LABORATORIO DE METALURGIA EXTRACTIVA
19 de ABRIL de 2013
Pontificia Universidad Católica del Perú Facultad de Ciencias e Ingeniería Sección de Ingeniería de Minas
Laboratorio de Metalurgia Extractiva Laboratorio 2 ********************************************************************** Procesos de Calcinación *********************************************************************
Nombre: Clider Niño Céspedes
Horario: Martes 16:00 - 18:00
JP: o
Manuel Shishido Sánchez.
o
Jacqueline Chang Estrada.
Código
Nombre
20097188
Clider Niño Céspedes
EPE
IL
DL
Nota final
Pontificia Universidad Católica del Perú | Sección de Ingeniería de Minas 1
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Índice 1. Objetivos …………………………………………………………. ……Pág. 3 2. Abstract …………………………………………………………… …....Pág. 3 3. Metodología de la práctica ………………………………………… …Pág. 3 4. Resultados ……………………………………………………….… ...…Pág. 5 5. Discusión de resultados ………………………………………. ….….Pág. 10 6. Cuestionario……………………………………………………………..Pág. 11 7. Conclusiones …………………………………………………………….Pág. 16 8. Bibliografía ………………………………………………………………Pág. 17
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Procesos de Calcinación 1. Objetivos La presente sesión de laboratorio tuvo la principal finalidad de experimentar con el proceso de calcinación aplicado a la piedra caliza a través de pruebas de calcinación utilizando carbonato de calcio (CaCO 3). Adicionalmente, un objetivo secundario fue analizar el cambio en el pH que genera la adición de los productos calcinados a un recipiente de agua y comparar la calcinación cuando es sometida a un sistema de aislamiento y cuando no.
2. Abstract In this laboratory session we practice the calcinations process through the realization of 3 experiments of it. As a result of that, we used limestone ore, calcium carbonate and magnesium carbonate as reactants, hoping to get different results in each experiment in order to compare la quantities and do a better analysis. It is important to mention that the conditions of each experiment were different, for example, in one of them we isolated the system covering the crucible wit cap for analyzing the differences with the no isolated system. Finally, with the results we have done some calculations and written several conclutions for a better understanding of the process and is so important in the pyrometallurgy.
3. Metodología de la práctica Se utilizaron los elementos: -
Horno tipo mufla (Ver Figura 3.1)
-
Balanza.
-
Crisoles de arcilla. (Ver Figura 3.2)
-
Vasos precipitados.
-
Mineral de piedra caliza.
-
Carbonato de Magnesio (MgCO 3)
-
Carbonato de Calcio (CaCO 3)
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Para el experimento, se procedió de la siguiente manera:
1ero. Acondicionar la mufla a 900°C
Figura 3.1. Horno de mufla.
2do. Identificar y registrar el peso del crisol.
Figura 3.2. Crisol de laboratorio.
3ero. Pesar 2g de mineral de piedra caliza dentro del crisol. Tener en cuenta que para algunos casos se adicionó carbonato de calcio (CaCO 3) y carbonato de magnesio (MgCO 3)
4to. Introducir el crisol al horno por un lapso de 45 minutos. 5to. Retirar el crisol y dejarlo enfriar hasta que sea maniobrable. 6to. Medir el peso del crisol más el mineral.
7to. Diluir el producto calcinado para determinar la variación del pH de la sustancia con respecto al pH del agua sola.
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4. Resultados Datos
Componentes del crisol Mineral de piedra caliza ("Sin tapa") Mineral de piedra caliza ("Con tapa") Carbonato de calcio y magnesio
Pesos antes de la calcinación (g) Crisol vacío Crisol más mineral (Wc) (Wc+m) 20.71
21.97
21.08 23.09 20.62 21.04 Tabla 3.1. Resultados de la calcinación
MMgCO3 = 84.3 g/mol
MCaO = 56 g/mol
MCO2 = 44 g/mol
22.37 20.81
pH de la mezcla Antes de la Después de la adición adición
Recipiente
MCaCO3 = 100 g/mol
Crisol más mineral (Wc+m)
22.81
Mineral de piedra caliza ("Sin tapa") 7.1 Mineral de piedra caliza ("Con tapa") 7.1 Carbonato de calcio magnesio 7.1 Tabla 3.2. Resultados de la medición de pH.
