Download Aspectos económicos de la industria química inorgánica

Química de los Procesos Industriales
Química de los
Procesos Industriales
2006
Aspectos
económicos
de la
industria química
inorgánica
Aspectos económicos...
1
„
“La Química ha sido siempre, y todavía es,
un tema práctico. Si los productos químicos
no fueran necesarios, ni utilizados en
grandes cantidades, no habría industria
química, ni estudiantes de química, ni
profesores de química, y no habría
necesidad de textos de química.”
) J.
D. Lee, en el Prefacio de su libro de texto
“Concise Inorganic Chemistry” (1996)
Aspectos económicos...
2
La producción de
sustancias químicas
„
Criterios de clasificación:
Precio
Volumen
‹ Diferenciación
‹
‹
„
Clasificación de las sustancias:
“Commodities”
“seudo-Commodities”
‹ Especialidades
‹ Productos de Química Fina
‹
‹
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
3
1
Química de los Procesos Industriales
Índice de diferenciación
„
„
„
„
„
„
„
„
Composición-Función
Precio
Especificaciones
Marcas
Servicio técnico
Concentración del mercado
Volumen del mercado
Competencia
Aspectos económicos...
4
Precio, diferenciación y volumen
Precio
Productos de
Química Fina
Especialidades
Commodities
seudoCommodities
Volumen
0
Índice de diferenciación
100
Aspectos económicos...
5
Volumen de producción
„
Volumen grande:
Productos de bajo
precio, el valor
agregado es menor que
el de las materias
primas utilizadas
‹ Procesos de producción
continuos, en plantas
especializadas
‹ Alto costo de inversión
‹
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
„
Volumen pequeño
Productos de alto
precio, con alto valor
agregado (del orden del
50% sobre el valor de
las materias primas)
‹ Procesos de producción
discontinuos, en plantas
polivalentes
‹ Bajos costos de
inversión
‹
6
2
Química de los Procesos Industriales
Producción industrial de
sustancias inorgánicas
„
„
„
„
Predominio de los productos clasificables como
commodities
Objeto de estudio: ¿qué procesos están
incluidos?
Relación con la industria química orgánica
Importancia relativa en la industria química
Aspectos económicos...
7
Producción mundial de
sustancias inorgánicas
(Mton/año)
Cemento
1396
O2
100
Vidrio
33
Acero
717
CaSO4
88
Na2CO3
32
Carbón
390
N2
60
HNO3
25
NaCl
184
S
57
Sales K
24
H2SO4
145
NaOH
41
Al
24
CaO
128
Cl2
38
Caolín
23
NH3
110
Fosfatos
34
Tiza
14
Aspectos económicos...
8
Algunos productos
inorgánicos (I)
„
>100Mton/año
„
>20Mton/año<100Mton/año
‹ Fe,
NaCl, H2SO4, CaO, NH3, O2
‹ CaSO4,
N2, S, Cl2, NaOH, (NH4)2HPO4, Na2CO3,
HNO3, NH4NO3, Al
„
>10Mton/año<20Mton/año
‹ HCl,
Cu, Sn, MgCO3, CO2, Mn
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
9
3
Química de los Procesos Industriales
Algunos productos
inorgánicos (II)
„
>5Mton/año<10Mton/año
‹ Zn,
„
Pb, CaC2, BaSO4, Na2SO4
>1Mton/año<5Mton/año
‹ TiO2,
Al2(SO4)3, CaF2, Cr, Na2B4O7, HF, P, H2O2,
Si, Na2SO3
Aspectos económicos...
10
De la obtención en el
laboratorio al proceso
industrial
„
„
„
„
„
„
„
„
Reacciones químicas
Procesos continuos
Equipamiento
Materias primas
Productos
Energía
Transporte
Ambiente
Aspectos económicos...
11
Tabla Periódica
H
He
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
La
Ac
Uuu Uub
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
12
4
Química de los Procesos Industriales
Abundancia en la Tierra
C
N
H
-6
Na, K
Rb, Cs
Mn, Cu
Ag, Zn
Sn, Sb
S, Se, F
Cd, Hg
B, Pb
Bi, Cl
Br, I
Li,Be,Ca
Sr,Ba,Fe
Co,Ni,Pt
Au,Mg,Al
Si,P,As,O
Cr,U,W
-4
-2
-1
0
log ABUNDANCIA RELATIVA
1
Aspectos económicos...
