Proceso de obtención del Permanganato potásico

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El procedimiento para la obtención del permanganato potásico se divide en dos partes:
A) Preparación del manganato
B) Oxidación del manganato

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Proceso de obtención del Permanganato potásico

  1. 1. Proceso de Obtención del Permanganto Potásico
  2. 2. 3º PROYECTO DE DIBUJOOBTENCIÓN DEL PERMANGANATO POTÁSICO FRANCESC PÉREZ CARRASCO 5º QUÍMICA AÑO 1993
  3. 3. PROCESO DE OBTENCIÓN DELPERMANGANATO POTÁSICO MEMORIA DESCRIPTIVA
  4. 4. MEMORIA DESCRIPTIVA El procedimiento para la obtención del permanganato potásico se divide en dos partes: A) Preparación del manganato B) Oxidación del manganato PREPARACIÓN DEL MANGANATO Consiste en preparar el manganato potásico a partir del dióxido de manganeso y elhidróxido potásico. Para ello, se puede hacer por el proceso de rostación y/o el proceso en faselíquida. En el proceso de rostación el dióxido de manganeso se introduce finamente pulverizadoy agitando se le hace llegar potasa, en una plana de fundición acerada y cuya calefacción seefectúa a fuego directo; hay que evitar los golpes de fuego por medio de una mamposteríaapropiada. Se calienta agitando hasta que se seque la masa; el vapor de agua formado esevacuado por un conducto a la chimenea. Se detiene el agitador de vez en cuando paradesprender la masa y pulverizarla, pues tiene tendencia a formar bolas a medida que la deseca-ción avanza; esta particularidad es indicio de la buena marcha de la operación y demuestra quela formación del manganato tiene lugar normalmente.La operación puede durar entre 12 a 14horas y consume aproximadamente 100 Kg de hulla. En cuanto a la transformación enmanganato sólo llega a 60/65 % con el bióxido natural y al 40/45 % con el regenerado. Al detener la agitación las gruesas bolas deben ser quebrantadas con un martillo antes devolver a poner en marcha el agitador. El producto de esta primera operación, que se compone de granos, trozos y bolas dediversos gruesos, se envía a los molinos para ser triturado.
  5. 5. Sigue el tratamiento del producto triturado por el aire comprimido caliente en unacaldera llamada de oxidación; ésta se dispone en el interior de una segunda caldera de modo quequede entre los dos fondos un espacio de 20 mm. que se llena con plomo fundido. La tapa llevaun agujero para introducir el producto y el aparato está provisto de un agitador que casi roza consu fondo cóncavo. es preciso agitar enérgicamente. El objeto de esta operación es completar latransformación del bióxido en manganato, que en la primera fusión no ha sido más que parcial.La masa primitivamente verde se vuelve pardusca y, terminada la oxidación, debe estar formadaúnicamente por pequeños gránulos. En el proceso en fase-líquida se diferencia del anterior en que el oxígeno aportado sehace en forma líquida y que la reacción se lleva a cabo en un horno rotativo. Se juntan los dos productos (K2MnO4) procedentes de los dos procesos y se mezclaníntimamente. La disolución del manganato se efectúa con las aguas residuales procedentes de laselectrólisis y las aguas de lavado y de cristalización del permanganato; éstas deben marcar 25°Bè. OXIDACIÓN DEL MANGANATO La disolución ya está preparada para la electrólisis (las dimensiones del tanqueelectrolizador se muestran en la descripción del aparato). La operación dura entre 10 a 11 horas.ya durante la electrólisis una parte del permanganato se deposita cristalizado. Terminada laoperación se evacua el contenido del tanque en un cilindro horizontal provisto de una camisarefrigerante, donde se enfría completamente la disolución, después se separa la sal del aguamadre por medio de una centrífuga, se lava con agua fía y se seca en el vacío. se vuelve adisolver la sal para eliminar los residuos sólidos que pueda llevar y nuevamente se cristaliza. Setritura el producto con precaución para evitar explosiones y se seca en un secador discontinuo debandejas. El producto final es depositado en un silo para su almacenaje. El permanganatopotásico así obtenido puede superar el 99 % y la densidad de los cristales es de 2,71.
  6. 6. Ya hemos hablado de la recuperación de las aguas de lavado del permanganato y de lasaguas residuales de la electrólisis que sirven para la disolución del manganato y vuelven así a lafabricación. Cuando estas aguas madres contienen 10 % de carbonato potásico hay quecaustificarlas de nuevo; para esto se las concentra primero a 35° Bè, y se filtra entonces elpermanganato que aún estaba disuelto y que se separa (así como bióxido de manganeso). Paracaustificar con la cal hay que volver a diluir a 14° Bè, después se filtra el carbonato de calseparado y se evapora de nuevo hasta 50° Bè.
  7. 7. PROCESO DE OBTENCIÓN DELPERMANGANATO POTÁSICO APARATOS
  8. 8. ENUMERACIÓN DE APARATOS Para la obtención del permanganato potásico (K2MnO4) se utilizan los siguientesaparatos: -Hornos. Se utilizan dos hornos para el proceso de rostación, y otro, para el proceso enfase líquida, éste será del tipo rotativo. Estos hornos tienen la función de convertir el bióxido demanganeso (MnO2), y el hidróxido de potasio (KOH), en manganato potásico (K2MnO4). -Molino de bolas. Se encarga de triturar el material que va del primer horno de rostaciónal segundo, ya que el material que sale del primer horno sale en forma de aglomeraciones, y esmejor que cuando se vuelva a rostar el producto esté en forma triturada. -Separador por decantación. Se utiliza en el proceso de fase líquida y su función es lade separar el manganato potásico del líquido que lo lleva. -Mezclador con roscador. Este aparato aparece para mezclar el manganato queproviene de los dos procedimientos y prepararlo para la electrólisis. -Diluidores. En el primer diluidor se mezcla el producto de manganato junto con aguade lavado, proveniente de un cristalizador, para preparar el producto para la electrólisis. Elsegundo está después del cristalizador primero y diluye las aguas madres del cristalizador juntocon agua y las envía al primer diluidor. Y el tercero se utiliza para redisolver los cristalesformados en el primer cristalizador junto a Ca(OH)2 para neutralizar el ácido, y además, tambiénes utilizado para eliminar los residuos sólidos. -Célula electrolítica. Se encarga de la electrólisis del manganato para formarpermanganato potásico.
  9. 9. -Cristalizadores. Se encargan de cristalizar las soluciones de permanganato potásico, yde esta manera formar los cristales de producto final. -Centrífugas. Estas se utilizan para separar de las soluciones, el producto sólido deldisolvente que los contiene, ya que estos sólidos no van disueltos. -Secador discontinuo de bandejas. Se utiliza en la parte final del proceso. Y suutilización es secar los cristales de permanganato potásico para que puedan ser almacenados enun silo definitivamente. -Transportadores. Como dice su nombre éstos se encargan de transportar los productossólidos de un aparato a otro. -Depósitos. Para almacenar los productos primarios y el producto final. Se utilizan trestipos diferentes de depósitos. Éstos son dichos y explicados en el apartado correspondiente dedepósitos.
  10. 10. HORNOS Se utilizan dos clases diferentes de hornos: 1º Hornos para la rostación. 2º Horno rotativo para el proceso en fase líquida.HORNOS PARA LA ROSTACIÓN Hornos de reverbero se llaman a los que permiten el desarrollo de las llamas de talmodo que éstas pueden ponerse directamente en contacto con los objetos que se quiere calentar.Sobre éstos tiene lugar una acción directa e indirecta del calor radiante. Según la cantidad de airemezclado con los gases, se pude mantener una llama oxidante o reductora. En los hornos dereverbero calentados por gases el exceso de aire necesario para la combustión se puede reducirhasta un mínimo tan pequeño que se llega a hablar de una llama neutra.A) HORNOS DE REVERBERO CON SOLERA FIJA. La forma más sencilla de hornos de reverbero posee una solera rodeada de una pared dematerial refractario y sobre ella una bóveda. La llama, obtenida en un hogar de parrilla, pasa porencima del altar y choca con la solera, mientras los gases de la combustión van a parar a lachimenea. La extracción del plomo de sus minerales por el procedimiento inglés de tostación yreacción, tiene lugar en el horno de reverbero, cuya solera, con el objeto de facilitar la refrigera-ción, está construida sobre una bóveda o sobre raíles y cuyo altar está provisto de enfriamientopor aire. Los hornos de reverbero americanos de grandes dimensiones, generalmente empleadospara la metalurgia del cobre, tiene refrigeración por agua en la solera abovedada. Un horno de
  11. 11. reverbero, cuya solera de hierro está revestida con material refractario adecuado y provista de unreborde enfriado con agua,se emplea como moderno horno de pudelar. Para conseguir un rápido calentamiento con gran exceso de aire y con el menordesprendimiento hollín a las temperaturas relativamente bajas que se necesitan en la fabricaciónde los colores minerales, se emplean hornos de reverbero con hogares múltiples. Para la fabricación de colorantes, en muchos casos, la solera del horno está provista deparedes protectoras que permiten separar el lugar donde se halla la llama de la verdadera solerade trabajo del horno. Los gases que salen de la solera de un horno de reverbero poseen una temperatura tanelevada que es ventajoso aprovecharlos. Tiene muy frecuente aplicación en la industria químicalas instalaciones de hornos para calcinar sales y evaporar disoluciones, fundadas en análogosprincipios, y hasta la fabricación del ácido clorhídrico por medio del cloruro sódico y el ácidosulfúrico, tenía lugar antes en hornos análogamente construidos. En casos raros, los gasesdespués de pasar por encima de la solera son conducidos otra vez de bajo de la misma. Los gases calientes son empleados para la evaporación de disoluciones. Los hornos de reverbero de esta clase pueden funcionar ventajosamente con hogarsemigasógeno y aun mejor con gas pobre. Para temperaturas elevadas, tal como la necesaria para la disgregación del hierrocromado se emplean hornos de reverbero con recuperadores. Éstos poseen una solera calentadapor la parte inferior por los mismos gases que la calentaron por arriba.
