1._SEPARATA_NÂ__06_DIAGRAMA_ELLINGHAM[1].docx

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.A.P. INGENIERÍA METALÚRGICA

2017 I SEPARATA N° 06 DIAGRAMAS DE ELLINGHAM DE APOYO CURSO SIDERURGIA I FECHA C O ON N T TE E N N I I D D O O : : 3.0 DIAGRAMAS DE ELLINGHAM. DESARROLLO

DIAGRAMAS DE ELLINGHAM http://www.slideshare. http://www .slideshare.net/qfi26/traba net/qfi26/trabajo-diagramas-de-elli jo-diagramas-de-ellingham ngham

Representa la ΔGº en en función de la T°., para los óxidos. El diagrama de Ellingham representa, el calor de formación de cada óxido en curvas distintas y la variación de entropía que éste proceso implica. Poseen distintas rectas cada una de ellas representa la formación de un determinado óxido. Su ecuación de recta está dado por ΔGº ΔGº = = ∆H - T∆S, siendo entonces la pendiente de dichas rectas la variación de entropía con signo negativo (- ∆S). El corte de la recta con el eje es la variación de entalpía. Cuando ocurre un cambio de fase, las rectas en el diagrama cambian su pendiente.

∆∆

E s to se s e fundame fundamenta nta en que un cam cambio bio de fase lleva lleva cons ig o un cam c ambio bio de entropía, entropía, puede ser s er un aument aumento o o una dis minuc minución ión de entropía. Las rectas en ciertos tramos del diagrama poseen similar pendiente, casi la misma. Estos tramos son donde el oxígeno gaseoso pasa a formar el óxido sólido, porque la variación de entropía ent ropía es es s imila imilarr en los los dis tint tintos os casos .

¿Cómo ilustra éste diagrama la ΔS? son los cambios de pendiente debido a la fusión y a la sublimación. En la fusión el cambio de pendiente es menor que en la sublimación porque implica una menor alteración de la entropía por que pasa al estado líquido . Pero en la sublimación se pasa al

es tado esta do g as eoso, por lo que el el cambio cambio es ma mayor yor porque en es es te es es ta tado do hay hay más de dess orden que en el líquido incluso hay formación de CO 2 a partir de un mol de O (g ) donde las rectas es de una pendiente casi cas i nula nula,, porque por que la ΔS que que conlle conlleva va esta reacción es cas casii cero. c ero.

La formación de un óxido sólido a partir de un metal y oxígeno gaseoso conlleva disminución de la entropía porque implica mayor orden. Esto provoca que se aprecie en el diagrama que la ΔG° aumente a medida que lo hace también la T°. Podemos decir que cualquier óxido puede ser reducido a una determinada T° por todos los metales que se ubican debajo de éste en el diagrama. Éste se debe a que los óxidos de dichos metales de la parte inferior poseen menor energía de formación, por lo cual se ven favorecidos termodinámicamente para que se formen. Ejemplo: Formación de Al 2 2O 3 a partir de Al (S) (S) está más favorecido que la formación de Cr 2 2O 3 a partir de Cr. El Al 2 2O 3 está por debajo de Cr 2 2O 3 en el diagrama. Por lo que es posible reducir Cr 2 2O 3 a Cr (S) (S) con Al (S) (S). La diferencia de energía se libera en forma de luz y calor. También puede producirse espontáneamente la reducción de un óxido, si la formación de éste tiene una ΔGº positiva o muy cercana a cero. USOS DEL DIAGRAMA DE ELLINGHAM

Bastante utilizado en metalurgia, permite saber a qué T° se puede formar un óxido, con que metal se puede reducir un determinado óxido. Esto nos ayuda a determinar qué proceso es más rentable y eficiente para utilizar. Ejemplo: Ejemplo: La La aluminotermia es un proceso que se fundamenta en diagrama de Ellingham. Es la reducción del óxido de Cr mediante el Al (S). (S). Es uno de los procesos que se lleva a cabo para realizar diversos estudios metalúrgicos. La selección de agentes reductores para reducir óxidos para obtener determinados metales es uno de los usos más frecuentes del diagrama. Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 1


Ellingham graficó las relaciones Δ G°-T determinadas experimentalmente para la oxidación y

sulfuración de una serie de metales y encontró que éstas en forma general se aproximaban a rectas en un rango de temperaturas en el cual no se producían cambios de estado.

