Universidad Católica del Norte Facultad de ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de Ingeniería Metalúrgica
“TOSTACIÓN DE CONCENTRADO DE MOLIBDENITA” Procesos de fusión
Profesora: Cecilia Cerda. Nombre: Juan Rojas C. Fecha: 01 de diciembre de 2010.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica RESUMEN
1. Objetivos: •
Estudiar la cinética de tostación de un concentrado de molibdenita.
2. Introducción: El tritóxido de molibdeno (MoO3) se obtiene a partir de la testación de molibdenita (MoS2). Esta es sometida a un proceso de oxidación donde se obtiene MoO2, luego este compuesto se vuelve a oxidar para formar el MoO3. El tritóxido de molibdeno se utiliza para formar aleaciones con fiero y otros elementos para ser utilizados en la fabricación de piezas de automóviles, aviones y tubos electrónicos. Las reacciones involucradas son: 1. MoS2
+
3 O2
→
MoO2
2. 2MoO2
+
O2
→
2MoO3
+
2SO2
El proceso de tostación de molibdenita ocurre de la siguiente manera:
1. Transferencia de masa desde y hacia el seno del gas del reactante o producto generado en la interfase o volumen de reacción. 2. Reacción química entre el sólido y el gas (o fluido) en la superficie o volumen de reacción. 3. Difusión del (o los) gases reactantes a través de los poros del sólido, hacia la interfase o volumen y/o del o los gases generados en la transformación hacia el exterior del sólido.
Figura Nº1 proceso de tostación de molibdenita. La oxidación de MoS2 comienza en la superficie de la partícula, ésta al reaccionar con el oxigeno se transforma en MoO2 y luego en MoO3. Este mecanismo de oxidación da como resultado la presencia de una capa de óxidos de Mo exterior que en su superficie es MoO3, la cual en forma natural y permanente tiende a crecer, pero que es impedida en ello porque el sulfuro del centro le quita su oxígeno transformándole en MoO2.
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica 3. Procedimiento:
1. Preparación de las muestras:
Se prepararon 6 muestras de 10 g de concentrado de MoS2 en 6 crisoles previamente tarados. Las muestras se dispusieron de tal manera de aprovechar al máximo la superficie de los crisoles. Se colocaron 3 muestras en el horno 1 y las otras 3 muestras en el horno 2, ambos hornos se encontraban a una temperatura de 600a.C.
2. Retiro y pesaje de las muestras:
Las muestras se retiraron de los hornos a los siguientes tiempos:
Muestra # 1 2 3 4 5 6
Tiempo (min) 30 40 50 60 70 80
La operación de retirar las muestras del horno debió hacerse rápidamente para evitar las perdidas de calor desde el horno.
El pesaje de las muestras se realizó en la balanza del laboratorio, sobre ésta pusimos un ladrillo refractario previamente tarado para no estropear el equipo.
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica 4. Resultados: Tabla Nº 1 resultados mas importantes.
Nº Azufre Prueb Tiempo restante(g a (min) ΔW (g) )
0 1 3 4 5 6 •
0 30 50 60 70 80
0 5 4,6 5,3 4,1 4,4
3,15 0,64 0,3 0,17 0,03 0,01
Azufre eliminado(g )
0 2,51 2,85 2,99 3,12 3,14
Observación: La prueba Nº 2 fue descartada, ya que su comportamiento se alejaba de la tendencia del proceso.
5. Conclusión general: La testación de molibdenita es un proceso espontáneo, favorable debido al ΔG de la ración que es muy negativo. Además el trióxido de molibdeno es el compuesto mas estable en la testación de molibdenita, debido a su alta presión de vapor volatiliza fácilmente a las condiciones de tostación, sublimación que a presiones normales comienza aproximadamente a los 600 ºC aproximadamente. La eliminación de S en forma de SO2 se produce por sublimación. La transformación de MoS2 en MoO3 termodinámicamente es muy favorable y las reacciones involucradas son muy exotérmicas. Además la cinética de testación de molibdenita es muy rápida para los primeros 30 minutos, donde se elimina la mayor parte de S, 12,78%.