  12. 12. HORNOS DE PILA. Para fundir materia fusibles se da a la solera del horno de reverberouna forma profunda por la que se caracterizan especialmente los hornos de pila para vidrio. Parapequeñas cantidades de material que fundir, se construyen los hornos de pila directamente segúnel principio de los hornos de reverbero sencillos, mientras que para una explotación racional almenos están provistos de un recuperador.B) HORNOS DE REVERBERO CON SOLERA ROTATORIA Los esfuerzos realizados para disminuir las dimensiones de los hornos de reverbero conelevada capacidad y mínimo trabajo manual, condujeron a la construcción de hornos dereverbero con hogar de parrilla y solera rotatoria. En ellos el material que ha de quemarse otostarse se mueve del centro a la periferia sobre una solera calentada por un hogar fijo medianteun rastrillo unido a un brazo, de tal modo que al pasar por el horno describe aproximadamenteuna espiral. El horno, de extraordinaria eficacia, puede ser construido con un pequeño coste deinstalación; las reparaciones y el consumo de carbón son más pequeños que en cualquier otrosistema de torrefacción. El consumo de energía mecánica es pequeño (para 50 t en 2 horasaproximadamente un caballo de vapor). Muy ventajoso es el empleo de los hornos de reverbero con solera rotatoria para lasoperaciones de disgregación. Aun en la industria del vidrio empiezan a introducirse los hornosde pila con pila giratoria.C) HORNOS DE REVERBERO CON RASTRILLOS MÓVILES Con el objeto de realizar mecánicamente el trabajo manual que requieren muchassustancias durante la tostación, especialmente la de los minerales sulfurados, se emplean brazos
  13. 13. agitadores con dientes en forma de pala dispuestos oblicuamente (rastrillos, rascadores) que semueven a través del material que se tuesta. Para la tostación de piritas pulverulentas se empleanhornos especiales de forma cilíndrica, con rastrillos rotatorios. Para alcanzar una tostacióncompleta se disponen un cierto número de soleras formando pisos superpuestos (hornos depisos) por las que el mineral circula continuadamente de uno a otro, desde el superior al inferiorpor medio de un mecanismo de agitación, mientras el aire penetra por el inferior y sube encontracorriente con el mineral. Los brazos del agitador están fijos a un árbol principal dispuestoverticalmente, y muy a menudo, se pueden separar fácilmente. Puesto que en algunos pisos,donde el azufre arde con llama de notable longitud, los brazos del agitador están expuestos a unarápida deterioración, es preciso enfriar a éstos y al árbol principal, para lo que se construyenhuecos y por ellos se hace circular una corriente de agua o se inyecta aire. El menor coste de explotación unido a la mayor seguridad en el funcionamiento hicierondesaparecer generalmente los horno que funcionaban a mano para piritas menudas aun con lasfavorables circunstancias económicas que reinaban antes de la guerra, y con los elevadosjornales y precios de los materiales que actualmente se pagan, se puede predecir que en elporvenir, cuando se trate de tostar minerales, sólo se podrán emplear los hornos mecánicos. Para el proceso, el mineral introducido en el horno ha de estar finamente pulverizado,después agitando se hace llegar el KOH a 50° Bé. Si el bióxido tiene por ejemplo una riqueza de50 % se emplearán 98 Kg. (o sea 48 Kg de MnO2 a 100 %) para 95 l. de KOH a 50°(correspondiente a 65 Kg de KOH). Se calienta agitando hasta que se seque la masa; el vapor deagua formado es evacuado por un conducto a la chimenea. Se detiene el agitador (este agitadores recomendable que sea de acero fundido) de vez en cuando para desprender la masa ypulverizarla, pues tiene tendencia a formas bolas a medida que la desecación avanza; estaparticularidad es indicio de la buena marcha de la operación y demuestra que la formación delmanganato tiene lugar normalmente.
  14. 14. Para la proporción indicada, una cocida dura de 12 a 14 horas y consumeaproximadamente 100 Kg de hulla. En cuanto a la transformación en manganato sólo llega a60/65 % con el bióxido natural y al 40/45 % con el regenerado.HORNO ROTATIVO Se dividen en secadores rotativos y hornos rotativos propiamente dichos.SECADOR ROTATIVO Este dispositivo realiza tantas funciones como necesidades del proceso, siendo lasprincipales: A- Filtrado o separado de la materia sólida. B- limpieza de esta materia sólida. C- Secado mediante chorro de vapor de enfriado por chorro de hidrógeno. D- Obtención de elementos sólidos en forma de escamas. Este aparato consta de un cilindro con la generatriz provisto de orificios, y también estáprovisto de orificios el eje del cilindro que a la vez da movimiento de rotación a todo elconjunto. El conjunto está colocado dentro de un recipiente o cuba donde está colocado lamezcla de sólido-líquido, pero sin llegar al eje de rotación. El material recibe el calor máximo enel punto inferior que es donde va colocado el quemador de combustible generalmente líquido ycuya longitud llama llega hasta la longitud del cilindro. El material entra por la parte superior yvolteando sale por la parte inferior. El cilindro con respecto al eje está dividido en sectores de cilindro en un número talsegún las necesidades del proceso, por lo tanto en su movimiento de rotación habrá undeterminado número de sectores en el exterior del líquido y el restante en el interior. Por el ejedel cilindro es por donde se produce la absorción del líquido de la cuba a través de toda la
  15. 15. longitud del cilindro, por tanto las partículas sólidas quedarán adheridas en las paredes exterioresdel cilindro, y el movimiento en que los sectores vayan saliendo del líquido por medio de unasconducciones concéntricas y en toda la longitud del cilindro y correspondientes a cada sectorinyectarán sobre éste sector el fluido necesario para la operación, por la tanto puede ser: Inmediatamente a la salida del líquido puede existir un chorro en este sector o sea de unelemento líquido para lavar las partículas adheridas a la superficie. Antes de llegar a que el sector vuelva a entrar en el líquido existe una rasqueta a base deuna pieza metálica en contacto con la generatriz del cilindro pero ligeramente inclinada conrespecto a las bases, pieza con un movimiento alternativo por un sistema de excéntrica y que porlo tanto desprenderá el material seco de la generatriz, e inmediatamente el sector vuelve a entraren el líquido para reiniciar el proceso.HORNO ROTATIVO Este tipo es similar al anterior pero éste conduce un secado progresivo del material, porlo tanto no realiza la vaporización rápida del agua intermolecular por lo que no haydisgregación. El aparato está formado por un cilindro de gran longitud e inclinado de 15 a 30° conrespecto a la horizontal y provisto de movimiento. En el interior de la generatriz del cilindroexisten una piezas metálicas fijas e inclinadas con respecto a la altura del cilindro que son lasque hacen el volteo del material. El material entra por la parte superior a través de una tolva. El foco calorífico así como lasalida del material está en la parte inferior, de la boca del cilindro, pudiendo ser el sistema decalor empleado, por combustible líquido. Cuando los gases de combustión no afectan a lacomposición ni uso posterior del material secante, la llama de este generador ha de llegar
  16. 16. aproximadamente hasta los límites de la longitud del cilindro, para aprovechar la parte reductorade la llama. Si para el proceso de rostación el MnO2 y el KOH estaban en proporción de 1:<3, en estecaso la proporción ha de ser de 1:>5. Para la producción, la mezcla de KOH ha de estar a latemperatura de 160-200° C.