Y = M. X + b

∆G

= - ∆S .T + H La figura es el diagrama de Ellingham para la reacción de oxidación 4 Ag (s) + O2(g) = 2Ag 2 2O (s)

ΔH° es la intersección de la línea con el eje T=0 y ΔGº es la pendiente de la Línea cambiada de signo. Como ΔGº es una cantidad negativa la línea tiene pendiente positiva. A la temperatura de 462ºK el ΔGº de la reacción es cero, o sea que a esa temperatura Ag sólida pura

 = 

y oxígeno gas a 1 atm están en equilibrio óxido de Ag puro y , A T 1 el ΔG° para la reacción es negativo y el óxido es más estable, a T 2 el el ΔGº para la oxidación es positivo y por lo tanto son más estables la Ag y el oxígeno. Para la oxidación del Co: ΔG° = -467800 + 143,7 T (J) (298-1763ºK) Para la oxidación del Mn: ΔG° = -769400 + 145,6 T (J) (298-1500ºK)

Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 2


Consideremos dos reacciones de oxidación: 2X + O 2 = 2XO

y

Y + O 2 = YO 2 2 = 2

En la figura se puede apreciar que ΔH° (2) es más negativa que ΔH° (1) y que que ΔGº (1). Restando las dos reacciones tenemos: Y + 2XO = 2X + YO 2 2 2XO =2X + O 2 2 Y + O 2 2 = = YO 2 2 Y + 2XO = 2X + YO 2 2

(2) ΔGº (2)

es más negativa

Por debajo de T E 2X y 2X y YO YO 2 son estables con respecto a Y y Y y 2XO 2XO y por encima de T E es a la inversa. 2 son

Richardson añadió otra escala a los diagramas de Ellingham. A cualquier temperatura la variación en energía libre estándar está dada por:

∆° = −.

Por lo tanto ΔG° puede ser vista como el descenso en la energía libre de un mol de oxígeno (g) cuando su presión decrece de 1 atm a , atm a la temperatura T.



Para una disminución de presión de un mol de un gas ideal ΔG es una función lineal de la temperatura y la pendiente de la recta es R ln P, por lo tanto ΔG se volverá más negativo con la temperatura si P<1 y más positivo si P>1. Todas las líneas partirán de ΔG= 0 y T= 0. Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 3


∆° = −.

A T 1 la disminución en energía libre a T 1 cuando p O2 disminuye de 1 a 10 -20 y por lo tanto la O2 disminuye presión de oxígeno en el equilibrio será = 10 -20 A T 3 ΔG° = 0, que corresponde al estado en el que no hay cambio en la presión, la presión de oxígeno en el equilibrio será = 1 2X + O 2 = 2XO 2 = Y + O 2 = YO 2 2 A cualquier temperatura menor que T E (T 1 < P O2 E (T 1 ) por ejemplo P O2 O2 (eq., reac.2, T1 ) < O2 (eq,reac.1,T1 ) Ambos metales en un sistema cerrado en una atmósfera de O a 1 atm de presión se oxidarán espontáneamente.



EFECTO DE LA TRANSFORMACIÓN DE FASES En el rango de temperatura en el cual no ocurren cambios de fases en ninguno de los reactantes o productos, la relación ΔG° versus T para la reacción se puede representar aproximadamente por una línea recta. Sin embargo, cuando la entalpía de una fase de alta temperatura excede la de la fase de baja temperatura en una cantidad igual al calor latente del cambio de fase y similar para la entropía que difieren en la entropía de cambio de fase, la línea de Ellingham presenta una inflexión. Consideremos la reacción X (s) + + O 2(g) = = XO 2(s) Para la cual el cambio en entalpía estándar es ΔH° y el cambio en entropía estándar es ΔS°. A la temperatura de fusión de X, T m,x, m,x, se produce la reacción: El cambio en entalpía estándar (calor latente de fusión) es entropía es

 ∆ ,  ∆, = ,

ΔH° m,x m,x y

el correspondiente cambio en

La línea de Ellingham para la oxidación de X líquida a XO 2 sólido tiene mayor pendiente que la correspondiente a la oxidación de X sólido. A T m,x m,x la línea presenta una inflexión hacia arriba. No hay discontinuidad porque a Tm,x

