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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
Permanganto Potásico
3º PROYECTO DE DIBUJO
OBTENCIÓN DEL PERMANGANATO POTÁSICO
FRANCESC PÉREZ CARRASCO
5º QUÍMICA
AÑO 1993
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL
PERMANGANATO POTÁSICO
MEMORIA DESCRIPTIVA
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 el
hidróxido potásico. Para ello, se puede hacer por el proceso de rostación y/o el proceso en fase
líquida.
En el proceso de rostación el dióxido de manganeso se introduce finamente pulverizado
y agitando se le hace llegar potasa, en una plana de fundición acerada y cuya calefacción se
efectúa a fuego directo; hay que evitar los golpes de fuego por medio de una mampostería
apropiada. Se calienta agitando hasta que se seque la masa; el vapor de agua formado es
evacuado por un conducto a la chimenea. Se detiene el agitador de vez en cuando para
desprender 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 que
la formación del manganato tiene lugar normalmente.La operación puede durar entre 12 a 14
horas y consume aproximadamente 100 Kg de hulla. En cuanto a la transformación en
manganato 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 de
volver a poner en marcha el agitador.
El producto de esta primera operación, que se compone de granos, trozos y bolas de
diversos gruesos, se envía a los molinos para ser triturado.
Sigue el tratamiento del producto triturado por el aire comprimido caliente en una
caldera llamada de oxidación; ésta se dispone en el interior de una segunda caldera de modo que
quede entre los dos fondos un espacio de 20 mm. que se llena con plomo fundido. La tapa lleva
un agujero para introducir el producto y el aparato está provisto de un agitador que casi roza con
su fondo cóncavo. es preciso agitar enérgicamente. El objeto de esta operación es completar la
transformación 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 formada
únicamente por pequeños gránulos.
En el proceso en fase-líquida se diferencia del anterior en que el oxígeno aportado se
hace 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 mezclan
íntimamente. La disolución del manganato se efectúa con las aguas residuales procedentes de las
electrólisis 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 tanque
electrolizador 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 la
operación se evacua el contenido del tanque en un cilindro horizontal provisto de una camisa
refrigerante, donde se enfría completamente la disolución, después se separa la sal del agua
madre por medio de una centrífuga, se lava con agua fía y se seca en el vacío. se vuelve a
disolver la sal para eliminar los residuos sólidos que pueda llevar y nuevamente se cristaliza. Se
tritura el producto con precaución para evitar explosiones y se seca en un secador discontinuo de
bandejas. El producto final es depositado en un silo para su almacenaje. El permanganato
potásico así obtenido puede superar el 99 % y la densidad de los cristales es de 2,71.
Ya hemos hablado de la recuperación de las aguas de lavado del permanganato y de las
aguas residuales de la electrólisis que sirven para la disolución del manganato y vuelven así a la
fabricación. Cuando estas aguas madres contienen 10 % de carbonato potásico hay que
caustificarlas de nuevo; para esto se las concentra primero a 35° Bè, y se filtra entonces el
permanganato que aún estaba disuelto y que se separa (así como bióxido de manganeso). Para
caustificar con la cal hay que volver a diluir a 14° Bè, después se filtra el carbonato de cal
separado y se evapora de nuevo hasta 50° Bè.
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL
PERMANGANATO POTÁSICO
APARATOS
ENUMERACIÓN DE APARATOS
Para la obtención del permanganato potásico (K2MnO4) se utilizan los siguientes
aparatos:
-Hornos. Se utilizan dos hornos para el proceso de rostación, y otro, para el proceso en
fase líquida, éste será del tipo rotativo. Estos hornos tienen la función de convertir el bióxido de
manganeso (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 rostación
al segundo, ya que el material que sale del primer horno sale en forma de aglomeraciones, y es
mejor 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 la
de separar el manganato potásico del líquido que lo lleva.
-Mezclador con roscador. Este aparato aparece para mezclar el manganato que
proviene de los dos procedimientos y prepararlo para la electrólisis.
-Diluidores. En el primer diluidor se mezcla el producto de manganato junto con agua
de lavado, proveniente de un cristalizador, para preparar el producto para la electrólisis. El
segundo está después del cristalizador primero y diluye las aguas madres del cristalizador junto
con agua y las envía al primer diluidor. Y el tercero se utiliza para redisolver los cristales
formados en el primer cristalizador junto a Ca(OH)2 para neutralizar el ácido, y además, también
es utilizado para eliminar los residuos sólidos.
-Célula electrolítica. Se encarga de la electrólisis del manganato para formar
permanganato potásico.
-Cristalizadores. Se encargan de cristalizar las soluciones de permanganato potásico, y
de esta manera formar los cristales de producto final.
-Centrífugas. Estas se utilizan para separar de las soluciones, el producto sólido del
disolvente que los contiene, ya que estos sólidos no van disueltos.
-Secador discontinuo de bandejas. Se utiliza en la parte final del proceso. Y su
utilización es secar los cristales de permanganato potásico para que puedan ser almacenados en
un silo definitivamente.
-Transportadores. Como dice su nombre éstos se encargan de transportar los productos
sólidos de un aparato a otro.
-Depósitos. Para almacenar los productos primarios y el producto final. Se utilizan tres
tipos diferentes de depósitos. Éstos son dichos y explicados en el apartado correspondiente de
depósitos.
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 tal
modo 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 aire
mezclado con los gases, se pude mantener una llama oxidante o reductora. En los hornos de
reverbero calentados por gases el exceso de aire necesario para la combustión se puede reducir
hasta 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 de
material refractario y sobre ella una bóveda. La llama, obtenida en un hogar de parrilla, pasa por
encima del altar y choca con la solera, mientras los gases de la combustión van a parar a la
chimenea.
La extracción del plomo de sus minerales por el procedimiento inglés de tostación y
reacción, 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 enfriamiento
por aire. Los hornos de reverbero americanos de grandes dimensiones, generalmente empleados
para la metalurgia del cobre, tiene refrigeración por agua en la solera abovedada. Un horno de
reverbero, cuya solera de hierro está revestida con material refractario adecuado y provista de un
reborde enfriado con agua,se emplea como moderno horno de pudelar.
Para conseguir un rápido calentamiento con gran exceso de aire y con el menor
desprendimiento hollín a las temperaturas relativamente bajas que se necesitan en la fabricación
de 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 de
paredes protectoras que permiten separar el lugar donde se halla la llama de la verdadera solera
de trabajo del horno.
Los gases que salen de la solera de un horno de reverbero poseen una temperatura tan
elevada que es ventajoso aprovecharlos. Tiene muy frecuente aplicación en la industria química
las instalaciones de hornos para calcinar sales y evaporar disoluciones, fundadas en análogos
principios, y hasta la fabricación del ácido clorhídrico por medio del cloruro sódico y el ácido
sulfúrico, tenía lugar antes en hornos análogamente construidos. En casos raros, los gases
después 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 hogar
semigasógeno y aun mejor con gas pobre.
