GRÁGEDA ZEGARRA MARIO (CL)
| CN103626210A | 2014-03-12 | |||
| RU2422364C2 | 2011-06-27 | |||
| CN101700899A | 2010-05-05 |
SONG XINGFU ET AL: "Synthesis and characterization of magnesium hydroxide by batch reaction crystallization", FRONTIERS OF CHEMICAL SCIENCE AND ENGINEERING, HIGHER EDUCATION PRESS, HEIDELBERG, vol. 5, no. 4, 1 December 2011 (2011-12-01), Heidelberg , pages 416 - 421, XP093067306, ISSN: 2095-0179, DOI: 10.1007/s11705-011-1125-9
| REIVINDICACIONES 1 - Método efectivo para obtener hidróxido de magnesio Mg(OH)2 con una pureza elevada del 99,7% a partir de bischofita de descarte, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) preparación de los reactivos que consiste en disolver bischofita de descarte en agua formando una disolución con una concentración de 36 a 37% en peso de bischofita; y paralelamente preparar una solución alcalina de NaOH en agua, formando una disolución de 23 a 24% en peso de NaOH, en donde la bischofita de descarte contiene la siguiente composición porcentual: 88,08 % d 1 ,53 % de 3,20 % de NaCI 0,89 % de KCI 0,12 % de CaSO4 0,46 % de K2SO4 2,13 % de H3BO3 b) alimentación de los reactivos preparados en a) al reactor para conducir una cristalización reactiva para la formación de Mg(OH)2, controlando la sobresaturación por cambio de pH, y empleando una solución de NaCI con una concentración de 12 a 13% en peso, en donde la proporción en volumen de NaCI/MgCI2 es igual a 0,45, la solución de NaCI se encuentra dentro del reactor de formación del Mg(OH)2 antes del ingreso de los reactivos preparados en a); y la alimentación de los reactivos se realiza a un flujo bajo de 4.5 y 11 ,25 ml/min (0,33 y 0,82 volumen de reactor/h), de álcali y bischofita, respectivamente; c) separar de la solución obtenida en b), sólido y líquido, mediante filtración; d) lavado de la pulpa de Mg(OH)2 obtenida en c) con agua fresca; e) secado del Mg(OH)2 obtenido en d) . 2. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso a) la pureza del NaOH es del 99 %. 3. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso b) los reactivos son alimentados al reactor de manera simultánea. 4. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso b) la alimentación de la solución de NaOH se mantiene hasta alcanzar un pH de 12 o punto isoeléctrico del Mg(OH)2 dentro del reactor. 5. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso b) la temperatura del reactor se mantiene a 80 °C y bajo agitación constante, para un tiempo de reacción de 2.5 a 3 horas. 6. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque además comprende antes del paso c), prolongar el tiempo de envejecimiento de los cristales de Mg(OH)2 después de concluida la reacción dentro del reactor, para reducir la generación de agregados. 7. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque el paso c) de filtración se realiza en un filtro prensa. 8. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque además comprende después del paso c), recircular al reactor la solución de NaCI reacondicionada. 9. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso d) se controla la presencia de iones disueltos mediante la medición de la conductividad del filtrado hasta valores mínimos constantes de conductividad en el rango de 450 a 600 pS/cm. 10. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso e) el secado del Mg(OH)2 se realiza a 80 °C. 1 1 . El método de la reivindicación 1 caracterizado porque el paso e) de secado se realiza en un horno de secado. |
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere al campo de la industria química inorgánica, especialmente un método efectivo para obtener hidróxido de magnesio (Mg(OH) 2 ) de pureza del 99,7 %, a partir de bischofita (MgCI 2 x6H 2 O) de descarte de pureza del 88.0 %, y usando como reactivo hidróxido de sodio (NaOH) y cloruro de sodio (NaCI) como medio de reacción.
ANTECEDENTES
El Mg(OH) 2 , además de la aplicación en baterías de ion-litio, tiene un amplio mercado con diversos usos, tales como retardante de flama (relleno ignífugo) que no desarrolla sustancias tóxicas y corrosivas en la combustión. También el Mg(OH) 2 sirve como precursor para la síntesis de cerámica refractaria de MgO (C. Henrist, J. P. Mathieu, C. Vogels, A. Rulmont, and R. Cloots, "Morphological study of magnesium hydroxide nanoparticles precipitated in dilute aqueous solution," Journal of Crystal Growth, vol. 249, pp. 321 -330, 2003/02/01 ). Asimismo, el hidróxido de magnesio (Mg(OH) 2 ) puede ser aplicado en distintas áreas como medicina, industria y fabricación de baterías. Para estas aplicaciones, el material debe ser de alta pureza. Sin embargo, con el método tradicional solo se alcanza una pureza del 95%.
El proceso convencional para la producción de Mg(OH) 2 se basa en la reacción de MgCI 2 con Ca(OH) 2 . Este proceso resulta económico debido a los bajos precios del CaO que se utiliza en la reacción, sin embargo, el producto contiene muchas impurezas que quedan como residuo de la reacción. El Mg(OH) 2 obtenido tiene un carácter coloidal ya que se encuentra en suspensiones acuosas, debido al pequeño tamaño de cristal que presenta, por lo cual es dificultoso filtrarlo y muy difícil de separar, reteniendo impurezas en mayor cantidad. La impureza más predominante es el Ca(OH) 2 debido a su baja solubilidad (H. Tsuge, K. Okada, T. Yano, and N. Fukushi, "Reactive Crystalization of Magnesium Hydroxide," Department of Applied Chemistry 2014).
Muchas investigaciones se han realizado para producir Mg(OH) 2 de alta pureza, estudiando el efecto que tiene el tipo de álcali en la reacción. En estos trabajos se ha estudiado la incidencia de la solubilidad y la concentración de álcali en la cristalización reactiva, y se ha obtenido que el NaOH es un álcali adecuado para el proceso, produciendo cristales grandes y subproductos insolubles en la reacción, que facilitan las operaciones de filtrado. La agitación, la temperatura y el flujo de alimentación de los reactivos son parámetros operacionales que también tienen un efecto significativo en el tamaño de cristal. Además, el uso de aditivos favorece al crecimiento del cristal, limitando la tasa de nucleación (H. Tsuge, K. Okada, T. Yano, and N. Fukushi, "Reactive Crystalization of Magnesium Hydroxide," Department of Applied Chemistry 2014; A. Cipollina, M. Bevacqua, P. Dolcimascolo, A. Tamburini, A. Brucato, H. Glade, et al., "Reactive crystallisation process for magnesium recovery from concentrated brines," Desalination and Water Treatment, vol. 55, pp. 2377-2388, 2015/08/28; yX. Song, S. Sun, D. Zhang, J. Wang, and J. Yu, "Synthesis and characterization of magnesium hydroxide by batch reaction crystallization," Frontiers of Chemical Science and Engineering, vol. 5, pp. 416-421, December 01 2011).