La siguiente figura muestra la forma de las líneas de Ellingham



El Cobre es un metal que funde a menor temperatura que su óxido de menor punto de fusión Cu 2 O. 2 O. Mediciones de presiones de oxígeno en equilibrio con Cu (s) O (s) en el rango de temperaturas de (s) y Cu 2 2 O estabilidad del Cu (s), y en equilibrio con Cu (l) y Cu 2 O(s) en el rango de estabilidad de Cu (l) se tiene: (l) y 2 O ( s) en (l) se (1) ΔGº = -338900-14,2T lnT+247.T (J) Para 4Cu (s) + O 2 (g) = = 2Cu 2 O(s) en el rango 298 – T T m, (s) + 2 O ( s) en m, Cu (2) ΔGº = -390800-14,2T lnT+285,3.T (J) Para 4Cu (l) + O 2(g) = 2Cu 2 O (s) en el rango T m,Cu 1503ºK (l) + 2(g) = 2 O (s) en m,Cu – 1503ºK Esas dos líneas se intersectan a 1356ºK que corresponde al punto de fusión del cobre (T m, ). m, Cu

El FeCl 2 ebulle a menor temperatura que la de fusión del Fe, el diagrama de Ellingham para la cloración 2 ebulle de Fe muestra una inflexión hacia abajo a la temperatura de fusión del FeCl 2 2 .



OXIDOS DE CARBONO Existen dos formas gaseosas de óxidos de carbono: C (S) +O 2(g) = CO 2(g) (1) =-394100-0,84T ΔGº (1) (S) +O 2(g) = 2(g) (1) =-394100-0,84T 2C (S) +O 2(g) = 2CO (g) =-223400-175,3T ΔGº (2) (S) +O 2(g) = (g) (2) (2) =-223400-175,3T Combinando (1) y (2) 2CO (g) +O 2(g) = 2CO 2(g) (3) =-564800+173,62T ΔGº (3) (g) +O 2(g) = 2(g) (3) =-564800+173,62T

DIAGR AMA DE ELLINGHAM P ara el óxido férri férrico, co, Fe 2O 3 (Hema ( Hematit tites es))





：

un elemento reacciona con el oxígeno para producir un óxido.

：

un óxido se transforma en metal

Los metales se obtienen a partir de menas minerales usando reductores (reactivos químicos) a altas temperaturas y también por electrólisis. ASPECTOS TERMODINÁMICOS DE LA EXTRACCIÓN Δ Δ → → → → → → →

→

∆,  ∆,  ∆,  ∆, ∆,  − ∆,  ∆,  − ∆,  ∆, − ∆,

∆,  − ∆, < ó á

PRINCIPIOS TEÓRICOS DEL SECADO Y EQUIPO INDUSTRIAL : Eliminación de un líquido por conversión en vapor, que se separa del sólido. La energía necesaria para evaporar el líquido se suministra en forma de calor. La transferencia de calor se produce por convección o conducción. El sólido húmedo se sitúa en un recipiente calentado externamente que tiene una salida para eliminar el vapor. Se debe mantener el recipiente a presión reducida para aumentar la fuerza impulsora térmica. En un secador por conducción la velocidad de secado disminuye a medida que el material se seca. Este efecto se explica por la disminución de la transferencia de calor de la pared al sólido que se está secando. El gas caliente se sopla por la superficie del solido húmedo proporcionando los dos efectos entregar calor y eliminar el vapor vapor formado. El coeficiente de transferencia de calor es grande y no Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 9


varía mayormente durante el transcurso del secado. El periodo de velocidad decreciente es equivalente al periodo de elevación de temperatura que ocurre comúnmente al final del secado por conducción.

