Industria Del Potasio 101v4p

SULFATO DE POTASIO Antes de 1939, la industria alemana de la potasa era la fuente principal de sulfato de potasio para las industrias estadounidenses de productos químicos y de fertilizantes por la interacción de cloruro de potasio y del ácido sulfúrico como un coproducto de la manufactura de la torta de sal. Con la terminación de las importaciones europeas, la producción de la sal fue comprendida en escala mayor por la American Potas and Chemical Corp., utilizando la interacción de la burkenita (Na2CO3∙Na2SO4) con el cloruro de potasio, seguida a su vez por la recuperación de esta sal, a partir de la langbeinita, por la International Minerals and Chemical Corp. El sulfato de potasio se prefiere para uso agrícola en el cultivo del tabaco del sudeste y en los plantíos de cítricos del sur de California. El fertilizante potásico es comúnmente utilizado para mejorar el rendimiento y la calidad de las plantas creciendo en suelos sin una adecuada oferta de este nutriente esencial. La mayoría de los fertilizantes potásicos provienen de antiguos depósitos de sal localizados alrededor del mundo. La palabra “potasa” es un término general que más frecuentemente se refiere al cloruro de potasio (KCl), pero es también aplicado a todos los demás fertilizantes potásicos, como el sulfato de potasio (K2SO4, comúnmente denominado como sulfato de potasa o SOP). Producción El potasio (K) es un elemento relativamente abundante en la corteza terrestre y la producción de fertilizantes potásicos tiene lugar en todos los continentes habitados. Sin embargo, el K 2SO4 raramente se halla en forma pura en la naturaleza. Por el contrario, está naturalmente mezclado con sales que contienen magnesio (Mg), sodio (Na), y cloro (Cl). Estos minerales requieren de un proceso adicional para separar sus componentes. Históricamente, el K2SO4 era fabricado a través de la reacción de KCl con ácido sulfúrico. Sin embargo, posteriormente se descubrió que una serie de minerales terrestres podían ser manipulados para producir K2SO4 y desde entonces es el método más común de producción. Por ejemplo, minerales naturales que contienen K (como la kainita y schoenita) se extraen y lavan cuidadosamente con soluciones salinas para remover subproductos y producir K2SO4. Un proceso similar se utiliza para extraer K2SO4 del Gran Lago Salado en Utah, y de depósitos minerales subterráneos.

En Nuevo México (EE.UU.), el K2SO4 es separado de los minerales de langbeinita haciéndola reaccionar con una solución de KCl, que remueve los subproductos (como el Mg) y libera el K 2SO4. Técnicas similares de procesamiento son utilizadas en muchas partes del mundo, dependiendo de las materias primas disponibles.

Uso agrícola Las concentraciones de K en el suelo son generalmente demasiado bajas para permitir un saludable crecimiento vegetal. El K es necesario para cumplir con muchas funciones esenciales en las plantas tales como activar reacciones enzimáticas, sintetizar proteínas, formar sacarosa y otros azúcares, y regular el flujo de agua en las células y hojas. El K2SO4 es una excelente fuente para la nutrición de las plantas. La porción potásica del K2SO4 no es diferente a la de otras fuentes de fertilizantes potásicos. Sin embargo también aporta una fuente valiosa de azufre (S), que es a veces deficiente para el crecimiento vegetal. El azufre es requerido para la síntesis de proteínas y el funcionamiento enzimático. Hay ciertos suelos y cultivos donde la aplicación de Cl- debe ser restringida. En estos casos, el K2SO4 es una fuente de K muy aconsejable. El K2SO4 posee solo un tercio de la solubilidad del KCl, por lo que no es comúnmente disuelto para la aplicación a través de agua de riego a menos que haya necesidad de aportar S. Varios tamaños de partículas se encuentran comúnmente disponibles. Las partículas finas (<0.015 mm) son utilizadas para realizar soluciones para riego o aplicaciones foliares ya que se disuelven más rapidamente. Las aplicaciones foliares de K2SO4 son una opción conveniente para aplicaciones adicionales de K y S para las plantas, complementando a los nutrientes tomados desde el suelo. Puede ocurrir daño foliar si la concentración es muy elevada. Prácticas de manejo El K2SO4 es frecuentemente utilizado para cultivos donde el Cl- que posee el KCl no es deseable. El índice salino del K 2SO4 es menor comparado con otras fuentes comunes de K, es decir que

incrementa menos la salinidad total por unidad de K. El valor de salinidad (Conductividad Eléctrica, CE) de una solución de K 2SO4 es menor a un tercio de la CE para concentraciones similares de soluciones de KCl (10 mmol/L). Donde son necesarias altas dosis de K 2SO4, generalmente se recomienda fraccionar la aplicación en dosis múltiples. Esto ayuda a evitar la acumulación de excedentes de K por la planta y también minimiza cualquier daño salino potencial.