Para temperaturas elevadas, tal como la necesaria para la disgregación del hierro
cromado se emplean hornos de reverbero con recuperadores. Éstos poseen una solera calentada
por la parte inferior por los mismos gases que la calentaron por arriba.
HORNOS DE PILA. Para fundir materia fusibles se da a la solera del horno de reverbero
una forma profunda por la que se caracterizan especialmente los hornos de pila para vidrio. Para
pequeñas cantidades de material que fundir, se construyen los hornos de pila directamente según
el principio de los hornos de reverbero sencillos, mientras que para una explotación racional al
menos están provistos de un recuperador.
B) HORNOS DE REVERBERO CON SOLERA ROTATORIA
Los esfuerzos realizados para disminuir las dimensiones de los hornos de reverbero con
elevada capacidad y mínimo trabajo manual, condujeron a la construcción de hornos de
reverbero con hogar de parrilla y solera rotatoria. En ellos el material que ha de quemarse o
tostarse se mueve del centro a la periferia sobre una solera calentada por un hogar fijo mediante
un rastrillo unido a un brazo, de tal modo que al pasar por el horno describe aproximadamente
una espiral. El horno, de extraordinaria eficacia, puede ser construido con un pequeño coste de
instalación; las reparaciones y el consumo de carbón son más pequeños que en cualquier otro
sistema de torrefacción. El consumo de energía mecánica es pequeño (para 50 t en 2 horas
aproximadamente un caballo de vapor).
Muy ventajoso es el empleo de los hornos de reverbero con solera rotatoria para las
operaciones de disgregación. Aun en la industria del vidrio empiezan a introducirse los hornos
de pila con pila giratoria.
C) HORNOS DE REVERBERO CON RASTRILLOS MÓVILES
Con el objeto de realizar mecánicamente el trabajo manual que requieren muchas
sustancias durante la tostación, especialmente la de los minerales sulfurados, se emplean brazos
agitadores con dientes en forma de pala dispuestos oblicuamente (rastrillos, rascadores) que se
mueven a través del material que se tuesta. Para la tostación de piritas pulverulentas se emplean
hornos especiales de forma cilíndrica, con rastrillos rotatorios. Para alcanzar una tostación
completa se disponen un cierto número de soleras formando pisos superpuestos (hornos de
pisos) por las que el mineral circula continuadamente de uno a otro, desde el superior al inferior
por medio de un mecanismo de agitación, mientras el aire penetra por el inferior y sube en
contracorriente con el mineral. Los brazos del agitador están fijos a un árbol principal dispuesto
verticalmente, 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 una
rápida deterioración, es preciso enfriar a éstos y al árbol principal, para lo que se construyen
huecos 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 hicieron
desaparecer generalmente los horno que funcionaban a mano para piritas menudas aun con las
favorables circunstancias económicas que reinaban antes de la guerra, y con los elevados
jornales y precios de los materiales que actualmente se pagan, se puede predecir que en el
porvenir, 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 de
50 % 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 de
agua formado es evacuado por un conducto a la chimenea. Se detiene el agitador (este agitador
es recomendable que sea de acero fundido) de vez en cuando para desprender la masa y
pulverizarla, pues tiene tendencia a formas bolas a medida que la desecación avanza; esta
particularidad es indicio de la buena marcha de la operación y demuestra que la formación del
manganato tiene lugar normalmente.
Para la proporción indicada, una cocida dura de 12 a 14 horas y consume
aproximadamente 100 Kg de hulla. En cuanto a la transformación en manganato sólo llega a
60/65 % 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 las
principales:
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 está
provisto de orificios el eje del cilindro que a la vez da movimiento de rotación a todo el
conjunto. El conjunto está colocado dentro de un recipiente o cuba donde está colocado la
mezcla de sólido-líquido, pero sin llegar al eje de rotación. El material recibe el calor máximo en
el punto inferior que es donde va colocado el quemador de combustible generalmente líquido y
cuya longitud llama llega hasta la longitud del cilindro. El material entra por la parte superior y
volteando sale por la parte inferior.
El cilindro con respecto al eje está dividido en sectores de cilindro en un número tal
según las necesidades del proceso, por lo tanto en su movimiento de rotación habrá un
determinado número de sectores en el exterior del líquido y el restante en el interior. Por el eje
del cilindro es por donde se produce la absorción del líquido de la cuba a través de toda la
longitud del cilindro, por tanto las partículas sólidas quedarán adheridas en las paredes exteriores
del cilindro, y el movimiento en que los sectores vayan saliendo del líquido por medio de unas
conducciones concéntricas y en toda la longitud del cilindro y correspondientes a cada sector
inyectarán 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 un
elemento 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 de
una pieza metálica en contacto con la generatriz del cilindro pero ligeramente inclinada con
respecto a las bases, pieza con un movimiento alternativo por un sistema de excéntrica y que por
lo tanto desprenderá el material seco de la generatriz, e inmediatamente el sector vuelve a entrar
en el líquido para reiniciar el proceso.
HORNO ROTATIVO
Este tipo es similar al anterior pero éste conduce un secado progresivo del material, por
lo tanto no realiza la vaporización rápida del agua intermolecular por lo que no hay
disgregación.
El aparato está formado por un cilindro de gran longitud e inclinado de 15 a 30° con
respecto a la horizontal y provisto de movimiento. En el interior de la generatriz del cilindro
existen una piezas metálicas fijas e inclinadas con respecto a la altura del cilindro que son las
que hacen el volteo del material.
El material entra por la parte superior a través de una tolva. El foco calorífico así como la
salida del material está en la parte inferior, de la boca del cilindro, pudiendo ser el sistema de
calor empleado, por combustible líquido. Cuando los gases de combustión no afectan a la
composición ni uso posterior del material secante, la llama de este generador ha de llegar
aproximadamente hasta los límites de la longitud del cilindro, para aprovechar la parte reductora
de la llama.
Si para el proceso de rostación el MnO2 y el KOH estaban en proporción de 1:<3, en este
caso la proporción ha de ser de 1:>5. Para la producción, la mezcla de KOH ha de estar a la
temperatura de 160-200° C.
MOLINO DE BOLAS
Los materiales de mediana granulometría, y poca dureza en la industria, y que les puede
afectar la humedad atmosférica se usa generalmente un cilindro en el interior del cual existen
una serie de esferas metálicas o bolas que durante el movimiento del que esta provisto el
cilindro, éstas trituran por peso el material.
