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Capítulo 14:

 Procesos de refinado

      La importancia de los refinados de base del boro (ácido bórico y bórax) radica en su gran utilidad en el campo industrial. De aquí, la necesidad de exponer los procesos a realizar para su obtención a partir de la ulexita.

Bórax

El bórax, Na2B4O7.10H2O es una sal que cristaliza en prismas monoclínico-incoloros. Sus disoluciones acuosas tienen reacción débilmente alcalina. Su pH a la temperatura ordinaria es 9,2, bastante independiente de la concentración; posee un sabor que al principio es dulce, pero en seguida degenera en sabor de lejía.

La solubilidad del bórax aumenta mucho con la temperatura (Tabla 6):

Tabla 6: Solubilidad del bórax

Temperatura ºC010202530405060,67080100
g Na2B4O7 en 100 g H2O1,041,622,023,163,906,309,7819,824,030,652,2

El cuerpo precipitado que coexiste con la solución a los 60,6º C es el 10-hidrato, y a partir de este punto, el 5-hidrato. La densidad de bórax es 1,73.

El 10-hidrato es estable en presencia del aire húmedo. El bórax recién recristalizado pierde irreversiblemente más de 5 moléculas de H2O y acaba por convertirse en un 2-hidrato amorfo. Cuando se le calienta a unos 50º C, por ejemplo, al secarle con aire caliente, se convierte en el 5-hidrato reversible, el cual desprende difícilmente en estas condiciones más agua para convertirse en el 2-hidrato amorfo mencionado.

Si se seca a 190-200º C se obtiene el monohidrato, cuya deshidratación total se consigue tan sólo calentando a 400-450º C.

A temperaturas que estén por encima de los 60,6º C el bórax cristaliza de sus soluciones acuosas en forma del pentahidrato trigonal, que es el llamado bórax de joyeros, o, falsamente, bórax octaédrico. El bórax libre de agua funde a 741º C.

Los hidratos del bórax se pueden obtener en aparatos y depósitos de hierro, pues no tiene propiedades corrosivas para este metal.

El proceso de obtención del Tetraborato de Sodio (bórax) a partir de ulexitas bolivianas sin calcinar se representa en la Figura 15 y sus principales etapas son:

·Calcinación.

·Molienda.

·Disolución.

·Filtración.

·Cristalización.

·Filtración.

·Secado.

·BoroEnsacado.

El primer proceso es el de calcinación a 500 – 550º C, que se realiza para eliminar parte del agua de cristalización y sobre todo para calcinar la materia orgánica.

El mineral calcinado se muele finamente en molinos de bolas para facilitar el tratamiento posterior de disolución.

A continuación, este mineral se disuelve en cantidad de agua suficiente con la cantidad de carbonato sódico o de bicarbonato, calculada según la cantidad de B2O3 contenida en el mineral; la solución debe prepararse muy concentrada, y en lugar de agua se puede emplear aguas madres o aguas de lavado. La solución se calienta durante unas tres horas en autoclaves con agitadores a la temperatura de 120 – 140º C y a la presión de 1 – 3 atm. Algunas veces, hacia el final de la operación, se añaden pequeñas cantidades de un compuesto de aluminio soluble en agua, con el fin de eliminar la sílice. Para eliminar las materias orgánicas coloreadas y las combinaciones del hierro, se tratan con hipoclorito o permanganato cálcico. Se añade bicarbonato para transformar en carbonato el exceso de cal que contienen estas menas en el estadio de tetraborato (bórax):

4NaCaB5O9+2NaCO3+2NaHCO3+50H2O = 5(Na2B4O7.10H2O)+4CaCO3+H2O

Las cantidades que hay que añadir de carbonato y de bicarbonato sódicos se calculan partiendo de las determinaciones del B2O3 y de los correspondientes contenidos en CaO y en Na2O:

Kg B2O3 x 0,7611 = carbonato sódico (Na2O)

Kg CaO x 1,890    = carbonato sódico (CO2)

[Kg carbonato sódico (CO2)–Kg carbonato sódico (Na2O]x1,585 = Kg NaHCO3

2 x Kg carbonato sódico (Na2O) – Kg carbonato sódico (CO2) = Kg Na2CO3

El CaO respectivo comprende también las cantidades presentes de compuestos de MgO y de sulfato cálcico.

Al aplicar los cálculos anteriores a la ulexita, como contiene metales alcalinos y son fácilmente disgregables hay que disminuir los Kilogramos de carbonatos sódicos en la cantidad de Kilogramos de Na2O introducidos con el mineral, calculada en Kilogramos de carbonato sódico, para lo cual se multiplica dicho Na2O del mineral por 1,71. Como el bórax cristaliza mejor en presencia de un pequeño exceso de carbonato sódico, se le añade 6 – 11% de exceso del mismo, calculado según el contenido de B2O3.

