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La Industria Química
La Industria Química
• Concepto y Clasificación
Las industrias químicas fabrican una gama extraordinariamente amplia de sustancias, que van desde productos petroquímicos básicos como el etileno o el propileno, hasta complejos y delicados como los fármacos. Dentro de esta gran variedad se cuentan álcalis y ácidos, gases para usos industriales, así como fertilizantes, caucho sintético, pigmentos, etc.
La mayoría de los productos químicos son de uso industrial y participan principalmente como materias primas o reactivos en otros procesos industriales.
Las industrias químicas pueden dividirse en industrias químicas de base, que son aquellas que utilizan materias primas tomadas directamente desde la naturaleza, e industrias químicas de transformación que son aquellas que elaboran sustancias para consumo directo habitualmente a partir de los productos de las industrias químicas de base.
• Industrias químicas de base
Los diez principales productos químicos elaborados por las industrias químicas de base y los usos finales que estos tienen, nos permiten tener una visión algo más clara respecto a la importancia de la industria química en el mundo.
• Procesamiento
La gran mayoría de los productos químicos son obtenidos en la industria siguiendo una secuencia de procedimientos físicos y químicos comunes, a los que se someten las diversas materias primas. Esta secuencia considera:
Tratamientos físicos iniciales: Permiten preparar las materias primas y consisten en trituración, molienda, calentamiento.
Tratamientos químicos: Generalmente específicos para cada proceso industrial, tienen lugar en un reactor y permiten la transformación química de las materias primas en productos. Estos pueden ser tratamientos térmicos, calcinaciones, electrólisis, reacciones orgánicas de alquilación o nitración, procesos de polimerización, entre otros.
Tratamientos físicos finales: consideran pasos de purificación y separación de productos. Por lo general, involucran procedimientos de destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.
• La industria del vidrio
El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación. El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas, mientras que en frío, puede ser tallado.
El vidrio común, utilizado en ventanales, vasos y botellas, es una mezcla de óxido de calcio, óxido de sodio y óxido de silicio. Los dos primeros se obtienen a partir de sus carbonatos que se descomponen a altas temperaturas para dar como resultado los óxidos que, al fundirse junto al óxido de silicio, constituyen el vidrio:
• Tipos de vidrio
Dependiendo de los componentes que se agreguen a la mezcla inicial de sílice y carbonato, se pueden obtener diferentes tipos de vidrio.
El vidrio fino, empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal, es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería.
Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.• Propiedades físicas de los vidrios
Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan temperaturas sobre los 1.500 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 en el caso de los vidrios templados. La densidad relativa va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho, aun cuando, en general, el vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad.
• La industria del cemento
Preparación del Cemento:
• La industria del papel
El papel ha sido y es un producto directamente relacionado con el desarrollo de la cultura; en efecto, antes del desarrollo de la informática era el único soporte para almacenar y distribuir información en forma escrita.
Su estructura base está conformada por las fibras de celulosa obtenidas de la madera, que constituye la materia prima de la industria del papel. Actualmente, una parte de la celulosa proviene de papel y cartón reciclados, lo que implica una reducción en los requerimientos energéticos y un menor uso de recursos forestales.
• Fabricación del papel
El proceso de fabricación se inicia con la fragmentación de la madera hasta transformarla en pequeñas astillas, lo que facilita la acción de los químicos.
La segunda etapa es la preparación de la pulpa de madera; este proceso se realiza mediante la digestión química en caliente de las astillas de madera, obteniéndose como producto una pasta blanda y algodonosa.
La tercera etapa involucra el tratamiento de la pulpa. Durante esta fase, la pulpa es lavada, batida, y sus fibras son separadas, cortadas y peinadas. A esta altura del proceso, es posible agregar diversos componentes: aprestos, pigmentos, colorantes y otras fibras vegetales, como el algodón, por ejemplo.
La cuarta y última fase corresponde al prensado. Durante este proceso se remueve el agua y se forman las láminas de papel al comprimir la pulpa entre enormes rodillos. El papel, así producido, es enrollado en grandes bobinas, las que son distribuidas para su posterior dimensionado.
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Procesos Químicos e Industriales
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La Industria Química en Chile
La Industria Química en Chile
• La industria minera: la minería metálica
Como vimos en la clase anterior, la industria minera es la actividad productiva más importante del país, con cerca del 45% de las exportaciones.