Cuando ha de ser de forma continua entonces el cilindro lleva solidarias y fijas, en toda
su longitud y transversalmente una serie de coronas circulares provistas de orificios de diámetro
descendente 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 el
material no pasará de un compartimiento a otro hasta que su granulometría no pase a través de
sus orificios.
Éste tipo de aparato está situado entre los dos hornos destinados a la rostación, y por lo
tanto tiene la función de triturar las aglomeraciones que se producen en el primer horno para ser
enviadas al segundo y así continuar la rostación del producto, y conseguir un mayor porcentaje
de producto transformado.
SEPARADOR POR DECANTACIÓN
Muchos materiales de procesos químicos están formados por una mezcla de las cuales
hay que separar sus componentes bien cómo productos de continuación de proceso, o bien
subproductos 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 su
temperatura 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 partículas
sólidas que componen la mezcla, que imprimiéndoles movimiento circular se adhiere en la pared
interior de un cilindro provisto de orificios de diámetro menor que la granulometría mínima de
la materia sólida de la mezcla, saliendo la parte líquida al exterior.
B) Separadores por decantación, que están formados por un cilindro cuya base interior
tiene un cierto grado de inclinación, y este aparato provisto de un eje central accionado por un
motor de bajas revoluciones, y cuya parte inferior lleva acoplado un rastrillo para remover y a la
vez 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 el
líquido de manganato potásico formado en el proceso de fase líquida. El líquido volverá al horno
rotativo mientras que el sólido seguirá su curso dentro del proceso de fabricación.
MEZCLADOR Y SECADOR CON ROSCADOR
Para homogeneizar una mezcla de dos o más elementos sólidos generalmente
pulverulentos, y eliminar la posible humedad que lleve, se usa unos tanques cilíndricos, cuya
parte inferior termina en forma troncocónica, llevando además en la parte exterior de la
generatriz del cilindro un serpentín por el que circula fluido calefactor que puede ser vapor de
agua o bien un fluido gaseoso o líquido procedente de una parte del proceso químico que deba
enfriarse se le hace circular por este serpentín para calentar el material del aparato para disminuir
por tanto el punto de ebullición y por lo tanto ahorrar energía calorífica. Este aparato lleva la
toma de conexión capaz de producir depresión.
El dispositivo que mezcla el material está formado por unas paletas coincidentes, con un
diámetro del cilindro y que se adoptan a la generatriz y parte troncocónica y que provocan el
desprendimiento por roscado del material que se adhiere por diferencias de temperatura a las
paredes del tanque.
Estas aspas, su movimiento de rotación está provocado por un eje de transmisión unido a
un motor de bajas revoluciones y generalmente estos dispositivos se usan para procesos
intermitentes mientras para procesos continuos se acoplan varios de éstos de forma que el
llenado o vaciado se realice progresivamente, o bien con otro tipo de mezcladores que se
denominan hornos rotativos, en que el material y su salida, al ser cilindros de gran longitud se
realiza de una forma continua.
Cuando en la parte inferior del cilindro termina en casquete esférico y por lo tanto la
forma del roscador o volteador se adhiere a este casquete y a la generatriz del cilindro, se le
denomina por su similitud tipo ancla.
En mi proceso se utiliza un mezclador. Éste mezcla los dos manganatos que provienen
de los dos procedimientos paralelos (de rostación y fase-líquida) para que juntamente sean
transformados en permanganato potásico, en la célula electrolítica.
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 cuya
base aspira una turbina. La depresión creada por la aspiración evita la formación del polvo en la
caída del reactivo (sobre todo, en el caso del carbón activo). La suspensión se recircula a gran
caudal, con lo que se consigue una mezcla íntima y una velocidad suficiente en la cuba para
evitar 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 necesariamente
distribuirse en continuo. Se inyecta por gravedad o por bombeo en la tobera de recirculación de
fangos, 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 que
se efectúa la mezcla íntima de los reactivos. El aparato funciona con un lecho de fangos cuyo
nivel 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 sale
por 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 disolución
está compuesta de manganato potásico, agua, y agua de lavado procedente de la cristalización
del permanganato.
El segundo diluidor está colocado después del primer cristalizador y centrífuga
correspondiente. Por lo tanto recibe el líquido de éste último aparato y lo mezcla con una
solución de Ca(OH)2 para neutralizar el posible ácido que llevara la solución. Esta mezcla es la
agua de lavado, que se introduce en el primer diluidor junto a los otros reactivos para preparar la
mezcla que irá a la electrólisis.
Y el tercero se utiliza para redisolver los cristales formados en el primer cristalizador
junto a Ca(OH)2 para neutralizar el ácido, y además, también es utilizado para eliminar los
residuos sólidos.
ELECTRÓLISIS
Hay tres procedimientos, pero parece ser que la superioridad corresponde al tercero.
a) Método Schering. En este procedimiento se emplean diafragmas de cemento
resistentes a los álcalis, para separar los espacios correspondientes al ánodo y al cátodo. Como
electrodos se emplean planchas de hierro que no son atacadas por la solución alcalina. El
permanganato se separa, en parte, al estado sólido, de modo que hay necesidad de separarlo de
vez en cuando. También la lejía alcalina que se forma en el cátodo debe ser substituida por agua
cuando 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 también
diafragmas, pero puede operarse de un modo continuo. Al líquido anódico se le añade
continuadamente masa de manganato, de modo que se enriquece continuadamente en álcali y
como en la lejía alcalina el permanganato es insoluble, se separa. Se emplea una caldera grande
de hierro que por la parte inferior termina en una especie de embudo que sirve de espacio
anódico; en ella se introducen las celdas catódicas formadas por cajas de paredes porosas que
sirven de diafragma. El espacio del ánodo se llena de aguas madres procedentes de la
cristalización del permanganato. El manganato se introduce en las cajas cuyo fondo es de rejilla
procurando que esté en contacto con el líquido; de esta manera se va disolviendo el manganato a
medida que el líquido inferior separa permanganato. El líquido anódico se enriquece así en
potasa hasta llegar a tener 40 % y abandona el permanganato, el cual se reúne en la especie de
embudo 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 substituyéndola
por lejía madre.
