Modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases em sistemas aquosos visando a recuperação dos íons cloreto e potássio de salmouras naturais

Ruberlan Gomes da Silva

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9X5H3V

Type:	Dissertação de Mestrado
Title:	Modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases em sistemas aquosos visando a recuperação dos íons cloreto e potássio de salmouras naturais
Authors:	Ruberlan Gomes da Silva
First Advisor:	Eder Domingos de Oliveira
Abstract:	Os fertilizantes químicos, tais como, cloreto de potássio (KCl), sulfato de potássio (K2SO4), fosfato monoamônio (MAP ou NH4H2PO4), fosfato diâmonio (DAP ou (NH4)2HPO4) e nitrato de amônio (NH4NO3), além dos produtos químicos, soda cáustica (NaOH) e carbonato de sódio (Na2CO3), são produzidos a partir de soluções eletrolíticas ou salmouras contendo altas concentrações de sais dissolvidos. Alguns dos produtos mencionados são obtidos por cristalização fracionada, processo onde os sais são separados como fases sólidas com alta pureza (>90%) a partir da evaporação do solvente presente nas soluções eletrolíticas ou salmouras multicomponentes. Devido à grande demanda mundial por esses produtos, há necessidade de que haja um bom conhecimento dos modelos termodinâmicos usados para estimar as composições dos sais e das salmouras obtidas por cristalização fracionada de soluções eletrolíticas ou salmouras multicomponentes. O modelo de Pitzer e Harvie foi usado para determinar as composições dos sais cristalizados após diferentes quantidades de solvente, presentes em uma salmoura multicomponente NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O a 20ºC, serem evaporadas. A temperatura de 20ºC foi usada pelo fato de ser a temperatura média das salmouras multicomponentes processadas nas piscinas de evaporação solar usadas nos depósitos salinos localizados no norte da América do Sul, em especial no Salar de Atacama no Chile. O modelo de Pitzer e Harvie foi validado por meio da comparação com os dados da literatura dos sistemas binários NaCl-H2O, KCl-H2O e MgCl2-H2O e do sistema ternário KCl-MgCl2-H2O a 20ºC, mostrando-se adequado para ser usado para estimativa das solubilidades dos sais nesses sistemas binários e ternário. Os diagramas de fases para soluções com elevada força iônica foram construídos a partir dos dados experimentais de ensaios realizados com polpas sintéticas e salmoura natural, representantes do sistema multicomponente NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O a 20ºC em estudo. Os resultados obtidos nos experimentos realizados com polpas sintéticas e nos ensaios de evaporação forçada da salmoura natural e os valores calculados pelos modelos de Pitzer e Harvie não apresentaram diferenças significativas, indicando que o modelo pode ser usado para estimar as composições químicas dos sais obtidos durante a cristalização fracionada de uma salmoura multicomponente: NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O. O modelo de Pitzer e Harvie é uma importante ferramenta para a determinação do balanço de massa em piscinas de evaporação solar, usadas para recuperação de cloreto de potássio por cristalização fracionada de salmoura contendo vários sais dissolvidos em água, entre eles NaCl, KCl, MgCl2 e CaCl2.
Abstract:	Chemical fertilizers, such as, potassium chloride (KCl), potassium sulphate (K2SO4), monoammonium phosphate (MAP or NH4H2PO4), diammonium phosphate (DAP or (NH4)2HPO4) and ammonium nitrate (NH4NO3), and other chemical products (for instance sodium hydroxide (NaOH) and soda ash (Na2CO3)), are produced from electrolyte solutions or brines with a high content of soluble salts. Some of the products mentioned above are manufactured by fractional crystallization, process where several salts are separated as solid phases with a high degree of purity (>90%) by evaporation of water present in the composition of multicomponent electrolyte solutions or brines. Due to the high world demand for the products, it is necessary to have a good knowledge about the thermodynamic models used to estimate the compositions of salts and brines obtained by fractional crystallization of multicomponent electrolyte solutions or brines. The Pitzer e Harvie´s model was used to calculate the composition of crystallized salts after remove water from multicomponent electrolyte solutions or brines representing the quinary system NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O at 293K. The temperature of 293K represents the medium brine temperature in saline deposits located in South America, especially in Salar de Atacama in Chile. Initially, the mineral solubilities of binary systems (NaCl-H2O, KCl-H2O and MgCl2- H2O) and ternary system (KCl-MgCl2-H2O) were calculated at 293K and compared with literature data. The results show that Pitzer and Harvie´s model represents well the binary and ternary systems. The phase diagrams of solutions with high ionic strength were also plotted against the experimental data from tests with synthetic pulps and a natural brine representative of quinary system NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O at 293K. The tests with synthetic and natural brines, containing the salts NaCl, KCl, MgCl2 and CaCl2, were performed and compared to the model. The results show that the Pitzer e Harvie´s model can be used to estimate the chemical composition of the salts produced during fractional crystallization of solutions containing NaCl, KCl, MgCl2 and CaCl2. The model can be used to do a material balance in the solar pond with the objective to recover potassium chloride by fractional crystallization of a natural brine containing several salts dissolved, for instance, NaCl, KCl, MgCl2 and CaCl2.
Subject:	Cristalização Cloreto de potássio Engenharia quimica
language:	Português
Publisher:	Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials:	UFMG
Rights:	Acesso Aberto
URI:	http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9X5H3V
Issue Date:	29-Aug-2014
Appears in Collections:	Dissertações de Mestrado

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