Por otra parte, el tratamiento de las salmueras para la concentración de litio en la industria de la minería no metálica se hace mediante pozas de evaporación. En las diferentes etapas de concentración, precipitan distintas sales, donde algunas son utilizadas en el mismo proceso, comercializadas o desechadas. Dentro de las principales sales de desecho, se encuentra el Cloruro de Magnesio Hexahidratado (MgCI 2 x6H 2 O), conocido como Bischofita. Una fracción de dicha sal es utilizada como supresor de polvo para caminos de tierra; sin embargo, una gran cantidad de esta sal es almacenada como material de desecho.
Hay algunos intentos por producir Mg(OH) 2 a partir de bischofita pero se emplean soluciones de MgCI 2 que usan Ca(OH) 2 para precipitar Mg(OH) 2 directamente desde las salmueras. Sin embargo, como se explicó anteriormente, este proceso no controla el tamaño de cristal lo que dificulta la operación de filtrado, y la pureza del producto en la forma de Mg(OH) 2 ) solo alcanza el 95%. También se usan diferentes compuestos de Mg, tales como óxidos, acetatos o dolomitas, que exigen un tratamiento diferente, como molienda, lixiviación y uso de cal u otras bases, e inclusive pueden recomendar el uso de fuentes de sales de magnesio como bischofita pero que incluyen otros procesos como el tratamiento previo de purificación para eliminar a priori las impurezas presentes en la bischofita de desecho.
CN101224901 B (Liaoning Jiayi Hardware and Mineral CO LTD; Univ. Dalian Maritime) se refiere a un método para preparar continuamente hidróxido de magnesio de alta pureza desde bischofita como materia prima y amonio como precipitante, donde bischofita tratada es preparada en una solución con una concentración de 0,5 mol/L-4 mol/L, la solución de bischofita y gas amonio se agregan continuamente después que la reacción comienza y produce la continua deposición de hidróxido de magnesio. A partir de este método se obtiene hidróxido de magnesio con granulometría de 10 micrones-100 micrones y una pureza de 99-99,999%, es decir, tiene tamaño de gránulo grande y alta pureza.
CN101224902B (Liaoning Jiayi Metals & Mimerals Co Ltd; Univ. Dalian Maritime) se refiere a un método para depositar hidróxido de magnesio de alta pureza, con una doble fase líquida de amoníaco para producir de forma continua hidróxido de magnesio desde bischofita y amoníaco - agua amoniacal como precipitante. La bischofita tratada es preparada en una solución con una concentración de 0,5 mol/L-4 mol/L. Se produce hidróxido de magnesio con granulometría grande de 10 pm-100 pmy alta pureza de 99-99,999%.
CN1663913A (Univ. Beijing Science & Tech) se refiere a un método para preparar magnesio metálico desde bischofita, y a partir de la cual se prepara hidróxido de magnesio mediante un proceso con amoníaco a una temperatura entre 45-55°C durante 20-30 minutos, con un intervalo de Mg:NH 3 de 1 :1 ,2-1 ,5:2.2 y concentración de cloruro de magnesio de 5-55 g/L, calcinando el hidróxido de magnesio a una temperatura entre 900-1000°C por 3-4 horas, logrando hidróxido de magnesio con una pureza mayor a 99,5%. Si bien se han desarrollado muchos métodos para la obtención de Mg(OH) 2 , aún existe la necesidad de un método efectivo para obtener Mg(OH) 2 de alta pureza utilizando bischofita de desecho como fuente de Magnesio. La presente invención se distingue por el uso directo en el proceso de bischofita de descarte con una composición determinada y sin tratamiento previo, uso exclusivo de NaOH como álcali y una solución de NaCI como medio de reacción y aditivo de cristalización, y el control del flujo de alimentación de los reactivos para la obtención de Mg(OH) 2 con una pureza del 99,7%.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figuras 1A y 1 B. Muestran proceso y diagrama de flujo para la obtención de Mg(OH) 2 a partir de bischofita de descarte industrial.
Figura 2. Datos termodinámicos de la reacción de formación de Mg(OH) 2 a partir de MgCI 2 *6H 2 O. Figura 3. Análisis granulométrico de los productos de Mg(OH) 2 .
Figura 4. Análisis DRX de las muestras de Mg(OH) 2 .
Figura 5. Distribución granulométrica de los cristales de Mg(OH) 2 (% Retenido) para diferentes fuentes de
Figura 6. Etapas de lavado para la purificación del Mg(OH) 2 obtenido a diferentes flujos de alimentación.
Figura 7. Distribución granulométrica de los productos de Mg(OH) 2 obtenidos a diferentes flujos de alimentación de reactivos (porcentaje retenido).
Figura 8. Diagramas de E-pH: (A) Sistema Mg-CI-H 2 O y (B) Sistema B-H2O
Figura 9A-9C. Análisis BSE de muestras de Mg(OH) 2 : Fig. 9A, Mg(control); Fig. 9B, Mg(comparativo); y Fig. 9C, Mg(inventivo).
Figuras 10A y 10B. Imagen SEM de Mg(control) por SE (electrones secundarios).
Figuras 11 A y 11 B. Imagen SEM de Mg(comparativo) por SE (electrones secundarios).
Figuras 12A y 12B. Imagen SEM de Mg(inventivo) por SE (electrones secundarios).
Figura 13. Evolución de etapas de lavado de los cristales de Mg(OH) 2 producidos en función a la conductividad.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
La presente invención se relaciona con un método para obtener hidróxido de magnesio, Mg(OH) 2 a partir de bischofita de descarte de la industria, que asegura un producto con una pureza que alcanza el 99,7%. El método para obtener Mg(OH) 2 emplea además los reactivos NaOH como álcali y NaCI como un aditivo para mejorar la cristalización.
Es sabido que la reacción de MgCI 2 y NaOH requiere que los reactivos se encuentren en estado iónico y corresponde a una reacción química homogénea, ver la ecuación química (Ec. 1 ).
El producto principal de la reacción es Mg(OH) 2 en estado sólido (s) y NaCI en estado acuoso (ac.), el cual puede ser eliminado mediante filtrado y lavado de los cristales. También se sabe que la preparación de una solución de NaOH es una disolución exotérmica, y que su manejo debe ser cuidadoso. La termodinámica de la reacción de formación de Mg(OH) 2 se muestra en la Figura 2, que muestra que la reacción química de formación de Mg(OH) 2 es endotérmica, por lo cual se debe introducir energía al sistema en forma de calor para que la reacción se desarrolle de manera óptima. Los valores de AG muestran que la reacción es espontánea y directamente proporcional a la temperatura, de este modo una temperatura mayor favorece la formación de Mg(OH) 2 . De la misma manera, el equilibrio de la reacción se favorece a temperaturas altas, como muestra la Figura 2, y se incrementa con el aumento de temperatura, desplazando el equilibrio hacia la formación de Mg(OH) 2 , pudiéndose así alcanzar altas conversiones. En consecuencia, en el proceso estudiado, se utiliza una temperatura de operación de 80°C, para evitar una alta tasa de evaporación y la sobresaturación de la solución con NaCI.
