio ácido, por exemplo por meio de cloro gasoso ou de hipoclorito de metal alcalino, sendo preferido o hipoclorito de sódio como agente oxidante. A oxidação deve ser regulada para decompor os compostos bromados e formar bromo molecular, evitando expressamente uma oxidação excessiva que conduz á formaçao de aniões BrO_ . A resina é do tipo das descritas anteriormente, relativamente à 15 fase do processo. Nesta forma de realizaçao particular do processo de acordo com a invenção a fase de desbromação pode seguir a 25 fase referida acima ou estar intercalada entre a 1® fase e a 2® fase.
No processo de acordo com a invenção o pH da solução aquosa constitui um parâmetro importante para o rendimento da depuraçao. Para o efeito, de acordo com uma outra forma de execução do processo de acordo com a invenção, revelou-se particularmente vantajoso realizar cada uma das fases do pro6
cesso em meio ácido, sendo o pH inferior a 3 na primeira fase e superior a 2 na segunda fase. Os valores de pH preferidos são os compreendidos entre 0,5 e 3 na 12 fase, entre 2 e 6 na 22 fase, e, se fôr o caso, entre 1 e 6 na fase de desbromação. Os valores óptimos do pH para cada fase do processo dependem das condições operatórias e podem ser determinados facilmente por ensaios de rotina no laboratório.
A invenção encontra uma aplicação interessante para a depuração da soluções aquosas de cloreto de sódio destinadas à fabricação de carbonato de sódio pelo processo do amoníaco, assim como à produção de cloro e de hidróxido de sódio por electrólise.
As particularidades e os pormenores da invenção vão tornar-se evidentes na descrição seguinte da figura ónica do desenho anexo, que representa o esquema de uma forma de execução particular do processo de acordo com a invenção.
A instalaçao esquematizada na figura é destinada a depurar uma solução aquosa de cloreto de sódio contaminada por compostos de cálcio e de magnésio (CaCl^» MgCl^) por compostos amoniacais (IMH^OH, NH^Cl) e por compostos bromados e iodados (iodetos de sódio, de cálcio e de magnésio). Compreende uma camara de reacção 1 na qual a solução aquosa de cloreto de sódio 2 é tratada com carbonato de sódio 3 e com hidróxido de sódio 4 para precipitar os iões cálcio e magnésio no estado de carbonato de cálcio e de hidróxido de magnésio. A suspensão aquosa 5 recolhida da camara de reacção 1 é transferida para uma camara de decantação 6 para separar o precipitado 7 de carbonato de cálcio e de hidróxido de magnésio. Recolhe-se da câmara de decantaçao 6 uma solução aquosa de cloreto de sódio B que se introduz numa camara de reacção 9; nesta a solução é acidificada a um pH conveniente e é adicionada de uma solução
aquosa de hipoclorito de sódio 10 para oxidar os iões iodeto e iodo molecular» A quantidade de hipoclorito de sódio utilizada é regulada por uma medida do potencial de oxidorredução do meio reactivo, de modo a realizar uma oxidação sensivelmente completa dos aniões iodeto I em iodo, evitando todavia a formação de aniões iodeto 10^ . A solução aquosa de cloreto de sódio é em seguida introduzida numa coluna 11 cheia com esferas de uma resina permutadora de aniões cujos pontos intermutáveis estão saturados com aniões halogeneto (I , Br , Cl ). Na coluna a solução escoa-se através da resina e o iodo é progressivamente adsorvido sobre esta. A solução aquosa de cloreto de sódio 12 recolhida na fase da coluna 11 é enviada a um reactor 13 onde, depois da regulação do pH, se lhe adiciona uma solução aquosa de hipoclorito de sódio 14 em quantidade suficiente para decompor os compostos amoniacais e libertar o azoto, ã saída do reactor 13 a solução aquosa é introduzida no topo de uma coluna 15 alimentada na base com uma corrente de ar 16. Na coluna 15 a solução aquosa é submetida a uma purificação pela corrente de ar que arrasta assim o azoto para fora da solução. 0 ar carregado de azoto (21) escapa-se pelo topo da coluna 15. A solução aquosa extraída na base da coluna 15 é introduzida num reactor adicional 17 onde é adicionada de uma solução aquosa de hipoclorito de sódio 1Θ em quantidade regulada para oxidar os iÕes brometo a bromo molecular, evitando todavia a formação de aniões complexos bromato BrO^ . A solução que sai do reactor 17 é introduzida numa coluna 19 onde é obrigada a escoar-se através de uma resina permutadora de aniões, básica, cujos pontos intermutáveis estão ocupados por aniões halogénio. 0 bromo da salmoura é assim adsorvido sobre a resina e recolhe-se na base da coluna uma solução aquosa de cloreto de sódio 20 de grande pureza.
Os exemplos seguintes servem para ilustrar a invenção.
