Carbonato de Sódio

Carbonato de Sódio

(Parte 2 de 3)

Mais tardiamente, nos anos 30, descobriu-se nos Estados Unidos largos depósitos de um mineral chamado Trona. Mineral este que consiste basicamente de uma forma ácida e hidratada do carbonato de sódio, permitindo assim a sua extração a preços muito mais baratos que a síntese industrial. Isto levou ao fechamento de todas as plantas Solvay deste país.

4.2 MÉTODOS DE PRODUÇÃO

4.2.1 EXTRAÇÃO DIRETA

Além da lixiviação a partir de cinzas vegetais, o carbonato de sódio também pode ser obtido naturalmente por outros meios, como a extração do minério de trona, como realizado nos Estados Unidos, e a sua retirada de lagos fortemente alcalinos, como realizado no Quênia.

Ambos os métodos são significativamente baratos quando comparados a produção industrial, e, no caso dos lagos alcalinos, até mesmo renováveis. Porém, isto depende de recursos naturais relativamente incomuns no planeta, sendo considerados então “exceção”, sem aplicabilidade à realidade brasileira que, assim como outros países, acaba por produzi-lo industrialmente.

4.2.2 PROCESSO LEBLANC

Desenvolvido em 1791 por Nicolas Leblanc, o Processo Leblanc utiliza como matérias-primas sal marinho (salmoura), ácido sulfúrico, calcário e coque. Sua principal característica é o potencial poluente, tendo como sub-produtos o ácido clorídrico e o sulfeto de cálcio.

Figura 4.2.2.1 Fluxograma do Processo Leblanc

O Processo ocorre em duas etapas, na primeira mistura-se o sal marinho com ácido sulfúrico sob aquecimento brando, o que provoca a volatilização de ácido clorídrico, restando assim uma solução de sulfato de sódio.

Este sulfato de sódio é misturado com carbonato de cálcio e levado a calcinação com coque, resultando assim em carbonato de sódio, que, por ser solúvel, é facilmente separado da escória de sulfeto de cálcio produzida.

Originalmente descartado no ar atmosférico por não ter valor comercial à época, o ácido clorídrico tem hoje utilidade e portanto não seria emitido, mas sua produção foi um dos principais fatores que levou ao declínio do método.

A escória de sulfeto de cálcio vinha sob a forma de um resíduo preto sólido e insolúvel que, por liberar gradualmente ácido sulfídrico, tinha odor forte. Este resíduo contaminava o solo e afetava fortemente a fauna e a flora locais.

Sendo extremamente poluente, encontrou rapidamente seu declínio quando do surgimento de um método mais limpo e barato, o Processo Solvay, não restando nos dias de hoje uma única planta Leblanc.

4.2.3 PROCESSO SOLVAY

Criado em 1861 por Ernest Solvay, o Processo Solvay surgiu como uma alternativa limpa e barata para a produção de carbonato de sódio. Este utiliza como matérias-primas sal marinho, calcário e coque, além de uma quantidade fixa e retornável de amônia. Seu principal sub-produto é o cloreto de cálcio, que apresenta pouquíssimo potencial poluente quando comparado ao acido clorídrico e o sulfeto de cálcio.

Figura 4.2.3.1 Fluxograma simplificado do Processo Solvay

O principal diferencial do processo de Solvay são as suas torres de saturação, tanto de amônia quanto de dióxido de carbono. Nestas torres ocorre o borbulhamento do respectivo gás através da solução. É através da reação da solução de sal marinho com ambos os gases em solução que ocorre a precipitação de bicarbonato de sódio, em meio alcalino e a frio.

Este processo é normalmente acompanhado de algumas etapas paralelas, que visam recuperar a amônia e recircular o gás carbônico obtido em algumas etapas, o que barateia consideravelmente o processo, tornando-o ainda mais favorável.

Sendo drasticamente menos poluente e significativamente mais barato devido às etapas de retorno, o Processo Solvay se sagrou como o principal meio de produção de carbonato de sódio em todo o mundo, ausente apenas onde existem recursos naturais que permitem a obtenção de carbonato de sódio.

4.2.4 COMPARAÇÃO DOS MÉTODOS

Dada a realidade brasileira e a impossibilidade de obtenção natural, só existe sentido em comparar os dois métodos sintéticos de produção de carbonato de sódio, Solvay e Leblanc.

Embora atualmente o ácido clorídrico seja um produto com valor comercial, o que torna o método Leblanc significativamente mais rentável, e que este seja mais simples e com menos etapas, o que diminui seu custo de operação, este continua sendo um método muito pobre quando comparado ao Processo Solvay, que, por recircular compostos e não utilizar ácido sulfúrico, se torna mais barato e menos poluente.

Rotas Disponíveis

Vantagens

Desvantagens

1) Processo Leblanc

- Produz HCl como subproduto

-Menos etapas no processo

- Extremamente poluente

- Utiliza H2SO4

2) Processo Solvay

- Mais barato

- Menos poluente

- Permite o retorno de diversos subprodutos

- Processo mais complicado

- Não apresenta sub-produtos com valor comercial

Tabela 4.2.4.1 Comparação dos processos industriais de carbonato de sódio

  1. ANÁLISE DO PROCESSO

5.1 O PROCESSO

O Processo Solvay constitui-se basicamente de quatro etapas principais, coordenadas com três processos em paralelo.

Estas etapas são: a saturação de amônia na solução de salmoura; a carbonatação desta mesma solução, que leva a precipitação de carbonato de sódio; a filtragem deste precipitado; e a calcinação do bicarbonato, que leva a formação do carbonato de sódio desejado.

Os processos paralelos, por sua vez, são: a obtenção de dióxido de carbono através da queima de calcário com coque; a purificação da solução de salmoura bruta; e a recuperação da amônia a partir da solução restante da precipitação de bicarbonato de sódio.

