Corporación Minera de Bolivia Gerencia Nacional de Recursos Evaporíticos de Bolivia
DETERMINACION CUANTITATIVA DE MAGNESIO EN EL CLORURO DE MAGNESIO EN MUESTRAS DE CARNALITA. ( ) Pre Pr e - I nf orme or me de i nve nvessti gac gacii ón
Por:
CALLISAYA CALLISAYA, RIGOBERTO FECHA:
Lunes, 09 de mayo de 2011
1
DETERMINACION CUANTITATIVA DE MAGNESIO EN EL CLORURO DE MAGNESIO EN LA CARNALITA. 1. OBJETIVO GENERAL: Determinar el porcentaje de magnesio en forma de cloruro de magnesio (soluble en alcohol) en muestras de carnalita ( KMgCl3 · 6H2O) provenientes del salar de Uyuni y Coipasa, aplicando métodos de análisis cuantitativos (complexometria).
1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Determinar el magnesio en forma de cloruro de magnesio en la carnalita.
Comparar los resultados obtenidos por el método complexométrico con lecturas de absorción atómica.
Realizar los balances correspondientes para determinar la desviación del método.
2. FUNDAMENTO TEORICO:
La Carnalita, mineral graso de color marfil o rojizo. Es una fuente importante de compuestos potásicos para fertilizantes. Se encuentra en forma masiva en extensos yacimientos en los salares de Uyuni y Coipasa de los departamentos de Potosí y Oruro respectivamente, en Bolivia. Este cloruro de potasio-magnesio hidratado, KMgCl3·6H2O, cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es vítreo y muy soluble en agua.
PROPIEDADES DEL CLORURO DE MAGNESIO: GENERAL Apariencia
Sólido incoloro o blanco
Fórmula química
MgCl2
Solubilidad en agua (H20)
54,2 g/100 cm³ (20 °C)
Solubilidad en etanol (C2H50H)
7,4 g/100 cm³ (30 °C)
La determinación de magnesio en el cloruro de magnesio de la carnalita es fundamental para la cuantificación porcentual del mismo y además para mejorar de alguna forma el balance realizado en laboratorio. 2
3. MATERIALES Y REACTIVOS UTILIZADOS. MATERIALES ITEM MATERIAL
CARACTERITICAS
1.
Vaso de precipitados
250 ml, 100 ml, 600 ml 3
2.
Matraz aforado
250 ml, 100 ml
3.
Soporte universal
2
4.
Pinza para bureta
1
5.
Bureta
6.
Vidrio de reloj
7.
Matraz erlenmeyer
250 ml
4
8.
Balanza
eléctrica
1
9.
Pipetas volumétricas
5ml, 10ml
2
10.
piseta
1
11.
Refrigerante serpentin
1
12.
Pinza de nuez
2
13.
Mangueras para refrigerante
1
14.
Tubo de desprendimiento
1
15.
Tapones de goma
4
16.
Hornilla eléctrica
1
17.
Embudo
4
50 ml
CANTIDAD
4
1 2
3
REACTIVOS ITEM
REACTIVO
1.
EDTA
2.
Acido clorhídrico
3.
Tableta tampón
4.
Alcohol comercial (caimán)
5.
Permanganato de potasio
6.
Trozos de vidrio
7.
CLORURO DE SODIO p.a.
8.
pH-metro
4
4. PREPARACION DE SOLUCIONES: A. Preparación 1000 ml solución de EDTA 0.1 M
Nota: el EDTA utilizado es disódico dihidratado facilitando su disolución en agua. De no tener este tipo de EDTA realizar los cálculos necesarios de NaOH para su disolución.(relación molar EDTA : Na 1:2 respectivamente)
B. Preparación 100 ml de solución NaOH al 5 % (m/v)
C. Preparación de 50 ml de solución NH3 al 10 % (v/v)
D. Preparación de 100 ml solución tampón pH = 10
Una vez añadido el amoniaco (trabajar bajo campana) agitar hasta completa disolución del cloruro de amonio y luego aforar a 100 ml. Medir con pH-metro. De ser el pH inferior a 10 ir añadiendo amoniaco concentrado hasta lograr pH = 10.
5
E. OBTENCION ALCOHOL NEUTRO
F. Preparación de Indicadores: MUREXIDA AL 1% Pesar 1g de murexida y triturar con 99 g de NaCl p.a. Para su uso: Añadir en sólido antes de titular. VIRAJE: anaranjado a violeta pH > 12
NEGRO DE ERIOCROMO T (NET) al 1% Pesar 1 g de NET y triturar con 99 g de NaCl p.a.