En el proceso proceso de secado, se aplica calor calor a los sólidos húmedos sea por contacto directo con gases gases calientes o por contacto indirecto a través de las paredes de los secadores, para rebajar el porcentaje de humedad del mineral a 0.3% aproximadamente, debido que en su estado estado natural el mineral tiene una humedad de 6 a 11%, que dificulta su manejo y transporte, sobre transporte, sobre todo en las épocas de lluvias. Este es una operación que consiste en calentar los minerales y concentrados a una temperatura que permita eliminar el agua que acompaña a los materiales en forma de humedad ( ). Se considera la reacción. (l)

En esta reacción se calcula el valor de constante de equilibrio a una T° determinada. Y obtenemos P v v de equilibrio del agua ( ) sobre el material. Se toma en cuenta la atmósfera del Horno cuya humedad se expresa así ( ). Por tanto para un proceso de secado debe existir la relación:

El término secado implica la transferencia de un líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada, es e s decir la eliminación de humedad por evaporación de sólidos. Así lo corrobora F. Kneule (1976) cuando señala "el termino secado para los procesos térmicos, como la operación de eliminación de sustancias volátiles (humedad) por calentamiento de un sólido". Como se ha indicado, en la mayoría de los casos la principal sustancia volátil es el agua y es entonces la parte acuosa que se retiene con el concepto concepto de humedad. PROCESAMIENTOS DEL MINERAL DE HIERRO En la concentración de minerales se obtienen, en ocasiones, fangos con partículas muy finas que contienen una gran cantidad de agua, que es necesario eliminar. son preparados para ser procesado en el alto horno y cosiste en: Las (Fe 3 04 4 ) y la hematita (Fe 2 O3 ) que tienen propiedades 3 0 2 O 3 magnéticas en mayor o menor grado, propiedades que se utilizan pare elevar sus leyes por concentración magnética. El concentrado se aglomera en bolitas llamados pellets que constituyen el insumo para la fabricación del acero MAQUINARIA Y EQUIPOS PARA LA PREPARACIÓN DE MINERALES PARA ALTOS HORNOS: Hornos de secado y tostado del mineral, Máquinas nodulizadoras, briqueteadoras, compactadoras mezcladoras de minerales para siderurgia. El mineral extraído de una mina de Hierro puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso proceso de peletización para peletización para ser utilizado en la producción del acero, según sea su calidad. Si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Si, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. SECADO DE SÓLIDOS



El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y, con frecuencia, el producto que se extrae de un secador pasa a ser comercializado. Los sólidos que se secan pueden tener formas diferentes (escamas, gránulos, cristales, polvos, tablas o láminas continuas) y poseer propiedades muy diferentes. El líquido que ha de vaporizarse puede aumentar sobre la superficie del sólido, como el secado de cristales salinos, en el interior del sólido, como en el caso de eliminación de una lámina de un polímero, o parte en el exterior y parte en el interior. La alimentación de algunos secadores es un líquido en el que está suspendido el sólido en forma de partículas o en disolución. El producto que se seca puede soportar temperaturas elevadas o bien requiere un tratamiento suave a temperaturas bajas o moderadas. Esto da lugar a que en el mercado mercado exista un gran número de tipos de secadores. EQUIPOS DE OPERACIÓN El equipo que se utiliza para el secado se puede clasificar de acuerdo con el tipo de equipo y por la naturaleza del proceso de secado. Las dos clasificaciones más útiles se basan en: método de transmisión de calor: revela las diferencias en el diseño y diseño y el funcionamiento del secador. Y métodos que caracterizan el manejo y las propiedades físicas del material mojado: es el más útil para seleccionar entre un grupo de secadores que se someten a una consideración preliminar en relación con un problema de secado específico. Los equipos rotatorios se aplican al procesamiento de sólidos, tanto por lotes como de manera continua, que tienen un flujo relativamente libre, y el producto que descarga es granular. Se han construido literalmente cientos de secadores rotatorios para manejar todos los tipos de materiales desde polvos hasta los más robustos minerales. Hay que reconocer que virtualmente cada aplicación de secado es única, y además cada secador rotatorio se diseña para encontrar características específicas de los materiales. Analizando los requerimientos del cliente para el proceso, la solución correcta de diseño se evalúa y es seleccionada por los ingenieros especialistas y si es necesario, probados en los laboratorios de la compañía fabricante. El secador rotatorio se diseña para el secado de minerales a granel, minerales de metal, fertilizantes, alimentos, químicos alimentos, químicos y una amplia gama de otros materiales granulados incluyendo el azúcar. el azúcar. Se Se reconoce como uno de los secadores industriales más ampliamente seleccionado hoy en día. Algunas de las características sobresalientes de los secadores rotatorios comerciales son: Apropiados para temperaturas de operación entre 100 a 800 °C. Capaces de manejar diferentes tamaños de partículas y contenido de humedad del producto. Se diseñan para manejar grandes o muy pequeñas capacidades de toneladas a granel. Favorables en la etapa de diseño, en lo que respecta a requerimientos del proceso, debido a las diversa operaciones de calentamiento que presentan. Altamente satisfactorios, para aplicaciones que requieren amplia seguridad. En estos casos, la sección integral de enfriamiento puede incorporarse. Facilidades de diseño del proceso la ofrecen empresas dedicadas al diseño de ingeniería de secadores. Las cuales están disponibles para seleccionar el paquete más eficiente y de costo costo mínimo. Eficazmente analizados por empresas dedicadas al diseño e ingeniería de secadores, las cuales ofrecen facilidades de diseño mediante el uso de laboratorios y planta pilotos que facilitan el muestreo y muestreo y prueba de los parámetros esenciales del proceso.  