Las Figuras 1 A y 1 B muestran el proceso y diagrama de flujo del proceso de producción de Mg(OH) 2 .
A continuación se describe de manera detallada el método para obtener hidróxido de magnesio Mg(OH) 2 de acuerdo a la realización de la invención que se propone en esta solicitud. En este método de la invención se utiliza como fuente de Magnesio bischofita proveniente del Salar de Atacama que responde a bischofita de descarte industrial con una pureza de 88,04 %. En el método comparativo de obtención de Mg(OH) 2 se emplea bischofita purificada de pureza 94,54 %; y por su parte en el método control se emplea MgCI 2 *6H 2 O grado analítico de 99% de pureza, adquirido de la empresa SIGMA ALDRICH.
En el método comparativo y el método control se utiliza el mismo procedimiento que el utilizado en el método de la invención solo se modifica el MgCI 2 *6H 2 O de partida como fue indicado en el párrafo anterior.
En la Tabla 1 se presenta la composición química de bischofita de descarte de la invención y bischofita purificada utilizada en el método comparativo.
Tabla 1. Composición química de bischofita de descarte de la invención y bischofita purificada utilizada en el método comparativo.
En la Tabla 2 se presenta la simbología usada para identificar los productos de Mg(OH) 2 utilizando: (1 ) bischofita industrial de zona de descartes, teniendo una pureza de 88,08%, (2) bischofita industrial purificada, teniendo una pureza de 94,52%; y (3) MgCI 2 *6H 2 O, grado analítico de 99% de pureza (Sigma Aldrich).
Tabla 2. Simbología usada para identificar el producto de Mg(OH) 2 .
Paso a), preparación de soluciones acuosas de bischofita e hidróxido de sodio.
Se preparan los reactivos, para lo cual bischofita (corriente 100) es disuelta en agua (corriente 1 10), formando una disolución con una concentración de 36 a 37% en peso de bischofita.
De manera paralela, se prepara el álcali, que se selecciona exclusivamente de NaOH (corriente 200), y para lo cual se utiliza NaOH de grado analítico, con una pureza de 99% adquirido de la empresa SIGMA ALDRICH. El NaOH se disuelve en agua (corriente 210) formando una disolución de 23 a 24% en peso de NaOH.
Paso b), conducción de la cristalización reactiva para la formación de Mg(OH) 2 .
Se incorpora dentro del reactor una solución de NaCI con una concentración de 12 a 13 %, preparada a partir de NaCI de grado analítico con una pureza de 99% adquirido de la empresa SIGMA ALDRICH, y se alimentan al reactor de manera paralela y paulatina los reactivos preparados en el Paso a) (corriente 120 y 220) manteniendo una relación en volumen de las soluciones de NaCI/MgCI 2 de 0,45, para la formación de Mg(OH) 2 mediante una cristalización reactiva, cuyo nivel de sobresaturación es controlado principalmente por el cambio de pH.
Esta solución de NaCI, se debe situar dentro del reactor de formación de Mg(OH) 2 antes de iniciado el proceso, desempeñando el papel de medio de reacción. La presencia de la solución de NaCI dentro el reactor, permite que el cambio de pH no sea brusco cuando se alimentan los reactivos, lo cual favorece el crecimiento de los cristales.
Los flujos de alimentación del álcali y bischofita se establecen desde 1 ,5 y 3,75 ml/min (0,1 1 y 0,27 volumen de reactor/h), hasta 4,5 y 1 1 ,25 ml/min (0,33 y 0,82 volumen de reactor/h), respectivamente; y de manera preferida estos flujos de alimentación del álcali y bischofita son 4,5 y 11 ,25 ml/min (0,33 y 0,82 volumen de reactor/h), respectivamente. La alimentación del álcali debe realizarse hasta que el sistema alcance un pH de 12, que es el punto isoeléctrico del Mg(OH) 2 . Un flujo bajo de alimentación de los reactivos favorece a que el cambio de pH sea lento, obteniendo cristales más grandes. Con el flujo de alimentación de los reactivos es posible controlar el tamaño de las partículas, por lo cual, si se desean cristales más pequeños el flujo de alimentación de los reactivos debe ser mayor.
Mientras la reacción ocurre, el NaCI desempeña el papel de medio de reacción y aditivo para la cristalización, debido a que la pequeña esfera de hidratación del ion Na + en solución se absorbe de forma significativa en todas las facetas de los núcleos del cristal, lo cual permite una difusión iónica de Mg más ordenada, mejorando el crecimiento y las propiedades físicas del cristal.
Las condiciones operacionales dentro el reactor son: temperatura 80°C, agitación mecánica de 400 a 600 rpm, preferiblemente 450 rpm; y un tiempo de reacción de 2,5 a 3 horas.
Los productos de reacción son Mg(OH) 2 y NaCI principalmente (corriente 300). La ventaja de usar NaOH como álcali, es que los subproductos de reacción, tales como hidróxidos o cloruros de Na, K, Li y Ca se encuentran solubilizados y estos pueden ser fácilmente eliminados del sistema mediante filtración ya que el Mg(OH) 2 posee una baja solubilidad.
Para reducir la generación de agregados, debe emplearse un tiempo de 3 horas de envejecimiento a los cristales de Mg(OH) 2 luego de que la reacción haya concluido. El envejecimiento de los cristales ayuda a que los cristales más pequeños se disuelvan en la solución y vuelvan a precipitar incorporándose en la matriz de otros cristales de mayores dimensiones.
Paso c), separación sólido líquido mediante proceso de filtrado.
Los cristales obtenidos en el proceso presentan dimensiones grandes, lo cual hace que la operación de filtrado sea realizada con facilidad.
En la Tabla 3 se muestran los resultados de análisis granulométñco realizado a los productos obtenidos a partir de las bischofitas mostradas en la Tabla 1 .
Tabla 3. Dimensiones de los cristales de Mg(OH) 2 producidos.
La distribución granulométñca de los productos se muestra en la Figura 5.
Como se puede observar de la Tabla 3 y Figura 3 y 5, se destaca que con la bischofita que se utiliza en el método de la invención es posible obtener cristales de mayores dimensiones. Esto es atribuido a la mayor presencia de impurezas en la materia prima que favorece el crecimiento cristalino. De esta manera, el producto es adecuadamente separado mediante filtración, preferentemente mediante filtro prensa. Posteriormente, el filtrado (corriente 410), que consiste principalmente de una solución de NaCI, puede ser recirculado al reactor luego de un reacondicionamiento, para trabajar como aditivo y medio de reacción en lugar de alimentar una solución fresca de NaCI luego de cada proceso de formación de Mg(OH) 2 . La corriente 400, que consiste en la pulpa de Mg(OH) 2 pasa a la etapa de lavado.
Paso d), lavado de la pulpa de Mg(OH) 2 (corriente 400) con agua fresca para eliminar las impurezas solubles impregnadas en la torta.