Para su uso: Añadir en sólido antes de titular. VIRAJE: violeta rojizo a azul. Siempre titular en pH 10 y con solución tampón pH 10.
6
ESTANDARIZACIÓN DE EDTA 0.1 M
EDTA ≈ 0.1 M
60 mg CaCl2 2H2O pH > 12 Ind. Murexida
PROCEDIMIENTO:
Pesar aproximadamente 60 mg CaCl2 2H2O p.a.
Disolver aproximadamente con 40 ml de agua destilada
Agitar la solución
Llevar el pH mayor a 12 (tener cuidado con la formación de Ca(OH)2)
Agregar indicador murexida en solido
Titular con EDTA (la titulación debe ser continua y rápida para evitar la formación de Ca(OH)2 ) Observar viraje de naranja a violeta.
7
DETERMINACION DE MOLARIDAD DE EDTA.
PRUEBA
Masa CaCl2 (g)
Vol. Gastado EDTA (ml)
[M] EDTA
1.
0,0733
4,9
0,1017
2.
0,0601
4,1
0,0997
3.
0,1066
7,2
0,1007
4.
0,0808
5,3
0,1037
5.
0,1001
6,7
0,1016
6.
0,0994
6,7
0,1009
Observaciones
DETERMINACION DEL VALOR VERDADERO [M] EDTA
Fuente: Callisaya, Rigoberto (ver archivo Excel-análisis de carnalita)
OBSERVACIONES:
Se debe tener mucho cuidado al elevar el pH, puesto que existe una gran probabilidad de que se forme Ca(OH)2.
Para elevar el pH mayor a 12, usar solución muy diluida de NaOH o de NH4OH.
8
PROCEDIMIENTO: a. TRATAMIENTO CON ALCOHOL
OBSERVACIONES.
Por falta de refrigerante no se llevó a reflujo como se muestra en la figura. Se optó por usar un tapón con una varilla hueca de 15 cm aproximadamente.
Se usó dos tipos de alcohol: Neutro y Comercial. Los resultados obtenidos son aproximados y al final sólo se trabajo con el alcohol comercial ya que éste registraba 96°GL(adecuado para el proceso)
b. FILTRADO DE LA MUESTRA
9
c. SECADO Y RETOMADO DE MUESTRA
OBSERVACIONES:
Para tener una evaporación más rápida se procedió a elevar la temperatura hasta 100°C cuidando siempre que no salte la muestra. Para el retomado de muestra, primero siempre hacerlo con agua y de ser necesario usar ácido nítrico concentrado (máximo 0.5 ml)
d. VALORACION COMPLEXOMETRICA
10
OBSERVACIONES:
Al llevar el pH a 10 se utilizó solución de NaOH.
Al momento de añadir la solución básica se observó la formación de precipitado blanco gelatinoso característico del Mg(OH)2.
Al añadir la solución tampón se homogenizo la solución y disminuyó en gran manera el precipitado, no en su totalidad.
Al momento de la valoración con EDTA con NET, se procedió con mucho cuidado puesto que cuando se llegaba al punto de viraje a azul, al agitar por un tiempo éste retornaba a su coloración inicial. Este fenómeno se produjo a causa de que el EDTA empezaba a disolver al precipitado.
RECOMENDACIONES:
Para evitar la formación de Mg(OH)2 se recomienda usar como indicador TABLETAS TAMPON, ya que no es necesario llevar a pH 10.
TAB L ETA S TAM PON I NDI CADORAS: L as tabletas tampón in dicadoras contienen negro de eri ocromo T como in dicador específico de metales. Están consti tuidas conf orme al pr i nci pio de un in dicador mix to, lo que proporcion a un vir aje muy pronun ciado de roj o a verde, pasando por un tono gris intermedio. A demás en las tabletas se ha incl ui do un a parte del tampón, de manera que, al valorar, basta con añ adir solución de amoníaco. El empleo de tabl etas tampón i ndi cadoras en lugar del negro de eriocromo T permi te en general determi nacion es más exactas y más cómodas. Estas tabl etas se conservan bien.
11
TRATAMIENTO DE DATOS: CARACTERIZACION DE LA MUESTRA: Nombre
Carnalita
Procedencia
Laboratorio de procesos
Código de muestra
P-11 R-11 11/03/2011
Estado de agregación
Sólido
Color
Cristal blanco
Olor
Inodoro
Sistema cristalino
Ortorrómbico
TRATAMIENTO DE LA MUESTRA i.