Os exemplos tratam de eneaios nos quais foram utilizadas soluções aquosas sensivelmente saturadas em cloreto de sódio (cerca de 300 g de,cloreto de sódio por litro da solução) previamente purificadas de cálcio e de magnásio de forma habitual.
1§ sárie de exemplos (de acordo com a invenção)
Os exemplos 1 a 3 que se seguem referem-se a ensaios nos quais as soluções aquosas de cloreto de sódio foram submetidas a um processo de depuração de acordo com a invenção. Para o efeito foram tratadas numa instalação do tipo da descrita acima com referência ao desenho anexo, onde foram submetidas sucessivamente as
uma fase de depuração do iodo;
uma fase de depuração do amoníaco;
uma fase de depuração do bromo.
Exemplo 1
Utilizou-se uma solução aquosa contendo as seguintes impurezas:
iões brometo: 54 mg/litro; iões brometo: < 0,2 mg/litro; iões iodeto : 2,9 mg/litroj ioes amónio j 28 mg/litro (expresso na forma NH3>Utilizou-se um débito de solução de 10 litro/hora.
Na fase de depuração do iodo a solução aquosa
foi ajustada a um pH ácido e foi tratada com uma corrente de cloro cujo débito foi regulado para um valor adequado para oxidar a totalidade dos iões iodeto a iodo, evitando formar anioes iodato. A regulação do débito de cloro foi realizada por uma medida do potencial de oxidorredução do meio reactivo, como foi exposto acima. A solução aquosa foi em seguida tratada numa resina permutadora de anioes AMBERLITE IRA-400 (ROHM &. HAAS). 0 teor em iodo da solução aquosa à saida da resina era de 0,5 mg/litro.
A solução aquosa foi em seguida submetida ã fase de depuração do amoníaco. Nesta fase ela foi tratada com uma corrente de cloro cujo débito foi regulado por uma medida do potencial de oxidorredução a um valor suficiente para oxidar a totalidade dos catioes amónio libertando o azoto. A solução aquosa foi em seguida submetida a uma purificação por meio de uma corrente ascendente de ar com o débito de 200 litro/hora.
Na solução recolhida na base da coluna mediu-se um teor de iões amónio (expresso em mg de NH_) inferior a 0,2 mg/litro» w
Na fase de depuração do bromo a solução aquosa foi tratada com uma corrente de cloro cujo débito foi regulado por uma medida do potencial de áxidorreduçao a um valor adequado para completar a oxidaçao dos ioes brometo a bromo, evitando formar anioes bromato. A solução aquosa foi em seguida tratada numa resina permutadora de aniões AMBERLITE IRA-400 (ROHM &. HAAS). A soluçaõ aquosa recolhida ã saída da resina continha, por litro:
0,5 mg de iodo;
< 0,2 mg de amoníaco; 3 mg de bromo.
Exemplo 2
Repetiu-se o ensaio do exemplo 1 com uma solução aquosa de cloreto de sódio contendo as seguintes impurezas:
iões brometo: 50 mg/litro; iões bramato: 0,2 mg/litro;
iões iodeto : 2,5 mg/litro;
iões amónio : 28 mg/litro (expresso na forma de
NH3>.
TJa realização do ensaio utilizou-se um dóbito de 10 litros da solução por Hora. Na sequência das três fases de
depuração executadas como foi exposto no exemplo 1, recolheu-se litro:
uma solução aquosa de cloreto de sódio contendo, por
0,2 mg de iodo;
0,5 mg de amoníaco;
0,5 mg de azoto total expresso na forma NH.,;
0,6 mg de bromo;
0,5 mg de iões bromato.
Exemplo 3
Repetiu-se o ensaio do exemplo 1 com «to uma solução
aquosa de cloreto de sódio contendo as seguintes impurezas:
iões brometo : 48 mg/l; iões bromato : 0,3 mg/l iões iodeto : 2,9 mg/l ioes amónio : 27 mg/l (expresso na forma NH^).
Na realização do ensaio utilizou-se um dóbito de 30 1 da solução por hora. Na sequência das 3 fases de depuração,
executadas como foi exposto na exemplo 1, recolheu-se uma solução aquosa de cloreto de sódio contendo, por litro:
0,3 g de iodo;
0,7 mg de amoníaco;
0,4 mg de bromo;
0,1 mg de iões bromato.
5egunda série de exemplos (exemplos de referência)
Os exemplos 4 a 6, cuja descrição se segue, referem-se a ensaios nos quais as 3 fases de depuração foram executadas na seguinte ordem:
(1) : fase de depuração do amoníaco;
(2) : fase de depuração do iodo;
(3) : fase de depuração do bromo.
Exemplo 4
A solução aquosa, saturada em cloreto de sódio e previamente purificada do cálcio e do magnésio, continha as seguintes impurezas» iões brometo : 48 mg/1; iões bromato : 0,3 mg/1; iões iodeto : 2,9 mg/1 ioes amónio : 27 mg/1 (expresso na forma NH^).
