Aspectos económicos de la industria química inorgánica

Transcripción

1 Química de los Procesos Industriales 2006 Aspectos económicos... 1 Aspectos económicos de la industria química inorgánica 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... 3 Aspectos económicos... 1

2 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 seudo- Commodities 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 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 Aspectos económicos... 6 Aspectos económicos... 2

3 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 O Vidrio 33 Acero 717 CaSO 4 88 Na 2 CO 3 32 Carbón 390 N 2 60 HNO 3 25 NaCl 184 S 57 Sales K 24 H 2 SO NaOH 41 Al 24 CaO 128 Cl 2 38 Caolín 23 NH Fosfatos 34 Tiza 14 Aspectos económicos... 8 >100Mton/año Algunos productos inorgánicos (I) Fe, NaCl, H 2 SO 4, CaO, NH 3, O 2 >20Mton/año<100Mton/año CaSO 4, N 2, S, Cl 2, NaOH, (NH 4 ) 2 HPO 4, Na 2 CO 3, HNO 3, NH 4 NO 3, Al >10Mton/año<20Mton/año HCl, Cu, Sn, MgCO 3, CO 2, Mn Aspectos económicos... 9 Aspectos económicos... 3

4 Algunos productos inorgánicos (II) >5Mton/año<10Mton/año Zn, Pb, CaC 2, BaSO 4, Na 2 SO 4 >1Mton/año<5Mton/año TiO 2, Al 2 (SO 4 ) 3, CaF 2, Cr, Na 2 B 4 O 7, HF, P, H 2 O 2, Si, Na 2 SO 3 Aspectos económicos De la obtención en el laboratorio al proceso industrial Reacciones químicas Procesos continuos Equipamiento Materias primas Productos Energía Transporte Ambiente Aspectos económicos Tabla Periódica H Li Be Na Mg K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn B C N Al Si P O S F Cl Ar Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uuu Uub He Ne La Ac La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu AmCm Bk Cf Es Fm Md No Lr Aspectos económicos Aspectos económicos... 4

5 Abundancia en la Tierra H C N Cd, Hg B, Pb Bi, Cl Br, I Na, K Rb, Cs Mn, Cu Ag, Zn Sn, Sb S, Se, F Li,Be,Ca Sr,Ba,Fe Co,Ni,Pt Au,Mg,Al Si,P,As,O Cr,U,W log ABUNDANCIA RELATIVA Aspectos económicos Abundancia y volatilidad VOLATILIDAD 600K 1300K H C N Cd, Hg B, Pb Bi, Cl Br, I Na, K Rb, Cs Mn, Cu Ag, Zn Sn, Sb S, Se, F Li,Be,Ca Sr,Ba,Fe Co,Ni,Pt Au,Mg,Al Si,P,As,O Cr,U,W log ABUNDANCIA RELATIVA Aspectos económicos Estructura de la Tierra HIDROSFERA(0.024%) ATMOSFERA( %) CORTEZA (0.4%) NUCLEO(31.4%) MANTO(68.2%) 3500 Km 3000 Km 45 Km COMPOSICIÓN DE LA MASA TERRESTRE Aspectos económicos Aspectos económicos... 5

6 Abundancia porcentual (masa) Se incluyen la corteza, hidrosfera y atmósfera Abundancia en la corteza terrestre O Ti C Si H Cl Al 80. P 012. Cr Fe 58. Mn 010. Zr Ca 51. F Rb Mg 28. S V Na 23. Sr Ni K 17. Ba Zn Aspectos económicos Abundancia en la corteza terrestre (ppm) O Si Al Ca Na Ti Fe Mg K 1000 H F P Mn C Sr Zn 100 S Ni Li Rb Zr Cl V Cr 10 Sc Co Cu N As Br Sn 1 Be Ar Ge I B Mo Cd 0,1 Ag Sb 0,01 Se He Ne Pd 0,001 Te Kr Ru Rh 0,0001 Xe 0,00001 NÚMERO ATÓMICO Aspectos económicos 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... 6