Pesos después de la calcinación (g)
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11.27 7.43 8.54
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Cálculos a) Crisol 1 : Mineral de piedra caliza (“Sin tapa”)
Hallando el número de moles de CaCO 3:
Por tanto el número de moles teórico de CaO que se formará también es 0.021. Hallando la cantidad teórica que se forma de CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
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Cálculos a) Crisol 1 : Mineral de piedra caliza (“Sin tapa”)
Hallando el número de moles de CaCO 3:
Por tanto el número de moles teórico de CaO que se formará también es 0.021. Hallando la cantidad teórica que se forma de CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
b) Crisol 2 : Mineral de caliza (“Con tapa”)
Hallando el número de moles de CaCO 3:
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Por tanto el número de moles teórico de CaO que se formará también es 0.0201. Hallando la cantidad teórica que se forma de CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
c) Crisol 3 : Carbonato de calcio y carbonato de magnesio : Hallando el número de moles de MgCO y CaCO
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Por tanto el número de moles teórico de CaO que se formará también es 0.0201. Hallando la cantidad teórica que se forma de CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
c) Crisol 3 : Carbonato de calcio y carbonato de magnesio : Hallando el número de moles de MgCO 3 y CaCO3:
Por tanto, el reactivo limitante vendría a ser el CaCO 3 y el número de moles de MgO y CaO que se formará será 0.0022
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Hallando la cantidad teórica que se forma de MgO y CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
Pesos (g)
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Hallando la cantidad teórica que se forma de MgO y CaO:
Según los resultados obtenidos que se muestran en la Tabla 3.1:
Calculando el rendimiento:
Componentes del crisol
Pesos (g) CaO (Teórico / MgO (Teórico / Exp) Exp)
Mineral de piedra caliza ("Sin tapa") 1.176 / 1.069 Mineral de piedra caliza ("Con tapa") 1.126 / 0.916 Carbonato de calcio magnesio 0.2119 / 0.2517 Tabla 3.3. Rendimientos de las reacciones
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Rendimiento (%) 90.9 81.35 118.78
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Rendimientos (%)
3
2
1
Rendimientos (%)
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Rendimientos (%)
3
2
Rendimientos (%)
1
0
20
40
60
80
100
120
140
Diagrama 4.1. Rendimientos de las reacciones
12
10
8
pH adespués
6
pH antes 4
2
0 1
2
3
Diagrama 4.2. Variación del pH del agua al adicionar los respectivos productos
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5. Discusión de Resultados a. En función a los resultados obtenidos y a la teoría conocida discuta si la reacción fue completa al 100%. -
Basándonos en los rendimientos obtenidos se puede decir que los dos primeros experimentos no fueron completados al 100%, debido a que los rendimientos obtenidos obtenidos no llegaron a tal valor. Respecto al tercero, se visualiza un error en el experimento pues el rendimiento resultó mayor al 100%.
b. En función del experimento diseñado por Ud. Para determinar si es oxido de calcio el producto obtenido, podría Ud. Determinar el porcentaje de CaO y el porcentaje de carbonato de calcio que no reaccionó. -
Para el primer y segundo experimento la cantidad de CaO que no reaccionó es 9.21% y 18.65%, respectivamente.
c. Si fuera el caso, porque crees usted que no reaccionó todo el carbonato de calcio, si la temperatura era óptima y considerando que el tiempo de resistencia en la mufla fue en exceso suficiente. -
Una razón muy importante que pudo haber sido la razón es la granulometría de la muestra.
