Produção e Processos da Barrilha (Na2CO3)

Barrilha Na2CO3 Produção mundial 46000000 tano Maiores produtores China 34 e Estados Unidos 26 Brasil até 2006 a Companhia Nacional de Álcalis CNA tinha capacidade instalada para 220000 tano atualmente toda a barrilha necessária é importada 900000 tano Barrilha Na2CO3 Produto leve moderadamente solúvel em água contendo cerca de 993 de Na2CO3 Principais aplicações Vidros Sabões e detergentes Remédios Papel Cerâmica Papel e celulose Açúcar Tratamento de água Alimentos Processos de fabricação Processo Le Blanc mais antigo 1773 Processo Solvay A partir de 1915 substituiu completamente o processo anterior atualmente é responsável por 70 da demanda mundial Processo Trona quando existe trona disponível é o processo mais vantajoso é utilizado somente nos Estados Unidos Processo baseado na calcinação do sulfato de sódio com carvão e calcário em um forno giratório seguida de lixiviação por água O resultado desse processo como produto bruto era a cinza negra Na lixiviação os sulfetos eram hidrolisados e convertidos a carbonatos pelo tratamento com dióxido de carbono dos gases da combustão da calcinação 2𝑁𝑎𝐶𝑙 𝐻2𝑆𝑂4 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 2𝐻𝐶𝑙 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 2𝐶 𝑁𝑎2𝑆 2𝐶𝑂2 𝑁𝑎2𝑆 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝐶𝑎𝑆 A solução resultante era concentrada para cristalização do carbonato de sódio que então era seco ou calcinado Esse processo tinha alto custo devido ao grande consumo de energia Causava sérios problemas ambientais Matériasprimas Cloreto de sódio utilizado com salmoura natural ou artificial saturada 300 gL Calcário britado a um tamanho grosseiro uniforme normalmente de 10 a 20 cm a partir de rochas ou conchas calcárias Coque ou gás natural utilizado para calcinar o calcário e fornecer gás carbônico para o processo Amônia reagente cíclico no processo participa das reações e é recuperada as perdas de amônia devem ser minimizadas pois o seu custo pode ser três vezes maior do que o da barrilha O processo Solvay não ocorre diretamente mas em uma sequência de reações químicas de nove reações químicas No processo industrial essa sequência de reações acontece por meio de uma série de operações unitárias e conversões químicas Para produzir 10 t de barrilha 15 t de salmoura 15 t de calcário 500 t de água 20 kg de amônia Reação global 𝐶𝑎𝐶𝑂3 2𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 2𝐶𝑎𝐶𝑙2 Principais operações e conversões químicas Preparação e purificação da salmoura Amonização da salmoura Carbonatação da salmoura amoniada Calcinação do bicarbonato de sódio Recuperação da amônia Principais operações e conversões químicas Etapa 1 Tratamento das matériasprimas Purificação da salmoura e calcinação do calcário A purificação da salmoura tem como objetivo eliminar o cálcio e o magnésio para evitar a contaminação do produto e depósitos nas colunas de absorção A salmoura é tratada com cal hidratada e barrilha 𝑀𝑔𝐶𝑙2 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 𝑀𝑔 𝑂𝐻 2 𝐶𝑎𝐶𝑙2 𝑀𝑔𝑆𝑂4 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 𝑀𝑔 𝑂𝐻 2 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝐶𝑎𝐶𝑙2 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝐶𝑎𝐶𝑂3 2𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑀𝑔𝑆𝑂4 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 Principais operações e conversões químicas Etapa 1 Tratamento das matériasprimas A calcinação do calcário tem como objetivo a obtenção da cal para a recuperação da amônia e do dióxido de carbono para as torres de carbonatação O calcário após ser moído é misturado com 7 de coque metalúrgico e queimado a 9501100 C 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐶𝑎𝑂 𝐶𝑂2 𝐻 0 𝐶 𝑂2 𝐶𝑂2 𝐻 0 Principais operações e conversões químicas Etapa 1 Tratamento das matériasprimas Os gases gerados na queima no forno são resfriados e purificados em torres de lavagem com água e então comprimidos antes de entrar na torre de carbonatação A cal é hidratada com excesso de água para formar a leite de cal que fica armazenada em tanques agitados 𝐶𝑎𝑂 𝐻2𝑂 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 A cal hidratada é utilizada na recuperação da amônia e na purificação da salmoura Principais operações e conversões químicas Etapa 2 Amoniação Após a sua purificação a salmoura é tratada com amônia em colunas de absorção Como a amônia reciclada também contém vapor de água e gás carbônico a salmoura também é levemente carbonatada Inicialmente deve ocorrer a amoniação para elevar o pH até 11 e depois a carbonatação A solubilidade