Se procedió a la lectura de magnesio, potasio y calcio por absorción atómica de la muestra, previamente cuarteada y no tratada con alcohol. Estos datos servirán de referencia para determinar el peso de la muestra, la concentración de EDTA y así tener una buena lectura en volumen de EDTA. Los resultados reportados son: Tabla 1 % Mg
8,43
%K
12,56
%Ca
0,05
Fuente: archivo Excel-análisis carnalita (RC -1)
Observaciones:
Se mando a lectura de calcio ya que éste es uno de los interferentes en complexometria para la determinación del magnesio y como se puede observar la presencia de este catión es muy bajo lo cual no interferirá en la lectura del magnesio.
ii.
Se preparó 5 muestras para la determinación de calcio por volumetría. Se procedió a lectura de calcio, pero éste al momento de añadir el indicador murexida ya viró a violeta, lo cual indica que no está presente ó como en este caso su concentración es muy mínima.
iii.
A continuación se presenta el registro de datos 12
Tabla 2
ANALISIS DE CARNALITA REFLUJO prueba
peso de muestra (g)
volumen de alcohol (ml)
tiempo de reflujo
FILTRADO T reflujo (ºC)
Papel filtro (g)
PF + muestra (g)
T secado (ºC)
TITULACION
tiempo secado (min)
vol. HNO3 retomado (ml)
[ M ] EDTA
Vol. EDTA gastado (ml)
OBSERVACIONES
1
0,5596
10
1 HORA
95
0,8532
0,9935
70
15
0,5
0,1014
19,4
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
2
0,5516
10
1 HORA
95
0,8802
1,0159
70
15
0,5
0,1014
18,8
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
3
1,1253
20
1 HORA
110
0,8346
1,1274
70
15
0,5
0,1014
38,9
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
4
1,9142
20
1 HORA
110
0,8889
1,3937
70
15
0,5
0,1014
66,6
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
5
2,3244
20
1 HORA
110
0,8794
1,4958
70
15
0,5
0,1014
80,6
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
6
2,3583
20
1 HORA
110
0,8575
1,4727
70
15
0,5
0,1014
83,1
SE TITULO AUN EN PRESENCIA DE PRECIPITADO
Fuente: Callisaya Rigoberto, Registro de datos
DETERMINACION DE HUMEDAD: Tabla 3
HUMEDAD Peso caja Petril
Pi
Pf
52
62
61,6
FECHA
Humedad %
4/5/11
4,0
Fuente: archivo Excel-análisis carnalita
13
iv.
RESULTADOS OBTENIDOS: Tabla 4
ANALISIS CUANTITATIVO (mg) Mg
% Mg
(mg) MgCl2
% MgCl2
(g) sol. Insolubles en alcohol
% sol. Insolubles en alcohol
% Humedad
Promedio de % Mg por A.A.
Desviación con respecto a lectura de AA
Balance másico (%) % MgCl2 + % sol. Insolubles en alcohol + % Humedad
47,81
8,54
187,29
33,47
0,14
25,07
4
8,4314
0,113
62,54
46,33
8,40
181,50
32,90
0,14
24,60
4
8,4314
0,032
61,50
95,87
8,52
375,55
33,37
0,29
26,02
4
8,4314
0,088
63,39
164,14
8,57
642,98
33,59
0,50
26,37
4
8,4314
0,143
63,96
198,64
8,55
778,14
33,48
0,62
26,52
4
8,4314
0,115
64,00
204,80
8,68
802,28
34,02
0,62
26,09
4
8,4314
0,253
64,11
Fuente: Callisaya Rigoberto, Tabulación de datos
OBSERVACIONES:
Como podemos notar en el balance másico porcentual, éste debería dar 100% lo cual no sucede. Esto es debido a que posiblemente sales como el KCl (soluble en etanol 0.4 g/100 cc), NaCl, CaCl2 y LiCl se hayan solubilizado
iv.
RESULTADOS OBTENIDOS: Tabla 4
ANALISIS CUANTITATIVO (mg) Mg
% Mg
(mg) MgCl2
% MgCl2
(g) sol. Insolubles en alcohol
% sol. Insolubles en alcohol
% Humedad
Promedio de % Mg por A.A.