d. Existe variación entre las temperaturas de la mufla y la termocupla, si las hubo, cual podría ser la razón -
No se midió la temperatura.
e. De acuerdo a la teoría expuesta, que tipo de cal hemos obtenido, se produjo sinterización de partículas. -
Se produjo cal viva, por las bajas temperaturas (750 a 850°C) utilizada en la producción.
f. Calcule el volumen teórico de CO2 emitido, de acuerdo al porcentaje de rendimiento obtenido. Para el 1er experimento:
Para el 2do experimento:
Para el 3er. experimento
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-
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En lo referente al análisis de la variación del pH, según la Tabla 3.2. a medida que se produzca un proceso de calcinación más eficiente, la basicidad de la cal viva obtenida aumentará. Es por eso que el segundo crisol que estuvo aislado, al no haber realizado el proceso de calcinación al 100%, tiene una variación menor en el pH del agua si se compara con el sistema que no fue aislado. De esto se concluye que mientras se obtenga una mejor calcinación, la cal resultante aumentará con mayor eficacia el pH del agua.
-
Probablemente, el rendimiento hallado en el tercer experimento sea incorrecto pues este es mayor a 100%. Esto pudo haberse debido a errores al momento del pesado de las muestras y/o colocación en el horno de muflas.
-
En el 1er experimento se observó que luego de la calcinación el producto obtenido tenía un color más claro (blanquecino) que el mineral ingresado a la mufla inicialmente. Por otro lado, para el 2do experimento se observó que el producto era un poco más oscuro, esto debido a que se trabajó con un sistema aislado. Y en el 3er experimento, se observó una calcinación más uniforme y completa, puesto que la granulometría del carbonato de calcio y de magnesio era la adecuada para realizar una adecuada calcinación.
6. Cuestionario 1. Si sabemos que por cada 100cc de agua la solubilidad del carbonato de calcio es de 0.0014 g y la del óxido de calcio es de 0.131 g, entonces, diseñe un experimento que le permita comprobar que efectivamente el producto obtenido es óxido de calcio, esto debe incluirlo en el esquema a presentar. Sabemos que la solubilidad del carbonato de calcio es muy pequeña; por lo cual, si queremos determinar si el CaO es realmente ello y no , podríamos llevarlo a solución y determinar cuál es el grado de solubilidad. Si la solubilidad obtenida es alta, entonces si es óxido de calcio.
2. En el proceso de calcinación de la dolomita el cual se lleva a cabo sometiendo este mineral a 1200°C, se produce el desprendimiento del gas anhídrido carbónico (C) y un concentrado de óxido de calcio y magnesio ( Considerando que se tiene 100 kg de este mineral puro el cual Ud. someterá a calcinación, resuelva las siguientes interrogantes: Pontificia Universidad Católica del Perú | Sección de Ingeniería de Minas 11
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Escriba la ecuación química respectiva del proceso pirometalúrgico de calcinación de la dolomita. Determine:
a. La ley de antes de la calcinación y posterior a la calcinación, considere que la eficiencia de la reacción es del 100%. Se tiene:
Ahora: %MgO antes de la calcinación:
Luego tenemos:
% MgO después de la calcinación:
b. El peso de la calcina (producto de la calcinación) obtenida. Con lo calculado en la parte a:
c. El volumen en m3 del liberado a condiciones normales. Ahora tenemos:
Datos necesarios: Pesos Atómicos: Ca = 40, Mg = 24.3, C = 12, O = 16 Cualquier gas ocupa 22.4 L/mol a condiciones normales.