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FACTORES DEL SECADO La desecación depende de la transmisión de calor al sólido húmedo desde un gas caliente, llevándose este último el líquido vaporizado. Los gases calientes pueden ser aire calentado con vapor, productos de la combustión, un combustión, un gas inerte o un vapor recalentado. Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 11


Las temperaturas de desecación pueden llegar hasta 760° C., que es el límite para la mayoría de los metales comunes empleados en la construcción. A construcción. A las temperaturas más altas, la radiación se convierte en una fuente de calor importante. A temperaturas del gas inferiores al punto de ebullición, el contenido de vapor del gas influye sobre la intensidad de desecación y sobre el contenido final de humedad del sólido. Con temperaturas del gas superiores en todo momento al punto de ebullición, el contenido de vapor del gas ejerce sólo un ligero efecto retardador sobre la intensidad de desecación y sobre el contenido final de humedad. Por consiguiente, los vapores recalentados del líquido que se elimina pueden utilizarse para la desecación. Para la desecación a temperaturas bajas, quizás sea necesario deshumedecer el aire empleado para la desecación cuando la humedad atmosférica sea excesivamente elevada. Un secador directo consume tanto más combustible por kilogramo de agua evaporada cuanto más bajo sea el contenido final de humedad. Análogamente, los costos costos de inversión inversión aumentan señaladamente. El rendimiento aumenta cuando se eleva la temperatura del gas entrante para una temperatura de salida constante. Los secadores directos continuos suelen manejar más de 45 Kg de producto seco por hora. Pueden no manejar más de 23 Kg/hr. Cuando el contenido de humedad excede de 2 Kg de agua/Kg de sólido seco. SECADORES ROTATORIOS Son cilindros huecos que giran sobre su eje, por lo general con una ligera inclinación hacia la salida. Los sólidos granulares húmedos se alimentan por la parte superior y se mueven por el cilindro a medida que este gira. El calentamiento se lleva a cabo por contacto directo con gases calientes con flujo de contracorriente. En algunos casos, el calentamiento es por contacto indirecto a través de la pared calentada del cilindro. Las partículas granulares se mueven hacia delante con lentitud y a contracorriente con los gases calientes. Los secadores rotatorios, son los secadores más utilizados en la industria, esto se debe principalmente a que muchos materiales pueden ser secados a través de ellos. Estos requieren de poca labor por parte de sus operadores y si se mantienen de manera apropiada, esencialmente con una buena lubricación, pueden operar continuamente con tinuamente bajo control automático por largos la rgos períodos de tiempo y con supervisión ocasional. Un secador rotatorio operado bajo presión atmosférica consiste de una carcasa cilíndrica que gira sobre cojinetes apropiados y, por lo común tiene una leve inclinación hacia la salida en relación con la horizontal. La longitud de la carcasa cilíndrica varía entre cuatro y diez veces su diámetro. El diámetro se encuentra entre 30 cm hasta más de 3 m. Los sólidos húmedos que se introducen por un extremo del cilindro se desplazan a lo largo de él, debido a la rotación, el efecto de la carga y la pendiente del cilindro. Los gases que circulan por el cilindro pueden reducir o aumentar la velocidad de movimiento de los sólidos, según que la circulación del gas sea en contracorriente o siga una corriente paralela con la circulación de los sólidos. Los secadores rotatorios se clasifican como directos, indirectos-directos, indirectos y tipos especiales. Estos nombres se refieren a los métodos de transmisión de calor, de esta manera lo explica F. Kneule (1976) señalando que: Los secadores rotatorios son directo cuando el calor se aplica o se elimina de los sólidos por intercambio directos entre éstos y el gas circulante, e indirecto cuando el medio de calentamiento no tiene contacto con los sólidos y se separa de ellos por medio de un tubo o una pared metálica. A continuación se explicará con amplitud los tipos totalmente directo y totalmente indirectos, ya que es imposible cubrir la gran cantidad de variaciones posibles entre ambas clases, además, el secador rotatorio objeto de estudio del presente trabajo es del tipo completamente directo de corriente paralela. se puede observar un secador rotatorio de tipo directo y corriente paralela usado para secar mineral de hierro. Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 12


