Estudo da adição de cloreto de cálcio no processo de precipitação de cálcio e magnésio na salmoura bruta

Abstract

Este trabalho visa o estudo da adição de cloreto de cálcio no tratamento da salmoura concentrada, chamada de salmoura bruta, utilizada na eletrólise durante o processo de produção de Cloro e Soda Cáustica, o objetivo da adição é reduzir a dureza total ao final do tratamento primário e com isso diminuir a concentração de íons Ca2+ e Mg2+ que chega à eletrólise, os quais podem danificar a membrana das células eletrolíticas. O tratamento primário foi simulado em bancada e consistiu de três etapas: na primeira etapa fez-se a adição de cloreto de cálcio (CaCl2); na segunda etapa ocorreu a adição de carbonato de sódio (Na2CO3); e, finalmente, na terceira etapa, a adição de hidróxido de sódio (NaOH) para precipitar os íons Ca2+ e Mg2+ na forma de carbonato de cálcio (CaCO3) e hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), respectivamente. A temperatura de trabalho foi de 60 °C e os tempos de reação para cada etapa foram estimados e testados previamente em ensaios de referência, sem adição de CaCl2, os quais foram realizados para simular e ajustar as condições de operação da planta, inclusive com respeito aos teores de Ca+2 e Mg2+ ao final do tratamento primário. Os ensaios de referência apresentaram resultados para a dureza total média igual a 16,55 mgCa.L-1. Este valor médio refere-se às seguintes condições experimentais: tempo de reação da segunda e terceira etapa igual a 1 h, tendo sido utilizado 0,6963 g de Na2CO3 e 0,4096 g de NaOH. Nestas condições, o ensaio reproduziu satisfatoriamente o processo no modo contínuo na planta industrial, cujo valor médio de dureza total foi de 18,07 mgCa.L-1. O planejamento experimental fatorial do tipo 2² avaliou diferentes condições de operação definidas como níveis superior e inferior, e as variáveis estudadas foram o teor de carbonato de sódio e o teor de cloreto de cálcio. Fixando a variável teor de carbonato de sódio no nível superior, na presença de cloreto de cálcio, a redução da dureza na salmoura bruta foi de 89,7 mgCa.L-1 para 6,35 mgCa.L-1. Enquanto que na ausência de cloreto de cálcio, a dureza caiu de 89,7 mgCa.L-1 para 12,78 mgCa.L-1. Os resultados apresentados mostram que a redução da dureza total da salmoura é maior na presença de cloreto de cálcio e que esta redução é dependente do teor de carbonato de sódio adicionado. Portanto, é viável para aplicação no processo industrial desde que sejam respeitadas as condições de adição de carbonato de sódio.

This work aims to study the addition of calcium chloride in the treatment of concentrated brine, called raw brine, used in the electrolysis of the production process of Chlorine and Caustic Soda, the goal of addition is to reduce total hardness at the end of the primary treatment and thus decreasing the concentration of Ca2+ and Mg2+ ions arriving at electrolysis, which can damage the membrane of the electrolytic cells. The primary treatment was simulated on a bench and consisted of three steps: in the first step calcium chloride (CaCl2) was added; in the second step sodium carbonate (Na2CO3) is added; finally, in the third stage, the addition of sodium hydroxide (NaOH) in order to precipitate the Ca2+ and Mg2+ ions, respectively, in the form of calcium carbonate (CaCO3) and magnesium hydroxide (Mg(OH)2). The working temperature was 60 °C and the reaction times for each step were estimated and tested previously in reference tests, without addition of CaCl2, which were performed to simulate and adjust the operating conditions of the plant, including with respect to the levels of Ca2+ and Mg2+ at the end of the primary treatment. The reference tests presented total hardness results of 16.55 mgCa.L-1. This average value refers to the following experimental conditions: reaction time of the second and third steps equal to 1 h, using 0,6963 g of Na2CO3 and 0,4096 g of NaOH. Under these conditions, the test satisfactorily reproduced the process in the continuous mode at the industrial plant, whose average total hardness value was 18.07 mgCa.L-1 at the end of primary treatment. The type 2² experimental factorial design evaluated different operating conditions defined as upper and lower levels and the variables studied were sodium carbonate content and calcium chloride content. Fixing the variable sodium carbonate content in the upper level, in the presence of calcium chloride, the reduction of hardness in raw brine was from 89.7 mgCa.L-1 to 6.35 mgCa.L-1. While in the absence of calcium chloride, the hardness decrease from 89.7 mgCa.L-1 to 12.78 mgCa.L-1. The results presented showed that the reduction of the total hardness of the brine is greater in the presence of calcium chloride and that this reduction is dependent on the added sodium carbonate content. Therefore, it is practicable for application in the industrial process provided that the conditions concerning to addition of sodium carbonate are followed.