La industria minera involucra no solo la extracción y refinación del cobre, nuestro mayor producto de exportación, sino también el hierro, el manganeso, la plata, el oro y otros metales; así como de no metales: salitre, yodo y azufre, entre otros.
La mayoría de estos metales y no metales se encuentran en la naturaleza formando compuestos, y su extracción y refinación requiere del exacto conocimiento de las reacciones químicas involucradas en su transformación.
Si se da un vistazo rápido a los minerales más frecuentemente explotados en nuestro país, el cobre se presenta generalmente como Cu +2 , aun cuando puede en ocasiones presentarse con estado de oxidación +1. El hierro, por su parte, se encuentra formando óxidos con valencia tanto 2 como 3. La plata, aun cuando se le puede encontrar en estado nativo como plata metálica, en muchas ocasiones se encuentra oxidada como plata +1. La reducción del mineral puede realizarse por métodos electrolíticos, cuando se trata de metales muy electropositivos como el cobre, o mediante reacciones químicas a altas temperaturas, como en el caso del hierro.
• La industria del hierro
• Descripción del proceso
• La industria minera: la minería no metálica
• La industria del salitre
Aun cuando la producción de salitre ha disminuido significativamente desde su apogeo a fines del siglo XIX, Chile es hoy en día el mayor productor de salitre del mundo con cerca de un millón de toneladas métricas por año. Los yacimientos de salitre más importantes que existen se encuentran en la segunda región del país, en pleno desierto de Atacama.
• Obtención del salitre
Es importante en este punto, integrar algunos conceptos aprendidos en clases anteriores. En la clase 1, cuando nos referimos a la solubilidad, analizamos un gráfico en que aparecen la mayoría de los actores de este proceso. Si se observa este gráfico con detención, se verá que el nitrato de sodio y el de potasio son muy solubles a alta temperatura, mientras que los cloruros son menos solubles y su solubilidad cambia muy poco con la temperatura. Esta es la clave de la obtención del salitre cristalino desde una solución concentrada y caliente de caliche. Mientras que al enfriar la solución, el salitre se vuelve insoluble, cristalizando masivamente, las demás sales se mantienen en solución. Como puede ver, los procesos industriales aplican, a gran escala, métodos basados en las propiedades físicas y químicas de los compuestos.
• La industria de yodo
• La industria del azufre
El azufre fue uno de los componentes fundamentales de la pólvora, junto al carbón y el salitre, antes de que se crearan las pólvoras sintéticas derivadas de la nitrocelulosa. Actualmente, se utiliza en la fumigación de frutales, principalmente en los viñedos, en la industria del caucho para su vulcanización, en la síntesis de colorantes y en la industria del papel.
• La industria del ácido sulfúrico
La industria química no está circunscrita solamente a la generación de productos y procesamiento de minerales de uso industrial, sino también tiene una importancia gravitante en nuestro diario vivir. Por poner un ejemplo, si miramos a nuestro alrededor, nos daremos cuenta que los limpiadores que utilizamos, tanto en la cocina como en el baño son, de acuerdo a su posición en la cadena de síntesis, productos químicos finales. La mayoría de ellos contiene amoniaco o cloro, este último normalmente en forma de hipoclorito. Estos compuestos son considerados productos químicos básicos, ya que se obtienen en grandes cantidades, a partir de materias primas básicas y constituyen el punto de partida de muchos otros productos químicos.
Una de las áreas trascendentes de la industria química es la de los polímeros, principalmente aquellos que poseen propiedades de moldeado en caliente, los por todos conocidos como plásticos. Estos productos, derivados de la industria del petróleo, han cambiado nuestro microentorno hogareño al reemplazar sistemáticamente a la madera y el metal en una diversidad de usos. Los estudiaremos en detalle cuando revisemos las propiedades y características de los polímeros sintéticos.
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Impacto de la Industria Química en el Desarrollo del País
Impacto de la Industria Química en el Desarrollo del País
En Chile, son más de cien las industrias químicas, entre pequeñas, medianas y grandes, que ofrecen sus productos tanto al mercado interno como al internacional. Estas empresas generan más de 300 productos diferentes, siendo fuente de empleo para cerca de siete mil personas. La mayoría de ellos cumple funciones altamente especializadas y está sujeto a un constante perfeccionamiento.