c) Métodos sin diafragmas. Estos procedimientos han anulado los descritos
anteriormente. Como disolvente de la masa de manganato se emplean las lejías que quedan
después de la electrolización, las aguas madres de la cristalización y las aguas de lavado. La
densidad de la mezcla de estos líquidos debe ser de 25° Bé. Se disuelve la masa de manganato
hasta que el líquido tenga una densidad de 40° Bé. El electrolizador está formado por una caldera
redonda de hierro; el fondo de la misma tiene forma de cono y posee una llave para retirar el
producto formado. Cada 6 electrolizadores tienen un canal de descarga común que va unido al
refrigerante pero en cada llave va insertado un trozo de tubo de barro con objeto de evitar
cortocircuitos. 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 de
níquel y los cátodos formados por 6 planchas de hierro dobladas en hexágono o en forma de
cilindro. Los ánodos y los cátodos van sujetos a la parte cónica de la caldera por aisladores de
cristal 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 de
la 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 0,3
cm. La corriente pasa por barras de cobre o por cable del mismo metal. Cada electrolizador se
llena con 960 litros de solución, quedando lleno hasta 20 cm por debajo del borde superior. Es
inconveniente calentar el baño a 60°. Empleando una corriente de 30 a 40 A por decímetro
cuadrado la tensión del electrolizador es de 2,5 a 2,7 V. Cada electrolizador va cerrado con una
tapa de madera, que tiene un agujero con una chimenea de gres. La transformación por la
corriente eléctrica del líquido contenido en el electrolizador se efectúa en 10 a 11 horas. Para una
producción mensual de 10 T de permanganato se necesitan 16 electrolizadores. En todos los
aparatos hay que separar cuidadosamente el bióxido de manganeso que se deposite, porque este
cuerpo acelera catalíticamente la descomposición del manganato y del permanganato. El ulterior
tratamiento del líquido electrolizador para enfriarlo y centrifugar los cristales no presenta
dificultad alguna. El permanganato obtenido se seca en armarios-estufa de vacío, en los que se
mantiene la temperatura lo más baja posible; su riqueza es de 99 %. Las aguas madres pasan
nuevamente a la fabricación; también se las puede concentrar en aparatos vacío, a baja
temperatura, con el fin de evitar la acción destructora de la lejía sobre el permanganato cuando la
temperatura es elevada. Cuando la alcalinidad llega a 150 g KOH por litro se separan los
cristales formados, cuya solubilidad a 17,8-18° es todavía de 1 %; también puede operarse de
otra manera, evaporando la solución sin preocuparse de los cristales formados, hasta tener una
lejía 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 a
disolver. La lejía fuertemente carbonatada se diluye finalmente a 14° Bé; se caustifica con cal
viva y se concentra a 50° Bé, empleándola de nuevo.
En la figura I puede verse el esquema constructivo de las células Schult. Explicado
anteriormente.
Una construcción algo distinta es la representada en la figura II: los ánodos tienen la
forma de planchas concéntricas, y los cátodos la de barras de hierro situadas entre ellas.
Ambos tipos de células electrolíticas son unidades pequeñas para intensidades de
corriente de 500 hasta 1200 amp. Las instalaciones de gran producción necesitan un número
grande de unidades. Para disminuirlo y tener una célula electrolítica más sencilla, se ha
desarrollado un tipo para grandes intensidades. El esquema de esta célula puede verse en la
figura III. La cubeta termina en un cono provisto de un cuello de salida y lleva 4 o más haces de
electrodos, 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. Los
cátodos dispuestos transversalmente respecto de las chapas de los ánodos van recubiertos de un
tejido 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 los
refrigerantes. Durante la electrólisis el electrólito sube por los haces de electrodos para caer en el
espacio destinado a la refrigeración, y así sucesivamente. Como el electrólito al subir está
caliente, las chapas de los ánodos permanecen libres de todo depósito cristalino, lo que favorece
el desprendimiento de oxígeno en ellos. Gracias a este artificio los rendimientos de corriente son
en esta célula mayores que en los tipos antes descritos. Las densidades de la corriente anódica
son de 0,1 amp./cm2, y la densidad de corriente catódica de 0,15 amp./cm2. La tensión en los
bornes 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.
CRISTALIZADORES
El aparato más sencillo de cristalización es un depósito en el que la disolución se enfría
naturalmente sin tomarse en cuenta la evaporación que pueda tener lugar. El rendimiento por
unidad de superficie o por unidad de tiempo es muy bajo, dado que la velocidad de enfriamiento
ha de ser lenta, forzosamente. No permite regulación alguna del tamaño de los cristales; este
sistema favorece la formación de grandes cristales. Además, debido al estancamiento, al crecer
agrupados los cristales ocluyen aguas madres. Si se agita durante el enfriamiento, se obtiene se
obtiene una estructura cristalina mejor. Cuando se trata de cristalizar pequeñas cantidades y no
es de capital importancia que los cristales tengan distintos tamaños, la operación en el
cristalizador simple discontinuo es la más económica puesto que es el más barato de adquirir.
El cristalizador Swenson-Walker opera por enfriamiento de la solución. Tiene forma de
canal, y el fondo, de sección semicircular, constituye la superficie intercambiadora de calor entre
la camisa anular, por lo que circula el agua de refrigeración, y la disolución que cristaliza en la
Cristalizador continuo Swenson-Walker.
canal. Las paletas giran lentamente alrededor de un eje longitudinal y tiene el doble objeto de
evitar que la masa cristalina recubra la superficie de transmisión calorífica y de agitar
continuadamente el magma cristalino para que las condiciones de cristalización sean más
uniformes. 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. Si
se han de emplear más de cuatro unidades, en general, se acopla un agitador por cada cuatro
como máximo, haciendo que el magma cristalino caiga en cascada de una a otra. Conviene
evitar en lo posible las sacudidas de la cascada, que podrían provocar la formación de nuevos
núcleos. Unas veces, se añaden cristales de siembra; y otras, para iniciar el crecimiento
cristalino, se cuenta con la formación espontánea de núcleos o con la siembra de los cristales
microscópicos de la sal que siempre flotan en el ambiente del taller. Al final del cristalizador se
sacan los cristales con un elevador helicoidal inclinado, que lo descarga en una mesa de
escurrido o en otro transportador que a su vez los descarga en centrífugas u otros aparatos de
desecación.
El cristalizador de vacío enfría la disolución evaporando parte del disolvente. La
operación puede ser continua o discontinua. La alimentación se introduce en un recipiente en el
que se disminuye la presión, generalmente, por eyectores de vapor. En este cristalizador, la
disolución se enfría y se concentra al mismo tiempo: en los continuos, por ebullición instantánea
de 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 gran
capacidad, excepto cuando se dispone de agua fría para condensar el vapor (disolvente) por
contacto directo. En este último caso, basta para mantener el vacío con una bomba de vacío o un
eyector 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 vapor
desprendido no se puede condensar por contacto directo con el agua fría; para ello, antes del
condensador se intercala un compresor-eyector de vapor de agua, que eleva la presión de la
mezcla vapor-gases no condensables. Los no condensables se eliminan por medio de boquillas
de vapor, según se ha indicado anteriormente.
