Materiales y Procesos Productivos en la Industria Química

Materiales y Procesos Productivos

Definición de Materiales

Material: Sustancia utilizada para crear objetos. Se clasifican en:

Origen animal
Origen vegetal
Origen mineral

Materiales sintéticos: Creados por el ser humano.

Materia prima: Sustancia o mezcla usada en la elaboración de un producto.

Objetivo: Fabricar productos de bajo costo, buena calidad y menor daño al ambiente.

Materias Primas

De base:

Orgánica: Petroquímica, carbón, celulosa, metanol.
Inorgánica: Metalurgia, ácido sulfúrico, amoniaco de azufre.

De transformación: Fertilizantes, plaguicidas, detergentes, jabones, perfumería, cosméticos, plásticos, fibras sintéticas, pintura, colorantes, adhesivos, explosivos, vidrio, cemento y papel.

Etapas de los Procesos Productivos

Tratamiento físico inicial: Acondicionamiento de las materias primas para un proceso químico (trituración, molienda, calentamiento y mezcla).
Tratamiento químico: Procesamiento en reactores para crear un producto (calcinación, reacciones orgánicas de polimerización).
Tratamiento físico final: Purificación y separación de productos obtenidos (extracción, cristalización, sedimentación y filtración).

Clasificación de Productos Químicos

Básicos: Procesos sencillos en grandes cantidades, a partir de materias primas.
Intermedios: Obtenidos del básico, sin consumo directo, se emplean para la fabricación de productos finales.
Finales: Características químicas y físicas específicas, para consumo directo.

Minerales No Metálicos

Recursos Salinos

Salitre (sodio y salitre potásico/nitrato de potasio)
Yodo (yodo y sus sales derivadas: yodatos y yoduros)
Sales de litio (carbonato y cloruro)

Alto Volumen y Bajo Valor

Carbonato de calcio (caliza para cemento y cal)
Yeso (para objetos de yeso y cemento)
Arcillas (comunes y plásticas)
Óxido de hierro (para cementos y pigmentos)

Producción Mediana

Fosfatos (superfosfatos, fosfatos de amonio, rocas fosfóricas y guano)
Diatomita
Recursos silícicos (sílice, cuarzo, arenas silíceas)
Azufre (crudo, sublimado)

Baja Producción Nacional

Carbonato de sodio
Magnesio (dolomita, magnesia, magnesita)
Mica

Industria No Metálica

Extracción de recursos minerales que se transforman en productos aplicables en diversos usos (industriales, agrícolas).

Industria Metálica

Producción de hierro, molibdeno, manganeso, plomo, zinc, plata, oro, cobre.

Ejemplos de Procesos Productivos

Hierro

Presente en minerales como magnetita (Fe₃O₄) y siderita (FeCO₃).

Punto de fusión: 1535 °C
Punto de ebullición: 2750 °C
Densidad: 7,86 g/cm³
Masa atómica: 55,847 g/mol
Yacimientos: II y IV región de Chile

Proceso: Materia prima (mena, carbón de coque, piedra caliza) se carga en la parte superior de un horno con aire caliente en su interior. Las reacciones producen gases, el hierro se reduce (no se oxida) y se forman escorias.

Acero

Proviene del hierro, con mayor dureza y resistencia. Contiene 0.2-1.5% de carbono y otros elementos. Los productos siderúrgicos con 3.5% de carbono son frágiles y quebradizos. Para mejorarlos, se modifican sus propiedades mediante arribo (por oxidación), obteniendo fundiciones de hierro dulce y acero.

El hierro dulce o forjado (hierro casi puro, con bajo carbono) se obtiene mediante una oxidación más profunda que el arribo.

Salitre

Constitución principal: nitrato de sodio (NaNO₃). Se utiliza como fertilizante, en explosivos, tinturas y en la industria farmacéutica.

Se extrae del mineral «caliche» o salitre natural (KNO₃), formado por sales como cloruros, sulfatos y nitratos.

Proceso de obtención: Molienda del caliche, lixiviación en agua caliente, cristalización por evaporación y enfriamiento, separando la disolución. Se obtiene yodo, sal común, sulfato de sodio y nitrato de potasio.

Salitre Sintético

Se obtiene mediante un proceso químico complejo (reacciones ácido-base y óxido-reducción). Síntesis de amoniaco (NH₃), oxidado para producir nitrógeno, que se combina con agua formando ácido nítrico (HNO₃). Este reacciona con hidróxido de sodio (NaOH) para obtener nitrato de sodio o salitre artificial (NaNO₃).

Cemento

Se combina caliza (CaCO₃) con arcilla, sílice (SiO₂), óxido de hierro (Fe₂O₃) y de aluminio (Al₂O₃). Las rocas se trituran, se calcinan y se hornean, produciendo un polvo fino llamado clinker. La formación del clinker es exotérmica, mientras que la deshidratación y calcinación son endotérmicas.

Para que sea estable y resistente, se añade agua para formar hidróxido de calcio y silicato de calcio hidratado. El producto final endurece al contacto con el aire, formando una masa sólida y resistente con volumen inalterado. Contiene agua y aire. Mezclado con piedras pequeñas, crea hormigón.

Ácido Sulfúrico

Inorgánico con mayor demanda por su bajo costo de producción. Se utiliza en la elaboración de fertilizantes, refinación de petróleo y metalurgia del cobre, hierro y manganeso.