  17. 17. MOLINO DE BOLAS Los materiales de mediana granulometría, y poca dureza en la industria, y que les puedeafectar la humedad atmosférica se usa generalmente un cilindro en el interior del cual existenuna serie de esferas metálicas o bolas que durante el movimiento del que esta provisto elcilindro, éstas trituran por peso el material. Cuando ha de ser de forma continua entonces el cilindro lleva solidarias y fijas, en todasu longitud y transversalmente una serie de coronas circulares provistas de orificios de diámetrodescendente a partir de la parte de entrada del material hasta la salida. Por lo tanto cada porción de cilindro contendrá un número de bolas determinado, y elmaterial no pasará de un compartimiento a otro hasta que su granulometría no pase a través desus orificios. Éste tipo de aparato está situado entre los dos hornos destinados a la rostación, y por lotanto tiene la función de triturar las aglomeraciones que se producen en el primer horno para serenviadas al segundo y así continuar la rostación del producto, y conseguir un mayor porcentajede producto transformado.
  18. 18. SEPARADOR POR DECANTACIÓN Muchos materiales de procesos químicos están formados por una mezcla de las cualeshay que separar sus componentes bien cómo productos de continuación de proceso, o biensubproductos aprovechables, entonces se puede aplicar varios sistemas para obtener esta separa-ción, según los productos que forman la mezcla. Cuando son productos líquidos se recurre a sutemperatura de vaporización (torres de destilación). Cuando es una mezcla de sólidos y líquidos existen dos sistemas: A) Separadores por centrifugación, o sea que aprovechan la masa de las partículassólidas que componen la mezcla, que imprimiéndoles movimiento circular se adhiere en la paredinterior de un cilindro provisto de orificios de diámetro menor que la granulometría mínima dela materia sólida de la mezcla, saliendo la parte líquida al exterior. B) Separadores por decantación, que están formados por un cilindro cuya base interiortiene un cierto grado de inclinación, y este aparato provisto de un eje central accionado por unmotor de bajas revoluciones, y cuya parte inferior lleva acoplado un rastrillo para remover y a lavez expulsar lateralmente la materia sólida acumulada en el fondo para un secado posterior. Este aparato está colocado a la salida del horno rotativo y se encarga de separar ellíquido de manganato potásico formado en el proceso de fase líquida. El líquido volverá al hornorotativo mientras que el sólido seguirá su curso dentro del proceso de fabricación.
  19. 19. MEZCLADOR Y SECADOR CON ROSCADOR Para homogeneizar una mezcla de dos o más elementos sólidos generalmentepulverulentos, y eliminar la posible humedad que lleve, se usa unos tanques cilíndricos, cuyaparte inferior termina en forma troncocónica, llevando además en la parte exterior de lageneratriz del cilindro un serpentín por el que circula fluido calefactor que puede ser vapor deagua o bien un fluido gaseoso o líquido procedente de una parte del proceso químico que debaenfriarse se le hace circular por este serpentín para calentar el material del aparato para disminuirpor tanto el punto de ebullición y por lo tanto ahorrar energía calorífica. Este aparato lleva latoma de conexión capaz de producir depresión. El dispositivo que mezcla el material está formado por unas paletas coincidentes, con undiámetro del cilindro y que se adoptan a la generatriz y parte troncocónica y que provocan eldesprendimiento por roscado del material que se adhiere por diferencias de temperatura a lasparedes del tanque. Estas aspas, su movimiento de rotación está provocado por un eje de transmisión unido aun motor de bajas revoluciones y generalmente estos dispositivos se usan para procesosintermitentes mientras para procesos continuos se acoplan varios de éstos de forma que elllenado o vaciado se realice progresivamente, o bien con otro tipo de mezcladores que sedenominan hornos rotativos, en que el material y su salida, al ser cilindros de gran longitud serealiza de una forma continua. Cuando en la parte inferior del cilindro termina en casquete esférico y por lo tanto laforma del roscador o volteador se adhiere a este casquete y a la generatriz del cilindro, se ledenomina por su similitud tipo ancla.
  20. 20. En mi proceso se utiliza un mezclador. Éste mezcla los dos manganatos que provienende los dos procedimientos paralelos (de rostación y fase-líquida) para que juntamente seantransformados en permanganato potásico, en la célula electrolítica.
  21. 21. DILUIDORES⋅ DEPOSITO DE MEZCLA Y DE DISOLUCIÓN O PUESTA EN SUSPENSIÓN El producto dosificado llega por una tubería, cae a la tobera del depósito, desde cuyabase aspira una turbina. La depresión creada por la aspiración evita la formación del polvo en lacaída del reactivo (sobre todo, en el caso del carbón activo). La suspensión se recircula a grancaudal, con lo que se consigue una mezcla íntima y una velocidad suficiente en la cuba paraevitar la formación de depósitos. La solución o la suspensión se distribuye por gravedad,mediante bomba dosificadora o bomba sumergida en el depósito.⋅ DILUIDOR DE TURBINA La disolución puede prepararse en continuo o en discontinuo, pero debe necesariamentedistribuirse en continuo. Se inyecta por gravedad o por bombeo en la tobera de recirculación defangos, a través de una tubería. La recirculación se efectúa mediante un mezclador de hélice,colocado en la parte superior de la tobera, a la que llega igualmente el agua a diluir, y en la quese efectúa la mezcla íntima de los reactivos. El aparato funciona con un lecho de fangos cuyonivel es regulado por el umbral de los concentrados en los que se vierten estos fangos. La extracción de fangos se efectúa normalmente por unas tuberías. La disolución salepor una tubería colocada en la parte alta del cilindro. En mi proceso se utilizan tres diluidores: El primero es para preparar la disolución que ha de ir a la electrólisis. Esta disoluciónestá compuesta de manganato potásico, agua, y agua de lavado procedente de la cristalizacióndel permanganato.
  22. 22. El segundo diluidor está colocado después del primer cristalizador y centrífugacorrespondiente. Por lo tanto recibe el líquido de éste último aparato y lo mezcla con unasolución de Ca(OH)2 para neutralizar el posible ácido que llevara la solución. Esta mezcla es laagua de lavado, que se introduce en el primer diluidor junto a los otros reactivos para preparar lamezcla que irá a la electrólisis. Y el tercero se utiliza para redisolver los cristales formados en el primer cristalizadorjunto a Ca(OH)2 para neutralizar el ácido, y además, también es utilizado para eliminar losresiduos sólidos.
  23. 23. ELECTRÓLISIS Hay tres procedimientos, pero parece ser que la superioridad corresponde al tercero. a) Método Schering. En este procedimiento se emplean diafragmas de cementoresistentes a los álcalis, para separar los espacios correspondientes al ánodo y al cátodo. Comoelectrodos se emplean planchas de hierro que no son atacadas por la solución alcalina. Elpermanganato se separa, en parte, al estado sólido, de modo que hay necesidad de separarlo devez en cuando. También la lejía alcalina que se forma en el cátodo debe ser substituida por aguacuando su concentración se hace demasiado elevada. Este método no permite, por lo tanto,trabajar de un modo continuo, por lo que resulta poco económico. b) Método de la SALZBERGWERKES NEUSSTASSFURT. Se emplean tambiéndiafragmas, pero puede operarse de un modo continuo. Al líquido anódico se le añadecontinuadamente masa de manganato, de modo que se enriquece continuadamente en álcali ycomo en la lejía alcalina el permanganato es insoluble, se separa. Se emplea una caldera grandede hierro que por la parte inferior termina en una especie de embudo que sirve de espacioanódico; en ella se introducen las celdas catódicas formadas por cajas de paredes porosas quesirven de diafragma. El espacio del ánodo se llena de aguas madres procedentes de lacristalización del permanganato. El manganato se introduce en las cajas cuyo fondo es de rejillaprocurando que esté en contacto con el líquido; de esta manera se va disolviendo el manganato amedida que el líquido inferior separa permanganato. El líquido anódico se enriquece así enpotasa hasta llegar a tener 40 % y abandona el permanganato, el cual se reúne en la especie deembudo que lleva la caldera, pudiendo separarse de vez en cuando sin interrumpir la operación.Al mismo tiempo se va retirando parte de la solución concentrada de álcali, y substituyéndolapor lejía madre.