Esta etapa se controla mediante la medición de la conductividad del filtrado ya que a mayor conductividad mayor es la presencia de iones disueltos en ella, y el lavado debe realizarse hasta que la conductividad del filtrado sea reducida hasta el valor más bajo y constante posible. Estos valores mínimos de conductividad van desde 450 a 600 pS/cm.
Paso e), secado del Mg(OH) 2 obtenido del Paso d).
El producto lavado del Paso d) (corriente 600), es secado en un horno a 80°C por dos días. La pureza de este producto se determina por DRX y análisis químico, lo cual se brinda en la Figura 4.
Como se observa en la Figura 4, los difractogramas muestran solamente la presencia de Mg(OH) 2 , no pudiéndose detectar ninguna otra fase formada, lo que indica una alta pureza del producto.
Tabla 4. Análisis químico de los productos de Mg(OH) 2 .
En la Tabla 4, se muestra el resultado de los análisis químicos realizados a ambas muestras de Mg(OH) 2 . Como se observa, al utilizar la bischofita de la realización inventiva, se obtiene un producto de Mg(OH) 2 con una mayor pureza que alcanza el 99,7 %. Por su parte, al utilizar la bischofita que se emplea en el método comparativo, se obtiene un producto de Mg(OH) 2 de una menor pureza que alcanza el 99,2 %.
Esta diferencia en la pureza de los productos obtenidos de Mg(OH) 2 es atribuida a que precisamente las impurezas presentes en la bischofita de descarte utilizada en el método de la invención, permiten obtener cristales de mayores dimensiones, que conlleva a que la torta formada presente menores cantidades de agua retenida. Tabla 5. % de agua retenida en la torta de Mg(OH) 2 .
Como se observa en la Tabla 5, la torta de bischofita de la invención presenta un menor porcentaje de agua retenida, lo cual implica menor cantidad de impurezas impregnadas en ella, logrando una pureza mayor en el producto.
- Determinación de los flujos de alimentación en el método que se propone para la obtención de hidróxido de magnesio Mg(OH) 2 .
Se utiliza una solución de MgCl2 con una concentración de 36 a 37% en peso, preparado a partir de una bischofita de descarte industrial de 88% de pureza y agua destilada. Como solución básica se emplea una solución de NaOH de 23 a 24% en peso preparada con NaOH de 99% de pureza y agua destilada. Dentro del reactor se prepara una solución de NaCI de 12 a 13% en peso, en una relación en volumen de NaCI/MgCI 2 igual a 0,45.
Tanto la solución de NaOH y MgCI 2 deben alimentarse al mismo tiempo dentro del reactor que contiene la solución NaCI. La velocidad de alimentación de la solución de MgCI 2 está basada en función de la velocidad de alimentación de la solución de NaOH, pues el volumen de ambos reactivos es diferente debido a su concentración establecida; por tanto, para que el proceso funcione adecuadamente es necesario que ambos reactivos terminen de alimentarse al mismo tiempo, de este modo, la velocidad de ambos reactivos será diferente. Inicialmente el flujo se expresó en [ml/min], sin embargo, para fines de escalamiento es conveniente expresarlo en [V/h] de solución (donde V representa el volumen de reactor). En el desarrollo de las pruebas experimentales se emplean tres flujos de alimentación de los reactivos (V1 , V2 y V3) como se detalla en la siguiente Tabla 6.
Tabla 6. Flujos de alimentación de reactivos estudiadas
Las condiciones experimentales se detallan en la Tabla 7. Tabla 7. Condiciones de operación para la producción de Mg(OH) 2 a partir de bischofita de descarte industrial
Los productos de Mg(OH) 2 obtenidos a las distintos flujos de alimentación fueron analizados en función de sus propiedades de separación y distribución granulométrica. El primer aspecto evaluado fue el tiempo de filtración de cada muestra. En la Tabla 8 se observan los datos alcanzados en cada caso, donde se aprecia que el menor tiempo de filtración fue para el Mg(OH) 2 producido a la velocidad de alimentación V 2 , tomando un tiempo de 1 ,18 horas para su filtración. Seguido a este se encuentra el producto producido a Vi y finalmente V 3 . Con estas pruebas se pudo evidenciar que una velocidad demasiado baja o alta hace que el tiempo de filtración sea prolongado, pero una velocidad media entre estos valores (velocidad óptima) permite que el tiempo de filtración sea menor. Esto permitió que el producto producido con flujos de alimentación de los reactivos representados a través de V 2 requiere menos etapas de filtración, lo cual implica menos costos energéticos en operaciones de lavado del producto como se observa en la Figura 6.
Tabla 8. Tiempos de filtrado de las muestras de Mg(OH) 2 producidas a diferentes flujos de alimentación de reactivos.
La Figura 6 muestra que el Mg(OH) 2 producido a V 2 requiere 6 etapas de lavado en comparación a Vi que requirió 10 y V 3 que requirió 7 etapas para llegar a la conductividad más baja en el filtrado. Esto se debe a los distintos tamaños de cristales obtenidos en los diferentes flujos de alimentación de reactivos, como se muestra en la Figura 7. Pues cristales de grandes dimensiones permite reducir el efecto coloidal que forman las suspensiones de Mg(OH) 2 , de esta manera las operaciones de sedimentación y filtración se facilita.
Con una velocidad de alimentación de reactivos V 2 , la distribución granulométrica del producto tiene un mayor porcentaje de cristales de mayores dimensiones en comparación a los otros productos. Como se observa en la Tabla 9 el D 50 y D 90 del producto obtenido con flujos de alimentación de los reactivos representados a través de V 2 presenta dimensiones con valores de 70,05 pm y 197,8 pm respectivamente, superiores a los otros casos.
Tabla 9. Percentiles de distribución granulométrica de los productos de Mg(OH) 2 obtenidos a diferentes flujos de alimentación de reactivos.
Para una caracterización completa de los productos obtenidos se realizó un análisis químico para determinar el nivel de pureza alcanzado en las condiciones estudiadas.
Tabla 10. Análisis químico de los productos de Mg(OH) 2 obtenidos a diferentes flujos de alimentación.
