Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Facultad de Ingeniería Química y Metalúrgica Escuela Académica Profesional de Ingeniería Metalúrgica
METALURGIA EXTRACTIVA I
Practica de Laboratorio N.º 03 “CALCINACION DE LA CALIZA”
Mg. Ing. Ranulfo Flores Briceño VII CICLO ANDAHUA JULCA, JOHN MAXIMO DOMINGUEZ SALGUERO MIGUEL ANGEL ESPINOZA CASTILLO BRIAN JOSE
HUACHO - PERÚ
INFORME DE LABORATORIO
CALCINACION DE LA CALIZA 1. Objetivo. a. Obtener oxido de calcio a partir de Carbonato de Calcio por efecto de la temperatura. b. Comprobar la obtención de CaO por termo gravimetría.
2. Fundamento teórico. La calcinación, es la descomposición de un compuesto mediante el calor suministrado por un agente externo; el compuesto puede ser: carbonato, sulfato, óxidos o sulfuros dobles. El producto de este proceso generalmente es un oxido solido debido a que durante la calcinación no existe ni volatilización. De la calcinación del carbonato de calcio se obtiene oxido de calcio, este producto tiene diversas aplicaciones industriales. En pirometalúrgica se usa como formador de escorias por su estabilidad en ambiente reductor a elevadas temperaturas y es denominado fundente porque baja la temperatura de fusión de la escoria. En flotación se usa como regulador de pH por su alta solubilidad en agua. En siderurgia se usa como agente desulfurizante por la afinidad por el azufre, también el óxido de calcio de alta pureza se usa en pinturas como pigmento. La descomposición de la caliza se basa en la reacción (1), a temperatura de 855ºC aproximadamente procede de acuerdo a la energía libre de Gibbs presentada: {CaCO3} → {CaO} + CO2 ∆ = 42290 − 37, 70 (cal/mol)
(1)
La reacción (1) llega el equilibrio cuando la presión parcial del CO2 es igual a la constante de equilibrio. =
(2)
La presión de equilibrio es conocida como la presión de descomposición del carbonato de calcio. Si, a cualquier temperatura la presión parcial del CO 2 es inferior a la del
equilibrio, la caliza se descompondrá hasta que la presión de CO 2 alcance el valor de equilibrio.
3. Parte experimental.
3.1. Procedimiento. Se calentó el horno hasta 900ºC Se coloco carbonato de calcio en cuatro navecillas de 1,5 g de caliza en cada una de ellas Se introdujo la navecilla al horno y se sacó cada una de ellas con un tiempo de separación. Se peso el contenido de las navecillas al salir del horno. Se realizo la calcinación en la termo balanza utilizando reactivo puro. 3.2. Equipos Materiales y Reactivos Se usaron los siguientes reactivos y equipos.
Carbonato de calcio Horno de laboratorio Balanza Crisol pequeño
4. Datos adquiridos. Calcinación en Horno de Laboratorio. Tiempo 0 40
Masa (crisol) 21,94 21,94
5. Cálculos y resultados.
Masa Total 23,44 22,84
Masa Final 0.60
T Wi (min)
Wf
W Winalt no elim.
0
1.5 1.5
1.5
15
1.5 0.86 0.046
30
1.5 0.84
45
W form.
W %CaO %CO2 Ren. elimin.