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3. Se tiene una muestra de 2.5 TM de magnesita la cual es sometida a proceso de calcinación. Si la reacción alcanzo un rendimiento de solo el 90% determine:
a. La cantidad de magnesita sin reaccionar Tenemos:
Por lo cual:
Obtenemos:
b. La cantidad de formado
c. Determine el volumen en m3 del liberado a condiciones normales
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4. Investigue que tipos de horno se utilizan para la calcinación de la piedra caliza e incluya una foto o figura del mismo y una breve descripción. - Horno tipo rotatorio: Un Horno de rotación de caliza se utiliza sobre todo para calcinar la escoria de caliza. Puede ser dividido en los hornos de rotación del proceso seco y los hornos de rotación del proceso mojado. En las fábricas de aluminio, él se utiliza principalmente para la escoria de la asación y el hidróxido de aluminio. Cuando está utilizado en industria química, se utiliza principalmente para los minerales del cromo de la asación, y los polvos del cromo, y más. Un horno químico de la metalurgia se utiliza principalmente para la asación magnetizada del mineral de hierro magro, y asación oxidante del mineral y níquel del cromo, etc. En las plantas siderúrgicas. En plantas refractarias, este horno de rotación se utiliza principalmente para diversos materiales refractarios del alto-alúmina de la asación. Se aplica para asar la cal y la dolomía activas que sean de uso general en las fábricas de acero y las fábricas de la ferroaleación.
Figura 6.1. Horno rotativo de caliza -
Horno continuo vertical:
Los hornos son construidos in situ envolviendo (usando hormigón, albañilería o barro) los refractarios interiores. La carga es introducida por la parte superior a través de una boca de carga. Básicamente, el horno consta de: -
Un cuerpo central.
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-
Una chimenea abatible con boca de carga.
-
Una parrilla removible para soporte el de piezas caliza.
-
Una boca de descarga
-
Un hogar para quemar los materiales que calcinarán la carga.
Figura 4.1.Partes del Horno Continuo Vertical
El control de temperatura se realiza mediante equipos pirométricos
con
visualizador digital y termopares incorporados al horno. El número de pirómetros dependerá de la altitud del horno para poder controlar la carga. El calentamiento se realiza en la cámara de combustión, la cual está construida de hormigones refractarios de alta resistencia mecánica para para garantizar prolongada duración. Adicionalmente, cuenta con unas compuertas que permiten controlar la cantidad el flujo de aire para el proceso. Generalmente, la combustión se realiza mediante cualquier combustible como coque, carbón, madera, papeles o restos de embalajes con un consumo de calor aproximado de 1.000 – 1.100 Kcal por kilogramo de piedra caliza.
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-
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Horno de cuba única: Se utiliza especialmente para la fabricación de cal viva con reactividad media y baja.
Figura 6.2. Horno de cuba única
7. Conclusiones -
El oxigeno es un factor importante para la calcinación, la presencia de oxigeno mejora el porcentaje de rendimiento de las reacciones.
-
La calcinación de la calcita y la dolomita nos muestra el proceso para pasar de carbonatos a óxidos, los cuales, buscan formar solucione de iones metálicos para lograr la formación de metales por electroposición.
-
La temperatura de calcinación es un factor influyente en el rendimiento de la obtención de oxido de calcio. A mayor sea esta, el tipo de producto será diferente (Cal viva y cal apagada)
-
Luego de la calcinación, las muestras en solución presentan un pH de carácter más básico al que tenían antes, esto se debe a que se forman óxidos a partir de carbonatos y se libera acido carbónico en la reacción.
-
La granulometría de la muestra a calcinar es un factor a tomar en cuenta en los procesos de calcinación. Mientras la muestra sea más fina, la calcinación se llevará a cabo de manera más eficiente y uniforme.
-
El aislamiento en un sistema de obtención de caliza (Experimento 2) influirá en la obtención final del producto, puesto que la calcinación no puede ser realizada con mayor facilidad en comparación con un sistema no aislado.
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8. Bibliografía
ALFARO, Edmundo 2009
Manual de Metalurgia Extractiva , “PONTIFICIA UNIVERSIDAD
CATÓLICA DEL PERÚ”, Lima-2009
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