Como puede observarse en la Tabla 10, en todos los casos la pureza del producto alcanzó un valor cercano a 99,7 %. Por tanto puede inferirse que sintetizando Mg(OH) 2 con bischofita de descarte industrial de acuerdo al método propuesto, es posible alcanzar una alta pureza en el producto. Sin embargo, como se observó en los apartados anteriores, la diferencia radica en las operaciones de separación, pues si bien todos los productos son de alta pureza, algunos requieren de más etapas de lavado y tiempo de filtrado mayor. Por tanto, es posible concluir, que los flujos óptimos de alimentación de los reactivos son los que se describen en la Tabla 6 por V 2 , para los cuales se puede alcanzar un tiempo de filtrado de 1 ,18 horas en promedio, 6 etapas de lavado, una distribución granulométrica mayor, para una pureza del producto Mg(OH) 2 de 99,7 %. Así, la presente invención se relaciona con un método para obtener hidróxido de magnesio Mg(OH) 2 con una pureza elevada del 99,7 % a partir de bischofita de descarte sin tratamiento previo, que comprende los siguientes pasos: a) preparación de los reactivos que consiste en: disolver bischofita de descarte en agua formando una disolución con una concentración de 36 a 37% en peso de bischofita; y paralelamente preparar una solución alcalina de NaOH de pureza del 99 %, en agua formando una disolución de 23 a 24% en peso de NaOH; en donde la bischofita de descarte contiene la siguiente composición porcentual: b) alimentar los reactivos preparados en a) al reactor para conducir una cristalización reactiva para la formación de Mg(OH) 2 , controlando la sobresaturación por cambio de pH, y empleando una solución de NaCI con una concentración de 12 a 13% en peso, y una relación en volumen de NaCI/MgCI 2 de 0,45; y donde la solución de NaCI se encuentra dentro del reactor de formación de Mg(OH) 2 antes del ingreso de los reactivos preparados en a) para evitar cambios significativos de pH cuando se ingresen los reactivos al reactor, favoreciendo el crecimiento de los cristales de Mg(OH) 2 , y donde los reactivos son alimentados al reactor de manera paralela, lentamente y a bajo flujo preferiblemente de 4,5 y 1 1 ,25 ml/min (0,33 y 0,82 volumen de reactor/h) para el álcali y bischofita respectivamente, manteniendo la alimentación de NaOH (ac) hasta alcanzar un pH de 12 o punto isoeléctrico del Mg(OH) 2 dentro del reactor; y la temperatura a 80°C, con agitación constante y un tiempo de reacción de 2,5 a 3 horas; c) separar de la solución obtenida en b), sólido y líquido, mediante filtración, preferentemente mediante filtro prensa; d) lavado de la pulpa de Mg(OH) 2 obtenida en c) con agua fresca para eliminar las impurezas solubles impregnadas en la torta, y controlando la presencia de iones disueltos mediante la medición de la conductividad del filtrado, y manteniendo el lavado hasta que la conductividad del filtrado sea reducida hasta el valor más bajo y constante posible, incluyendo valores mínimos de conductividad en el rango desde 450 a 600 pS/cm; e) secado del Mg(OH) 2 obtenido en d) a una temperatura de 80°C, preferentemente en un horno de secado. f) antes de la etapa c), reducir la generación de agregados, mediante tiempos prolongados de envejecimiento de los cristales de Mg(OH) 2 una vez concluida la reacción dentro del reactor, lo que favorece la disolución de cristales en la solución y su precipitación posterior, incorporándose en la matriz de otros cristales de mayores dimensiones, y opcionalmente g) después de la etapa c), recircular al reactor la solución de NaCI reacondicionada, usándola como aditivo y medio de reacción en lugar de alimentar una solución fresca de NaCI luego de cada proceso de formación de Mg(OH) 2 .
Ejemplo.
Producción de Mo(OH) 2 a partir de bischofita de descarte del salar de Atacama.
Se obtiene Mg(OH) 2 mediante cristalización por reacción química a partir de bischofita de descarte con la composición que se brinda en la Tabla 1 . Se usa el proceso y diagrama de flujo de las figuras 1 A y 1 B.
Como ya se mencionó antes, la producción de Mg(OH) 2 presenta inconvenientes ya que al ser un producto con características coloidales, la filtración del mismo resulta una operación compleja de realizar. Esto dificulta realizar un lavado adecuado, por lo que quedan muchas impurezas impregnadas. El efecto coloidal también se manifiesta en la cantidad de energía y tiempo empleado en la filtración. Para superar estas limitaciones se usa NaCI como medio de reacción y aditivo en la cristalización, y flujos bajos de alimentación de reactivos al reactor para controlar el tamaño de cristal. Con estos parámetros de control, se obtienen cristales de mayor tamaño, se reduce el tiempo de filtrado y se realiza un lavado efectivo, siendo una etapa clave para obtener un producto altamente puro. Las condiciones de operación utilizadas en este ejemplo se señalan más adelante.
1-A Preparación de reactivos para la producción de Mg(OH) 2 y establecimiento de parámetros de operación.
Se usaron las siguientes fuentes de Magnesio:
1 - bischofita industrial de zona de descartes, teniendo una pureza de 88,08%, (utilizada en el método inventivo).
2- bischofita industrial purificada, teniendo una pureza de 94,52% (utilizada en el método comparativo)
3- , grado analítico de 99% de pureza (Sigma Aldrich) (utilizada en el método control).
El NaOH usado como reactivo para la conversión de MgCI 2 a Mg(OH) 2 es, de grado analítico, con una pureza de 99% (Sigma Aldrich).
El NaCI usado como aditivo, tiene una pureza de 99% (Sigma Aldrich).
Las concentraciones de los reactivos empleados para el desarrollo del proceso de producción de Mg(OH) 2 se detalla en la Tabla 1 1 .
Las condiciones de operación utilizadas en el proceso se detallan en la Tabla 12.
Tabla 12. Condiciones de operación para la producción de Mg(OH) 2
Se utiliza un reactor de vidrio de 2 litros de capacidad aislado térmicamente para evitar la pérdida de calor, la temperatura se mantuvo constante con un baño termostático (baño termostático Lauda RE 107), la agitación fue permanente (agitador IKA RW20), los flujos de alimentación de cada reactivo fueron impulsaron con bombas peristálticas (2, bombas peristálticas Watson- Marlow 520). La alimentación de MgCl2 y NaOH en solución, al reactor que ya contiene la solución de NaCI, fue simultánea. La proporción en volumen de NaCI/MgCh es igual a 0,45.
Como se observa en la Tabla 12, el flujo de alimentación de los reactivos es baja, ya que para el proceso de producción de Mg(OH) 2 se debe tener cuidado en la etapa de sobresaturación. Es importante controlar el ritmo en el cual se agrega el precipitante, debido a que, si se genera un medio con un grado de sobresaturación, mayor será la rapidez de nucleación, provocando la formación de un mayor número de núcleos por unidad de tiempo, y por ende, la obtención de cristales más pequeños con formas geométricas no definidas. Los cristales pequeños afectan también en la calidad del precipitado, esto se debe a que presentan una mayor distribución superficial que los cristales grandes. Una distribución superficial grande en los cristales los hace susceptibles a tener mayor grado de adsorción de impurezas, provocando que el precipitado se contamine y altere su calidad, estructura o aspecto sólido (G. D. Christian, Química analítica, Sexta ed. México, 2009). 1-B Producción de Mg(OH) 2 a partir de bischofita de descarte.
Como se desprende del diagrama de Pourbaix (Figura 8 (A)), el pH al cual el Mg(OH) 2 comienza a formarse es 6,8, a partir de este valor la reacción comienza a desarrollarse hasta Hegar al equilibrio. En este caso, la alimentación del NaOH para incrementar el pH del sistema se realizó hasta alcanzar el valor del punto isoeléctrico, es decir pH de 12 para el caso de Mg(OH) 2 . De esta manera, se aseguró una conversión alta de la reacción sin excedentes de reactivos. Para determinar el rendimiento de la reacción se realizó un análisis químico del ion Mg 2+ , mediante un balance iónico y se determinó que el rendimiento fue de 98,37% en promedio.