  24. 24. c) Métodos sin diafragmas. Estos procedimientos han anulado los descritosanteriormente. Como disolvente de la masa de manganato se emplean las lejías que quedandespués de la electrolización, las aguas madres de la cristalización y las aguas de lavado. Ladensidad de la mezcla de estos líquidos debe ser de 25° Bé. Se disuelve la masa de manganatohasta que el líquido tenga una densidad de 40° Bé. El electrolizador está formado por una calderaredonda de hierro; el fondo de la misma tiene forma de cono y posee una llave para retirar elproducto formado. Cada 6 electrolizadores tienen un canal de descarga común que va unido alrefrigerante pero en cada llave va insertado un trozo de tubo de barro con objeto de evitarcortocircuitos. En su interior el electrolizador lleva agitadores con ejes provistos de dos brazos,no llegando el agitador al fondo de la caldera. Además lleva el ánodo formado por 6 planchas deníquel y los cátodos formados por 6 planchas de hierro dobladas en hexágono o en forma decilindro. Los ánodos y los cátodos van sujetos a la parte cónica de la caldera por aisladores decristal que se unen a la plancha de la caldera mediante un cemento. Las dimensiones del electro-lizador suelen ser, de diámetro 134 cm, altura de las parte cilíndrica 82 cm, longitud del lado dela parte cónica 48 cm, altura total 130 cm. La longitud del ánodo es de 75 cm, la anchura 8 cm,el grueso 1 cm; el cátodo tiene una longitud de 77 cm, un ancho de 40 cm, y un espesor de 0,3cm. La corriente pasa por barras de cobre o por cable del mismo metal. Cada electrolizador sellena con 960 litros de solución, quedando lleno hasta 20 cm por debajo del borde superior. Esinconveniente calentar el baño a 60°. Empleando una corriente de 30 a 40 A por decímetrocuadrado la tensión del electrolizador es de 2,5 a 2,7 V. Cada electrolizador va cerrado con unatapa de madera, que tiene un agujero con una chimenea de gres. La transformación por lacorriente eléctrica del líquido contenido en el electrolizador se efectúa en 10 a 11 horas. Para unaproducción mensual de 10 T de permanganato se necesitan 16 electrolizadores. En todos losaparatos hay que separar cuidadosamente el bióxido de manganeso que se deposite, porque estecuerpo acelera catalíticamente la descomposición del manganato y del permanganato. El ulteriortratamiento del líquido electrolizador para enfriarlo y centrifugar los cristales no presentadificultad alguna. El permanganato obtenido se seca en armarios-estufa de vacío, en los que semantiene la temperatura lo más baja posible; su riqueza es de 99 %. Las aguas madres pasan
  25. 25. nuevamente a la fabricación; también se las puede concentrar en aparatos vacío, a bajatemperatura, con el fin de evitar la acción destructora de la lejía sobre el permanganato cuando latemperatura es elevada. Cuando la alcalinidad llega a 150 g KOH por litro se separan loscristales formados, cuya solubilidad a 17,8-18° es todavía de 1 %; también puede operarse deotra manera, evaporando la solución sin preocuparse de los cristales formados, hasta tener unalejía de 50 % de KOH, que se separa de la mezcla de manganato y permanganato que contiene,y se añade esta última a una nueva cantidad de mas fundida de manganato cuando se va adisolver. La lejía fuertemente carbonatada se diluye finalmente a 14° Bé; se caustifica con calviva y se concentra a 50° Bé, empleándola de nuevo.
  26. 26. En la figura I puede verse el esquema constructivo de las células Schult. Explicadoanteriormente.
  27. 27. Una construcción algo distinta es la representada en la figura II: los ánodos tienen laforma de planchas concéntricas, y los cátodos la de barras de hierro situadas entre ellas. Ambos tipos de células electrolíticas son unidades pequeñas para intensidades decorriente de 500 hasta 1200 amp. Las instalaciones de gran producción necesitan un númerogrande de unidades. Para disminuirlo y tener una célula electrolítica más sencilla, se hadesarrollado un tipo para grandes intensidades. El esquema de esta célula puede verse en lafigura III. La cubeta termina en un cono provisto de un cuello de salida y lleva 4 o más haces deelectrodos, estando formados los ánodos con chapas de níquel y los cátodos con barras de hierro;los haces de electrodos van suspendidos y cada uno corresponde una campana de gas. Loscátodos dispuestos transversalmente respecto de las chapas de los ánodos van recubiertos de untejido de cloruro de polivinilo. Cada sector va separado de los demás por un tabique aislante.Debajo de los haces de electrodos van colocados los serpentines de vapor, y entre los haces losrefrigerantes. Durante la electrólisis el electrólito sube por los haces de electrodos para caer en elespacio destinado a la refrigeración, y así sucesivamente. Como el electrólito al subir estácaliente, las chapas de los ánodos permanecen libres de todo depósito cristalino, lo que favoreceel desprendimiento de oxígeno en ellos. Gracias a este artificio los rendimientos de corriente sonen esta célula mayores que en los tipos antes descritos. Las densidades de la corriente anódicason de 0,1 amp./cm2, y la densidad de corriente catódica de 0,15 amp./cm2. La tensión en losbornes es de 2,5 V, el rendimiento de corriente de 80 %, y el rendimiento material de 90-95 %.La cubeta electrolítica se carga con un electrólito que contiene de 120 hasta 140 g K2MnO4/litro.
  28. 28. CRISTALIZADORES El aparato más sencillo de cristalización es un depósito en el que la disolución se enfríanaturalmente sin tomarse en cuenta la evaporación que pueda tener lugar. El rendimiento porunidad de superficie o por unidad de tiempo es muy bajo, dado que la velocidad de enfriamientoha de ser lenta, forzosamente. No permite regulación alguna del tamaño de los cristales; estesistema favorece la formación de grandes cristales. Además, debido al estancamiento, al creceragrupados los cristales ocluyen aguas madres. Si se agita durante el enfriamiento, se obtiene seobtiene una estructura cristalina mejor. Cuando se trata de cristalizar pequeñas cantidades y noes de capital importancia que los cristales tengan distintos tamaños, la operación en elcristalizador simple discontinuo es la más económica puesto que es el más barato de adquirir.Cristalizador continuo Swenson-Walker. El cristalizador Swenson-Walker opera por enfriamiento de la solución. Tiene forma decanal, y el fondo, de sección semicircular, constituye la superficie intercambiadora de calor entrela camisa anular, por lo que circula el agua de refrigeración, y la disolución que cristaliza en la
  29. 29. canal. Las paletas giran lentamente alrededor de un eje longitudinal y tiene el doble objeto deevitar que la masa cristalina recubra la superficie de transmisión calorífica y de agitarcontinuadamente el magma cristalino para que las condiciones de cristalización sean másuniformes. El cristalizador se suele construir en unidades de unos tres metros de longitud,pudiendo servir un mismo agitador hasta para cuatro unidades acopladas unas detrás de otras. Sise han de emplear más de cuatro unidades, en general, se acopla un agitador por cada cuatrocomo máximo, haciendo que el magma cristalino caiga en cascada de una a otra. Convieneevitar en lo posible las sacudidas de la cascada, que podrían provocar la formación de nuevosnúcleos. Unas veces, se añaden cristales de siembra; y otras, para iniciar el crecimientocristalino, se cuenta con la formación espontánea de núcleos o con la siembra de los cristalesmicroscópicos de la sal que siempre flotan en el ambiente del taller. Al final del cristalizador sesacan los cristales con un elevador helicoidal inclinado, que lo descarga en una mesa deescurrido o en otro transportador que a su vez los descarga en centrífugas u otros aparatos dedesecación. El cristalizador de vacío enfría la disolución evaporando parte del disolvente. Laoperación puede ser continua o discontinua. La alimentación se introduce en un recipiente en elque se disminuye la presión, generalmente, por eyectores de vapor. En este cristalizador, ladisolución se enfría y se concentra al mismo tiempo: en los continuos, por ebullición instantáneade la alimentación, y en los discontinuos, por evaporación regulada por el vacío. Para producir las bajas presiones necesarias hay que emplear aparatos de vacío de grancapacidad, excepto cuando se dispone de agua fría para condensar el vapor (disolvente) porcontacto directo. En este último caso, basta para mantener el vacío con una bomba de vacío o uneyector de vapor de uno o dos efectos, eliminando del sistema los gases no condensables.Generalmente, es tan baja la presión necesaria para llevar a cabo la cristalización, que el vapordesprendido no se puede condensar por contacto directo con el agua fría; para ello, antes delcondensador se intercala un compresor-eyector de vapor de agua, que eleva la presión de la
  30. 30. mezcla vapor-gases no condensables. Los no condensables se eliminan por medio de boquillasde vapor, según se ha indicado anteriormente. También es de gran importancia evitar que la alimentación pueda estratificarse al entraren el cristalizador. Dadas las bajas temperaturas a que se trabaja, una carga hidrostática de varioscentímetros de disolución produce tal aumento del punto de ebullición que podría suceder quepasara por el cristalizador sin evaporarse un líquido que estuviera a una temperatura muy porencima de la saturación a la presión que actúa sobre el nivel del líquido. Para evitarlo, se haceque la disolución tenga un movimiento turbulento por agitación mecánica, además de laproducida por la evaporación espontánea de la disolución. Cuando la operación es discontinua, se suele descargar el magma final en un depósitodesde el cual se bombea después a cualquier artificio de escurrido, como por ejemplo, unabomba centrífuga, un filtro o un espesador. Cuando la operación es continua, por medio de unabomba se separa continuadamente del cuerpo cristalizador parte del magma cristalino,descargándolo en el filtro o en la centrífuga. La bomba puede ser de cualquier tipo que tengahuelgo suficiente para que pasen los cristales. La densidad máxima está limitada, no por lascaracterísticas de la bomba, sino por la viscosidad del magma para que el líquido pueda circularen el cuerpo del cristalizador. La densidad crítica necesaria del lodo cristalino dependeprincipalmente de las densidades relativas de los cristales y de la disolución, y varía entre 30 %de sólidos en peso, para el caso de cristales pesados, hasta un 55 % para cristales de densidadparecida a la de la disolución. Las aguas madres recogidas en el filtro y en la centrífuga sepueden o no volver de nuevo al cristalizador.
