El cloro se produce a partir de la sal (salmuera) a través de tres tecnologías principales. En Europa, la tecnología de membranas representa ya el 85% [1], seguido del proceso de diafragma (10 %), mientras que el proceso de celda de mercurio se ha eliminado por completo (desde 2020). Otras tecnologías menores representan el 5% restante de la producción de cloro-álcali.

Al producir cloro a través del proceso de electrólisis de membrana, la pureza de la salmuera es muy importante. La presencia de impurezas como el calcio y el magnesio puede acortar el rendimiento y la vida útil de las membranas o puede dañar los electrodos. El bloqueo parcial de la membrana conduce a mayores costos operativos eléctricos y al alto costo asociado con el reemplazo de las membranas.

Esta Nota de aplicación del proceso se enfoca en monitorear las impurezas de calcio y magnesio (conocidas como dureza) en las salmueras utilizadas para la producción de cloro y sosa cáustica durante el proceso de cloro-álcali. Al utilizar el análisis del proceso online, se puede obtener información importante sobre el proceso de eliminación de impurezas de manera oportuna, y se pueden evitar los costosos bloqueos de membrana.

El cloro y la sosa cáustica se utilizan como materia prima en los procesos de producción de varios mercados (por ejemplo, pulpa y papel, petroquímico y farmacéutico). El proceso de cloro-álcali produce cloro y sosa cáustica a través de la electrólisis de soluciones de cloruro de sodio (es decir, salmuera) (reacción 1). Este proceso es responsable del 95% del cloro producido a nivel mundial [2]. Hidrógeno (H₂) es un coproducto del proceso de cloro-álcali y se puede utilizar para producir otros productos químicos (p. ej., HCl, NH₃, h₂O₂, CH₃OH, y más) o incluso como una utilidad para producir vapor y electricidad.

La técnica de electrólisis más comúnmente aplicada en Europa es la tecnica de celulas de membrana (85%) [1]. Todas las plantas nuevas se basan en la electrólisis de salmuera de células de membrana, que no incluye mercurio ni amianto como las otras dos tecnologías principales.

La purificación de salmuera es un paso inevitable para preservar las costosas membranas y prolongar la eficiencia del proceso de electrólisis. El nivel de impurezas, incluido el calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺) (también conocido como dureza) se reduce en dos pasos de tratamiento.

Después del tratamiento primario con hidróxido de sodio y carbonato de sodio, las impurezas precipitadas (CaCO₃, Mg(OH)₂) se filtran o decantan y la salmuera depurada pasa por una unidad de intercambio iónico (tratamiento secundario) antes del proceso de electrólisis (Figura 1). La eficiencia de los tratamientos de sedimentación y resina se puede calcular en base a determinación precisa de la dureza antes y después de que comience el tratamiento secundario. 

Después de que la salmuera pasa por un tratamiento secundario con una resina de intercambio iónico, las concentraciones de impurezas se pueden reducir en un factor de 1000. El control previo de la calidad de la salmuera ayuda a superar problemas costosos, como el bloqueo de las membranas de electrólisis o el apagado debido al agotamiento prematuro de la resina de intercambio iónico. Por lo tanto, la determinación de la dureza en salmuera ultrapura es necesaria para evitar daños aguas abajo en el proceso de electrólisis. Son necesarios procedimientos de remediación muy costosos si las membranas están sucias.

Tradicionalmente, la salmuera se puede analizar mediante titulación de laboratorio (o fotometría). Sin embargo, esta metodología no brinda resultados oportunos y requiere la intervención humana para implementar los resultados de los análisis de laboratorio en el proceso. El análisis de procesos en línea permite el monitoreo constante de la calidad de la salmuera sin largos tiempos de espera en el laboratorio, brindando resultados más precisos y representativos directamente a la sala de control.

La calidad de la salmuera debe monitorearse constantemente para evitar el bloqueo de las membranas de electrólisis o el apagado debido al agotamiento prematuro de la resina de intercambio iónico. Los analizadores de procesos de Metrohm se pueden utilizar en varias etapas del proceso (Figura 2), desde altas concentraciones de dureza en la alimentación hasta concentraciones muy bajas en la salmuera ultrapura.

El control aguas arriba de la calidad de la dureza total antes del tratamiento secundario, el intercambio iónico se mide comúnmente durante una titulación con EDTA, con el punto de inflexión determinado mediante una sonda de inmersión con indicador de color (figura 3). La cantidad traza de dureza presente después del proceso de purificación secundaria se determina comúnmente fotométricamente con un indicador de color (Figura 4). 

Otras aplicaciones están disponibles para la industria cloroalcalina como: acidez, carbonato, hidróxido, sílice, alúmina, amoníaco, yodato, estroncio, bario y cloro. 

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• Entorno de trabajo más seguro y muestreo automatizado
• Aumentar la vida útil de la membrana por un mejor y más rápido control de procesos
• Aumento de la calidad del producto final (NaOH) debido a la supervisión en línea de la eficiencia del intercambiador de iones
• Diagnóstico completamente automatizado – alarmas automáticas para cuando las corrientes de salmuera están fuera de los parámetros de especificación establecidos