Los diferentes productos de Mg(OH) 2 fueron caracterizados para determinar sus propiedades físicas y químicas. Los resultados se muestran a continuación:
Caracterización química del Mq(OH) 2 .
Para lograr un producto de Mg(OH) 2 de alta pureza, la etapa más importante es el lavado, ya que esta operación unitaria permite liberar a los cristales de las soluciones impregnadas que están cargadas de impurezas. Al tratarse de un producto con una solubilidad muy baja, resulta muy conveniente que las impurezas se encuentren en estado acuoso, por lo cual, el uso de NaOH como reactante permitió obtener las impurezas en estado acuoso.
Como se observa en la Tabla 1 , las impurezas mayoritarias en el sistema son el Na + y K, las que al reaccionar con NaOH y MgCI 2 *6H 2 O, se obtienen como posibles subproductos: NaOH, KOH, KCI y NaCI, este último como subproducto principal de la reacción de formación de Mg(OH) 2 y restante de la solución aditivo, los cuales son eliminados en gran parte en la filtración del producto, que separa el queque formado de Mg(OH) 2 de la solución que contiene las impurezas en estado acuoso. El resto de impurezas impregnadas en los cristales fue eliminado mediante lavado con agua destilada a 80°C, con una relación en peso de 2:1 de agua destilada y queque de Mg(OH) 2 respectivamente, hasta obtener un producto de alta pureza.
En el proceso de lavado se presentan algunos factores que afectan el rendimiento de este, los más importantes son el tamaño y la forma del cristal. La etapa de purificación de los cristales de Mg(OH) 2 y el efecto que tuvo la granulometría y morfología de los mismos se describe más adelante en detalle.
Otra impureza de importancia es el H3BO3, que se encuentra en estado sólido en el sistema. El ácido bórico es levemente soluble en agua, pero su solubilidad se incrementa con el aumento de la temperatura. Además, su solubilidad es fuertemente disminuida por la presencia de ciertos iones como NaCI y LiCI (/W. O and D. A. N., "Análisis de la solubilidad del ácido bórico, " Central Nuclear Atucha U22007). Ya que en el sistema existe una alta concentración de NaCI la solubilidad del H3BO3 es muy reducida. Por otro lado, el B(OH) 4 que es un estado iónico del ácido bórico, es altamente soluble en agua. Para determinar las condiciones a la que esta fase es estable en un sistema acuoso, se recurrió a un diagrama de Pourbaix (Figura 8 (B)). Este diagrama nos muestra que a un pH superior a 7,4, la fase estable del ácido bórico es B(OH) 4 _ , esto resulta muy conveniente ya que como se mencionó anteriormente, el pH de trabajo del sistema es 12, por lo cual el boro será eliminado en la filtración en la forma B(OH) 4 , así como también en la etapa de lavado, ya que la cantidad de Mg(OH) 2 que se disuelve en esta etapa hace que la solución alcance un pH de 10,35.
Análisis químico.
Para medir la eficiencia del lavado se realizó un análisis químico para determinar la pureza del Mg(OH) 2 y la cantidad de impurezas presentes en las muestras. Posterior al proceso de lavado, las muestras de Mg(OH) 2 fueron secadas en un horno a 100°C . Los resultados se presentan en la Tabla 13.
Tabla 13. Análisis químico de las muestras de Mg(OH) 2
Como se observa en la Tabla 13 el producto obtenido en la realización de la invención alcanza una pureza más elevada respecto al ejemplo comparativo. Usando la bischofita más impura de 88,04% de pureza, se logra obtener un producto de Mg(OH) 2 con una pureza mayor en un 0,5%, en comparación al producto obtenido con la bischofita de 94,54% de pureza.
Sin adherirse a ninguna teoría, esto puede ser atribuido al efecto de las impurezas y sus concentraciones presentes en la bischofita industrial utilizada, que modificó el tamaño y la forma de los cristales de Mg(OH) 2 , lo que se analiza y describe más adelante al referirse a la granulometría y morfología del producto. En resumen, el lavado resultó tener un buen rendimiento.
El producto Mg C ontroi que se obtiene a través del método control en que se emplea grado analítico de 99% de pureza, responde al producto de mayor pureza. En este producto, la presencia de Na y Cl es atribuida al subproducto de reacción que se generó y el aditivo de NaCI presente durante la reacción, sin embargo, las concentraciones presentes en el producto son muy bajos, en el orden de los “ppm” como se ve en la Tabla 13. Además, la presencia de B, que se atribuye como impureza de utilizado, es la más baja en comparación a los demás productos. Como se observa, al trabajar con reactivos de alta pureza la presencia de impurezas es insignificante y no presentan mayor problema en las etapas de filtrado, pudiendo obtener un producto de 99,9% de pureza. Por su parte el producto Mg comparativo que se obtiene a través del método comparativo que emplea bischofita purificada de pureza 94.54 %, se observa en este producto que mediante el lavado se logró eliminar el 99,54% del Na + presente como impureza en la bischofita. Con respecto al K + , se logró eliminar el 99,99% de este ion. Evaluando el Cl, se logra eliminar el 95,2%, y finalmente respecto al boro se elimina un 73,68%, lográndose finalmente una pureza de 99,23% como Mg(OH) 2 .
Analizando el producto Mg invento obtenido de acuerdo con el método que se propone en esta solicitud, y que utiliza bischofita de descarte con pureza de 88 %, mediante el lavado se logró eliminar un 99,33% del Na + presente como impureza en la bischofita. Respecto al K + , se logró eliminar el 99,9%. Evaluando el cloro, se logró eliminar el 97,1%, y finalmente respecto al boro se eliminó un 92,14%. Lográndose finalmente un producto de Mg(OH) 2 con una pureza de 99,72%. Las demás impurezas presentes en las bischofitas industriales utilizadas, no fueron detectados por el análisis químico, por lo cual se puede asumir que se encuentran en una cantidad menor a 1 ppm.
Análisis por DRX
El análisis se realizó por difracción de rayos X en polvo usando un difractómetro. La fuente de radiación (CuKa) era una lámpara de cobre con una longitud de onda de X = 0,154 nm. La radiación Ka de cobre se generó a 20 mA y 40 KV. Se realizó el estudio a los productos de Mg(OH) 2 obtenidos, los resultados se muestran en la Figura 4.
Para realizar la identificación de los espectrogramas de los productos analizados, se utilizó el programa Match que pudo evidenciar que los peaks corresponden a la fase de Mg(OH) 2 . Como muestra la Figura 4, además del Mg(OH) 2 no se identificó otra fase, pudiendo existir impurezas pero en una proporción muy baja que este método no puede identificar.
