CINÉTICA DE CRISTALIZACIÓN DE MEZCLAS DE SALES DE Na2SO4-NaCl PRODUCIDAS DE SALMUERAS CON METANOL

Resumen

Salmueras marinas obtenidas como producto secundario de las plantas productoras de halita contienen aproximadamente 6 % en peso de sulfato de sodio, pero su recuperación por métodos convencionales se hace difícil debido a la presencia de otras sales. El metanol tiene la propiedad de disminuir fuertemente la solubilidad del sulfato de sodio y en menor grado la del cloruro de sodio, mientras que apenas afecta la solubilidad de las otras sales presentes. El éxito de este proceso depende de la presencia de metanol en dos operaciones principales. La primera operación consiste en “saltingout” la mezcla de sales de Na2SO4-NaCl con metanol y en la segunda operación el NaCl es lixiviado con solución fresca de metanol-agua produciendo Na2SO4 de 98 % de pureza con una eficiencia de recuperación de 94 %. Con el fin de realizar un mejor diseño y operación del proceso a nivel industrial se realizó un estudio en un cristalizador continuo a escala de laboratorio. Este fue operado exitosamente desde el arranque hasta alcanzar operación estable con el fin de establecer la cinética de cristalización de las mencionadas mezclas de sales. El estudio fue realizado a temperatura constante de 30 °C, concentración de metanol 60 % en peso, velocidad de agitación 700 rpm y concentración de la salmuera 1.240 g/ml, a cuatro tiempos de residencia: 0,35; 0,53; 0,70 y 0,88 horas. Datos de distribución de tamaño de los cristales fueron obtenidos desde el arranque hasta operación estable. Los resultados revelaron: (1) el tamaño de los cristales es solo función del tiempo de residencia, los cristales obedecen la ley delta L de Mc Cabe´s, (2) las tasa de nucleación y crecimiento de los cristales disminuyen significativamente con el aumento en el tiempo de residencia, (3) se requiere un periodo de seis tiempos de residencia para alcanzar operación estable, (4) la tasa de crecimiento de los cristales está en el orden de 80 a 176 mm por hora y (5) el aumento en el tiempo de residencia disminuye la concentración de Na₂SO₄ en la mezcla de sales, mientras que la concentración de NaCl aumenta.

PALABRAS CLAVES: Sulfato de sodio, salting-out, salmueras marinas, metanol.

ABSTRACT

There is approximately 6 % sodium sulfate in the seawater bittern that remain as by-products from halite-producing facilities, but its recovery by conventional methods is made difficult by the presence of other salts. A new method uses a property of methanol, which is to decrease strongly the solubility of sodium sulfate, and, to a lesser degree, that of sodium chloride, while hardly affecting the solubility of other salts. The success of this new process thus depends on the presence of methanol in two main operations. The first operation consists in the salting-out of Na₂SO₄- NaCl salt mixtures, and in the second operation NaCl is leached out with fresh aqueous methanol to give 98% pure Na₂SO₄ with a recovery efficiency of 94 %. Our objective being to realize a better design and a more efficient operation at the industrial level, we conducted a study in a laboratory-scale continuous crystalliser, which was successfully operated from start-up to steady-state operation, with the purpose of establishing the crystallization kinetics of the after mentioned salt mixtures. The study was carried out at a constant temperature of 30 °C, with a 60% wt methanol concentration, a stirring speed of 700 rpm, a brine density of 1,240 g/ml, and four residence times of 0.35, 0.53, 0.70 and 0.88 hours. Crystal size distribution (CSD) data were taken from start-up to steady-state operation. The results revealed: (1) crystal size is only a function of residence time, the crystals obey Mc Cabe´s delta L law, (2) nucleation and growth rates decrease significantly with an increase in residence time, (3) a period of six residence times is needed to achieve steady-state operation, (4) the crystal growth rate is in a range of 80 to 176 mm per hour and (5) an increase in residence time decreases the Na₂SO₄ concentration in the salt mixture, while increasing the NaCl concentration.

KEY WORDS: Sodium sulfate, salting-out, seawater bittern, methanol.