Las ventas del sector se estiman en mil millones de dólares, y más del 40% de ellas corresponde a exportaciones. Si se analiza el comportamiento del sector en los últimos 20 años, es evidente un aumento sostenido en la producción, siendo sin duda el rubro alimenticio el de mayor presencia y crecimiento dentro de la industria química de transformación.
Industria química y contaminación ambiental
Lamentablemente, las industrias químicas consumen grandes cantidades de materias primas y reservas energéticas, en ocasiones a tasas verdaderamente alarmantes. Conjuntamente con la conversión de estas materias primas en productos químicos básicos, intermedios o finales, se generan grandes cantidades de desechos tóxicos y residuos contaminantes.
Una planta química puede producir contaminantes de tres tipos básicos:
– Efluentes gaseosos, que contribuyen a agudizar problemas como la lluvia ácida, el smog fotoquímico y el efecto invernadero;
– Vertidos líquidos, que alteran las características de acidez y fuerza iónica de las aguas, así como incorporan tóxicos de efecto agudo o acumulativo; y
– Residuos y desechos sólidos que, además de dañar el ambiente, pueden tener un efecto negativo sobre el turismo y los deportes al aire libre.
Estos conducen a un deterioro de la calidad del aire, a la contaminación de los cursos de agua y la degradación de los suelos, procesos que tienen un fuerte impacto sobre la flora y fauna silvestres, así como sobre la calidad de vida de las personas.
Otro tipo de efecto no deseado sobre los cursos de agua es la alteración de su temperatura. Por ejemplo, las plantas de celulosa que abastecen a la industria del papel utilizan grandes cantidades de agua caliente. Si esta es vertida a los cursos de agua sin ser previamente enfriada puede disminuir considerablemente la concentración de oxígeno del agua, matando a peces y otros organismos.
Una fuente última de contaminación son los propios productos generados por la industria química, o los contenedores y embalajes que los contienen que, una vez utilizados, contribuyen a aumentar la cantidad de basura no biodegradable que generamos.
Las soluciones al problema
En los últimos años, una creciente conciencia social respecto del impacto negativo de la contaminación sobre los ecosistemas y finalmente, sobre la estabilidad y viabilidad del planeta como un todo, ha llevado a replantearse los procesos industriales bajo nuevos criterios, que conjuguen la eficiencia y rentabilidad con el cuidado del medio ambiente.
Estas tecnologías, denominadas “ecológicas” buscan disminuir la cantidad de residuos y en el caso de haberlos, permitir su reutilización en los mismos procesos de síntesis o en la generación de energía. También buscan reutilizar los productos terminales de la síntesis, recuperándolos desde los desechos domésticos e industriales e incorporándolos a la cadena de producción.
Reciclaje de productos químicos
Un ejemplo de estas estrategias es el reciclado del papel. Un trozo de papel requiere 5 o más años para ser degradado y reabsorbido, cuando se le desecha una vez utilizado. Si, por el contrario, se reutiliza, junto con eliminar la contaminación, se economiza energía, ya que es más fácil producir papel a partir de papel que de astillas de madera y por último, pero no menos importante, se evita cortar un cierto número de árboles cada año.
En el caso de los plásticos, la situación es bastante más compleja, ya que son substancias con una mayor resistencia a los efectos medio ambientales y algunos de ellos pueden permanecer en la naturaleza por decenas o cientos de años sin sufrir mayores alteraciones. Su síntesis involucra, en muchos casos, procesos irreversibles, de tal manera que muchos de ellos no pueden ser reutilizados. Además, la gran diversidad de polímeros utilizados hace difícil su recolección y reutilización, ya que no pueden mezclarse. De todas formas, ya existen campañas de recolección de algunos polímeros plásticos, como por ejemplo, el de los envases de bebidas. Estos plásticos reciclados normalmente se utilizan para la fabricación de bolsas de basura o contenedores que no serán usados para mantener alimentos.
Una alternativa al reciclado de los plásticos es la producción de biopolímeros, es decir, plásticos que una vez utilizados y desechados, sean rápidamente degradados por la flora habitual, de manera que su permanencia en el suelo no supere la de una cáscara de fruta, que está por debajo de los dos años. Estos biopolímeros podrían ser sintetizados directamente por microorganismos o por plantas que portasen los genes adecuados.
Experimentos en este sentido se llevan a cabo en múltiples laboratorios en el mundo, existiendo ya avances en la producción de polihidroxibutanoato (PHB) en plantas que poseen los genes para su síntesis.