También es de gran importancia evitar que la alimentación pueda estratificarse al entrar
en el cristalizador. Dadas las bajas temperaturas a que se trabaja, una carga hidrostática de varios
centímetros de disolución produce tal aumento del punto de ebullición que podría suceder que
pasara por el cristalizador sin evaporarse un líquido que estuviera a una temperatura muy por
encima de la saturación a la presión que actúa sobre el nivel del líquido. Para evitarlo, se hace
que la disolución tenga un movimiento turbulento por agitación mecánica, además de la
producida por la evaporación espontánea de la disolución.
Cuando la operación es discontinua, se suele descargar el magma final en un depósito
desde el cual se bombea después a cualquier artificio de escurrido, como por ejemplo, una
bomba centrífuga, un filtro o un espesador. Cuando la operación es continua, por medio de una
bomba 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 tenga
huelgo suficiente para que pasen los cristales. La densidad máxima está limitada, no por las
características de la bomba, sino por la viscosidad del magma para que el líquido pueda circular
en el cuerpo del cristalizador. La densidad crítica necesaria del lodo cristalino depende
principalmente 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 densidad
parecida a la de la disolución. Las aguas madres recogidas en el filtro y en la centrífuga se
pueden o no volver de nuevo al cristalizador.
Los cristalizadores de las figuras, no tienen ningún artificio para separar los cristales
grandes del tamaño deseado y dejar al mismo tiempo los pequeños para que sigan creciendo. En
otros como la última figura, simultáneamente a la cristalización se lleva a cabo la clasificación
de los cristales por tamaños. Hay tipos de cristalizador-clasificador en los que los cristales se
forman enfriando la disolución o evaporando el disolvente. En ambos casos, el líquido llega sin
cristales a la zona de sobresaturación, volviendo después, ligeramente sobresaturado, a un lecho
de cristales sobre los que se deposita la sal. El lecho está dispuesto de tal manera que los
cristales permanecen en el cristalizador hasta que alcanzado un tamaño dado caen fuera de la
corriente de líquido y salen del cristalizador.
El cristalizador-clasificador puede operar en vacío cuando interesan bajas temperaturas,
o también, a un vacío medio cuando interesan temperaturas medianas por razones de estabilidad
de 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 la
forma de los cristales. En ellos también tiene lugar cierta acción clasificadora, pues los cristales
finos son arrastrados por las aguas madres hasta que adquieren un tamaño suficiente para salirse
de la corriente de líquido y caer en el separador de sales. Las aguas madres, concentradas y
calientes, se suelen pasar a un cristalizador cuando interesa regular cuidadosamente el tamaño
cristalino, 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 célula
electrolítica y se encarga de cristalizar el KMnO4 que va saliendo de dicha célula. Estos cristales
formados serán tratados posteriormente.
El segundo cristalizador está colocado casi al final del proceso y en éste se cristaliza
definitivamente. Sólo faltará que estos cristales sean secados para almacenarlos posteriormente.
CENTRÍFUGA
La separación de elementos sólidos que transportan los líquidos bien sea procedentes de
reacciones químicas, o bien de disoluciones en que sólo tengan que aprovecharse la parte líquida
existen 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 a
través de un tambor giratorio y cilíndrico provisto en la generatriz de orificios cuyo diámetro
dependerá de a granulometría máxima requerida en el material.
De estos casos existen dos sistemas. Centrífugas con tambor vertical, en las cuales el
proceso es intermitente o sea que se ha de parar el dispositivo para extraer los elementos sólidos
del interior del tambor donde se ha depositado por la fuerza centrífuga, mientras que el líquido
sale por la canalización inferior de la cuba de donde gira el tambor o cilindro. Cuando este
tambor y cuba están colocados con el eje horizontal entonces se le denomina centrífuga con
decantación, pues el líquido va saliendo directamente por un orificio colocado en la generatriz
de la cuba, y el elemento sólido por rascado continuo de las paredes interiores del tambor salen
por un plano inclinado directamente al exterior por lo tanto puede ser usado en procesos
continuos.
Hay que tener en cuenta que por este procedimiento no se obtiene el secado total, sino
que sólo separa el líquido intermolecular, y para el secado total habrá que recurrir a los tipos de
hornos, de combustibles líquidos, sólidos o por aire caliente.
Cuando se trata de la separación por decantación entonces se aprovecha la masa de las
partículas sólidas las cuales se ponen en la parte inferior de un tanque mientras que el líquido
decanta por la parte superior, y naturalmente por este sistema el grado de humedad retenido por
las materias sólidas es mayor y sólo se podría usar en sistemas intermitentes en el caso de que no
se recurra a la separación por filtros rotativos que a la vez actúan como secadores y lavadores de
las partículas sólidas.
En el proceso se utilizan dos centrífugas. La primera está después del primer
cristalizador, y se encarga de separar los restos de líquidos que llevan los cristales. Este líquido
es enviado al segundo diluidor, mientras que los cristales prosiguen por la planta de proceso. La
segunda centrífuga está antes del segundo cristalizador y se encarga de retirar los residuos
sólidos mientras que la solución saturada pasa al cristalizador para que se cristalice.
SECADOR DISCONTINUO DE BANDEJAS
Este secador esta formado según el uso, por una cámara recubierta interiormente de
material refractario, en cuyo interior encima de un armazón, móvil se colocan una serie de
bandejas superpuestas que contienen el material sólido del cual se a de extraer la humedad, y
según el tipo de material el calor se podrá producir por combustible líquido cuando tanto el
material y los gases desprendidos no sean inflamables ni degadables, pues en este caso no se
podrá usar nunca quemadores de llama, sea combustibles líquidos o gaseosos, cuando esto
ocurre el calor se realiza calentando en una cámara independiente, aire atmosférico previamente
filtrado y calentado, este se introduce dentro del secador. Estos secadores siempre llevaran en la
parte superior el correspondiente orificio para la instalación de la válvula de mariposa para
humos, válvulas que generalmente la apertura o cierre se realiza por un servo mecanismo
accionado por un controlador de temperatura del secador para disminuir el tiempo diferencial de
puesta en marcha y apagado del elemento calefactor y de esta forma poder mantener una
temperatura más uniforme dentro del secador.