6. Materiales: 1. Horno mufla y estufa 2. Concentrados de cobre, sílice 3. Pocillos de greda 4. Balanza de presición 5. Tenazas, guantes, mascarillas y antiparras 6. Ladrillos refractarios para manipulación de crisoles 7. Implementos de seguridad
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica
8. Discusiones La eliminación del azufre se produce por la descomposición de la molibdenita (MoS2) en MoO2 y SO2. El azufre se libera en forma de SO2 gaseoso y es directamente proporcional al tiempo durante los primeros 30 minutos. La muestra Nº2 tomada a los 40 minutos se comporta diferente al resto. Como podemos ver en la tabla 1 la eliminación de S es mayor a medida que transcurre el tiempo, sin embargo a los 40 minutos se libera más S que en la muestra Nº1 y menos que la muestra Nº3, esto es: Muestra # 1 2 3
Masa (g) 2,51 2,95 2,85
Tiempo (min) 30 40 50
Esto se vio en la experiencia cuando retiramos esta muestra del horno, su color era amarillo mas intenso que las otras, lo cual nos indicó que había un contenido de S mayor que en las demás pruebas y nos planteó la primera interrogante. El análisis químico indica que el % de S de las muestras #1 y #3 es de 3,56 %, y el de la muestra #2 es 5,56. El concentrado de molibdenita utilizado en la experiencia presentaba impurezas que correspondían al 10,7% y lo más probable es que tuvieran Cu, Pb, Re, Al, As, etc. Sin embargo la bibliografía y estudios realizados indican que la presencia de estas especies contaminantes no afectan al proceso, ya que al hacer estudios de SEM análisis químicos no ve la presencia de compuestos intermedios.
9. Conclusiones La testación de molibdenita es un proceso que no es tan costoso comparado con otros proceso piro metalúrgicos, ya que se lleva a cabo a temperaturas que no sobrepasan los 600- 640 ºC que es la temperatura limite del tritóxido de molibdeno, sobre esta temperatura se produce la sublimación de este compuesto. Este proceso depende mucho del contacto que se produce entre las partículas de solidó y el gas al interior del horno y de la porosidad de las partículas, ya que a trabes de estos poros se produce la difusión de los gases hacia el horno. La disposición del material en los crisoles ayudo a que la oxidación del MoS2 se llevara a cabo con más facilidad. En relación a la velocidad de las reacciones notamos que ésta es mayor durante los primeros 30 minutos, que es donde se elimina la mayor parte del S, sin embargo este proceso continúa a una velocidad de reacción mas baja. Este comportamiento se atribuye a la primera etapa de oxidación de MoS2 en MoO2 en donde la eliminación de S es mayor y esto corresponde a un mecanismo de oxidación indirecto.
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica
10. Anexos:
Grafico Nº1 eliminación de S v/s tiempo. Azufre eliminado (g)v/s tiempo (min) 3,5 3 2,5
) g ( 2 e r f u 1,5 z a
Azufre (g)
1
0,5 0 0
20
40
60
80
100
tiempo (min)
Tabla Nº2 cinética de testación de molibdenita.
Resta Elimina nte do
NORMAL N° Prue ba
Tiemp o (min)
Wo (g)
Wf ΔW (g) (g)
% Mo
0
0
10
10
0
58,3
1 2 3 4 5 6
30 40 50 60 70 80
10 10 10 10 10 10
5 5,8 5,4 4,7 5,9 5,6
5 4,2 4,6 5,3 4,1 4,4
58,3 58,3 58,3 58,3 58,3 58,3
% Azuf Mo re (g)
31,5 3 12,7 8 3,56 5,56 3,56 0,56 0,24
5,8 3
Azufr e (g)
Azufre (g)
3,15
0
0,64 0,21 0,3 0,17 0,03 0,01
2,51 2,95 2,85 2,99 3,12 3,14
Grafico Nº2 azufre restante v/s tiempo. Azufre restante (g) v /s tiempo (min) 3,5 ) g (
3
e 2,5 t n a 2 t s e r 1,5 e r f u 1 z A 0,5
Azufre (g)
0 0
20
40
60
80
100
Teimpo (min)
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica 1)
Oxidación de molibdenita a tritóxido de molibdeno:
MoS2 + 3,5 O2(g) = MoO3 + 2 SO2(g)
2)
∆
Hº298K = -1062,1 kJ/mol
∆
Gº298K = -1000,5 kJ/mol
Primera etapa de testación de molibdenita:
MoS2 + 3 O2(g) = MoO2 + 2 SO2(g)
3)
∆
Hº298K = -906,8 kJ/mol
∆
Gº298K = -866,5 kJ/mol
Segunda etapa de oxidación de dióxido de molibdeno para formar tritóxido de molibdeno:
MoO2 + 0,5 O2(g) = MoO3 ∆
Hº298K = -155,3 kJ/mol
∆
Gº298K = -134,0 kJ/mol
Laboratorio Procesos de Fusión Ayudante: Leandro Meneses.
Profesora: Cecilia Cerda.