da amônia na salmoura depende da concentração da salmoura da presença de CO2 na amônia e da temperatura Principais operações e conversões químicas Etapa 2 Amoniação A torre de absorção deve ser resfriada para promover a redução da temperatura da salmoura pois as reações de absorção da amônia são altamente exotérmicas A concentração de amônia é controlada em 85 gL pois nesse valor ocorre a otimização da formação de cristais de bicarbonato de sódio e a troca de calor nos resfriadores da amoniação Principais operações e conversões químicas Etapa 3 Carbonatação A salmoura amoniacal é bombeada para o topo da torre de carbonatação cristalização e CO2 obtido do forno de cal e da calcinação do bicarbonato é borbulhado para provocar a formação dos cristais de bicarbonato de sódio 2𝑁𝐻4𝑂𝐻 𝐶𝑂2 𝑁𝐻4 2𝐶𝑂3 𝐻2𝑂 2 𝑁𝐻4 2𝐶𝑂3 𝐶𝑂2 𝐻2𝑂 2𝑁𝐻4𝐻𝐶𝑂3 𝑁𝐻4𝐻𝐶𝑂3 𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑁𝐻4𝐶𝑙 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 Principais operações e conversões químicas Etapa 3 Carbonatação Fatores que favorecem a bicarbonatação Temperatura final da lama Alta concentração de CO2 no gás Alta pressão de alimentação do CO2 O resfriamento é feito somente no fundo da torre para promover a cristalização do bicarbonato de sódio pela redução da sua solubilidade Principais operações e conversões químicas Etapa 4 Filtração A suspensão que se forma nas torres de cristalização é alimentadas aos filtros rotativos a vácuo ou às centrífugas para separar os cristais de bicarbonato de sódio da solução que contém o cloreto de sódio que não reagiu e a amônia que foi usada para fazer a saturação da água A torta formada contém bicarbonato de sódio bruto 910 de umidade e resíduos de bicarbonato de amônio Principais operações e conversões químicas Etapa 5 Recuperação da amônia O filtrado é préaquecido pelos gases que saem do destilador e alimenta este a uma temperatura de 8590 C O calor decompõe os compostos de amônia e o vapor arrasta toda a amônia livre e CO2 presente O gás quente que sai do topo do destilador é resfriado até 5560 C onde acontece a remoção do vapor de água e então é enviado para o absorvedor Principais operações e conversões químicas Etapa 5 Calcinação A torta de bicarbonato de sódio é calcinada a 175225 C e o gás formado basicamente CO2 é enviado para as torres de carbonatação 2𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝐶𝑂2 𝐻2𝑂 10 t de bicarbonato de sódio produz 520560 t de carbonato de sódio barrilha leve Produção de NaHCO3 Não é produzido a partir do processo Solvay porque Existe grande dificuldade em secar completamente esse carbonato Não seria possível a reciclagem da amônia Pequenos traços presentes da amônia inviabilizariam algumas aplicações de NaHCO3 O NaHCO3 produzido dessa maneira pode conter um grande número de outras impurezas Produção de NaHCO3 Para a fabricação do NaHCO3 Solução saturada de barrilha é alimentada no topo de uma torre de carbonatação Na base injetase CO2 pressurizado e mantémse uma temperatura de 40 C A suspensão de bicarbonato formada é filtrada e lavada em um filtro de tambor rotativo Após centrifugação o material é seco em uma esteira a 70 C O bicarbonato produzido tem pureza de 999 Processo Trona Trona minério formado pelo sesquicarbonato de sódio mais impurezas como cloreto de sódio sulfato de sódio sílica entre outras Através da calcinação desse minério são obtidos 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 2𝐻2𝑂 3𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝐶𝑂2 5𝐻2𝑂 O processo mais utilizado é o monohidrato em que a trona é calcinada para formar barrilha impura que depois para por etapas de purificação Processo Trona Inicialmente a trona é moída e calcinada em fornos rotativos a 160200 C para liberar gás carbônico Mesmo após a calcinação a barrilha ainda encontrase impura e segue para a lixiviação A barrilha é dissolvida em água liberando carbonato de sódio e impurezas solúveis como cloreto e sulfato de sódio Na sequência ocorre sedimentação e filtração para separação dos resíduos insolúveis como argila silicatos e sais complexos contendo carbonato de cálcio Processo Trona O filtrado é tratado com carvão ativado para remoção de compostos orgânicos solúveis Na sequência o filtrado é concentrado por evaporação 100 C até precipitar cristais monohidratados sendo que impurezas como sulfato e cloreto de sódio ainda permanecem em solução Os cristais são separados da fase líquida por centrifugação e desidratados até 150 C temperatura em que formam a barrilha densa A fase líquida centrifugada volta para os evaporadorescristalizadores