BISULFATO DE POTASIO El bisulfato de potasio se prepara fácilmente a partir de K 2SO4, por reacción con ácido sulfúrico. Se trata de un material fuertemente ácido y se emplea como fundente para productos cerámicos. HIDRÓXIDO DE POTASIO El hidróxido de potasio (potasa cáustica) se obtiene por electrólisis del KCl utilizando procedimientos similares a los empleados para el NaOH. Algunas plantas electrolíticas cambian de KOH a NaOH o viceversa según las demandas del mercado. Cinco productores de Estados Unidos fabricaron 357 000 toneladas en 1981. De éstas, 25% se convirtieron en carbonato de potasio, 17% se utilizaron para preparar fertilizantes líquidos, 10% se hicieron reaccionar para formar fosfatos de potasio, y 6% se emplearon para elaborar permanganato de potasio; el resto se utilizó en plaguicidas y en otros productos químicos. Fabricación El hidróxido de potasio, conocido comúnmente como potasa cáustica se produce en los Estados Unidos mediante la electrólisis de la salmuera de cloruro de potasio en celdas electrolíticas. Cuando la salmuera de cloruro de potasio es introducida en la celda electrolítica, el proceso resulta en una solución de hidróxido de potasio y productos conjuntos de cloro e hidrógeno. ERCO Worldwide produce una solución de hidróxido de potasio de gran pureza con un porcentaje de peso de 45-50 en Port Edwards, Wisconsin. Usos Producción de carbonato de potasio

El hidróxido de potasio, o la potasa cáustica, se usa en una variedad de aplicaciones industriales. Los usos principales son en la producción de carbonato de potasio, fosfatos de potasio, fertilizantes líquidos y jabones y detergentes de potasio. El uso singular más importante es en la producción de carbonato de potasio, el cual se usa principalmente en la fabricación de vidrios especiales, incluyendo los tubos de televisión. Otros usos del carbonato de potasio incluyen alimentos, jabones, tintes y pigmentos, compuestos de calderas, baños de galvanoplastia, extracción de dióxido de carbono de las corrientes de gas industrial, agentes deshidratantes, esmaltes de titanio, coloración en cubas e impresión de textiles, polvos para extinguidores de incendios, y el uso como sustancia química intermedia para la producción de varios productos químicos del potasio, incluyendo acetato de potasio, bisulfito, ferrocianuro, fluoruro, silicato y otros. Producción de fosfatos de potasio Los fosfatos, que tienen efectos de tampón, quelantes y de limpieza similares a los fosfatos de sodio, se usan en aplicaciones en donde su excelente solubilidad es valiosa y encuentra su mercado principalmente como elementos constitutivos en detergentes y limpiadores industriales, y en productos químicos para el tratamiento de aguas. Los fosfatos de potasio también se usan en productos de caseína solubilizada y en otras aplicaciones alimenticias, en anticongelantes y en fertilizantes líquidos especializados. Producción de fertilizantes El hidróxido de potasio se usa en la producción de fertilizantes para la agricultura. Estos fertilizantes se pueden usar como fuente de potasio (una de los tres alimentos principales para plantas) para las cosechas que son sensibles a iones de cloruro. Producción de jabones Los jabones de potasio incluyen aquellos hechos de ácido graso de aceite de coco, aceite vegetal, tall-oil, y ácido sulfónico de tolueno. Otros Otros usos finales del hidróxido de potasio incluyen la galvanoplastia, herbicidas, grasa, catalizadores, oxidantes, medicamentos y pilas alcalinas-electrolíticas. El hidróxido de potasio se usa como intermedio director para varios productos químicos del potasio, incluyen cianuro de

potasio, aluminato, formato, fluosilicato, borohidruro, bromato, bromuro, gluconato, laurato, manganato, oleato y titanato. CARBONATO DE POTASIO El carbonato de potasio (cenizas de perla) se obtiene por reacción entre la potasa cáustica y el dióxido de carbono. Es la fuente preferida de potasa para vidrio duro. También se emplea en alfarería, esmaltes y jabones, para procesos de grabado, en el acabado del cuero y como absorbente de gases ácidos (CO2 y H2S).