13
Abundancia y volatilidad
VOLATILIDAD
600K
1300K
H
C
N
Na, K
Rb, Cs
Mn, Cu
Ag, Zn
Sn, Sb
S, Se, F
Cd, Hg
B, Pb
Bi, Cl
Br, I
Li,Be,Ca
Sr,Ba,Fe
Co,Ni,Pt
Au,Mg,Al
Si,P,As,O
Cr,U,W
log ABUNDANCIA RELATIVA
Aspectos económicos...
14
Estructura de la Tierra
HIDROSFERA(0.024%)
ATMOSFERA(0.00009%)
NUCLEO(31.4%)
3500 Km
CORTEZA
(0.4%)
MANTO(68.2%)
3000 Km
45 Km
COMPOSICIÓN DE LA
MASA TERRESTRE
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
15
5
Química de los Procesos Industriales
Abundancia en la
corteza terrestre
Abundancia
porcentual
(masa)
Se incluyen la
corteza,
hidrosfera y
atmósfera
O
46.4
Ti
0.58
C
Si
27.2
H
0.14
Cl 0.020
0.032
Al
Fe
8.0
5.8
P
Mn
0.12
0.10
Cr 0.020
Zr 0.016
Ca
Mg
5.1
2.8
F
S
Na
K
2.3
1.7
Sr 0.045 Ni 0.008
Ba 0.040 Zn 0.007
0.070 Rb 0.012
0.050 V 0.011
Aspectos económicos...
16
Abundancia en la
corteza terrestre (ppm)
O
1000000
100000
10000
1000
H C
100
10
Li
1
B
0,1
0,01
0,001
He
Si
Al
Na
Mg
P
F
S
K
Fe
Mn
Cl
N
Be
Ca
Ti
Ar
Sc
V Cr
Sr
Ni Zn
Co Cu
Zr
Rb
As Br
Ge
Sn
Cd
Ag Sb
Mo
Se
Ne
Kr
0,0001
Ru Rh
I
Pd Te
Xe
0,00001
NÚMERO ATÓMICO →
Aspectos económicos...
17
Estado natural
„
„
„
„
„
„
Elementos y compuestos
Las similitudes químicas
Los aspectos termodinámicos
La migración de los elementos
Abundancia, dispersión y accesibilidad
La extracción de elementos y compuestos
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
18
6
Química de los Procesos Industriales
Extracción de minerales
(Mton/año)
Carbón
4530 Carbonato de sodio
32
Menas de hierro
959 Minerales de K
25
Cloruro de sodio
184 Pirolusita
23
Roca de fosfato
145 Caolín
23
Piedra caliza
128 Tiza
14
Bauxita
109 Magnesita
11
Yeso
88 Menas de cobre
9
Azufre
54 Bentonita
9
Aspectos económicos...
19
Localización geográfica (I)
Bolivia
Sb
Brasil
Be, Mn, Fe, Nb, Sn, La-Lu, Ta
Canadá
K, Ti, Ni, Cu, Zn, Se, Mo, Ta, U
Chile
Li, Cu, As, Se, Mo, Ba, Re
Jamaica
Al
Méjico
C, Cu, As, Mo, Ag, Pb, Bi
Venezuela
C
Aspectos económicos...
20
Localización geográfica (II)
China
Ba, Sb, La-Lu, W, Hg, Bi
Malasia
Ti, Sn, La-Lu
Marruecos
P, Ba
Noruega
Al, Ti
Sudáfrica
Ti, V, Cr, Mn, Zr, Pt, Pd, Au
Zaire
Co, Cu
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
21
7
Química de los Procesos Industriales
El uso de los elementos
Energía
C, U
Metales y aleaciones
Fe, Al, Si, Cr, Mn, Zn, Ni, Sn
Fertilizantes
K, P, N
Prod. químicos y catalizadores Na, Cl, S, Ba, F, Ar, La-Lu, Pt
Electricidad y electrónica
Cu, Pb, Cd, Hg, Ta, In, Ge
Vidrio, cerámicos, refractarios
C, Mg, Zr, B, Li, Se
Especialidades, pigmentos
Ti, Br, Sb, As, Ag, He, Bi, Os
Aspectos económicos...
22
La utilización de metales
„
Como elementos
‹ Estructurales
‹ Props.
eléctricas
‹ Aleaciones
‹ Recubrimientos
„
Como compuestos
‹ Pinturas
‹ Catalizadores
‹ Productos
químicos
Aspectos económicos...