Desviación con respecto a lectura de AA
Balance másico (%) % MgCl2 + % sol. Insolubles en alcohol + % Humedad
47,81
8,54
187,29
33,47
0,14
25,07
4
8,4314
0,113
62,54
46,33
8,40
181,50
32,90
0,14
24,60
4
8,4314
0,032
61,50
95,87
8,52
375,55
33,37
0,29
26,02
4
8,4314
0,088
63,39
164,14
8,57
642,98
33,59
0,50
26,37
4
8,4314
0,143
63,96
198,64
8,55
778,14
33,48
0,62
26,52
4
8,4314
0,115
64,00
204,80
8,68
802,28
34,02
0,62
26,09
4
8,4314
0,253
64,11
Fuente: Callisaya Rigoberto, Tabulación de datos
OBSERVACIONES:
Como podemos notar en el balance másico porcentual, éste debería dar 100% lo cual no sucede. Esto es debido a que posiblemente sales como el KCl (soluble en etanol 0.4 g/100 cc), NaCl, CaCl2 y LiCl se hayan solubilizado también en el alcohol. o
Otra posibilidad es que se cometió errores de tipo Sistemático.
Para confirmar esto se preparó dos muestras con las mismas condiciones para la lectura correspondiente por Absorción Atómica sobre estos cationes.
Además, se retomó los residuos secos en el papel filtro para la lectura correspondiente por Absorción Atómica para saber la cantidad de magnesio que se quedó en el residuo. 14
v.
RESULTADOS DE LECTURA POR ABSORCION ATOMICA (cationes leídos Na, Ca, K, Li) Tabla 5 % Li
% Mg
%K
% Na
% Ca
RC – 19
0,0923
7,90
0,16
0,03
0,02
RC – 20
0,0954
8,21
0,21
0.02
0,01
RC – 19*
0,0011
0,04
13,74
0.01
0,02
RC – 20*
0,0007
0,03
13,86
0.01 F
0,01
Observaciones
Lecturas del filtrado por AA
98,84% => 96 %
Lecturas del residuo por AA
Recuperación de litio
v.
RESULTADOS DE LECTURA POR ABSORCION ATOMICA (cationes leídos Na, Ca, K, Li) Tabla 5 % Li
% Mg
%K
% Na
% Ca
RC – 19
0,0923
7,90
0,16
0,03
0,02
RC – 20
0,0954
8,21
0,21
0.02
0,01
RC – 19*
0,0011
0,04
13,74
0.01
0,02
RC – 20*
0,0007
0,03
13,86
0.01 F
0,01
Observaciones
Lecturas del filtrado por AA
98,84% => 96 % 98.50 % => 95 %
F u
Lecturas del residuo por AA
Recuperación de litio Recuperación de potasio
e fuente: archivo Excel-análisis carnalita
OBSERVACIONES:
SOBRE EL MAGNESIO.- Podemos notar que la cantidad de magnesio que queda atrapado en el residuo es mínima, haciendo concluir que éste se encuentra posiblemente como sulfato de magnesio (insoluble en alcohol).
SOBRE EL POTASIO.- podemos notar que el porcentaje de potasio solubilizado en alcohol es baja a comparación con la que queda atrapado en el residuo.
SOBRE EL LITIO.- Éste ión no fue considerado en el método, pero se puede observar claramente que existe una alta solubilidad del cloruro o sulfato de litio en el alcohol lo cual lleva a dar la siguiente recomendación.
Dada la alta solubilidad del litio en alcohol, se recomienda usar este reactivo para su recuperación en residuos.
SUGERENCIA: En base a la presente investigación, se sugiere realizar más pruebas para la recuperación de MgCl2, KCl y Litio.
15
CONCLUSIONES
Se determinó el porcentaje de magnesio en forma de cloruro de magnesio (soluble en alcohol) en muestras de carnalita ( KMgCl3 · 6H2O) provenientes del salar de Uyuni y Coipasa, aplicando métodos de análisis cuantitativos (complexometria) el cual es del 8.54 % Mg y el porcentaje de cloruro de magnesio en la carnalita determinada es del 33.47%.
Comparando los resultados obtenidos del porcentaje de Mg por este método con las lecturas del equipo de Absorción Atómica, de determinó una desviación del 0,124 % Mg haciendo factible el método.
Al realizar el tratamiento de la carnalita con alcohol comercial 96°GL se obtuvo en el filtrado la recuperación de litio en un 96 % y en el residuo una recuperación del cloruro de potasio del 95 %
Bibliografía:
ANONIMO, complexometria, revista CARREON RAUL, apuntes de materia Aplicada Orgánica. 2010. http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_potasio http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_magnesio
16