Cuando se trata de procesos continuos, entonces el conjunto del secador esta formado
por un túnel de una longitud determinada rectilíneo o no y provisto en toda la longitud bien sea
de transportador aéreo formado por cestas colgadas a unas ruedas que se desplazan en un riel
estando comunicadas o unidas estas ruedas por una cadena que recibe movimiento a través de un
motor eléctrico exterior. El otro sistema esta formado por carretillas sobre las cuales se depositan
las bandejas y estas carretillas reciben el movimiento a través de una cadena articulada colocada
en una ranura practicada en el suelo del túnel y centrado en el mismo. Naturalmente estas
carretillas tienen las ruedas de desplazamiento giratorias para desplazarse en las curvas de este
túnel. La calefacción se realiza en este tipo continuo a base de aire caliente, el cual es calentado
exteriormente 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 la
entrada y salida del túnel para evitar la disicipación de la temperatura para el exterior existen
unas toberas o sea salidas de aire por lo que se le denominan cortinas neumáticas y provocadas
por soplantes o sea ventiladores axiales o tipo turbina que inyectando el aire a presión impide
que salga el calor hacia el exterior del túnel. El calentamiento dentro de éste túnel es progresivo
o sea el máximo calor se obtiene en la parte central, del túnel o sea aumenta a partir de la entrada
del material, y disminuye cerca de la salida. Cuando se trata de vaporizar o eliminar humedad a
partir de elementos volátiles sean combustibles o no para disminuir la acumulación de estas
dentro del túnel, a distancias determinadas de la parte superior existen extractores evitándose de
esta forma la explosión o inflamación de los gases acumulados en este sistema se aplica tanto en
la industria química, como siderúrgica, cerámica, etc.
En mi proceso se utiliza el secador para extraerle del producto final la posible humedad
que 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 permanganato
potásico formados en el cristalizador, y por lo tanto se introduce en el secador para secar el
producto final y así poderlo almacenar.
TRANSPORTADORES
⋅ TRANSPORTADOR DE TORNILLO SINFÍN
Es un dispositivo formado por un cilindro en el interior del cual gira una hélice en forma
de tornillo sinfín, generalmente accionado por motor hidráulico o sea aceite impulsado desde un
tanque acumulador por una bomba generalmente de engranajes y cuya energía cinética es
aprovechada al incidir el aceite sobre una paletas y por lo tanto les imprime movimiento de
rotación que se transmite al eje de la hélice que por lo tanto cualquier producto de media o baja
granulometría será desplazado entre dos curva de la hélice progresivas o sucesivas hasta el final
del cilindro, ello permite colocando varios cilindros acoplados entre si a través de un sistema de
tubería 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 de
reducidas 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 el
paso de un cable puesto que este sistema se usa para recubrir generalmente cable de cobre de
material plástico, o sea convertirlo en conductor eléctrico, para ello el cilindro va recubierto
exteriormente por una camisa o serpentín calentando por vapor o aceite térmico i de esta forma
convertir los granos de material plástico que se introducen por la tolva superior, en materia
pastosa, que es la que impulsa por la espiral a través de una boquilla por el centro de la cual
circula el alambre, éste quede recubierto y por medio de un chorro de aire frío o nitrógeno se
solidifica de forma continua todo el hilo conductor.
Este tipo de inyector se usa generalmente para plásticos denominados termoplásticos, o
sea que endurecen por enfriamiento, y por lo tanto son recuperables por calentamiento en
operaciones posteriores, mientras que los plásticos denominados termoestables, estas endurecen
por calor o sea aumentando más la temperatura después de realizada la pieza o recubrir el cable
por lo tanto no pueden recuperarse posteriormente.
Los transportadores, en mi proceso se utilizan para llevar de un lado a otro los materiales
sólidos, como puede ser llevar el mineral de MnO2 a los hornos de rostación, y también para
llevar el producto final al silo de almacenaje.
DEPÓSITOS
SILO
Uno de los procedimientos para almacenar áridos, es el silo. Estos pueden ser cilíndricos
o rectangulares, pueden construirse de chapa de acero o de hormigón armado.
El producto hasta él le llega por procedimientos mecánicos, tales como cintas
transportadores, cangilones, tornillos sin fin etc. La salida de producto del silo puede hacerse
también 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 para
almacenar el producto final (KMnO4).
TANQUE DE ESFERA
Cuando queremos almacenar gases licuados a baja presión, uno de los procedimientos a
emplear 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.
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 la
mezcla 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 interior
igual 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 o
sobrepresión.
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.
Éste tipo de depósito es utilizado para almacenar la disolución de KOH que se utiliza
como materia prima junto al bióxido de manganeso.
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL
PERMANGANATO POTÁSICO
MATERIAS DEL PROCESO
PERMANGANATO POTÁSICO
Peso molecular 158,03, densidad 2,703. El permanganato potásico forma cristales
rómbicos de color rojo obscuro, casi negro, provistos de brillo metálico verdoso; son isomorfos
con 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; 1
parte de la sal se disuelve en 12 partes de agua a la temperatura media ambiente, en 15 a 16
partes de agua fría y en 2 partes de la caliente. Gramos disueltos de KMnO4 por 100 gramos de
agua:
¡Error!
Marcad
or no
definid
o.4°
10° 20° 30° 40° 60° 70° 75°
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.
La disolución concentrada tiene un color que varía del violado al azul rojizo, la
disolución muy diluida es más roja aunque siempre tira algo al violado: su sabor es al principio
dulce, 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 se
descompone 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 sucede
si se les calienta con fósforo o azufre: calentados con carbón, se inflama este último. La
disolución roja se conserva mucho tiempo inalterada si se la preserva del contacto del polvo
atmosférico y cuerpos reductores y tampoco se alteran las disoluciones concentradas aunque se
las haga hervir.
Calentada por encima de 240° desprende oxígeno, y se forma manganato potásico
K2MnO4 y bióxido de manganeso.
El permanganato potásico es uno de los oxidantes más enérgicos que se conocen y
precisamente por esta acción oxidante se basan la mayor parte de sus aplicaciones. Su solución
no puede filtrarse por papel sin que se descomponga. Si se disuelve el permanganato en ácido
sulfúrico concentrado diluido con ½ volumen de agua, enfriando, y después se calienta la
solución verdosa formada a 60-70° se desprenden vapores de heptóxido de manganeso, Mn2O7
que calentados rápidamente a 45° estallan.