Analizando con más detalle los espectrogramas, se encontró que no existe ningún desfase en los ángulos 20, respecto a los peaks de mayor intensidad, esto indica que en los productos obtenidos no existe alguna variación en los espacios interplanares. Sin embargo, en los espectros de la muestras de Mg(OH) 2 inventivo y comparativo se puede observar una ampliación en el ancho de los peaks. Este fenómeno se debe a cierta pérdida de cristalinidad en las muestras de Mg(OH) 2 sintetizadas con bischofita. La cristalinidad está relacionada con el grado de orden y el tamaño del cristal de una sustancia cristalina dada (Y. Sa, Y. Guo, X. Feng, M. Wang, P. Li, Y. Gao, et al., "Are different crystallinity-index-calculating methods of hydroxyapatite efficient and consistent?," New Journal of Chemistry, vol. 41, pp. 5723-5731, 2017). Al existir mayor cantidad de impurezas en las bischofitas empleadas para producir Mg inventivo y Mg comparativo , estas se absorbieron en la superficie cristalina causando ciertas dislocaciones en la fila de puntos de la red de Bravais (A. G. Jones, Crystallization Process Systems. Oxfor, 2002 y J. P. M. Syvitski, Principle, methods, and application of particle size analysis. Cambridge, 2007). Caracterización física del Mg(OH) 2 .
El análisis granulométrico por medición de reflectancia de haz enfocado de las muestras de Mg(OH) 2 se realizaron mediante medición por reflectancia de haz enfocado con la sonda FBRM. Los resultados del análisis se muestran en la Figura 5, y Tabla 14.
Tabla 14. Dimensiones de los cristales de Mg(OH) 2 para diferentes fuentes d
Evaluando la Tabla 14, los datos cuantitativos de tamaño de partícula muestran que el D 10 para las tres muestras son aproximadas, siendo el mayor para Mg invento . Evaluando el D 50 podemos apreciar una gran variación de los tamaños de partícula de los cristales de Mg invento y Mg comparativo con respecto a Mg control , ya que el D 50 de Mg comparativo (producido a partir de bischofita de 94,54%) es 46,4% mayor en tamaño que Mg control (producido a partir de pura), y el D 50 de Mg invento (producido a partir de bischofita de 84,04%) es 48,1% mayor en tamaño en comparación a Mg control . Analizando el D 90 la variación de tamaños se hace más grande. El D 90 de Mg comparativo presenta un tamaño mayor en 53,44% en comparación al D 90 para Mg control . El D90 para Mg invento presenta un tamaño mayor en 55,39% en comparación al D 90 para Mg control . Con esto podemos inferir que la existencia de mayor impurezas o iones disueltos en el sistema permite obtener cristales de mayor tamaño. Las impurezas de las bischofitas utilizadas actuaron de la misma manera como aditivos en el sistema, estos iones ajenos a la fase cristalizada se absorbieron en la superficie cristalina, permitiendo una difusión adecuada de los iones Mg, como se explicó anteriormente. Las existencias de mayores concentraciones de impurezas que actúen como aditivos permitió obtener cristales más grandes. En promedio, la presencia de impurezas en el permitió incrementar en un 50% el tamaño de la partícula.
Sin embargo, analizando la uniformidad de la distribución de partículas, la muestra Mg control es la única que presenta cristales con tamaños homogéneos. Sin embargo, los valores de CU (coeficiente de uniformidad) de M invento y Mg comparativo son mayores a 5, lo que indica que estos cristales no presentan tamaños homogéneos. Esto muestra que, el uso de materia prima de menor pureza genera mayor dispersión en la distribución granulométrica, lo cual puede traer complicaciones al proceso de filtrado ya que como se indicó anteriormente, el efecto adverso a la presencia de impurezas en el sistema genera que las partículas más pequeñas se agrupen de forma globular formando agregados. La presencia de agregados puede reducirse con tiempos prolongados de envejecimiento de cristal. Análisis por SEM para el estudio morfológico del producto
El estudio morfológico de las muestras de Mg(OH) 2 se realiza mediante una caracterización SEM. Las partículas se evaluaron mediante análisis de electrones retrodispersados (BSE) y electrones secundarios (SE). Los resultados son presentados en las Figuras 9A-9C.
El análisis BSE tiene la ventaja de ser sensible a las variaciones en el número atómico de los elementos presentes en la superficie de la muestra. Con este análisis podemos ver de manera cualitativa la existencia de alguna impureza significante, mediante alguna variación de color en la superficie de la muestra. Como puede observarse en las Figuras 9A-9C, en los tres casos se observa una tonalidad de gris uniforme sobre la superficie de las muestras. Esto indica que las impurezas se encuentran en muy pequeñas proporciones que no pueden ser detectadas por el equipo.
En las Figuras 10A y 10B se muestra el análisis SEM de la muestra Mg control a partir de electrones secundarios SE, para analizar de mejor manera la morfología cristalina. En la Figura 9A se observa la distribución homogénea de estos cristales del producto Mg control , y como se aprecia estos cristales presentan un rango de tamaño no muy amplio, con una buena uniformidad, ya que como se observa, la diferencia entre los tamaños no es muy grande. La imagen 10B muestra un aspecto muy importante, los cristales de menor tamaño tienen una forma cuasi esférica, lo cual podría ser beneficioso para el proceso de lavado. Otra observación de importancia es que Mg C ontroi no muestra una presencia considerable de aglomerados. Las partículas pequeñas con formas casi esféricas y la inexistencia de aglomerados son factores que definidamente ayudan a la suspensión a comportarse mejor en los procesos de filtración, pues la permeabilidad de un queque depende de la forma del grano, la cual puede ser diferente aún para muestras que tengan granulométricas idénticas (J. P. M. Syvitski, Principle, methods, and application of particle size analysis. Cambridge, 2007).
En las Figuras 1 1 A y 11 B, se observa el análisis SEM por SE para la muestra Mg comparativa . En las Figuras 12A y 12B, se observa el análisis SEM por SE para la muestra Mg invento - En la Figura 12A se puede observar la diferencia de tamaño de cristales, que al igual que en la Figura 1 1 A correspondiente a la muestra Mg comparativa presenta una desuniformidad en la distribución de tamaños. Por otro lado, observando la Figura 12B, se observa que los cristales más pequeños presentan formas poligonales irregulares, esto es observado tanto para Mg invento y Mgcomparativa- También podemos apreciar la existencia de aglomerados para Mg invento , en menor proporción que Mgcomparativa- Las formas pequeñas irregulares y la presencia de aglomerados en la muestra Mg invento , pueden afectar el desempeño de la filtración y lavado de los cristales. Con estas observaciones, se valida el efecto de las impurezas, que en cuanto mayor sea la cantidad de las impurezas, el tamaño de cristal es mayor, pero involucran la existencia de aglomerados.
A diferencia de la muestra Mg control que no presenta aglomerados, la presencia de estos en las muestras Mg inventivo y Mg comparativa se atribuye a las impurezas de las bischofitas utilizadas, ya que tanto la esfera de hidratación de los iones K + y B(OH) 4 _ son diferentes a los del ion Na + , que al absorberse en la superficie cristalina favoreció más la formación de aglomerados como también un crecimiento cristalino mayor. Además, la presencia en mayores cantidades de los iones Na + y Cl’ provenientes de las impurezas de las bischofitas ayuda a la generación de aglomerados. Efecto del tamaño de cristal y forma sobre la filtración y pureza.
