Diseño Conceptual y Simulación de Procesos de Cristalización de Perrenato de Potasio

Abstract

El renio es uno de los subproductos importantes en la industria del cobre. Nuestro país posee un 48% de la producción mundial, que se comercializa principalmente en forma de perrenatos, que posteriormente son transformados a renio metálico, o bien utilizados en catálisis. Molibdenos y Metales S.A. es el único productor en Chile de perrenato de amonio (NH4ReO4). El perrenato de potasio (KReO4) aparece como una alternativa comercial a este producto, con una tecnología de síntesis más simple y económica.

Esta memoria de título tiene por objeto plantear un diseño conceptual para la producción de perrenato de potasio, utilizando hidróxido de potasio (KOH) como solvente, e identificar condiciones y parámetros de cristalización. Además, en base a lo anterior, proponer una aplicación industrial viable para la producción de este compuesto, en el hasta ahora limitado mercado de sales de renio en Chile.

La metodología de trabajo empleada contempló por una parte el estudio de los procesos de producción disponibles para KReO4, y de esta forma proponer un diseño conceptual para producir el compuesto a partir de NH4ReO4 y KOH. Paralelo a esto, se realizaron pruebas preliminares y pruebas de solubilidad de KReO4 en función de la concentración de KOH. Con dicha información, se llevaron a cabo experiencias de cristalización con el fin de identificar parámetros cinéticos relevantes, recristalizando una solución de KReO4 12 g/L y empleando una alimentación de 6 cm3/min de KOH 5N, durante un lapso de 20 minutos, tomando muestras de renio disuelto cada 5 minutos para construir la correspondiente curva de cristalización.

En base al tamaño de la industria del renio en Chile se consideró para el diseño conceptual de este estudio una meta de producción anual de 3,75 t de KReO4 grado técnico. Para lo cual se requirió un consumo anual de perrenato de amonio de 4,38 t, 2,28 t de hidróxido de potasio y 80,4 m3 de agua, con un requerimiento energético de 544 kcal/h.

En base a la curva de solubilidad en el equilibrio fue posible determinar las condiciones de operación para llevar a cabo una experiencia de cristalización a escala de laboratorio. Producto de dicha experiencia se ha establecido la generación de KReO4 respecto a KOH adicionado, cuyo valor es de 0,34 g KReO4/[g/L] KOH, y la generación promedio de KReO4 en función del tiempo, 0,57 g KReO4/min.

Las curvas de equilibrio y cristalización obtenidas permiten establecer una ruta de cristalización para KReO4, que en las condiciones de trabajo descritas contempla 8 etapas, alcanzando un rendimiento de cristalización de 81%.

Finalmente, se sugiere un proceso alternativo para la producción de perrenato de amonio, que comprende producción de perrenato de potasio partiendo del agua de procesos proveniente del circuito de lavado y filtrado de gases, con el empleo de cloruro de potasio como agente precipitante. El diseño contempla una etapa de cristalización y posterior filtrado, donde la solución sucia se recicla al circuito de lavado y los sólidos húmedos pasan a una etapa de sedimentación centrífuga, de manera de eliminar impurezas metálicas del producto.