En un secador rotatorio, la alimentación húmeda de material se introduce en un extremo de la carcasa cilíndrica giratoria, y es levantada por una serie de aspas de elevación internas, estas aspas tienen la función de levantar y dejar caer los sólidos a través de la corriente de gas a su paso. Este contacto cerrado entre el aire seco y el sólido proporciona alta capacidad y desempeño desempeño térmico único.

FIGURA 02. SECADORES ROTATORIOS CON FLUJO PARALELO

BASES TEORICAS DE LA SIDERURGIA: CALCINACIÓN CALCINACIÓN : No llega a la fusión. Someter al calor una materia para que desprenda toda sustancia volátil o se reduzca a cal viva el carbonato de calcio que contenga A p a a ó e n a u a i ir ar r t ti ir r d d e e c c a ar r b b o on na a t to os s C O O3 = ó x xi i d do o s s e n a us s e en nc c i ia a d d e e a re e. 3 a El concepto calcinación es la eliminación de agua y gases atrapados químicamente en el concentrado, de los cuales se pueden considerar los hidróxidos, carbonato, sulfatos y compuestos hidratados. Calentamiento de minerales que son formados por hidróxidos, a una temperatura muy elevada, con el fin de descomponer el mineral eliminando en forma de gas el agua o también el dióxido de carbono. De este modo se obtiene el óxido del metal. T° calcinación de 800 a 900°C.

TERMODINÁMICA DE LA CALCINACIÓN. Un estudio termodinámico de la calcinación muestra el sentido hacia donde se desplaza la reacción en condiciones estándar (25° C y 1 atm de presión) ya sea hacia los productos o reactivos y el tipo de la reacción a desarrollar, si es Analizando la calcinación de un carbonato: La descomposición del carbonato (sentido de la reacción) está definido y es de izquierda a derecha. Es necesario saber si la reacción calor para desplazarse en el sentido deseado. Es necesario calcular el cambio de entalpia ( , obteniendo los valores de entalpia a 298 °K para productos y reactivos, de las tablas termodinámicas.

Cambio de entalpía.

∆ ∆  ∑ ∆ ∆  −∑∆ −∑∆  = [∆ ∆  + ∆ ∆ ] − [∆ ∆] Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 13


Sustituyendo los valores obtenidos queda:

 )   )   )  ∆ ∆  ={(−   +(−,  }−{(−  }=,

El resultado positivo nos indica que la reacción es endotérmica y que requiere calor para desplazarse de izquierda a derecha. CINÉTICA DE LA CALCINACIÓN. El sueco, Jacobus Herlcus Van´t Hoff, (1852 – 1911) 1911) sentó las bases para el estudio de la cinética química, al mostrar la influencia de la concentración y la temperatura en el equilibrio fisicoquímico de las reacciones. La cinética pretende determinar la rapidez con que se desarrolla una reacción, y a su vez, poder acelerarla o retardarla, mediante la modificación de los parámetros originales como son: La temperatura, radiación de luz que absorben los átomos, y los catalizadores en la reacción. La cinética se basa en el modelo del núcleo sin reaccionar que se encoge, en el cual considera a una partícula esférica con un diámetro (d 0 0 ), que reacciona bajo la acción del calor.

