Cristalização: Processos, Mecanismos e Aplicações, Slides de Engenharia Química

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CRISTALIZAÇÃO

Um cristal é uma configuração organizada de átomos, ou de moléculas ou de íons dispostos em redes espaciais tridimensionais. A rede é regular, com distâncias e ângulos fixos entre suas partículas. Figura 1: Cristal de NaCl e Cristal de Fe 16 N 2

OPERAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO

Cristalização é a remoção de um soluto de uma

solução saturada, pela formação de um composto sólido

(tipicamente cristalino), através da perda da solubilidade

provocada por um método físico.

EMPREGO DE CRISTALIZAÇÃO

A cristalização atende aos objetivos de separação e de

formação de composto. A formação de compostos mais

apropriados para a obtenção de um metal é um dos principais

objetivos da cristalização.

• Al(OH) 3

→ na metalurgia extrativa do alumínio

• (NH 4

2

BeF

4

→ na metalurgia extrativa do Be a partir de

íons aquosos.

Quando íons de dois ou mais metais estão presentes

numa mesma solução aquosa, mas somente um deles é de

interesse, pode-se buscar a sua separação. A efetivação da

separação, naturalmente, também pode se dar pela

cristalização de uma substância contendo o metal

considerado impureza.

MÉTODOS DE CRISTALIZAÇÃO

• Resfriamento de solução supersaturada :

Ex.: Sal dissolvido em água morna. Quando colocado na

geladeira há a formação de cristais de NaCl.

• Adição de segundo solvente no qual o soluto a ser

cristalizado não é solúvel;

• Redução do volume da solução ;

Ex.: Remover solvente por evaporação.

CRISTALIZAÇÃO

A cristalização pode ser analisada pelo ponto de vista:

• Pureza
• Rendimento
• Requerimento de energia
• Taxas de nucleação e crescimento (Conhecer bem como o cristal passa pelas etapas de formação, ou seja, velocidade de formação e crescimento).

MECANISMO DE CRESCIMENTO

DO CRISTAL

Cluster: Primeiro agregado de moléculas. Quando as

moléculas se agregam na tentativa de formar o sólido; O

cluster solubiliza muito facilmente, então tem que ser

cuidado para que a temperatura, agitação e outras

condições não afetem a agregação das moléculas (ou íons,

ou átomos);

Embrião: Etapa onde o cluster aumenta de tamanho e

forma um agregado de moléculas (ou íons, ou átomos) que

é mais estável. Ainda assim, nessa fase, o embrião é

instável e dependendo das condições no reator pode voltar

a se dissolver na solução.

MECANISMO DE CRESCIMENTO

DO CRISTAL

Núcleo (ou etapa de nucleação): Pequeno cristal com maior estabilidade, ou seja, mais difícil de dissolver e com aparência quase definida do cristal que queremos. Formado o núcleo é só uma questão de tempo para que mais moléculas sejam agregadas e dê forma definitiva ao cristal. Nucleação primária: Formação de agregados de moléculas que podem se manter próximas até a estabilização e crescimento com alcance da estabilidade, caracterizando o que chamamos de núcleo ou semente; Nucleação secundária: Ocorre quando a superfície de pequenos cristais presentes na solução há deposição de soluto gerando um cristal maior.

MECANISMO DE CRESCIMENTO

DO CRISTAL

O crescimento do cristal, nas operações industriais pode ser afetado por diversos fatores que acabam influenciando o hábito do cristal. Hábito cristalino é a aparência típica de um cristal. O Hábito cristalino é fortemente influenciado por: grau de supersaturação (temperatura ou evaporação), intensidade de agitação, densidade de população, dimensões dos cristais vizinhos, pureza da solução

EQUIPAMENTOS DE CRISTALIZAÇÃO

Os reatores empregados na cristalização podem ser visualizados como tanques de dimensões adequadas, com dispositivos que facilitem a troca de calor e a agitação. Retirada de cristais

• Magma: solução com cristais menores. Recircula pelo equipamento.
• Lama: suspensão com cristais maiores que são retirados pelo fundo do equipamento. Retirada de cristais
• Filtração
• Decantação é um método industrial muito interessante.
• Lavagem (passo intermediário – dimensões grandes)

EQUIPAMENTOS DE CRISTALIZAÇÃO

Cristalizador Oslo – Cristalizador Evaporativo

• Projeto o mais velho desenvolvido para a produção de grandes, cristais grosseiros;
• Custo muito mais baixos (cristais grandes);
• Os cristais não estão em contato com dispositivo da agitação ;
• Baixa quantidade de energia exigida;
• Permite ciclos longos da produção entre períodos de lavagem
• Produtos típicos são: (NH 4

2

SO

4 , Na 2

SO

4 , AgNO 3 , mono glutamato de sódio hidratado, mono fosfato do amónio (MAP)

EQUIPAMENTOS DE CRISTALIZAÇÃO

Cristalizador Oslo – Cristalizador Evaporativo

EQUIPAMENTOS DE CRISTALIZAÇÃO

Cristalizador Swenson - Walker

• Desenvolvimento data de 1920 ;
• Opera continuamente;
• A solução quente, concentrada, é introduzida continuamente numa das extremidades do cristalizador e flui lentamente para a outra extremidade enquanto vai sendo resfriada.
• A função do agitador é a de raspar os cristais das paredes frias da unidade e agitar os cristais na solução, de modo que a precipitação ocorre principalmente pelo acúmulo de material sobre os cristais formados anteriormente, em lugar de ser fruto da formação de novos cristais.

EQUIPAMENTOS DE CRISTALIZAÇÃO

• Cristalizador Swenson - Walker