7 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 Localización geográfica (I) Bolivia Brasil Canadá Chile Jamaica Méjico Venezuela Sb Be, Mn, Fe, Nb, Sn, La-Lu, Ta K, Ti, Ni, Cu, Zn, Se, Mo, Ta, U Li, Cu, As, Se, Mo, Ba, Re Al C, Cu, As, Mo, Ag, Pb, Bi C Aspectos económicos Localización geográfica (II) China Malasia Marruecos Noruega Sudáfrica Zaire Ba, Sb, La-Lu, W, Hg, Bi Ti, Sn, La-Lu P, Ba Al, Ti Ti, V, Cr, Mn, Zr, Pt, Pd, Au Co, Cu Aspectos económicos Aspectos económicos... 7

8 El uso de los elementos Energía Metales y aleaciones Fertilizantes Prod. químicos y catalizadores Electricidad y electrónica Vidrio, cerámicos, refractarios Especialidades, pigmentos C, U Fe, Al, Si, Cr, Mn, Zn, Ni, Sn K, P, N Na, Cl, S, Ba, F, Ar, La-Lu, Pt Cu, Pb, Cd, Hg, Ta, In, Ge C, Mg, Zr, B, Li, Se Ti, Br, Sb, As, Ag, He, Bi, Os Aspectos económicos La utilización de metales Como elementos Estructurales Props. eléctricas Aleaciones Recubrimientos Como compuestos Pinturas Catalizadores Productos químicos Aspectos económicos Elementos metálicos económicamente importantes Hierro Aluminio Cobre Cinc Plomo Titanio Manganeso Magnesio Cromo Cobalto Níquel Oro Plata Uranio Vanadio Molibdeno Aspectos económicos Aspectos económicos... 8

9 Los ciclos industriales de los metales Extracción Procesamiento Refinado Utilización Reciclaje? Aspectos económicos 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 La extracción Las fuentes naturales Disponibilidad Metalurgia Pirometalurgia Hidrometalurgia Aspectos económicos Aspectos económicos... 9

10 Pirometalurgia Altas temperaturas Procesos típicos: Tostación Fundición Volatilización Es la más usada para los metales de mayor producción (hierro, cobre, cinc..) Aspectos económicos 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 Elemento Al Fe Mn Cr Cu Zn Sn Pb Reservas mundiales Factor de concentración Reservas (10 9 kg) Aspectos económicos Duración (años) Aspectos económicos... 10

11 Cobre 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, % Cu en mineral Abundancia en corteza: 68ppm Extracción: menas de sulfuro de cobre Procesamiento: Cu 2 S Cu 2 O Cu Refinado electrolítico Reciclaje: aproximadamente 1/3 del utilizado Aspectos económicos Usos del cobre Metal: Conductor eléctrico Tuberías de conducción Equipos industriales Monedas Aleaciones (bronces, latones, Monel) Compuestos: Cu 2 O, YBa 2 Cu 3 O 7, Cu(OH) 2, CuCl 2, Cu(NO 3 ) 2, CuSO 4, Cu(AsO 2 ) 2 Aspectos económicos Plata Plata Sulfuro (pirometalurgia) Amalgama Cianuro (hidrometalurgia) Subproducto (hidrometalurgia) Reciclaje (hidrometalurgia) 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 Aspectos económicos Aspectos económicos... 11

12 Oro Menas conteniendo principalmente cuarzo o pirita (FeS) Metalurgia: Molienda Extracción con cianuro: Au + CN - + O 2 [Au(CN) 2 ] - Cementado (Zn) Refinado electrolítico Abundancia en corteza: 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 Usos de plata y oro Elemento Plata Joyería y platería Espejos Baterías Electrónica Oro Reservas económicas Joyería Electrónica Compuestos Plata Oro AgCl, AgBr, AgI, Ag 2 O, AgNO 3 H[AuCl 4 ], Au 2 SnO 2 Aspectos económicos Aspectos económicos... 12