El proceso en celda de membrana

En una celda de membrana las reacciones electroquímicas son las mismas que en la celda de diafragma. Se utiliza una membrana de intercambio de cationes en lugar del diafragma poroso (vé ase Figura 77.4). Esta membrana previene la migració n de los iones cloruro hacia el cá todo, produciendo así esencialmente hidró xido del 30 al 35 % exento de sal, directamente en la celda. La elimi- nació n de la necesidad de retirar la sal hace que la evaporació n de la solució n alcalina para llegar a la concentració n comercial del 50 % sea má s sencilla, y requiere menos inversiones y energía. En la celda de membrana se utiliza como cá todo níquel, muy caro, debido a la mayor agresividad del á lcali.

El proceso en celda de mercurio

Una celda de mercurio consta realmente de dos celdas electroquímicas.
La reacción en la primera celda en el ánodo es:

La disolució n de sal fluye en un canal de acero inclinado con lados revestidos de caucho (vé ase Figura 77.4). El cá todo de mercurio fluye bajo la disolució n de sal. Los á nodos de titanio revestido está n suspendidos en la sal para la producció n de cloro, que sale de la celda a un sistema de recolecció n y tratamiento. El sodio se electroliza en la celda y deja la primera celda amalgamado con el mercurio. Esta amalgama fluye a una segunda celda electroquímica llamada decomposer, que tiene grafito como cá todo y amalgama como á nodo. La reacció n que en é l se pruduce es:
2 Na • Hg  2 H2O  2 NaOH  2 Hg  H2 
El proceso en celda de mercurio produce NaOH comercial
(50 %) directamente en la celda.

El proceso en celda de diafragma

En la celda de diafragma (vé ase Figura 77.4) se introduce una solució n saturada de sal en un compartimiento que contiene uná nodo de titanio revestido de sales de rutenio u otros metales. Un colector de plá stico recoge el gas cloro hú medo caliente produ- cido en este á nodo. La succió n por un compresor lleva el cloro a un colector para su posterior tratamiento, consistente en enfriado, secado y compresió n. El agua y la sal sin reaccionar percolan a travé s de un separador de diafragma poroso en el comparti- miento del cá todo en el que el agua reacciona en un cá todo de acero y produce hidró xido só dico (sosa cá ustica) e hidró geno. El diafragma mantiene separados el cloro producido en el á nodo del hidró xido só dico y el hidró geno producidos en el cá todo. Si estos productos se combinan, el resultado es hipoclorito só dico (lejía) o clorato só dico. Los productores comerciales de clorato só dico utilizan celdas que no tienen separadores. El diafragma má s habi- tual es un compuesto de amianto y un polímero fluorocarbonado. Las plantas modernas de celdas de diafragma no presentan los problemas de salud y ambientales asociados tradicionalmente al uso de los diafragmas de amianto. Algunas plantas emplean diafragmas sin amianto, comercializados ahora. El proceso en celda de diafragma produce una solució n diluida de hidró xido só dico que contiene sal sin reaccionar. Un proceso de evapora- ció n adicional concentra el hidró xido y elimina la mayor parte de la sal para preparar un hidró xido de calidad comercial.

PRODUCCION DE CLORO Y CAUSTICOS

La electró lisis de sal da lugar a la formació n de cloro y un hidró - xido. El cloruro só dico (NaCl) es la principal sal utilizada; produce sosa cá ustica (NaOH). No obstante, si se utiliza cloruro potá sico (KCl) se obtiene potasa cá ustica (KOH).
2 NaCl  2 H2O  C12  2 NaOH  H2
sal  agua  cloro (gas)  hidró xido  hidró geno (gas)

Actualmente, el proceso en celda de diafragma es el má s utili- zado para la producció n comercial de cloro, seguido del proceso en celda de mercurio y del proceso en celda de membrana. Debido a aspectos econó micos, ambientales y de calidad del producto, los fabricantes prefieren ahora el de membrana para las nuevas instalaciones de producció n.

