Diagrama de pares salinos recíprocos K 2SO4-MgCl2
El diagrama de Pares Salinos Recíprocos está representado por una pirámide de base cuadrada, donde el Agua representa el Ápex de la pirámide, y las dos sales opuestas no contienen un ión común. La mezcla de estas dos sales ocasiona una reacción química entre ellas produciendo otras dos sales diferentes. (Field Frederick, 1946) La Figura 1 muestra un ejemplo del diagrama con los componentes principales K 2Cl2 y Na2SO4 con el agua en la punta de la pirámide
Figura 1. Ejemplo de diagrama de pares sa linos recíprocos Quinario. Quinario. (Field Frederick, 1946)
Se puede señalar que los diagramas de pares salinos recíprocos son una representación de balance de iones, i ones, pudiendo ser las líneas horizontales como el balance de cationes (Mg, Na, K, Li, etc) y las líneas verticales el balance de Aniones (Cl, SO 4, CO3, etc).
La Figura 2 muestra con mejor detalle el diagrama Li 2SO4-MgCl2, donde se muestran las fases estables que pueden formarse, cada diagrama está representado a una temperatura constante, por lo que un incremento de la misma alterará sustancialmente el área de estabilidad de las fases presentes.
Figura 2. Diagrama de Pares Salinos Recíprocos Li 2SO4-MgCl2, Representación del balance de Iones
En el caso de la Salmuera de Coipasa, las sales presentes pueden ser representadas por el Sulfato de Potasio y cloruro de Magnesio (K 2SO4, MgCl2), al reaccionar estas sales con el agua, pueden producir diferentes sales, como Cloruro de Potasio o sulfato de Magnesio (K 2Cl2, MgSO4). K 2SO4+MgCl2 = K 2Cl2+ MgSO4
(1)
La Figura 3 representa el diagrama K 2SO4-MgCl2 en el que se observa que la fase de estabilidad del sulfato de potasio y cloruro de potasio representan una gran porción de la misma, en cambio las fases de sulfato de magnesio y cloruro de magnesio representan una pequeña porción, esto significa que a la mínima cantidad de potasio presente en una salmuera saturada en un equilibrio entre magnesio, sulfatos y cloruros, formará sales dobles de potasio como la Schoenita, Leonita, Kainita y Carnalita.
Figura 3. Diagrama de Pares Salinos Re cíprocos K2SO4-MgCl2 a 25°C
Representación de salmuera y cristales de Coipasa en el diagrama K 2SO4-MgCl2.
El diagrama de pares salinos recíprocos es utilizado tanto para salmuera como para cristales, genera un mejor entendimiento en los procesos de concentración y tiene las siguientes aplicaciones:
Evaporación, rutas de precipitación.
Mezcla de salmueras.
Mezcla de Sales.
Lixiviación con agua.
Definición de procesos y nuevos procesos
La Figura 4 muestra la ruta de precipitación de la salmuera del salar de Coipasa, debido a que la salmuera se encuentra saturada en cloruro de sodio, se asume que este no altera de manera significativa los puntos en el diagrama. Para insertar los datos en el diagrama se debe asumir que el sodio se encuentra como cloruro de sodio y se resta de los cloruros totales
Figura 4. Ruta de precipitación de la salmuera de Coipasa
Según el diagrama, las sales que precipitan son: 1º Schoenita. 2º Epsomita + Schoenita 3º Epsomita + Leonita. 4º Kainta + Hexahedrita 5º Kainita + Kieserita 6º Carnalita+Kieserita 7º Bischofita Como se mencionó, en el diagrama K 2SO4-MgCl2 también se puede graficar las sales asumiendo que el cloruro de sodio no altera substancialmente la estabilidad de los cristales. Para graficar los cristales de Coipasa en el diagrama de pares salinos, se tomarán como referencia los datos de la Tabla 1. Tabla 1. % Concentración de diferentes cristales producidos con la Salmuera de Coipasa
%Concentración de Cristales Coipasa CONCEPTO Li
Mg
K
Na
Ca
SO4
Cl
B
Humedad %
B1
0,02
5,84
3,88
16,7
0,12
31,1
28,6
--
14,51
B2
0,01
5,41
10,5
13,8
0,02
22,7
32,8
--
10,38
B3
0
4,85
5,53
18,2
0,02
27,8
30,8
--
15,09
B4
0,01
5,57
9,91
19,4
0,02
23
30,8
--
11,09
Los datos de la tabla 1 pueden ser graficados con el siguiente método: 1) Convertir los datos a moles, para tal caso debe considerarse que todas las cargas iónicas deben ser iguales, en el caso de tener Magnesio y Potasio se sabe que el magnesio tiene carga de 2+, en cambio el Potasio tiene carga de 1+, entonces deben considerarse el Potasio como 2 moles de Potasio para que las cargas puedan ser igualadas
K 2+.
2) Se realiza el cálculo del balance de Cationes y Aniones, en este caso el Mg y K 2, por otro lado el SO4 y Cl2, el cálculo se basa en encontrar el % de Mg-K 2 y SO4-Cl2.
3) Se grafica en el eje horizontal los datos de los cationes K 2-Mg y en el eje vertical los datos de los aniones SO 4-Cl2. 4) En el caso de contar iones ajenos como Li, Na, Ca, se debe tomar en cuenta que a excepción de las primeras etapas de precipitación de la Salmuera del Salar de Coipasa, el Sodio se encuentra estable como Cloruro de Sodio, en tal caso la cantidad de cloruros debe ser restada con la cantidad de moles de Sodio, en caso que la salmuera o cristal contenga al ión litio, este es estable en mayor proporción como sulfato de litio. En el caso del calcio, ante la presencia de sulfato es estable en la salmuera como sulfato de calcio. Entonces la nueva fórmula sería:
Tabla 2. Datos obtenidos para graficar en el diagrama K2SO4-MgCl2
CRISTAL K2 B1 16,97 B2 37,46 B3 25,97 B4 35,38
K2SO4-MgCl2 Mg SO4 Cl2 83,03 89,05 10,95 62,54 59,15 40,85 74,03 88,14 11,86 64,62 95,09 4,91
La Figura 8 muestra los datos de la tabla 2 graficados en el diagrama K 2SO4-MgCl 2, se observa que el cristal B1 tiende a ir a la zona del sulfato de magnesio, el cristal B4 está más cerca al punto de la schoenita, lo cual nos indica que es un cristal mayoritariamente formada con schoenita con impurezas de sulfato de magnesio. El cristal B3 es un producto obtenido por partes entre el cristal B1 y el Cristal B4. En cambio el cristal B2 se encuentra cercano al punto de la Kainita.
Figura 5. Datos de la Tabla 2 graficados en el diagrama K 2SO4-MgCl2
En la Figura 9 se muestra la ruta de los cristales y su posición en el diagrama, este nos indica que las sales para un procesamiento simple deben encontrarse en la zona de producción de K 2SO4, debido a que estas sales pueden convertirse en mayor proporción a schoenita mediante lixiviación con Agua.
