Procesos químicos industriales

Procesos químicos industriales
Algunos metales, tales como el oro, la plata y a veces el cobre, se
encuentran en la naturaleza como elementos libres; sin embargo, la
mayoría de los metales se encuentran como óxidos o bien como sales.
La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de
sus fuentes naturales y de su preparación para usos prácticos. En general
contempla los siguientes pasos:
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Explotación de yacimientos.
Concentración de la mena.
Reducción de la mena para obtener el metal libre.
Refinación o purificación del metal.
Mezclado del metal con otros elementos a fin de modificar sus
propiedades, caso donde se obtiene una aleación.
Es importante distinguir en un yacimiento la mena, que corresponde al
material de un depósito mineral suficientemente concentrado para permitir
la recuperación económica del metal deseado, y la ganga, que consiste en
las impurezas como arena y barro con las que está mezclada la mena.
Una vez extraída la mena del yacimiento, se tritura, se muele y
posteriormente se trata para concentrar el mineral y separarlo de la
ganga. Posteriormente, de la mena se extrae el metal por un proceso de
reducción, que puede ser la pirometalurgia, cuando se usan altas
temperaturas o la hidrometalurgia, cuando se utiliza agua en el proceso.
Pirometalurgia del hierro
La hematita, Fe2O3, y la magnetita, Fe3O4, son dos minerales donde el
hierro se encuentra como óxido y es mediante el proceso de la
pirometalurgia que se puede obtener este elemento.
La reducción del hierro ocurre en un “alto horno”, que consiste en un
reactor químico capaz de trabajar de manera continua.
El alto horno se carga por la parte superior con una mezcla de mena de
hierro, coque y piedra caliza. El coque sirve como combustible, es decir,
entrega la energía necesaria para producir las altas temperaturas y
además aporta los gases reductores CO y H2.
La piedra caliza, CaCO3, sirve como fuente de CaO, que reacciona con los
silicatos y otras sustancias para formar la escoria. Otra materia prima
importante es el aire, ya que se requiere para la combustión del coque.
Nótese la diferencia de temperatura en las diferentes partes del alto horno.
El proceso químico que ocurre es el siguiente:
1. En el horno el oxígeno reacciona con el coque y se forma monóxido de
carbono, liberándose energía calórica.
C(s) + O2(g)  2 CO(g)
2. El vapor de agua reacciona con el carbono, produciendo monóxido de
carbono e hidrógeno. Esta reacción es endergónica y además sirve para
regular la temperatura en el alto horno.
H2O(g) + C(s)  CO(g) + H2(g)
3. Estos dos gases son los encargados de reducir los óxidos de hierro a
hierro metálico.
Fe3O4(s)+ 4 CO(g)  3 Fe(s)+ 4 CO2(g)
Fe3O4(s)+ 4 H2(g)  3 Fe(s) + 4 H2O(g)
El hierro fundido se acumula en la base del alto horno y sobre él queda
una capa de escoria que impide que el hierro reaccione con el oxígeno que
entra.
La mayor parte del hierro que se obtiene se ocupa en la preparación del
acero.
4. La piedra caliza por efecto de la temperatura se descompone en óxido
de calcio y anhídrido carbónico, tal como lo expresa la ecuación:
CaCO3  CaO + CO2
El óxido de calcio reacciona con el óxido de silicio, que generalmente se
encuentra presente en los minerales de hierro, y se forman silicatos de
calcio:
SiO2 + CaO  CaSiO3
El silicato de calcio es fundido debido a las altas temperaturas del horno y,
dado que es menos denso que el hierro, flota sobre él. Otros óxidos no
metálicos se mezclan con el silicato de calcio y forman la escoria, la que
puede ser removida fácilmente.
Hidrometalurgia
La hidrometalurgia consiste en procesos en solución acuosa mediante los
cuales se extrae el metal de una mena.
El proceso hidrometalúrgico más importante es la lixiviación, en el cual el
mineral que contiene el metal que se desea extraer se disuelve de un
modo selectivo. Si el compuesto es soluble en agua, entonces el agua
resulta ser un buen agente para la lixiviación, pero en general, para la
lixiviación se ocupa una solución acuosa de un ácido, una base, o una sal.
En la obtención de cobre de la calcopirita, este mineral se trata con una
solución acuosa de cloruro cúprico. En la reacción todo el cobre precipita
como cloruro cuproso, el cual se separa fácilmente del azufre y del hierro
que queda como cloruro ferroso, tal como lo señala la reacción:
CuFeS2(s)+ 3 CuCl2(ac)  4 CuCl(s)+ FeCl2(ac)+ 2 S(s)
Al cloruro cuproso se le agrega una solución acuosa de cloruro de sodio, lo
que provoca la disolución del precipitado y la formación del complejo ión
dicloro cobre (I), CuCl21- , que queda en solución acuosa.
CuCl(s) + Cl1-(ac)  CuCl21-(ac)
Los compuestos de cobre(I) son inestables. El Cu1+ dismuta a cobre
metálico y a Cu2+ en forma de CuCl2, sustancia que se ocupa nuevamente
para el tratamiento del mineral.