  31. 31. Los cristalizadores de las figuras, no tienen ningún artificio para separar los cristalesgrandes del tamaño deseado y dejar al mismo tiempo los pequeños para que sigan creciendo. Enotros como la última figura, simultáneamente a la cristalización se lleva a cabo la clasificaciónde los cristales por tamaños. Hay tipos de cristalizador-clasificador en los que los cristales seforman enfriando la disolución o evaporando el disolvente. En ambos casos, el líquido llega sincristales a la zona de sobresaturación, volviendo después, ligeramente sobresaturado, a un lechode cristales sobre los que se deposita la sal. El lecho está dispuesto de tal manera que loscristales permanecen en el cristalizador hasta que alcanzado un tamaño dado caen fuera de lacorriente de líquido y salen del cristalizador.
  32. 32. El cristalizador-clasificador puede operar en vacío cuando interesan bajas temperaturas,o también, a un vacío medio cuando interesan temperaturas medianas por razones de estabilidadde fase o de velocidad de separación de sólidos. También se emplean evaporadores de múltiple efecto para obtener productos cristalinos.No obstante, el evaporador no opera con suficiente flexibilidad para influir en el tamaño y en laforma de los cristales. En ellos también tiene lugar cierta acción clasificadora, pues los cristalesfinos son arrastrados por las aguas madres hasta que adquieren un tamaño suficiente para salirsede la corriente de líquido y caer en el separador de sales. Las aguas madres, concentradas ycalientes, se suelen pasar a un cristalizador cuando interesa regular cuidadosamente el tamañocristalino, o cuando se desean tamaños distintos a los obtenidos en el evaporador. En mi proceso se utilizan dos cristalizadores. El primero está a la salida de la célulaelectrolítica y se encarga de cristalizar el KMnO4 que va saliendo de dicha célula. Estos cristalesformados serán tratados posteriormente. El segundo cristalizador está colocado casi al final del proceso y en éste se cristalizadefinitivamente. Sólo faltará que estos cristales sean secados para almacenarlos posteriormente.
  33. 33. CENTRÍFUGA La separación de elementos sólidos que transportan los líquidos bien sea procedentes dereacciones químicas, o bien de disoluciones en que sólo tengan que aprovecharse la parte líquidaexisten dos procedimientos para su separación:A) Sistema mecánico.B) Sistema de densidades. El sistema mecánico consiste en imprimir una energía cinética al conjunto de la mezcla através de un tambor giratorio y cilíndrico provisto en la generatriz de orificios cuyo diámetrodependerá de a granulometría máxima requerida en el material. De estos casos existen dos sistemas. Centrífugas con tambor vertical, en las cuales elproceso es intermitente o sea que se ha de parar el dispositivo para extraer los elementos sólidosdel interior del tambor donde se ha depositado por la fuerza centrífuga, mientras que el líquidosale por la canalización inferior de la cuba de donde gira el tambor o cilindro. Cuando estetambor y cuba están colocados con el eje horizontal entonces se le denomina centrífuga condecantación, pues el líquido va saliendo directamente por un orificio colocado en la generatrizde la cuba, y el elemento sólido por rascado continuo de las paredes interiores del tambor salenpor un plano inclinado directamente al exterior por lo tanto puede ser usado en procesoscontinuos. Hay que tener en cuenta que por este procedimiento no se obtiene el secado total, sinoque sólo separa el líquido intermolecular, y para el secado total habrá que recurrir a los tipos dehornos, de combustibles líquidos, sólidos o por aire caliente.
  34. 34. Cuando se trata de la separación por decantación entonces se aprovecha la masa de laspartículas sólidas las cuales se ponen en la parte inferior de un tanque mientras que el líquidodecanta por la parte superior, y naturalmente por este sistema el grado de humedad retenido porlas materias sólidas es mayor y sólo se podría usar en sistemas intermitentes en el caso de que nose recurra a la separación por filtros rotativos que a la vez actúan como secadores y lavadores delas partículas sólidas. En el proceso se utilizan dos centrífugas. La primera está después del primercristalizador, y se encarga de separar los restos de líquidos que llevan los cristales. Este líquidoes enviado al segundo diluidor, mientras que los cristales prosiguen por la planta de proceso. Lasegunda centrífuga está antes del segundo cristalizador y se encarga de retirar los residuossólidos mientras que la solución saturada pasa al cristalizador para que se cristalice.
  35. 35. SECADOR DISCONTINUO DE BANDEJAS Este secador esta formado según el uso, por una cámara recubierta interiormente dematerial refractario, en cuyo interior encima de un armazón, móvil se colocan una serie debandejas superpuestas que contienen el material sólido del cual se a de extraer la humedad, ysegún el tipo de material el calor se podrá producir por combustible líquido cuando tanto elmaterial y los gases desprendidos no sean inflamables ni degadables, pues en este caso no sepodrá usar nunca quemadores de llama, sea combustibles líquidos o gaseosos, cuando estoocurre el calor se realiza calentando en una cámara independiente, aire atmosférico previamentefiltrado y calentado, este se introduce dentro del secador. Estos secadores siempre llevaran en laparte superior el correspondiente orificio para la instalación de la válvula de mariposa parahumos, válvulas que generalmente la apertura o cierre se realiza por un servo mecanismoaccionado por un controlador de temperatura del secador para disminuir el tiempo diferencial depuesta en marcha y apagado del elemento calefactor y de esta forma poder mantener unatemperatura más uniforme dentro del secador. Cuando se trata de procesos continuos, entonces el conjunto del secador esta formadopor un túnel de una longitud determinada rectilíneo o no y provisto en toda la longitud bien seade transportador aéreo formado por cestas colgadas a unas ruedas que se desplazan en un rielestando comunicadas o unidas estas ruedas por una cadena que recibe movimiento a través de unmotor eléctrico exterior. El otro sistema esta formado por carretillas sobre las cuales se depositanlas bandejas y estas carretillas reciben el movimiento a través de una cadena articulada colocadaen una ranura practicada en el suelo del túnel y centrado en el mismo. Naturalmente estascarretillas tienen las ruedas de desplazamiento giratorias para desplazarse en las curvas de estetúnel. La calefacción se realiza en este tipo continuo a base de aire caliente, el cual es calentadoexteriormente por un hogar a base de acero refractario, circulando por la parte exterior de éste,mientras que la llama está en la parte interior del hogar donde se realiza la combustión. A laentrada y salida del túnel para evitar la disicipación de la temperatura para el exterior existen
  36. 36. unas toberas o sea salidas de aire por lo que se le denominan cortinas neumáticas y provocadaspor soplantes o sea ventiladores axiales o tipo turbina que inyectando el aire a presión impideque salga el calor hacia el exterior del túnel. El calentamiento dentro de éste túnel es progresivoo sea el máximo calor se obtiene en la parte central, del túnel o sea aumenta a partir de la entradadel material, y disminuye cerca de la salida. Cuando se trata de vaporizar o eliminar humedad apartir de elementos volátiles sean combustibles o no para disminuir la acumulación de estasdentro del túnel, a distancias determinadas de la parte superior existen extractores evitándose deesta forma la explosión o inflamación de los gases acumulados en este sistema se aplica tanto enla industria química, como siderúrgica, cerámica, etc. En mi proceso se utiliza el secador para extraerle del producto final la posible humedadque pueda llevar, como los restos de líquidos que aún pueda llevar el permanganato potásico. El compuesto proviene de un transportador que lleva los cristales de permanganatopotásico formados en el cristalizador, y por lo tanto se introduce en el secador para secar elproducto final y así poderlo almacenar.