ENSAYO DEL PERMANGANATO
Los cristales secos de la sal pura tienen brillo metálico verdoso; sus disoluciones acuosas
ofrecen las distintas coloraciones de que antes hemos hecho mención y se descoloran
rápidamente si se les calienta con ácido oxálico y sulfúrico o sulfuroso, neutralizado por el
amoníaco 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 sulfúrico
diluido, desprende cloro que da cloro azul al papel de almidón iodurado. El ensayo que
generalmente 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 hacer
hervir; se filtra el líquido descolorado y se le divide en 2 partes: a la una se le agrega nitrato
bárico y a la otra nitrato argéntico y no deberá producirse en ambas más que una ligera
opalescencia (sulfatos y cloruros). Para la investigación del ácido nítrico, se disuelven 0,5
gramos de sal en 5 cm3 de agua caliente y se le agrega ácido oxálico hasta decoloración, se
toman 2 cm3 del líquido filtrado y se le agregan otros dos de ácido sulfúrico; si entonces se
agrega con cuidado un poco de disolución de sulfato ferroso de modo que forme una capa en la
parte superior, no deberá producirse en la superficie de contacto de ambos líquidos la coloración
característica del ácido nítrico (color café). El permanganato potásico químicamente puro no se
usa más que en análisis muy delicados; para ensayar su pureza, se disuelven 3 gramos en 150
cm3 de agua y se agregan 115 cm3 de alcohol, se calienta hasta que se descolore por completo y
después de filtrar y adicionar unas gotas de ácido acético, se le agrega disolución de cloruro
bárico que no deberá precipitar ni producir enturbiamiento. se reconoce la presencia de cloratos
agregando a la disolución diluida un exceso de sulfato argéntico, se filtra por amianto para
separar un poco de cloruro argéntico que eventualmente se habrá podido precipitar, se acidula el
líquido filtrado con ácido sulfúrico diluido y se reducen los cloratos a cloruros agregando
disolución de sulfato ferroso hasta decoloración del líquido: si existen cloratos, se formará un
nuevo precipitado de cloruro argéntico. En las disoluciones de la sal pura se determina
volumétricamente la riqueza en permanganato por medio de una disolución de sulfato ferroso o
de sulfato ferroso-amónico.
MATERIAS UTILIZADAS EN EL PROCESO
Las substancias que aparecen en el proceso de obtención del permanganato potásico, son
las siguientes:
-DIÓXIDO DE POTASIO Se utiliza para hacer reaccionarlo con KOH y así formar
manganato potásico, que después se convertirá en el producto final del proceso, que es el
permanganato potásico.
-HIDRÓXIDO DE POTASIO Es la segunda materia prima y tiene su función como ya
he mencionado formar el manganato potásico, que es el producto intermedio del proceso.
-OXÍGENO Este se utiliza para hacer posible la reacción entre los dos productos
anteriores. También en vez de oxígeno se puede utilizar aire, pero entonces no daría tan buen
rendimiento como con oxígeno sólo.
-MANGANATO POTÁSICO Es el producto intermedio del proceso, por el cual se ha
de pasar para obtener el producto final, KMnO4.
-AGUA Se utiliza como disolvente para poder disolver las substancias y así tratarlas en
forma de líquido.
-HIDRÓXIDO CÁLCICO Es utilizado para eliminar la posible causticidad que pueda
llevar la disolución de manganato y así conseguir en la electrólisis un mayor rendimiento en la
transformación.
DIÓXIDO DE MANGANESO
El dióxido de manganeso, MnO2, es un sólido negro, con manganeso bivalente, que
oxida al ácido clorhídrico poniendo en libertad el cloro. Se encuentra en la naturaleza formando
el mineral llamado manganesa. Éste es un mineral negruzco, terroso y quebradizo, muy
empleado 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 decolorar
la pasta del vidrio. Cristaliza en el sistema tetragonal. Rara vez se presenta en cristales
prismáticos bien formados, a menudo aparece en masas columnares o fibrosas, recubrimientos,
concreciones y crecimientos dendríticos en las superficies de fractura de las rocas. tiene una
dureza de 6-6,5 y un peso específico de 5,06. Es el mineral más frecuente del manganeso y ha
estado formado en ambientes muy oxidantes. Muchas veces se presenta con otros óxidos y
hidróxidos de manganeso y hierro.
Se emplea como despolarizante en las pilas secas, como colorante en cerámica, para
acelerar el secado de pinturas y barnices y en la fabricación del vidrio para eliminar el color
verde debido a las impurezas.
Los principales yacimientos se encuentran en Rusia, la India, , en Africa del Sur, en
Ghana, en marruecos, en Brasil, en Cuba y en el Zaire. En España se halla en Asturias, Huelva y
Teruel, principalmente.
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 un
líquido oleoso e incoloro, que al calor rojo vivo se volatiliza sin descomponerse, dando vapores
blancos 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 el
agua y en el alcohol con gran desprendimiento de calor, es poco soluble en el éter. las soluciones
de hidróxido de potasio son muy corrosivas, del mismo modo que el compuesto sólido. Se
obtiene principalmente por la electrólisis del KCl.
Densidad de KOH a la temperatura de 15°
¡Error! Marcador
no definido.KOH
por 100
Densidad
1 1,00834
10 1,09183
20 1,18839
30 1,29016
40 1,39906
50 1,51430
OXÍGENO
Metaloide cuyo símbolo químico es O y cuyo peso atómico 15,9994. El oxígeno
molecular es O2 y en el ozono está como O3.
El oxígeno a temperatura ordinaria es una gas incoloro, inodoro, no combustible pero
aguanta 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°) se
puede convertir en un líquido fácilmente movible, transparente, de color azul claro. Empieza la
liquidación del oxígeno a -132,8° a la presión de 22,5 atmósferas y solidificable a -218°C. La
densidad del oxígeno líquido a -130° es de 0,899 y su punto de ebullición a 760 mm de presión
es -184°. La temperatura crítica del oxígeno es -118,8° y su presión crítica 50,8 atmósferas. Un
litro de oxígeno a 0° y 760 mm pesa 1,42904 gr; 1 gr. de oxígeno gaseoso, en las condiciones
normales, tiene un volumen de 699,8 cm3. El oxígeno es poco soluble en el agua, puesto que
¡E
rr
or
!
M
ar
ca
do
r
no
de
fi
litro de agua a 0° disuelve 41 cm3 = 0,0586 g
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 la
temperatura 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 indirectamente
con el oxígeno todos los elementos. el oxígeno fue descubierto separadamente por el químico
sueco Sceele (1771-72) y por el químico inglés Priestley (1774). Actualmente en la industria se
obtiene el oxígeno principalmente por la destilación del aire líquido y la electrólisis del agua, de
la cual resultan 2 volúmenes de hidrógeno y 1 volumen de oxígeno. Se utiliza para la
manufactura de gas de síntesis para la fabricación de amoníaco, alcohol metílico, acetileno, etc.
También para incrementar la eficacia de los altos hornos, la fundición de cobre, y producción de
acero.
MANGANATO POTÁSICO
El manganato potásico, K2MnO4, forma pequeños cristales rómbicos de color negro
verdoso isomorfos con el sulfato y el cromato potásico; en agua pura se descomponen en
bióxido de manganeso y permanganato, pero en presencia de lejía de potasa se disuelven sin
descomponerse formando un líquido verdoso. En la lejía de potasa concentrada el manganato es
poco soluble. La solución verde acuosa da, al descomponerse, los cambios de color
característicos que condujeron al descubrimiento del permanganato. Por adición de cloruro de
hierro 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 álcali
fundido, se forma a unos 600° el managanito hidratado K2O⋅16MnO2⋅6H2O; entre 700 y 800° se
origina la combinación K2O⋅8MnO2⋅3H2O y entre 800 y 1000° se forma de nuevo el hidrato
K2O⋅16MnO2⋅6H2O, finalmente a la temperatura del rojo anaranjado se forma el compuesto
K2O⋅32MnO2⋅10H2O.