Figura 5.1.1 Fluxograma completo do Processo Solvay

5.2 ETAPAS

5.2.1 SATURAÇÃO COM AMÔNIA E DIÓXIDO DE CARBONO

Para realizar a saturação de ambos os gases na solução, são utilizados dois equipamentos semelhantes, uma torre de saturação de amônia e uma torre de carbonatação.

Primeiramente, a solução é saturada com amônia, o que gera a formação de hidróxido de amônio no meio, criando assim o pH alcalino necessário à reação. Esta amônia é adicionada em temperaturas próximas a 1ºC, o que garante as condições corretas de precipitação do bicarbonato de sódio.

Uma vez saturada com amônia, a solução segue para a coluna de carbonatação, onde, seguindo diversos equilíbrios consecutivos, acontece a seguinte reação global, que leva a precipitação de bicarbonato de sódio.

Estas torres de saturação são equipamentos desenvolvidos propriamente para o Processo Solvay, nelas ocorre o escorrimento da solução de baixo para cima, auxiliado pela gravidade, enquanto o gás sobe em contra-corrente, borbulhando através da solução e promovendo assim um máximo de contato.

Estes equipamentos exigem controle da temperatura, essencial ao processo, dos fluxos e da pressão interna da torre. Além disso, exige manutenção relativa a possibilidade de possíveis vazamentos de gás.

Figura 5.2.1.1 Torre de saturação

5.2.2 FILTRAÇÃO

A filtração a fim de obter-se o bicarbonato de sódio precipitado é realizada em um equipamento denominado filtro-tambor.

O filtro-tambor, como o nome sugere, atua segundo um tambor rotativo, que expõe a material recebido à sucção, retirando assim a sua parte líquida por bombeamento de maneira que sobre apenas a parte sólida no exterior do tambor, que é removida e conduzida às próximas etapas.

O filtro-tambor é um equipamento que, além de controle de fluxo e temperatura, exige manutenção regular das peças, uma vez que estas, por estarem expostas a rotação e consequente atrito, sofrem significativo desgaste mecânico.

Figura 5.2.2.1 Esquema de um filtro-tambor

5.2.3 CALCINAÇÃO

A calcinação ocorre com o objetivo de, segundo à ação de altas temperaturas, transformar o bicarbonato de sódio em carbonato de sódio, segundo a seguinte reação:

Este dióxido de carbono gerado não é desperdiçado, sendo devidamente recolhido e retornado às etapas iniciais do processo, onde é borbulhado na solução de salmoura.

O processo da calcinação ocorre num forno rotativo, que é um forno de câmara rotatória e aquecimento central, o que favorece uma melhor homogeneidade do calcinando e uma melhor dispersão da temperatura.

Além do controle de temperatura e pressão necessário a um forno, este equipamento exige manutenção regular e verificação das juntas, a fim de evitar-se possíveis vazamentos gasosos, que poderiam levar a desperdícios no processo.

Figura 5.2.2.1 Esquema de um forno rotativo

5.3 PROCESSOS PARALELOS

5.3.1 QUEIMA DO CALCÁRIO

A queima do calcário ocorre com o objetivo de produzir dióxido de carbono a partir do calcário. Este processo ocorre num forno de grelha giratória, que queima originalmente o coque, reação tal que libera uma quantidade de calor suficiente para realizar a decomposição do calcário em óxido de cálcio e gás carbônico.

No forno o ar é injetado por baixo, através da grelha giratória que, ao mover-se, promove maior contato entre as fases. O gás carbônico produzido é liberado então na parte superior.

Como um forno que é, necessita de controle de temperatura e pressão, além de verificação regular da vedação para evitar possíveis vazamentos do dióxido de carbono.

Figura 5.3.2.1 Esquema de um forno de grelha giratória

5.3.2 PREPARAÇÃO DA SALMOURA

A solução de salmoura não pode ser diretamente adicionada ao processo, precisando de um pré-tratamento, antes de seguir para as torres de carbonatação. Isto consiste na precipitação de diversos contaminantes que acompanham a solução, como sulfatos e sais de cálcio e magnésio.

Uma vez precipitados, estes seguem para um filtro prensa, onde são retirados os cristais da solução e esta segue no processo.

O filtro prensa consiste numa câmara de volume variável, envolta por um tecido. Esta câmara é então preenchida com o líquido com o seu volume aumentado e, por forças pneumáticas, reduz de volume, forçando assim o líquido a passar pelo tecido, filtrando-o.

É, portanto, um equipamento que exige controle do fluxo e da pressão interna, além das pressões do sistema hidráulico. Alem disso necessita de lavagem regular do tecido, para que este não perca sua capacidade filtrante.

Figura 5.3.2.1 Esquema de um filtro prensa

5.3.3 RECUPERAÇÃO DA AMÔNIA

A fim de baratear o processo, realiza-se a recuperação de toda a amônia gasta no processo, isto se dá na realidade por um processo realizado em duas frentes separadas.

Primeiramente, recolhe-se o óxido de cálcio produzido na decomposição do calcário e submete-se este a um tratamento com água, produzindo assim hidróxido de cálcio.

Este hidróxido de cálcio produzido é levado então à coluna de destilação da amônia, onde reage em temperaturas elevadas com a solução de cloreto de amônia proveniente do processo, originando assim amônia, que retorna às torres de saturação, e cloreto de cálcio, principal resíduo do processo.

  1. ASPECTOS AMBIENTAIS

O método Solvay é um processo relativamente pouco poluidor, não apresentando grandes riscos ambientais. Este apresenta principalmente três possíveis frentes poluidoras, que são gasosa, sólida e térmica.

(Parte 2 de 3)

Comentários