0
0
0
0
0.02
0.814
0.64
94.65
0
0.84
0.66
100.00 100.00 56.00
1.5 0.88 0.0909 0.04 0.7891
0.62
89.67
93.94 52.61
60
1.5 0.9 0.1364 0.06 0.7636
0.6
84.84
90.91 50.91
60
1.5 0.97 0.2955 0.13 0.6745
0.53
69.54
80.30 44.97
0
Peso formado: 0,64 x = 0.814 g CaO
Peso inalterado 0.86 – 0.814 = 0.046 g Peso no eliminado
0.66 – 0.64 = 0.02
0
0
96.97 54.27
GRAFICAR:
Rendimiento vs tiempo. %CaO formado vs tiempo. %CO2 eliminado vs tiempo. % CO2 no eliminado vs tiempo
6. Conclusiones y recomendaciones. Se pudo ver que una vez que el horno sube a mas de 784ºC es muy fácil la descomposición, que se logra en 40 minutos, donde ya existía una descomposición muy elevada. Se debe tomar en cuenta el tiempo de calcinación ya que como se vio en el experimento un tiempo excesivamente largo no produce mejoras en el rendimiento del proceso lo que significaría en términos industriales una perdida inútil de energía y tiempo. Como recomendación pienso que es importante realizar las lecturas en la balanza de manera veloz una vez la muestra haya salido del horno, porque la humedad del ambiente incrementa el peso de la muestra introducción un error en los cálculos siguientes.
7. Cuestionario. 1. Si la reacción empírica que gobierna la cinética del proceso es log R = 0,003145T – 3,3085 donde: R = radio de avance de las interfases de calcinación (cm/h). determine el t iempo de calcinación total de partículas de c/u de las granulometrías empleadas en la realización de la práctica.
SOLUCION: LogR = 0.03145T – 3,3085 En la práctica se trabajó a 946ºC o 1219K R = 2, 4021 cm/h - 658+100# = 210 - 49µm 0. 01795 cm 0,01795
1ℎ 2.04021
3600 1ℎ
= 26, 90
2. Si la caliza tiene además MgCO3 cuál es la influencia de este compuesto en la calcinación.
SOLUCION: Si la caliza tendría composición al MgCO 3 existiría un decrecimiento en la temperatura de inversión de la caliza, lo que a mi punto de vista sería favorable, porque no habría que subir la temperatura hasta 855ºC.
3. En la base a datos termodinámicos para la calcinación de la caliza, grafique: = ().
SOLUCION:
T ºC 0.0000 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 600. 00 700. 00 800. 00 900. 00 1000. 00
1,952E-026 2,608E-017 4,600E-012 1,145E-008 2,699E-006 1,490E-004 3.202E-003 3.578E-002 2.495E-001 1.226E+000 4.607E+000
4. ¿Como se podría favorecer la formación de CaO? SOLUCION: Para favorecer de alguna manera la información de CaO se debe cuidar que no suceda K eq = PCO2 ya que cuando la constante de equilibrio iguala la presión de CO 2 la reacción se detiene, así que hay que mantener el CO 2 bajo y obviamente hay que llegar a la temperatura de inversión de 784ºC. 5. ¿El proceso de calcinación del CaCO3 es un proceso exotérmico o endotérmico? Explique con datos termodinámicos su respuesta.
SOLUCION: Es un proceso endotérmico, con los datos de HSC se puede obtener esta tabla de entalpias, y como sabemos si la entalpia es positiva, la reacción será endotérmica, si la entalpia es negativa la reacción será exotérmica. CaCO3 = CaO + CO2
T ºC 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000 1000.000
∆
42.604 42.45 42.258 41.990 41.680 41.334 40.949 40.525 40.062 39.556 39.007
Las entalpias son positivas, entonces la reacción es endotérmica. 6. ¿Cree ud. que es necesario agregar carbón para realizar la calcinación?; si es necesario calcule cuantos moles son necesarios, suponiendo que el aire de combustión ha sido recalentado a 500ºC.
SOLUCION: Si es necesario añadir C para que garantice la formación de CO por la ecuacion de Bouduard, de esa manera se eliminara el CO 2 ya que si hay mucho a este y ocurre que K eq = PCO2 entonces la reacción se detendrá: CaCO3 + CALOR -> CaO + CO2 CO2 + C = 2 CO 1.5
44 100
1 44
1 1
= 0.015 mol o 0,18 g de C Bibliografía Guia de Laboratorio de Pirometalurgia;Ing: Luis Cervando Chambi; 2012; La Paz Boliviahttp://www.wikipedia.org/wiki/ Calcinación http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-eingenieria/quimica/respuestas/1131708/calcinacion