  37. 37. TRANSPORTADORES⋅ TRANSPORTADOR DE TORNILLO SINFÍN Es un dispositivo formado por un cilindro en el interior del cual gira una hélice en formade tornillo sinfín, generalmente accionado por motor hidráulico o sea aceite impulsado desde untanque acumulador por una bomba generalmente de engranajes y cuya energía cinética esaprovechada al incidir el aceite sobre una paletas y por lo tanto les imprime movimiento derotación que se transmite al eje de la hélice que por lo tanto cualquier producto de media o bajagranulometría será desplazado entre dos curva de la hélice progresivas o sucesivas hasta el finaldel cilindro, ello permite colocando varios cilindros acoplados entre si a través de un sistema detubería flexible pueda transportarse material en diferentes direcciones o diferentes alturas.Generalmente cada tramo rectilíneo de cilindro lleva su motor hidráulico independiente.⋅ INYECTOR POR EXTRUSIÓN El funcionamiento es prácticamente igual al transportador de tornillo sinfín pero dereducidas dimensiones y prácticamente la espiral y la pared interior del cilindro, la olguda(distancia) es mínima puesto que en este caso la presión de esta hélice ha de ser mayor. Otra característica es que el eje de la hélice es hueco en toda su longitud para permitir elpaso de un cable puesto que este sistema se usa para recubrir generalmente cable de cobre dematerial plástico, o sea convertirlo en conductor eléctrico, para ello el cilindro va recubiertoexteriormente por una camisa o serpentín calentando por vapor o aceite térmico i de esta formaconvertir los granos de material plástico que se introducen por la tolva superior, en materiapastosa, que es la que impulsa por la espiral a través de una boquilla por el centro de la cualcircula el alambre, éste quede recubierto y por medio de un chorro de aire frío o nitrógeno sesolidifica de forma continua todo el hilo conductor.
  38. 38. Este tipo de inyector se usa generalmente para plásticos denominados termoplásticos, osea que endurecen por enfriamiento, y por lo tanto son recuperables por calentamiento enoperaciones posteriores, mientras que los plásticos denominados termoestables, estas endurecenpor calor o sea aumentando más la temperatura después de realizada la pieza o recubrir el cablepor lo tanto no pueden recuperarse posteriormente. Los transportadores, en mi proceso se utilizan para llevar de un lado a otro los materialessólidos, como puede ser llevar el mineral de MnO2 a los hornos de rostación, y también parallevar el producto final al silo de almacenaje.
  39. 39. DEPÓSITOSSILO Uno de los procedimientos para almacenar áridos, es el silo. Estos pueden ser cilíndricoso rectangulares, pueden construirse de chapa de acero o de hormigón armado. El producto hasta él le llega por procedimientos mecánicos, tales como cintastransportadores, cangilones, tornillos sin fin etc. La salida de producto del silo puede hacersetambién por procedimientos mecánicos desde el fondo, tales como el extractor rotativo,compuertas mecánicas, etc. En mi proceso se utiliza como acumulador del MnO2 (materia prima) y también paraalmacenar el producto final (KMnO4).TANQUE DE ESFERA Cuando queremos almacenar gases licuados a baja presión, uno de los procedimientos aemplear será los tanques tipo esfera. Sus elementos más importantes son: a) Esfera soportada por patas desde el suelo. b) Válvula de seguridad instalada en la parte superior. c) Entrada de producto por la parte inferior. d) Salida de producto por la parte inferior hasta la aspiración de una bomba. e) Entrada de producto reciclado a la parte superior de la esfera, desde la bomba. f) Nivel indicador. g) Termómetro colocado en la parte inferior de la esfera. h) Manómetro instalado en la parte superior.
  40. 40. Este tipo de depósito está muy generalizado en el almacenamiento de butano y propano.El llenado de la esfera será como máximo el 80 % de su capacidad. Material de construcción: chapa de acero. Se utiliza para almacenar el aire u oxígeno, que se inyecta en los hornos junto con lamezcla para así llevar a cabo una mejor tostación del producto.DEPOSITO HORIZONTAL De forma cilíndrica y con los fondos semiesféricos o del tipo decimal (diámetro interiorigual al radio de curvatura del fondo). Su empleo está indicado como depósito intermedio o de producción. Según las características de su construcción podrá trabajar a presión atmosférica osobrepresión. Los elementos de estos tanques son: a) Entrada de producto por la parte inferior. b) Salida de producto por la parte inferior. c) Entrada de producto del reciclo. d) Válvula de purga a la alcantarilla en la parte inferior. e) Nivel indicador. f) Boca de hombre para inspección.
  41. 41. Éste tipo de depósito es utilizado para almacenar la disolución de KOH que se utilizacomo materia prima junto al bióxido de manganeso.
  42. 42. PROCESO DE OBTENCIÓN DELPERMANGANATO POTÁSICO MATERIAS DEL PROCESO
  43. 43. PERMANGANATO POTÁSICO Peso molecular 158,03, densidad 2,703. El permanganato potásico forma cristalesrómbicos de color rojo obscuro, casi negro, provistos de brillo metálico verdoso; son isomorfoscon perclorato potásico, de color purpúreo y brillo de cantáridas, su peso específico es 2,71,reducidos a polvo tienen color rojo y se disuelven en el agua con intenso color rojo-púrpura; 1parte de la sal se disuelve en 12 partes de agua a la temperatura media ambiente, en 15 a 16partes de agua fría y en 2 partes de la caliente. Gramos disueltos de KMnO4 por 100 gramos deagua: ¡Error! 10° 20° 30° 40° 60° 70° 75° Marcad or no definid o.4° 3,36 4,4 6,51 9,06 12,5 21,9 28,6 32,5 Esta sal se disuelve, además, en acetona, ácido acético, piridina, alcohol metílico, Etc.
  44. 44. La disolución concentrada tiene un color que varía del violado al azul rojizo, ladisolución muy diluida es más roja aunque siempre tira algo al violado: su sabor es al principiodulce, luego amargo y al final astringente. según Rammelsberg, si se calientan los cristales,pierden 13,5 % de oxígeno y tiene lugar la siguiente reacción: 2 KMnO4 ÄÄ> K2Mn2O5 + O3 El residuo negro-pardo de K2Mn2O5 que representa el 84,8 % del permanganato sedescompone por la acción del agua y en hidróxido potásico y una sal ácida. 5 K2Mn2O5 + 3 H2O ÄÄ> 2 K2Mn5O11 + 6 KOH Si se trituran los cristales en un mortero suelen producir explosiones y lo mismo sucedesi se les calienta con fósforo o azufre: calentados con carbón, se inflama este último. Ladisolución roja se conserva mucho tiempo inalterada si se la preserva del contacto del polvoatmosférico y cuerpos reductores y tampoco se alteran las disoluciones concentradas aunque selas haga hervir. Calentada por encima de 240° desprende oxígeno, y se forma manganato potásicoK2MnO4 y bióxido de manganeso. El permanganato potásico es uno de los oxidantes más enérgicos que se conocen yprecisamente por esta acción oxidante se basan la mayor parte de sus aplicaciones. Su soluciónno puede filtrarse por papel sin que se descomponga. Si se disuelve el permanganato en ácidosulfúrico concentrado diluido con ½ volumen de agua, enfriando, y después se calienta lasolución verdosa formada a 60-70° se desprenden vapores de heptóxido de manganeso, Mn2O7que calentados rápidamente a 45° estallan.