Trazado de la mina (II)

Las rampas se utilizan normalmente para acceder a vetas de carbó n que se encuentran a demasiada profundidad como para ser explotadas a cielo abierto, pero que está n cerca de la super- ficie. Así, por ejemplo, en las minas de Mpumalanga (Transvaal oriental), Sudá frica, las vetas de carbó n se encuentran a menos de 150 m. En algunas zonas se explotan a cielo abierto y en otras se utiliza la explotació n subterrá nea con rampas para introducir el equipo necesario e instalar las cintas transporta- doras con las que se saca el carbón arrancado fuera de la mina. Las rampas se diferencian de las galerías en que normalmente se excavan en la roca, no en el carbó n (salvo que la inclinación de la veta de carbó n sea constante), y presentan una inclinación constante para facilitar el acceso de vehículos y medios de trans- porte. Una innovació n introducida en el decenio de 1970 ha sido el uso de cintas transportadoras instaladas en rampas para la explotació n de minas profundas, un sistema que presenta ventajas sobre la extracció n tradicional por pozos en té rminos de capacidad y fiabilidad.

Trazado de la mina (I)

La forma má s sencilla de acceder a una veta de carbó n es seguirla desde su afloramiento superficial, té cnica todavía muy utilizada en á reas donde la topografía es inclinada y las vetas de carbó n son relativamente horizontales. Un ejemplo son las minas de los Apalaches en Virginia del Sur (EE.UU.). Realmente, el mé todo no es determinante, lo importante es que se pueda explotar la mina de forma econó mica y con un mínimo esfuerzo de infraes- tructura. Las bocaminas se suelen utilizar tambié n en á reas mineras con escasa tecnología, en las que se amortizan los costes de trazado con el carbó n que se va extrayendo de la bocamina. Otros medios de acceso pueden ser las rampas y los pozos verticales. La elecció n depende normalmente de la profundidad de la veta de carbó n: cuanto má s profunda sea, má s caro resultará perforar una rampa escalonada que permita el funciona- miento de los vehículos o las cintas transportadoras.
La construcció n de un pozo vertical desde la superficie exige mucho tiempo y dinero, e impone el paso de un mayor lapso de tiempo entre el inicio de la construcció n y la primera extracció n de carbó n. Cuando las vetas de carbó n se encuentran a gran profundidad, como suele ocurrir en la mayor parte de los países europeos y China, a menudo hay que construir pozos que atra- viesan capas freá ticas. En tal caso, para evitar que el agua caiga al pozo hay que recurrir a té cnicas especiales como la congela- ció n o cementació n del terreno y, a continuación, recubrir el pozo con anillos de acero u hormigó n armado para su aisla- miento definitivo.

MINAS SUBTERRANEAS

En un principio, la explotació n de las minas de carbón subterráneas se realizaba excavando túneles de acceso, o bocaminas, en las vetas de carbó n a partir de su afloramiento superficial. Si embargo, los problemas derivados de unos medios de transporte inadecuados para llevar el carbó n a la superficie y el riesgo creciente de combustió n de las bolsas de metano por velas y otras llamas abiertas limitaron la profundidad a que podían trabajarse las primeras minas subterrá neas.
El aumento de la demanda de carbó n durante la Revolució n Industrial propició la excavació n de pozos para poder acceder a reservas de carbó n má s profundas. Así, a mediados del siglo XX, la mayor parte de la producció n de carbó n del mundo procedía de minas subterrá neas. Durante los decenios de 1970 y 1980 se produjo un amplio desarrollo de la capacidad de las minas de carbó n a cielo abierto , especialmente en países como Estados Unidos, Sudá frica, Australia e India. En el decenio de 1990, sin embargo, un renovado interé s por las minas subterrá neas hizo que se abrieran algunas nuevas (p. ej., en Queensland, Australia)
a partir de la má xima profundidad anteriormente alcanzada por las minas a cielo abierto . A mediados del decenio de 1990, casi el 45 % del total de carbó n extraído en el mundo procedía de minas subterrá neas. La proporció n actual varía ampliamente, siendo, por ejemplo, del 30 % en Australia e India y del 95 % en China. Por razones econó micas, no se suele explotar en minas subterrá neas el lignito y el carbó n bituminoso.
Una mina subterrá nea de carbó n está formada bá sicamente por tres elementos: á rea de explotació n, acarreo del carbó n a pie de pozo o rampa y transporte del carbó n a la superficie. La explotació n comprende asimismo el trabajo previo necesario para permitir el acceso a futuras á reas de explotació n de la mina, que presenta el má ximo nivel de riesgo personal.