Pasado un tiempo "t" en que se dio la reacción de calcinación, se corta la partícula esférica por la mitad, para observar el avance de dicha reacción, apreciándose lo siguiente: se presentó en la superficie donde la temperatura a) La reacción de la calcinación MCO 3 3 = = MO + CO 2 2 se es igual a la de calcinación. b) La reacción continua hacia el centro de la partícula, pero la temperatura en esta zona no fue suficiente para la calcinación. queda sin c) Un núcleo de reactivo de diámetro "d 1 1 " menor al diámetro original "d 0 0" (d 1 1 < d 0 0 ), reaccionar, disminuyendo de esta manera, la eficiencia de la reacción. El mecanismo sugerido por la cinética (para que reaccione dicho núcleo de diámetro "d1"), es el siguiente: 1. Como la reacción de calcinación es endotérmica, es necesario difundir la temperatura de calcinación al frente de reacción "interface" (límite de contacto entre d 1 y d 0 1 y 0 ). = MO + CO 2 2. Con el valor de T d (temperatura adecuada para la calcinación), la reacción MCO 3 3 = 2 es rápida en sí misma. 3. La reacción de calcinación genera dióxido de carbono como producto, es necesario difundirlo hacia el exterior de la partícula a través de la capa producto, porque al aumentar la concentración frenaría la reacción hasta alcanzar el equilibrio. La cinética identifica que el paso más lento que controla una reacción, es la difusión del calor, hacia la interface o núcleo sin reaccionar, y para activar la reacción y aumentar la eficiencia de la misma, es necesario conocer los parámetros que afectan la difusión térmica o transferencia de calor; dichos factores son: tamaño de partícula, conductividad térmica de la capa producto (naturaleza del material) y el gradiente de temperatura existente. (Rodríguez Baiz)



1. Para análisis de caliza; se pesan 3 gramos CaCO 3 y se atacan con HCl (ácido clorhídrico) obteniéndose 0,5 litros de CO 2 . Calcular la riqueza de la caliza . S OL UC IÓN IÓ N

,     ) = ,       (,   ,    )=, ⇛,%       ó ó á= á = (,,    [] + ⇛+  =

Aplicando ecuación general de los gases perfectos; P ·V T

cons tan te

P1 ·V 1

P2 ·V 2

T 1

T 2

R

0,082

atm atm · l

mol ·K

R

8,31

J mol ·K

Para saber que volumen ocupan en condiciones normales los 8 litros recogidos a 27 ºC y 2 atmósferas. V 1 = 8 litros V 2 = = ¿? T 1 T 2 = 273 1 = 27 + 273 = 300°K 2 = P 1 P 2 1 = 2 atm. 2 = = 1 atm.

 =  ⇛  =  =   ° ° = , ,  ..  ,      °     . )=,  ) (,  .  ( , ,   ,

[ ] [ ] [ ]  ó  , : [   +,[ +, ]  ⇛   ,   ]  ] = ,   []     ,[[[ ] ] ]    , , ] = , ,     [] ] ,  [ [] ó     ::  [] + ,  [] ⇛ [, ,   ]  .) , (,  = , ,  . . [ ] Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 15


Considerando que el carbón está, básicamente, compuesto de carbono, podemos plantear la siguiente ecuación estequiométrica: que representa la combustión completa de un mol de carbono. Pero se solicita: Consumo de oxígeno expresado en m 3 , tendremos en cuenta la equivalencia en volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa, simplificando a condiciones normales de P. y T°. De ese modo podemos plantear: 12g C + 22,4 l O 2 2 = = 22,4 l CO 2

  ,  ,        (    ) =  , ,     =,    ⇛   = ,            ó ó    = =  ,  ,   

1866,66 m 3 O 2 2 necesarios y suponiendo que el aire contiene 1/5 de su volumen de O 2 2 .

Podemos plantear las siguientes ecuaciones estequiométricas: 106 g

) , ( ,    = ,      ) , (  = ,       ,      0,27 722 =0,25  =  =  = 106   0, 0 2 

Para obtener la normalidad aplicamos la fórmula que la da:

Y tenemos una disolución de carbonato sódico 0,25 Normal.


1._SEPARATA_NÂ__06_DIAGRAMA_ELLINGHAM[1].docx

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