CRISTALIZACION

Introducción

La cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea (soluto en disolución o en un fundido).

En este capítulo y en los precedentes se han estudiado procesos de separación para sistemas gas-líquido y líquido-líquido. Además, se ha estudiado también el proceso de separación de lixiviación para sistemas sólido-líquido. La cristalización también es un proceso de separación líquido en el que hay transferencia de masa de un soluto de la solución líquida a una fase cristalina sólida pura. Un ejemplo importante es la producción de sacarosa de azúcar de remolacha, donde la sacarosa se cristaliza de una solución acuosa.

Cristalización

La cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea (soluto en disolución o en un fundido).

Destaca sobre otros procesos de separación por su potencial para combinar purificación y producción de partículas en un solo proceso. Comparado con otras operaciones de separación la cristalización en disolución presenta:

Ventajas:

• El factor de separación es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes ocasiones se puede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una única etapa de cristalización, separación y lavado.

• Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto sólido constituido por partículas discretas de tamaño y forma adecuados para ser directamente empaquetado y vendido (el mercado actual reclama productos con propiedades específicas).

• Precisa menos energía para la separación que la destilación u otros métodos empleados habitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.

Desventajas:

• En general, ni se puede purificar más de un componente ni recuperar todo el soluto en una única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres.

• La operación implica el manejo de sólidos, con los inconvenientes tecnológicos que esto conlleva. En la práctica supone una secuencia de procesado de sólidos, que incluye equipos de cristalización junto con otros de separación sólido-líquido y de secado (ver esquema general).

La cristalización es una operación de transferencia de materia que depende de la superficie del cristal. En la figura se muestra la compleja interacción entre la distribución de tamaño (CSD) y los factores que lo originan. Cada factor cinético de cristalización está relacionado con los demás, con la velocidad de crecimiento y con el tiempo de residencia de cada partícula (balance de población). Existe una fuerte relación entre la sobresaturación (fuerza impulsora) y el área superficial de los cristales (relacionada con la CSD). Estas interacciones cristalizador/CSD pueden influir profundamente en la operación en estado estacionario de un cristalizador en continuo.

Solubilidad de equilibrio en la cristalización

El equilibrio en la cristalización se alcanza cuando la solución o licor madre está saturado. Esto se representa mediante unacurva de solubilidad. La solubilidad depende principalmente de la temperatura, mientras que la presión tiene un efecto despreciable sobre ella. Los datos se expresan en forma de curvas en las que se grafica la solubilidad en unidades convenientes en función de la temperatura.

Muchos manuales de química incluyen tablas de solubilidad. En la figura 1 se incluyen la curva de solubilidad de algunas sales típicas. En general, la solubilidad de la mayoría de las sales aumenta ligera o notablemente al aumentar la temperatura.

FIGURA (1)  CURVAS DE SOLUBILIDAD

Tipos de geometrías cristalinas

Un cristal se puede definir como un sólido formado por átomos, iones o moléculas, que guardan una distribución ordenada y repetitiva. Es una de las formas de la materia más altamente organizadas. Los átomos, iones o moléculas están situados en redes tridimensionales o cristalinas. Las distancias interatómicas en un cristal entre estos planos imagina- rios o redes cristalinas, así como los ángulos entre estos planos, se miden por medio de difracción de rayos X.

El modelo o distribución de la red cristalina se repite en todas direcciones.

Los cristales se muestran como poliedros de caras planas y vértices agudos. Los tamaños relativos de las caras y de los bordes de diferentes cristales de un mismo material pueden diferir bastante. Sin embargo, los ángulos entre las caras equivalentes de todos los cristales de un mismo material, son siempre iguales y característicos del mismo. De esta forma, los cristales se clasifican con base en los ángulos interfaciales.

Los Siete Sistemas Cristalinos

Existen siete clases de cristales, dependiendo de la distribución de los ejes a los que se refieren los ángulos:

1. Sistema cúbico. Tres ejes iguales que forman ángulos rectos entre sí.

          

2. Sistema tetragonal. Tres ejes que forman ángulos rectos entre sí, con uno de los ejes más largo que los otros dos.

        

3. Sistema ortorrómbico. Tres ejes a ángulos rectos entre sí, todos de tamaño diferente.

  

4. Sistema hexagonal. Tres ejes iguales en un plano formando ángulos de 60” entre sí y un cuarto eje formando un ángulo recto con este plano y ‘no necesariamente de la misma longitud.

         

5. Sistema monoclínico. Tres ejes desiguales, dos a ángulos rectos en un plano y el tercero formando cierto ángulo con dicho plano.

       

6. Sistema triclínico. Tres ejes desiguales que forman ángulos desiguales entre sí que no son de 60” ni de 90”.

    

7. Sistema trigonal. Tres ejes iguales con la misma inclinación.