El proceso empieza con el cloruro de potasio, usado como materia prima (obtenido de mina). A través de una conversión electrolítica de la sal de KCl, se produce hidróxido de potasio (la potasa cáustica, KOH), cloro (Cl 2) e hidrógeno (H2). El hidrógeno es una fuente de combustible mientras el cloro tiene numerosas aplicaciones importantes y variadas. La potasa cáustica líquida y anhídrido carbónico son los únicos materiales crudos requeridos para producir carbonato de potasio.

El carbonato de potasio seco puede disolverse fácilmente en agua para formar una solución líquida. Típicamente se recomienda una solución al 47% (peso). Las reacciones para este proceso son: 2KCl + 2H2O → 2KOH + H2 + Cl2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O BROMURO DE POTASIO El bromuro de potasio es el sedante clásico, pero en la actualidad su uso más importante es en las emulsiones fotográficas y en el fotograbado. Se prepara formando primero bromuro de hierro por la reacción entre el bromo líquido y chatarra de hierro. Luego, éste se hace reaccionar con K2CO3 para formar la sal, que se filtra y se cristaliza. YODURO DE POTASIO El yoduro de potasio se obtiene esencialmente de la misma manera que el KBr, excepto que el yodo se utiliza para disolver el hierro. Es valioso en fotografía, en alimentos para animales y para humanos (en particular para sal yodada) y en preparaciones farmacéuticas. Aplicaciones en la industria KI es un precursor de yoduro de plata, una sustancia química importante en la fotografía de película. KI es un componente en algunos desinfectantes y productos químicos para tratamiento del cabello. KI también se utiliza como un agente de extinción de la fluorescencia en la investigación biomédica, una aplicación que se aprovecha de enfriamiento colisional de sustancias fluorescentes por el ion yoduro. Sin embargo, varios fluoróforos adición de KI en las concentraciones de MMM resulta en aumento de la intensidad de fluorescencia, y actúa como yoduro de fluorescencia potenciador. El yoduro de potasio es un componente en el electrolito de las células solares sensibilizadas con colorante a lo largo de yodo. Yodo de potasio encuentra sus aplicaciones más importantes en la síntesis orgánica principalmente en la preparación de yoduros de arilo en la reacción de Sandmeyer, a partir de aril aminas. Yoduros de arilo son a su vez se utiliza para unir grupos arilo a otros compuestos

orgánicos por sustitución nucleófila, con el ion yoduro como el grupo saliente. NITRATO DE POTASIO El nitrato de potasio, que alguna vez tuvo gran demanda como constituyente de la pólvora, ahora se emplea más como fertilizante, en mezclas pirotécnicas, como medio de transferencia de calor (como mezcla eutéctica con el NaNO 2), para el tratamiento térmico del acero y en alimentos. Originalmente se recuperaba en lugares en que la acción bacteriana sobre desechos humanos y animales lo había formado y la evaporación lo había hecho cristalizar (bodegas parisinas y establos indios), luego se obtuvo del salitre de Chile, que es nitrato de potasio aproximadamente en un 10%. Actualmente se obtiene, por lo general, por la doble descomposición entre NaNO3 y KCl. NaNO3(aq) + KCl(s) → NaCl(s) + KNO3(aq)