  45. 45. ENSAYO DEL PERMANGANATO Los cristales secos de la sal pura tienen brillo metálico verdoso; sus disoluciones acuosasofrecen las distintas coloraciones de que antes hemos hecho mención y se descoloranrápidamente si se les calienta con ácido oxálico y sulfúrico o sulfuroso, neutralizado por elamoníaco y adicionado de sulfuro amónico, da un precipitado color de carne. Las impurezas del permanganato industrial pueden consistir en cloruro, clorato, sulfato,y nitrato potásico. Los cloruros y cloratos se conocen en que calentada la sal con ácido sulfúricodiluido, desprende cloro que da cloro azul al papel de almidón iodurado. El ensayo quegeneralmente se hace con el permanganato que ha de ser empleado como reactivo en análisis,consiste en disolver 0,5 gramos de la sal en 25 cm3 de agua, agregar 2 cm3 de alcohol y hacerhervir; se filtra el líquido descolorado y se le divide en 2 partes: a la una se le agrega nitratobárico y a la otra nitrato argéntico y no deberá producirse en ambas más que una ligeraopalescencia (sulfatos y cloruros). Para la investigación del ácido nítrico, se disuelven 0,5gramos de sal en 5 cm3 de agua caliente y se le agrega ácido oxálico hasta decoloración, setoman 2 cm3 del líquido filtrado y se le agregan otros dos de ácido sulfúrico; si entonces seagrega con cuidado un poco de disolución de sulfato ferroso de modo que forme una capa en laparte superior, no deberá producirse en la superficie de contacto de ambos líquidos la coloracióncaracterística del ácido nítrico (color café). El permanganato potásico químicamente puro no seusa más que en análisis muy delicados; para ensayar su pureza, se disuelven 3 gramos en 150cm3 de agua y se agregan 115 cm3 de alcohol, se calienta hasta que se descolore por completo ydespués de filtrar y adicionar unas gotas de ácido acético, se le agrega disolución de clorurobárico que no deberá precipitar ni producir enturbiamiento. se reconoce la presencia de cloratosagregando a la disolución diluida un exceso de sulfato argéntico, se filtra por amianto paraseparar un poco de cloruro argéntico que eventualmente se habrá podido precipitar, se acidula ellíquido filtrado con ácido sulfúrico diluido y se reducen los cloratos a cloruros agregandodisolución de sulfato ferroso hasta decoloración del líquido: si existen cloratos, se formará un
  46. 46. nuevo precipitado de cloruro argéntico. En las disoluciones de la sal pura se determinavolumétricamente la riqueza en permanganato por medio de una disolución de sulfato ferroso ode sulfato ferroso-amónico.
  47. 47. MATERIAS UTILIZADAS EN EL PROCESO Las substancias que aparecen en el proceso de obtención del permanganato potásico, sonlas siguientes: -DIÓXIDO DE POTASIO Se utiliza para hacer reaccionarlo con KOH y así formarmanganato potásico, que después se convertirá en el producto final del proceso, que es elpermanganato potásico. -HIDRÓXIDO DE POTASIO Es la segunda materia prima y tiene su función como yahe mencionado formar el manganato potásico, que es el producto intermedio del proceso. -OXÍGENO Este se utiliza para hacer posible la reacción entre los dos productosanteriores. También en vez de oxígeno se puede utilizar aire, pero entonces no daría tan buenrendimiento como con oxígeno sólo. -MANGANATO POTÁSICO Es el producto intermedio del proceso, por el cual se hade pasar para obtener el producto final, KMnO4. -AGUA Se utiliza como disolvente para poder disolver las substancias y así tratarlas enforma de líquido. -HIDRÓXIDO CÁLCICO Es utilizado para eliminar la posible causticidad que puedallevar la disolución de manganato y así conseguir en la electrólisis un mayor rendimiento en latransformación.
  48. 48. DIÓXIDO DE MANGANESO El dióxido de manganeso, MnO2, es un sólido negro, con manganeso bivalente, queoxida al ácido clorhídrico poniendo en libertad el cloro. Se encuentra en la naturaleza formandoel mineral llamado manganesa. Éste es un mineral negruzco, terroso y quebradizo, muyempleado en la obtención del oxígeno, preparación del cloro, fabricación del acero y del vidrio,etc. Se llama también pirolusita y vulgarmente jabón de vidrieros por su propiedad de decolorarla pasta del vidrio. Cristaliza en el sistema tetragonal. Rara vez se presenta en cristalesprismáticos bien formados, a menudo aparece en masas columnares o fibrosas, recubrimientos,concreciones y crecimientos dendríticos en las superficies de fractura de las rocas. tiene unadureza de 6-6,5 y un peso específico de 5,06. Es el mineral más frecuente del manganeso y haestado formado en ambientes muy oxidantes. Muchas veces se presenta con otros óxidos yhidróxidos de manganeso y hierro. Se emplea como despolarizante en las pilas secas, como colorante en cerámica, paraacelerar el secado de pinturas y barnices y en la fabricación del vidrio para eliminar el colorverde debido a las impurezas. Los principales yacimientos se encuentran en Rusia, la India, , en Africa del Sur, enGhana, en marruecos, en Brasil, en Cuba y en el Zaire. En España se halla en Asturias, Huelva yTeruel, principalmente.
  49. 49. HIDRÓXIDO DE POTASIO El hidróxido potásico (KOH) puro y anhidro se presenta en forma de masa blanca,cristalina, frágil, de estructura fibrosocristalina. Al calor rojo incipiente funde formando unlíquido oleoso e incoloro, que al calor rojo vivo se volatiliza sin descomponerse, dando vaporesblancos y corrosivos. Al calor rojo blanco se descompone el hidróxido potásico en potasio,oxígeno e hidrógeno. La densidad del hidróxido potásico es 2,05, Se disuelve fácilmente en elagua y en el alcohol con gran desprendimiento de calor, es poco soluble en el éter. las solucionesde hidróxido de potasio son muy corrosivas, del mismo modo que el compuesto sólido. Seobtiene principalmente por la electrólisis del KCl. Densidad de KOH a la temperatura de 15° ¡Error! Marcador Densidad no definido.KOH por 100 1 1,00834 10 1,09183 20 1,18839 30 1,29016 40 1,39906 50 1,51430
  50. 50. OXÍGENO Metaloide cuyo símbolo químico es O y cuyo peso atómico 15,9994. El oxígenomolecular es O2 y en el ozono está como O3. El oxígeno a temperatura ordinaria es una gas incoloro, inodoro, no combustible peroaguanta activamente una combustión, actúa de comburente, de densidad 1,1052 (aire=1) y 15,88(hidrógeno=1). Con gran presión (320 atmósferas) y gran descenso de temperatura (-140°) sepuede convertir en un líquido fácilmente movible, transparente, de color azul claro. Empieza laliquidación del oxígeno a -132,8° a la presión de 22,5 atmósferas y solidificable a -218°C. Ladensidad del oxígeno líquido a -130° es de 0,899 y su punto de ebullición a 760 mm de presiónes -184°. La temperatura crítica del oxígeno es -118,8° y su presión crítica 50,8 atmósferas. Unlitro de oxígeno a 0° y 760 mm pesa 1,42904 gr; 1 gr. de oxígeno gaseoso, en las condicionesnormales, tiene un volumen de 699,8 cm3. El oxígeno es poco soluble en el agua, puesto que ¡E litro de agua a 0° disuelve 41 cm3 = 0,0586 g rr or ! M ar ca do r no de fi
  51. 51. ni do .1 1 " 4° " 37 cm3 = 0,0528 g 1 " 10° " 32 cm3 = 0,0457 g 1 " 20° " 28 cm3 = 0,0400 g El oxígeno tiene tendencia a unirse con otras sustancias, efectuándose unas veces ya a latemperatura ordinaria y otras sólo con el concurso de calor o de las otras fuentes de energía.Exceptuando el flúor y los gases nobles, argón, neón, etc., se combinan directa e indirectamentecon el oxígeno todos los elementos. el oxígeno fue descubierto separadamente por el químicosueco Sceele (1771-72) y por el químico inglés Priestley (1774). Actualmente en la industria seobtiene el oxígeno principalmente por la destilación del aire líquido y la electrólisis del agua, dela cual resultan 2 volúmenes de hidrógeno y 1 volumen de oxígeno. Se utiliza para lamanufactura de gas de síntesis para la fabricación de amoníaco, alcohol metílico, acetileno, etc.
  52. 52. También para incrementar la eficacia de los altos hornos, la fundición de cobre, y producción deacero.
  53. 53. MANGANATO POTÁSICO El manganato potásico, K2MnO4, forma pequeños cristales rómbicos de color negroverdoso isomorfos con el sulfato y el cromato potásico; en agua pura se descomponen enbióxido de manganeso y permanganato, pero en presencia de lejía de potasa se disuelven sindescomponerse formando un líquido verdoso. En la lejía de potasa concentrada el manganato espoco soluble. La solución verde acuosa da, al descomponerse, los cambios de colorcaracterísticos que condujeron al descubrimiento del permanganato. Por adición de cloruro dehierro o de sulfato de cobre el manganato forma heptóxido y dióxido de manganeso. Si se calienta con un mechero de gas el manganato potásico en contacto con un álcalifundido, se forma a unos 600° el managanito hidratado K2O⋅16MnO2⋅6H2O; entre 700 y 800° seorigina la combinación K2O⋅8MnO2⋅3H2O y entre 800 y 1000° se forma de nuevo el hidratoK2O⋅16MnO2⋅6H2O, finalmente a la temperatura del rojo anaranjado se forma el compuestoK2O⋅32MnO2⋅10H2O. El manganato potásico se usa para obtener oxígeno de un modo continuo, calentándoloen una corriente de vapor de agua recalentado, lo que da lugar a su descomposición en hidróxidopotásico, óxido mangánico y oxígeno. 2 K2MnO4 + 2 H2O ÄÄ> Mn2O3 + 4 KOH + O3 Calentando el residuo de esta reacción en corriente de aire se vuelve a formar manganatopotásico que se emplea de nuevo en la obtención de oxígeno, y así sucesivamente. Si se hace usodel producto puro se obtiene el 14,5 % de su peso de oxígeno, es decir, que 50 Kg de manganatoproducen algo más de 5m3 de oxígeno.