2 CuCl21-(ac)  Cu(s) + CuCl2(ac) + 2 Cl-
(ac)
Electrorrefinación del cobre
El cobre se purifica por electrólisis, proceso que consiste en lo siguiente:
Grandes planchas de cobre sirven de ánodos de la celda, mientras los
cátodos son láminas delgadas de cobre. Ambos electrodos se encuentran
en una solución acuosa de sulfato cúprico. Al aplicar una diferencia de
potencial apropiada, provoca la oxidación del cobre metálico a Cu2+ en el
ánodo y la reducción del Cu2+ a Cu metálico en el cátodo.
El proceso ocurre gracias a que es más fácil que ocurra la reducción del
Cu2+ que la del agua.
1. Impacto ambiental de la industria
El ambiente es todo lo que rodea a un organismo; lo constituyen componentes como el
agua, el aire, los animales, las personas, el suelo, los cuales se relacionan entre si.
El efecto que produce una determinada actividad humana sobre el ambiente se
denomina impacto ambiental.
Con el transcurrir de los años el ser humano ha utilizado la tecnología para modificar el
ambiente para su beneficio; sin embargo, esta tecnologíatambién ha contribuido a
perjudicar el ambiente.
Los componentes del ambiente han sufrido un serio impacto en la medida en que el
progreso tecnológico ha avanzado y se han aplicado en lasactividades industriales,
mineras y agropecuarias.
1. Causa de las actividades industriales
2. Las industrias contribuyen a la contaminación del aire, a través de sustancias de
desecho como el monóxido de carbono, producido por lacombustión de derivados
del petróleo; y el sílice, generado por la industria siderúrgica,
produce enfermedades pulmonares.
En cuanto a la contaminación del agua, las industrias desechan sustancias toxicas
en los ríos y mares, tales como las aguas negras, producen enfermedades
digestivas y en la piel.
Los derrames de petróleo impiden el paso del oxigeno a muchas especies de
animales y vegetales acuáticos.
Cuando algunos desechos gaseosos como el humo y el oxido de azufre reaccionan
con el agua, se convierten en ácidos, que al caer en forma de lluvias a
la contaminación del suelo, afectando su fertilidad y debilitando a las plantas.
Además, se generan toneladas de basura que empobrecen los suelos.
3. Otras actividades contaminantes del ambiente
Además de las actividades mencionadas, las actividades domesticas también
contribuyen a deteriorar el medio ambiente.
Cuando los detergentes, que poseen grandes concentraciones de fosfato, son evacuados
con las aguas residuales, disminuye el oxigeno en el agua,provocando la muerte de los
animales. Igualmente la acumulación de grandes cantidades de desechos sólidos
o basura favorece la proliferación de malos olores que contaminan el aire.
1.3 Impacto de las actividades agropecuarias sobre el medio ambiente.
Los plaguicidas utilizados para acabar con las plagas que atacan los sembrados, a veces
son utilizados en forma indiscriminada, a veces son utilizados en forma
indiscriminada, contaminando el aire, los suelos y el agua.
En ocasiones, estas sustancias químicas empobrecen de tal forma zonas del suelo, que
ni las plantas ni los animales pueden vivir en ellas.
En otras ocasiones, las plantas toman estas sustancias por los raíces y las acumulan en
las hojas, las flores y los frutos. Al consumir estas plantas, hombres y animales corren
un grave riesgo para su salud y sus vidas.
Las sustancias químicas que provienen de los insecticidas y que se quedan en los
suelos, pueden ser arrastrados por el agua de lluvia que se infiltra en los suelos. De esta
manera se contaminaría las aguas subterráneas, así como los ríos y los lagos que se
surten de esta agua.
Las actividades ganaderas también pueden tener un impacto negativo sobre el
ambiente, si los excrementos del ganado no son procesados cuidadosamente para
evitar que contaminen los suelos y el agua de los ríos. Los excrementos del ganado
pueden ser portadores de muchos parásitos intestinales. Un pastoreo excesivo (sobre
pastoreo) afecta al suelo y a las plantas que crecen en el.
2. Atributos ambientales.
Los atributos ambientales se definen como "variables que representan características
del ambiente".
Los estudios de impacto ambiental constituyen mecanismos de evaluación de obras
o proyectos en cualquiera de sus fases. Para la realización de los estudios de impacto,
se observan aquellos componentes del ambiente que puedan resultar afectados por
el proyecto en cualquiera de sus fases. Para cada componente se analizan todos
aquellos atributos o características que actúen como indicadores de impactos.
Por ejemplo, si visitamos una fábrica de cemento, observaremos la contaminación del
aire, ya que en ella se liberan partículas en suspensión que pueden causar problemas
respiratorios y afecciones en los ojos. Igualmente, en una avenida principal
observaremos la contaminación del aire debido al humo que producen los vehículos, el
cual posee monóxido de carbono y elevadas cantidades de nitrógeno y de azufre,
además de plomo.
Por otra parte, también se observa la contaminación sónica, que ocasiona trastornos de
la conducta humana.
Al evaluar las actividades propias de una obra en desarrollo, se pueden observar los
factores ambientales que están siendo contaminados y de esta manera la obra o el
proyecto puede ser rechazado o modificado debido a sus consecuencias ambientales.