ΔH = + 13.2 KJ

Aplicaciones industriales En agricultura, el nitrato de potasio se utiliza como fertilizante soluble y una fuente de nitrógeno nítrico y potasio virtualmente libre de cloruro. Debido a las características específicas y beneficios del producto el mercado objetivo se relaciona con cultivos de alto valor como hortalizas, frutales y flores. Además, los cultivos sensibles al cloruro, como papa, fresa, frijol, col, lechuga, maní, zanahoria, cebolla, zarzamora, tabaco, damasco, toronja y aguacate, mejoraran su calidad mediante el uso de fuentes de potasio libres de cloruro como es el nitrato de potasio. El nitrato de potasio es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones incluyendo manufactura de vidrio, explosivos para minería y obras civiles, tratamiento de metales, fuegos artificiales, y recientemente como una medida para aumentar drásticamente la eficiencia en las plantas de Concentración de Energía Solar (Concentrating Solar Power CSP) como se describe en el párrafo siguiente. El nitrato de potasio, especialmente cuando se combina con nitrato de sodio es un medio vital de almacenaje para acumular energía térmica en las plantas CSP. La energía solar es renovable, una fuente de energía verde y es utilizada cada vez más como una alternativa, ambientalmente amigable de energía para reducir los efectos del calentamiento global.

Las plantas CSP son considerablemente más eficientes que las plantas foto voltaicas y su eficiencia puede incrementarse aún más utilizando “baterías recargables” de sales de nitratos para almacenar el calor generado por el sol. Las plantas CSP utilizan grandes espejos o reflectores para reflejar la luz del sol que calienta directamente o indirectamente una mezcla fundida de nitratos, compuesta de nitrato de potasio y de sodio. Esta mezcla, debido a su alta capacidad de calor latente, es muy eficaz en almacenar la energía térmica hasta por varios días. Esta energía puede ser entregada cuando se requiera, ya sea de forma inmediata o por ejemplo cuando el sol no está brillando. Este nuevo proceso permite a las plantas CSP continuar produciendo electricidad durante más horas al día, mejorando su eficiencia. El uso de energía solar ayuda a reducir el efecto invernadero producido por la emisión de CO2 a la atmósfera proveniente de los motores de combustión. El uso industrial del nitrato para este objetivo tiene el potencial para desempeñar un papel dominante en el crecimiento futuro de la demanda.

Referencias: SQM, 2009. Memoria Anual de SQM 2008. Publicación de Haifa Chemicals sobre el uso de nitrato de potasio para el almacenaje de calor.

TARTRATO ÁCIDO DE POTASIO (Bitartrato) La pulpa, residuo que queda de las frutas después de exprimirlas para obtener jugo, y los argoles, precipitado que se forma en los toneles de vino, se procesan para la producción de tartrato ácido de potasio. Los argoles crudos se importan también. El lixiviado y la cristalización producen la sal comercial. Como crémor tártaro se emplea en algunos tipos de polvos de hornear, en medicina y como sal de K y Na en cristales para uso electrónico. Aparición El bitartrato de potasio se cristaliza en las barricas de vinos durante la fermentación del jugo de uvas, y pueden precipitarse del vino en las botellas. Esta forma cruda (conocida también como capa de tártaro) es

almacenada y purificada para producir el polvo blanco e inodoro utilizado con gran frecuencia en varias actividades culinarias. Aplicaciones Alimentos En los alimentos, el bitartrato de potasio es utilizado para: 

La estabilización de las claras de huevo, aumentando su tolerancia al calor y volumen;



Prevenir de cristalización a los jarabes de azúcar;



Reducción de la decoloración de verduras hervidas;



Frecuente combinación con bicarbonato de sodio (el cual necesita un ingrediente ácido para activarlo) en las formulaciones de levadura química o polvo de hornear.



Se suele utilizar en combinación con cloruro de potasio en sustitutos de la sal libres de sodio.



Glaseado en las casas de pan de jengibre.

Una sal ácida similar, el pirofosfato ácido de sodio, se puede confundir con la crema de tártaro, debido a su función común en forma depolvo para hornear. Uso doméstico El bitartrato de potasio puede utilizarse con vinagre blanco para hacer un agente de limpieza parecido a una pasta. Esta mezcla a veces es por error hecha con vinagre y bicarbonato de sodio, los cuales de hecho reaccionan para neutralizar entre sí, creando dióxido de carbono y una solución de acetato de sodio. Química El tartrato ácido de potasio, según el NIST, es utilizado como patrón de referencia principal para un tampón químico. Usando un exceso de sal

en agua, una solución saturada es creada con un pH de 3,557 a 25 °C. Tras la disolución en agua, el bitartrato de potasio se separa en tartrato ácido, tartrato, e iones de potasio. Por lo tanto, una solución saturada crea un buffer de pH estándar. Antes de su uso como una norma, se recomienda que la solución deba ser filtrada o decantada entre los 22 °C y 28 °C.

