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La cristalización es un método de separación en el que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea, líquida o gaseosa. El sólido formado puede llegar a ser muy puro, por lo que la cristalización también se emplea a nivel industrial como proceso de purificación. La cristalización de sal, o tratamiento de salmueras, es un proceso muy habitual en procesos industriales que generan aguas residuales.
Para que la cristalización se pueda llevar a cabo es condición indispensable que la solución se encuentre sobresaturada. Los procesos de cristalización difieren unos de otros en el método mediante el cual se consigue la sobresaturación. En general, se puede conseguir de tres modos diferentes:
Sobresaturación producida por enfriamiento de la solución con evaporación despreciable.
Sobresaturación producida por evaporación del disolvente con poco enfriamiento.
Evaporación por combinación de enfriamiento y evaporación en evaporadores adiabáticos (cristalizadores al vacío).
Cabe tener presente que para utilizar los cristalizadores en los que la sobresaturación se logra mediante enfriamiento, los solutos deben tener una curva de solubilidad que disminuya significativamente con la temperatura. En aquellos casos en que la solubilidad no depende prácticamente de la temperatura, la sobresaturación se consigue evaporando el disolvente. Y cuando se utiliza la combinación de enfriamiento y evaporación, una solución se somete a condiciones de vacío para que el disolvente se evapore de manera repentina y la solución se enfríe adiabáticamente.
Este último método es el más utilizado a nivel industrial para provocar la sobresaturación. A la práctica, existe una amplia variedad de cristalizadores industriales, cada uno diseñado específicamente para conseguir de forma óptima la sobresaturación de la solución, en función de las características y propiedades de ésta.
El proceso de cristalización no es sencillo y la etapa más importante consiste en la formación de cristales sólidos en el seno de la solución líquida. La solución se concentra y se enfría hasta que la concentración del soluto es superior a la solubilidad a dicha temperatura y el soluto forma cristales casi puros.
La velocidad de crecimiento de un cristal se conoce como velocidad de cristalización. El crecimiento ocurre primero con la formación del núcleo y luego su crecimiento se va produciendo de forma gradual. Cuando la concentración es superior a la sobresaturación, la nucleación –formación de núcleos– se produce de forma natural, espontánea y rápida. La velocidad de cristalización se puede expresar mediante la siguiente ecuación empírica:
formula velocidad de cristalización
Dónde:
B: velocidad de nucleación (núcleos formados por unidad de tiempo y de volumen de solvente)
N: número de núcleos formados por unidad de volumen de solvente
t: tiempo
k, i: parámetros empíricos
(C-C*): sobresaturación
C: concentración del soluto en la solución
C*: concentración de saturación del soluto
De la ecuación se deduce que la velocidad de nucleación es función directa de la sobresaturación. Se ha comprobado que cuando la sobresaturación es elevada, la velocidad de nucleación –y también la velocidad de crecimiento del cristal– también son elevadas, dando lugar a cristales pequeños, imperfectos y con impurezas. Y al revés, cuando la sobresaturación es baja, la velocidad de formación es pequeña, el crecimiento de los cristales es regular y se obtienen cristales de gran tamaño y de elevada pureza.
Por lo tanto, la salmuera es sal en estado puro
La salmuera no es sal pura, es una disolución de sal en agua, aunque de concentración casi doble que el agua de mar.
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