El progreso del lavado se controló mediante la medición de la conductividad del filtrado. Las etapas de lavado fueron realizadas hasta reducir la conductividad del filtrado al valor mínimo posible. Como el Mg(OH) 2 es un producto de muy baja solubilidad, se consideró controlar la conductividad del filtrado como un parámetro de purificación, ya que la conductividad está íntimamente relacionada con la presencia de iones en la solución; es decir, mientras mayor sea la conductividad del filtrado, existe presencia de impurezas impregnadas en la masa cristalina. A medida que la conductividad del filtrado se va reduciendo, la presencia de impurezas impregnadas en los cristales de Mg(OH) 2 se reduce. También se controló el tiempo de filtrado para cada muestra de Mg(OH) 2 , para evaluar el efecto que tuvo la distribución granulométrica, la forma y la presencia de aglomerados sobre el rendimiento del lavado.
Para cada una de los Mg(OH) 2 producidos se empleó un tiempo de envejecimiento de tres horas. La etapa de envejecimiento de cristales se realizó luego de terminar el tiempo de residencia de 3 horas, establecido en la Tabla 7. En estas condiciones, el Mg(OH) 2 al encontrarse en una solución de NaCI con una alta concentración, su solubilidad se ve incrementada debido al efecto del incremento de la fuerza iónica en la solución. La solubilidad del Mg(OH) 2 en agua destilada es de 1 ,12 x 10 -4 M, sin embargo, en presencia de una elevada concentración de NaCI en solución, la solubilidad incrementó a 3,36 x 10’ 4 M. Este hecho fue muy beneficioso para el proceso de envejecimiento cristalino, ya que, al incrementarse la solubilidad, los cristales más pequeños de Mg(OH) 2 formados se disuelven y se reincorporan en la superficie de los cristales de mayor tamaño (F. G. Freixedas, A. C. Bauzá, and O. Sohnel, Cristalización en Disoluciones- Conceptos Básicos. Barcelona-España: Editorial Reverteré, 2000). Mediante el envejecimiento se logra obtener cristales más grandes, más estables y con menos aglomerados.
Como se observa en la Figura 13, la conductividad del filtrado de la muestra Mg inventivo es la más alta, con un valor de 228 [mS/cm], esto se debe a la mayor presencia de iones como impurezas en la bischofita de descarte industrial utilizada. El filtrado de la muestra Mg comparativo tiene una conductividad inicial de 217,7 [mS/cm], 4,5% menos que el filtrado de Mg invento ; esto se debe a la pureza de la bischofita purificada que se utilizó para sintetizar este producto. Finalmente, la conductividad inicial del filtrado de la muestra Mg control es la de menor valor entre las tres, con 209,4 [mS/cm], 8,5% menor al filtrado de la muestra Mg invento ; en este caso la conductividad para el filtrado Mg control solo se debe a la presencia de los iones Na + y Cl- en solución. Respecto a la variación de conductividad del filtrado según cada etapa de lavado, se puede observar que hasta la etapa 2 de lavado, la conductividad se reduce de manera lineal para las muestras Mg invento , Mg comparativo y Mg control , con porcentajes de reducción de 80, 84,2 y 84,6% respectivamente. A partir de este punto la tasa de reducción de conductividad varia tomando otra tendencia. Como se puede ver en la Figura 13, el lavado para la muestra Mg control fue el que tuvo mayor rendimiento, ya que para reducir la conductividad al menor valor constate, solo se requirió de 7 etapas de lavado. Además, la conductividad para el filtrado de Mg control fue la mínima alcanzada entre las tres muestras. Por otro lado, para las muestras Mg invento y Mg comparativo , fue necesario realizar 10 etapas de lavado hasta alcanzar una conductividad mínima y constante, cercanas al de la muestra Mg control . La conductividad final del filtrado Mg control fue en promedio 61 % menor que las conductividades finales de Mg inventivo y Mg comparativo - Esta variación puede explicarse debido al efecto que tuvieron la presencia de aglomerados en las muestras Mg invento y Mg comparativo que, a pesar de tener cristales de mayor tamaño, la presencia de aglomerados hizo que la masa cristalina retuviera mayor cantidad de solución, esto explica la variación de pureza obtenida en cada muestra. El efecto de los aglomerados también es notable en los valores de las curvas Mg invento y Mg comparativo , ya que cada una tiene valores superiores a los de la curva Mg control . El tiempo que tomó realizar el filtrado para cada muestra y el porcentaje de agua retenido se presenta en la Tabla 15.
Tabla 15. Tiempo de filtrado y porcentaje de agua retenida para las muestras de Mg(OH) 2 .
Como se observa en la Tabla 15, el tiempo de filtrado fue más rápido para M invento que para Mgcomparativa- Esta variación en los tiempos de filtrado se debe en gran medida a la presencia de aglomerados. Tal como se observa en la Figura 1 1 B, la muestra Mg comparativa presenta mayor cantidad de aglomerados, lo cual evidentemente repercute en el tiempo de filtrado.
A pesar de que la muestra Mg control contiene los cristales más pequeños, su distribución granulométrica uniforme, la ausencia de aglomerados y la forma casi esférica de las partículas más pequeñas permitieron que el filtrado sea realizado en 1 ,6 horas y además reteniendo la menor cantidad de agua en el queque, lográndose obtener un producto de Mg(OH) 2 de 99,88% de pureza.
La Tabla 15 también muestra los valores para el porcentaje de agua retenido para cada muestra, este valor fue obtenido pesando la pulpa de Mg(OH) 2 húmeda luego del filtrado y el peso del Mg(OH) 2 completamente seco. Si bien la muestra M invento presenta menor retención de agua que la muestra Mg comparativa , los valores del porcentaje de retención en ambas muestras son muy cercanos.
A pesar de que ambas muestras contenían aglomerados, la muestra Mg invento tuvo un mejor comportamiento y alcanzó una mayor pureza de producto con respecto a Mg comparativa . Esta variación ventajosa en la muestra Mg invento se debe principalmente a la mayor cantidad de aglomerados presentes en la muestra Mg comparativa . Sin embargo, un factor que también contribuye para alcanzar una pureza mayor en Mg inventiva es el tamaño de cristal mayor que se logra en esta muestra. Pues como se muestra en la Tabla 9, los cristales de Mg invento son 4,2% más grandes que los de Mg comparativa , esta pequeña diferencia influyó significativamente en el comportamiento de la pulpa Mg invento , debido a la presencia de partículas de tamaño mayor, existiendo menor fuerza aditivita de las soluciones sobre la matriz del cristal, provocando que el porcentaje de H 2 O retenida sea menor. Debido a todos estos factores, el producto de Mg(OH) 2 de la muestra Mg invento es de mayor pureza que Mg comparativa .