Las aguas madres pueden ser empleadas en circuito mientras no llegue a ser peligrosa la acumulación en ellas de otras sales (por ejemplo: la sal de Glauber que se ha formado, entre otras maneras, por reacción del yeso, reacción que consume carbonato sódico).

La solución obtenida en la etapa de disolución va separando por decantación en reposo las partículas más gruesas de sus impurezas; una vez decantada se la pasa por filtros de presión, y al líquido filtrado se le separan la mayor parte de sus impurezas insolubles, concentrándolo en concentradores de contracorriente; se clarifica y se filtra a presión por filtros-prensa. Hay que tener en cuenta que la cantidad de residuos en esta etapa es considerable.

Las impurezas orgánicas que no han sido destruidas por la calcinación colorean de amarillo hasta pardo las soluciones, pero no afectan al bórax que cristaliza de ellas. Si se considera necesario, como ya se ha dicho, se las destruye tratando la solución por hipoclorito o por permanganato cálcico.

La solución clara, saturada y caliente de bórax se diluye con aguas madres de purificación, o de disolución, hasta que sólo contenga 380 – 400 Kg bórax/m3. Una adición de 2 – 4% de carbonato sódico (calculado según la cantidad de bórax) favorece la cristalización separándose los cristales mejor formados. La solución se enfría en calderas provistas de serpentines de refrigeración y de agitadores mecánicos, y en caso necesario se inicia la cristalización por siembra.

Los cristales de bórax formados se centrifugan, lavan con agua y se secan en secaderos rotativos, evitándose cuidadosamente todo sobrecalentamiento que pueda eliminar agua de cristalización; finalmente se les clasifica por tamizado y se ensaca si el producto es destinado a la venta.

En conclusión, podemos afirmar que los procedimientos teóricos determinados nos permiten obtener un porcentaje de extracción expresado tanto en función al Na2B4O7 como al B2O3 de aproximadamente un 90%, y un producto final con una calidad y pureza del 99% de tetraborato de sodio decahidratado, según normas de calidad (SGS, Farmacopea Argentina, Normas españolas y Argentinas de calidad).

Cuando se quiere obtener bórax puro hay que purificarlo por repetidas recristalizaciones. Se disuelve el bórax en bruto en agua hasta la concentración 28 – 30º Bé; se filtra y se cristaliza.

Se podría considerar como fuente de carbonato sódico al mineral  de trona (Na2CO3NaHCO3.2H2O), también llamada Kollpa y que se encuentra en los salares bolivianos sin industrializar.

El proceso consiste en purificar la trona para obtener un valioso compuesto que tiene en su composición, el carbonato de sodio, ya que éste es una materia prima para obtener el bórax, la obtención se realiza de la siguiente forma: primero, se procede a la calcinación con la intención de eliminar la humedad, reducir las sustancias orgánicas a carbón para eliminarla de una manera más sencilla y, principalmente, reducir el hidrocarbonato en carbonato de sodio y dióxido de carbono, más agua que se elimina; esto nos permite tener una materia prima más estable en su composición. El segundo proceso que se realiza es el molino, realizado con la intención de obtener un mineral de tamaño uniforme, además que éste afecta directamente en el rendimiento. El tercer proceso que se realiza es la disolución, ya que estamos hablando de sustancias muy solubles en el agua; por tanto, se debe tener cuidado en el tiempo necesario para su disolución y la temperatura a la cual se trabajará, ya que ésta ayuda a la disolución, según el diagrama de solubilidad; pero también puede darse la formación de cristales no deseados, según las temperaturas a las cuales se trabajen; es por esto que se recurre a los diagramas de fase para determinar los parámetros de trabajo, esto se realiza en condiciones de agitación constante. El cuarto proceso se denomina cristalización, es una operación muy importante, por lo cual se trabaja con bases teóricas y experimentales, el proceso químico con el que se trabaja es la cristalización por enfriamiento, mediante el cual precipita materia sólida en solución, para llegar a este punto se debe pasar las condiciones de equilibrio, es decir llevar a una sobresaturación, esto se da debido a dos factores: la naturaleza del soluto y la temperatura; estos dos factores están interrelacionados, ya que un compuesto es más o menos soluble de acuerdo a sus propiedades que determinan el rango de temperatura dentro el cual puede trabajar, además se debe determinar el tiempo empleado en este proceso, de que el tiempo de enfriamiento nos presenta dos fenómenos diferentes: la formación de nuevos núcleos cristalinos y el crecimiento de los cristales ya existentes, mediante el decremento de temperatura se obtiene las condiciones de sobresaturación y por consiguiente la precipitación de materia sólida en solución. El quinto proceso es el filtrado, ya que existe materia sólida en la solución saturada, este proceso nos permite separar los cristales de la solución, un posterior lavado permite la eliminación de las aguas madres y la obtención de un carbonato sódico adecuado para ser empleado en el procesamiento de la ulexita (Figura 16).

Boro

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