23
Elementos metálicos
económicamente
importantes
„
„
„
„
„
„
„
„
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
Hierro
Aluminio
Cobre
Cinc
Plomo
Titanio
Manganeso
Magnesio
„
„
„
„
„
„
„
„
Cromo
Cobalto
Níquel
Oro
Plata
Uranio
Vanadio
Molibdeno
24
8
Química de los Procesos Industriales
Los ciclos industriales
de los metales
„
„
„
„
„
Extracción
Procesamiento
Refinado
Utilización
¿Reciclaje?
Aspectos económicos...
25
Estado natural de los
metales
„
Bloque p
‹ Aluminio
(óxido), cinc (sulfuro, óxido), plomo
(sulfuro), mercurio (sulfuro), magnesio
(carbonatos, cloruros)
„
Bloque d
‹ Hierro
(óxido), cobre (óxido, sulfuro), titanio
(óxido), manganeso (óxido), cromo (óxido),
cobalto (sulfuro), níquel (óxido, sulfuro), oro
(elemental), plata (sulfuro, cloruro), vanadio
(óxido), molibdeno (sulfuro)
Aspectos económicos...
26
La extracción
„
„
„
Las fuentes naturales
Disponibilidad
Metalurgia
‹ Pirometalurgia
‹ Hidrometalurgia
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
27
9
Química de los Procesos Industriales
Pirometalurgia
„
„
Altas temperaturas
Procesos típicos:
‹ Tostación
‹ Fundición
‹ Volatilización
„
Es la más usada para los metales de mayor
producción (hierro, cobre, cinc..)
Aspectos económicos...
28
Hidrometalurgia
„
El procedimiento general
‹ Disolución
en agua de los metales o sus
compuestos
‹ Separación del metal
‹ Recuperación del metal
„
Las ventajas
‹ Minerales
complejos y de bajo contenido
metálico
‹ Económicas
‹ Ambientales
Aspectos económicos...
29
Reservas mundiales
Elemento
Al
Factor de
Duración
Reservas
concentración (109kg)
(años)
4
20000
220
Fe
Mn
Cr
Cu
6
350
3000
160
66000
800
400
300
120
100
100
36
Zn
Sn
Pb
600
5000
3000
150
5
71
21
28
20
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
30
10
Química de los Procesos Industriales
Cobre
„
4
Abundancia en corteza:
‹
3,5
3
„
2,5
2
% Cu en
mineral
1,5
„
1
„
0,5
„
0
1900 1930 1960 1990
68ppm
Extracción: menas de
sulfuro de cobre
Procesamiento:
Cu2S → Cu2O → Cu
Refinado electrolítico
Reciclaje:
aproximadamente 1/3 del
utilizado
Aspectos económicos...
31
Usos del cobre
„
Metal:
•
•
•
•
•
„
Conductor eléctrico
Tuberías de conducción
Equipos industriales
Monedas
Aleaciones (bronces, latones, Monel)
Compuestos:
‹ Cu2O,
YBa2Cu3O7, Cu(OH)2, CuCl2,
Cu(NO3)2, CuSO4, Cu(AsO2)2
Aspectos económicos...
32
Plata
„
Plata
Sulfuro (pirometalurgia)
‹ Amalgama
‹ Cianuro
(hidrometalurgia)
‹ Subproducto
(hidrometalurgia)
‹ Reciclaje
(hidrometalurgia)
„
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
Abundancia en corteza:
‹
‹
„
„
0.08ppm
La mayor parte se
obtiene como
subproducto de
explotación de otros
metales (Cu, Pb, Zn,
Au)
Reciclaje:
aproximadamente 50%
del utilizado
33
11
Química de los Procesos Industriales
Oro
„
„
Menas conteniendo
principalmente cuarzo o
pirita (FeS)
Metalurgia:
‹
‹
Molienda
Extracción con cianuro:
Au + CN- + O2 → [Au(CN)2]-
„
Abundancia en corteza:
‹
„
„
„
Cementado (Zn)
‹ Refinado electrolítico
‹
0.004ppm
Menas: se lo encuentra
como oro elemental
Contenido de oro en
menas actualmente
explotadas: 5-15ppm
Por su papel en la
economía mundial, su
precio fluctúa
constantemente
Aspectos económicos...
34
Usos de plata y oro
„
Elemento
‹
Plata
Joyería y platería
Espejos
) Baterías
) Electrónica
)
)
‹
„
Compuestos
‹
)
Oro
Reservas económicas
Joyería
) Electrónica
)
)
Aspectos económicos...
Aspectos económicos...
Plata
‹
AgCl, AgBr, AgI,
Ag2O, AgNO3
Oro
)
H[AuCl4], Au2SnO2
35
12