  54. 54. AGUA El agua pura a la temperatura ordinaria es un líquido inodoro, insípido, transparente yprácticamente incoloro, pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azulado oazulverdoso. En condiciones normales de presión (760 mm por Hg), hierve a 100°C y sesolidifica con expansión a los 0°C. La conversión de 1 g de agua a 100° en vapor de agua a lamisma temperatura exige 536 cal, que se convierten en calor latente de vaporización. El calor defusión del agua es de 80 cal/g, es decir, 1 g de hielo a 0°C requiere para fundirse un aporte de 80cal. El agua alcanza su máxima densidad a los 4°; a temperaturas superiores o inferioresaumenta su volumen. Como el hielo es menos denso que el agua flota sobre ella, hecho muyimportante para la conservación de los seres vivos en lagos, mares, etc., que no serían posible enabsoluto si éstos se solidificaran en toda su profundidad. El peso de 1 cm3 de agua destilada a4°C es, por definición, igual a 1 gramo. El agua es un compuesto fuertemente exotérmico, pues su calor de formación es igual a68320 cal/mol y, en consecuencia, es un compuesto muy estable; a 2500 °C la fraccióndescompuesta no pasa de un 2 %. Ligeramente acidulada, con ácido sulfúrico por ejemplo, parahacerla conductora, se descompone al paso de la corriente eléctrica en dos volúmenes dehidrógeno por cada uno de oxígeno o una parte en peso del primero por ocho del segundo. Elagua es considerado el disolvente universal ya que disuelve gran número de substancias. El agua se encuentra en la naturaleza en cantidades enormes y ampliamente distribuida.En estado sólido, en forma de hielo o nieve, ocupa las regiones más frías del globo. Comolíquido -ríos, lagos y mares-, cubre casi las tres cuartas partes de la superficie terrestre, con unpeso de casi un trillón y medio de toneladas. El agua es absolutamente necesaria para elsostenimiento de la vida.
  55. 55. HIDRÓXIDO CÁLCICO Solido cristalino e incoloro, poco soluble en agua, menos en caliente que en frío; pese aesto, se comporta como una base fuerte. No se le conoce ningún hidrato estable a temperaturanormal. El producto industrial son unos polvos blancos conocidos generalmente como calmuerta. El hidróxido de calcio comercial es un producto homogéneo y seco. Se puede obtenerpreparando una pasta espesa, la lechada de cal, tratando la calcárea calcinada con agua endispositivos adecuados. Tiene diversas aplicaciones en la industria química, en la construcción,en la agricultura como fungicida y fertilizante, en la industria azucarera, etc. La masa pastosa decal muerta mezclada con arena, o piedra molida a una granulometria equivalente, constituye laargamasa, utilizada en la construcción o en la fabricación de planchas y otras formasprefabricadas.
  56. 56. PROCESO DE OBTENCIÓN DELPERMANGANATO POTÁSICO APÉNDICE
  57. 57. APLICACIONES Se basan éstas en el gran poder oxidante del permanganato; las principales son:Aplicaciones Químicas Se le usa mucho en análisis volumétrico, fundándose en que al reducirse la disolución depermanganato se descolora el líquido. Así se le emplea para la determinación cuantitativa delhierro, cobre, cinc, manganeso, ácido oxálico, crómico y úrico, azúcar, sulfitos, hiposulfitos;arseniatos y nitritos, ácido sulfhídrico y muchos sulfuros metálicos, iodo, ácido iodhídrico yioduros metálicos, para limpiar buretas; para la investigación cualitativa de algunos cuerpos (elagua oxigenada, por ejemplo). Para distinguir entre sí el cloro, bromo y iodo en sus compuestos,fundándose en que si a una disolución ácida o alcalina de un ioduro se agregan unas gotas depermanganato, éste se reduce y el iodo separado da color pardo al líquido; la disolución neutra oalcalina de un bromuro no se altera por adición de permanganato, pero si se le acidula con ácidonítrico, se pone bromo en libertad; la disolución de un cloruro sea ácida, neutra o alcalina noexperimenta alteración por el permanganato. Si se hace hervir una disolución acidulada de hiposulfito sódico con un exceso dedisolución valorada de permanganato y se determina este exceso por medio del ácido oxálico, severá que para la oxidación de la sal sódica se ha necesitado gastar una cantidad igual de salpotásica y el hiposulfito se ha transformado en sulfato y ditionato sódico.Aplicaciones Industriales Se le usa para apreciar la calidad del tanino y de las materias colorantes orgánicas; parael blanqueo del cuero fino, de la gamuza, de las fibras textiles (algodón, seda, lana, lino,cáñamo), del aceite, etc.: para teñir la lana en bistre o pardo del manganeso y en estampados ensubstitución del ácido crómico o de la mezcla de ferrocianuro potásico con hidróxido potásico o
  58. 58. sódico empleado como corrosivo; para substituir el ácido nítrico en las pilas eléctricas,enparticular en las de Grove; para purificar el anhídrido carbónico en la fabricación de soda yaguas minerales artificiales. También se le emplea para la obtención del oxígeno por elprocedimiento de Tessié du Motay, que se basa en la descomposición del permanganato por elvapor de agua recalentado a 450°. Se le usa en fotografía y para la investigación de los aceites dedistintas procedencias; para la obtención del iodo y para la determinación de las materiasorgánicas en las aguas potables.Aplicaciones Sanitarias Se le usa como desinfectante y ya en 1859 dio a conocer Hofmann las cualidades de losmanganatos y permanganatos alcalinos bajo este respecto, lo que dio lugar a su fabricación engrande escala en Londres por Mr Condy. Su acción desinfectante es debida a su gran poderoxidante que da lugar a la descomposición rápida de la materia orgánica e impide, porconsiguiente, la formación de gérmenes nocivos; tiene además la ventaja sobre los hipocloritos(empleados con este mismo objeto) de que no desprende cloro, cuyo olor no es sólo molesto,sino perjudicial para las vías respiratorias. Hay que tener en cuenta que el permanganato cedetambién oxígeno a muchas substancias minerales y otras que no necesitan ser desinfectadas, dedonde se deduce que en muchos casos es preciso emplearlo en gran exceso, lo que resultacostoso; cuando se le aplica a la desinfección de las aguas potables hay que agregar a éstas unaproporción tal de permanganato, que le comunique una ligerísima coloración rosada y no hayinconveniente en que estas aguas se dediquen a la bebida o al aseo. en la mayoría de los casosbasta una disolución de permanganato puro al 1 % (o del 5 al 10 % si es impuro) para ladesinfección de los escupidores y vasijas en los hospitales y salas de operaciones (después dehaber tirado su contenido). En Inglaterra se fabrican manganatos impuros a los que se agrega agua caliente paratransformarlos en permanganatos y usarlos como desinfectantes. La mas más o menos verde o
  59. 59. rojo obscura, contiene generalmente un exceso de álcali, así como nitrato potásico y sódico,cloruro y clorato potásico y óxidos de manganeso.
  60. 60. COSTES DE PRODUCCIÓN Teniendo en cuenta los siguientes datos: -El coste de fabricación de 1 Kg teniendo en cuenta el precio de las materias primasresulta a la industria entre 65-80 Pts. -Costo de operación es más o menos de 10-15 Pts por Kg. Por lo tanto producir un Kg de permanganato potásico costaría entre 80-100 Pts. La Tmresultaría sobre las 100.000 pesetas.
  61. 61. BIBLIOGRAFÍA ENCICLOPEDIA UNIVERSAL ILUSTRADA Ed. Espasa - Calpe, S.A. GRAN ENCICLOPEDIA LAROUSSE Ed. Planeta, S.A. GRAN ENCICLOPEDIA CATALANA Enciclopedia Catalana, S.A. TECNOLOGÍA QUÍMICA Ed. C.C.ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA Ed. UTEHA

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