Utilizou-se um débito horário de 10 1 de solução.
A fase de depuração do amoníaco foi executada como nos ensaios dos exemplos 1 a 3, sendo o débito de ar de
varrimento igual a 200 1/h. As fases de depuração do iodo e do bromo foram executadas como nos ensaios relativos aos exemplos 1 a 3.
Na sequência do ensaio recolheu-se uma solução de cloreto de sódio contendo:
0,7 mg de amoníaco;
0,2 mg d e bromo;
0,1 mg de iões bromato
2,3 mg de iodo.
Exemplo 5
Repetiu-se o ensaio do exemplo 4 com uma solução aquosa de cloreto de sódio contendo as seguintes impurezas:
iões brometo : 55 mg/1; iões iodeto : 3 mg/1;
ioes amónio : 31 mg/l (expresso na forma NK^) .
débito horário da solução era de 20 1.
No termo do ensaio recolheu-se uma solução de clorato de sódio contendo:
0,9 mg de bromo;
2,0 mg de iodo.
Exemplo 6
Repetiu-se o ensaio do exemplo 4 com uma solução aquosa de cloreto de sódio contendo as seguintes impurezas:
ioes brometo : 4B mg/1;
iões iodeto : 2,9 mg/l;
iões amónio : 27 mg/1 (expresso na forma NH^).
débito horário da solução era de 10 1.
A fase de depuração do amoníaca foi executada como nos ensaios dos exemplos 1 a 5, mas a depuração do iodo e a depuração do bromo foram executadas simultaneamente numa fase dnica que se seguiu â fase de depuração do amoníaco.
No termo do ensaio recolheu-se uma solução de clorato de sódio contendo:
0,4 mg de bromo;
2,4 mg de iodo.
Uma comparação dos resultados dos exemplos 1 a 3 (de acordo com a invenção) com os dos exemplos 4 a 6 (da referência) mostra o progresso proporcionado pela invenção no que se refere ao rendimento da depuração do iodo.

Claims (1)

  1. REIVINDICAÇÕES _ is _
    Processo para a depuração de uma solução aquosa de cloreto de metal alcalino, de compostos iodados e de compostos amoniacais, na qual os compostos iodados e os compostos amoniacais são oxidados e o iodo e o azoto produzidos são eliminados respectivamente numa resina permutadora de aniões, básica, halogenada, e numa corrente de gás inerte, caracterizado por se trabalhar em 2 fases sucessivas compreendendo uma is fase na qual se oxidam os compostos iodados e se trata em seguida a soluçao de cloreto de metal alcalino resultante numa resina, e ume 2® fase na qual se oxidam os compostos amoniacais e se submete em seguida a solução de cloreto de metal alcalino resultante ã corrente de gás inerte.
    - 2S Processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por, para oxidar os compostos iodados e os compostos amoniacais, se tratar a solução de cloreto de metal alcalino com cloreto activo, em meio líquido.
    _ 3S Processo de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por o cloro activo ser utilizado na forma de cloro gasoso ou de hipoclorito de metal alcalino.
    Processo de acordo com as reivindicações 2 ou 3 caracterizado por o tratamento da solução aquosa com o cloro activo ser realizada em condições reguladas para oxidar a totalidade dos iões iodeto dos compostos iodados e iodo molecular na 15 fase, e a totalidade dos iÕes amónio dos compostos amónia cais a azoto molecular na 2- fase.
    - 55 Processo de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por se regular a quantidade de cloro activo utilizada em cada fase por uma medida do potencial de óxidorreduçõo da solução aquosa de cloreto de metal alcalino.
    - 65 Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5 caracterizado por se regular o pH da solução de cloreto de metal alcalino para valores inferiores a 3 na 15 fase, e superiores a 2 na 2® fase.
    - 75 Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6 caracterizada por o gás inerte utilizado na 2S fase ser o ar.
    _ BS _
    Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7 caracterizado por a resina permutadora de aniões utilizada na 15 fase ser uma resina iodada ou clorada.
    - gs _
    Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a Θ caracterizado por se submeter a solução de cloreto de metal alcalino a uma fase de desbromação, compreendendo uma oxidação de compostos bromados da solução a bromo, e um tratamento da solução resultante numa resina permutadora de aniões, básica, halogenada, sendo a fase de desbromação posterior à 15 fase citada acima.
    - 105 Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9 caracterizado por ser aplicado a soluções aquosas de cloreto de sódio previamente purificadas do cálcio e do magnésic.
    Foram inventores Mauro Filippone, italiano, doutor em quimica industrial, residente em via Sernesi, 7, I-Rosignano-Castiglioncello, Itália; e Cario Lessi, italiano, doutor em farmácia, residente em Via Foril, 22, I-Rosignano-Marittimo,
PT94029A 1989-05-15 1990-05-14 Processo para a depuracao de compostos amoniacais e iodados de uma solucao aquosa de cloreto de metal alcalino PT94029B (pt)

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