PERMANGANATO DE POTASIO El permanganato de potasio se puede obtener pasando CO 2 a través de una solución de manganato de potasio, que se produce tratando MnO 2 con KOH y O2. Este reactivo de laboratorio favorito es demasiado caro para usarse como agente oxidante comercial y se fabrica sólo en pequeña cantidad. Aplicaciones El permanganato de potasio se utiliza en algunas ocasiones para realizar lavados gástricos en ciertas intoxicaciones ejemplo: fósforo blanco ref: Uribe Granja Manuel G., Heredia de C. Elsa. Fósforo, intoxicación por fósforo inorgánico. También en dermatología, por su acción antiséptica, astringente y desodorante en concentración de 1/10.000 ref: Es utilizado como agente oxidante en muchas reacciones químicas en el laboratorio y la industria. Se aprovechan también sus propiedades desinfectantes y en desodorantes. Se utiliza para tratar algunas enfermedades parasitarias de los peces, o en el tratamiento de algunas afecciones de la piel como hongos o dermatosis. Además se puede istrar como remedio de algunas intoxicaciones con venenos oxidables como el fósforo elemental o mordeduras de serpientes. Una aplicación habitual se encuentra en el tratamiento del agua potable. En África, mucha gente lo usa para remojar vegetales con el fin de neutralizar cualquier bacteria que esté presente. Puede ser usado como reactivo en la síntesis de muchos compuestos químicos. Por ejemplo, una solución diluida de permanganato puede convertir un alqueno en un diol y en condiciones drásticas bajo ruptura del enlace carbono-carbono en ácidos. Esta

reacción se aprovecha en la síntesis del ácido adípico a partir de ciclohexeno. El poder oxidante del ion permanganato se incrementa también en disolución orgánica utilizando condiciones de transferencia de fase con eter de corona para solubilizar el potasio en este medio. Una reacción más clásica es la oxidación de un grupo metilo unido a un anillo aromático en un grupo carboxilo. Esta reacción requiere condiciones básicas. En química analítica, una solucion acuosa estandarizada se utiliza con frecuencia como titulante oxidante en titulaciones redox debido a su intenso color violeta. El permanganato violeta se reduce al cation Mn +2, incoloro, en soluciones ácidas. En soluciones neutras, el permanganato sólo se reduce a MnO2, un precipitado marrón en el cual el manganeso tiene su estado de oxidación +4. En soluciones alcalinas, se reduce a su estado +7, dando KMnO4. Soluciones diluidas se utilizan como enjuague desinfectante para las manos (alrededor del 1.8 %).

bucal

(0,15 %),

Se utiliza como reactivo para determinar el número Capa de la pulpa de madera. Historicamente el permanganato de potasio formaba parte de los polvos usados como flash en fotografía o para iniciar la reacción de termita. También se ha descrito su uso en el camuflaje de los caballos blancos durante la segunda guerra mundial debido a la formación de MnO2 marrón. 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 5 H2O2 ==> K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O +5O2

DICROMATO DE POTASIO El dicromato de potasio (bicromato) es otro agente oxidante caro con algunos usos industriales especializados, que en general pueden ser

cubiertos por la sal de sodio, menos cara. Se fabrica tostando potasa caústica, cal viva y mineral de cromo y hierro. 4Fe(CrO2)2 + 8K2CO3 + 7O2

→ 8K2Cr2O7 + 2Fe2O3 + 8CO2

La cal viva sirve solamente para que la fusión se mantenga porosa y que el aire pueda entrar y reaccionar. También puede hacerse por reacción entre el dicromato de sodio y el KCl. Aplicaciones El dicromato de potasio se utiliza en la galvanotécnica para cromar otros metales, en la fabricación del cuero, en la fabricación de pigmentos, como reactivo en la industria química, para recubrimientos anticorrosivos del cinc y del magnesio y en algunos preparados de protección de madera. También está presente en los antiguos tubos de alcotest donde oxida el etanol del aire expirado al aldehído. En química analítica se utiliza para determinar la demanda química de oxígeno (DQO) en muestras de agua. Históricamente importante es la reacción del dicromato potásico con anilina impura que utilizó W.H.Perkin en la síntesis de la mauveina, el primer colorante artificial. Esta reacción era una de las primeras síntesis orgánicas industriales.