El manganato potásico se usa para obtener oxígeno de un modo continuo, calentándolo
en una corriente de vapor de agua recalentado, lo que da lugar a su descomposición en hidróxido
potásico, 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 manganato
potásico que se emplea de nuevo en la obtención de oxígeno, y así sucesivamente. Si se hace uso
del producto puro se obtiene el 14,5 % de su peso de oxígeno, es decir, que 50 Kg de manganato
producen algo más de 5m3 de oxígeno.
AGUA
El agua pura a la temperatura ordinaria es un líquido inodoro, insípido, transparente y
prácticamente incoloro, pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azulado o
azulverdoso. En condiciones normales de presión (760 mm por Hg), hierve a 100°C y se
solidifica con expansión a los 0°C. La conversión de 1 g de agua a 100° en vapor de agua a la
misma temperatura exige 536 cal, que se convierten en calor latente de vaporización. El calor de
fusión del agua es de 80 cal/g, es decir, 1 g de hielo a 0°C requiere para fundirse un aporte de 80
cal. El agua alcanza su máxima densidad a los 4°; a temperaturas superiores o inferiores
aumenta su volumen. Como el hielo es menos denso que el agua flota sobre ella, hecho muy
importante para la conservación de los seres vivos en lagos, mares, etc., que no serían posible en
absoluto si éstos se solidificaran en toda su profundidad. El peso de 1 cm3 de agua destilada a
4°C es, por definición, igual a 1 gramo.
El agua es un compuesto fuertemente exotérmico, pues su calor de formación es igual a
68320 cal/mol y, en consecuencia, es un compuesto muy estable; a 2500 °C la fracción
descompuesta no pasa de un 2 %. Ligeramente acidulada, con ácido sulfúrico por ejemplo, para
hacerla conductora, se descompone al paso de la corriente eléctrica en dos volúmenes de
hidrógeno por cada uno de oxígeno o una parte en peso del primero por ocho del segundo. El
agua 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. Como
líquido -ríos, lagos y mares-, cubre casi las tres cuartas partes de la superficie terrestre, con un
peso de casi un trillón y medio de toneladas. El agua es absolutamente necesaria para el
sostenimiento de la vida.
HIDRÓXIDO CÁLCICO
Solido cristalino e incoloro, poco soluble en agua, menos en caliente que en frío; pese a
esto, se comporta como una base fuerte. No se le conoce ningún hidrato estable a temperatura
normal. El producto industrial son unos polvos blancos conocidos generalmente como cal
muerta.
El hidróxido de calcio comercial es un producto homogéneo y seco. Se puede obtener
preparando una pasta espesa, la lechada de cal, tratando la calcárea calcinada con agua en
dispositivos 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 de
cal muerta mezclada con arena, o piedra molida a una granulometria equivalente, constituye la
argamasa, utilizada en la construcción o en la fabricación de planchas y otras formas
prefabricadas.
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL
PERMANGANATO POTÁSICO
APÉNDICE
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 de
permanganato se descolora el líquido. Así se le emplea para la determinación cuantitativa del
hierro, cobre, cinc, manganeso, ácido oxálico, crómico y úrico, azúcar, sulfitos, hiposulfitos;
arseniatos y nitritos, ácido sulfhídrico y muchos sulfuros metálicos, iodo, ácido iodhídrico y
ioduros metálicos, para limpiar buretas; para la investigación cualitativa de algunos cuerpos (el
agua 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 de
permanganato, éste se reduce y el iodo separado da color pardo al líquido; la disolución neutra o
alcalina de un bromuro no se altera por adición de permanganato, pero si se le acidula con ácido
nítrico, se pone bromo en libertad; la disolución de un cloruro sea ácida, neutra o alcalina no
experimenta alteración por el permanganato.
Si se hace hervir una disolución acidulada de hiposulfito sódico con un exceso de
disolución valorada de permanganato y se determina este exceso por medio del ácido oxálico, se
verá que para la oxidación de la sal sódica se ha necesitado gastar una cantidad igual de sal
potásica 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; para
el 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 en
substitución del ácido crómico o de la mezcla de ferrocianuro potásico con hidróxido potásico o
sódico empleado como corrosivo; para substituir el ácido nítrico en las pilas eléctricas,en
particular en las de Grove; para purificar el anhídrido carbónico en la fabricación de soda y
aguas minerales artificiales. También se le emplea para la obtención del oxígeno por el
procedimiento de Tessié du Motay, que se basa en la descomposición del permanganato por el
vapor de agua recalentado a 450°. Se le usa en fotografía y para la investigación de los aceites de
distintas procedencias; para la obtención del iodo y para la determinación de las materias
orgánicas en las aguas potables.
Aplicaciones Sanitarias
Se le usa como desinfectante y ya en 1859 dio a conocer Hofmann las cualidades de los
manganatos y permanganatos alcalinos bajo este respecto, lo que dio lugar a su fabricación en
grande escala en Londres por Mr Condy. Su acción desinfectante es debida a su gran poder
oxidante que da lugar a la descomposición rápida de la materia orgánica e impide, por
consiguiente, 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 cede
también oxígeno a muchas substancias minerales y otras que no necesitan ser desinfectadas, de
donde se deduce que en muchos casos es preciso emplearlo en gran exceso, lo que resulta
costoso; cuando se le aplica a la desinfección de las aguas potables hay que agregar a éstas una
proporción tal de permanganato, que le comunique una ligerísima coloración rosada y no hay
inconveniente en que estas aguas se dediquen a la bebida o al aseo. en la mayoría de los casos
basta una disolución de permanganato puro al 1 % (o del 5 al 10 % si es impuro) para la
desinfección de los escupidores y vasijas en los hospitales y salas de operaciones (después de
haber tirado su contenido).
En Inglaterra se fabrican manganatos impuros a los que se agrega agua caliente para
transformarlos en permanganatos y usarlos como desinfectantes. La mas más o menos verde o
rojo obscura, contiene generalmente un exceso de álcali, así como nitrato potásico y sódico,
cloruro y clorato potásico y óxidos de manganeso.
COSTES DE PRODUCCIÓN
Teniendo en cuenta los siguientes datos:
-El coste de fabricación de 1 Kg teniendo en cuenta el precio de las materias primas
resulta 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 Tm
resultaría sobre las 100.000 pesetas.
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
