Pontificia Universidad Católica del Perú
Laboratorio de Metalurgia Extractiva
EXPERIMENTO N°2 PROCESO DE CALCINACIÓN I.
OBJETIVO Experimentar con el proceso de calcinación aplicado a la piedra caliza, mediante pruebas de laboratorio utilizando el carbonato de calcio (CaCO3).
II.
INTRODUCCIÓN La calcinación es un proceso de descomposición térmica, es decir, calentar una sustancia a temperatura elevada, (temperatura de descomposición), para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución física o química. El proceso se aplica a la preparación de fundentes destinadas a operaciones de alto nivel térmico, en la producción de óxido de calcio o magnesio, en la deshidratación del hidrato de alúmina para su procesamiento en la electrólisis ígnea. También en la coquización de hullas, la grafitización de antracitas para electrodos, la destilación de sulfuros, especialmente de la pirita para recuperar el azufre lábil en forma de vapor. Mediante este proceso se fabrica el cemento al calcinar la mezcla de CaCO3 – SiO2 – Al2O3 a temperaturas entre 1350°-1380°C, pasando a formar una mezcla de Silicato de Calcio y de Aluminio conocido como Clinker de cemento. De manera general se han denominado proceso de calcinación a la oxidación de sulfuros, deshidratación/deshidroxilación de silicatos y a la descomposición térmica de carbonatos, sin embargo por razones pedagógicas, la tendencia últimamente es la de denominar procesos de calcinación solamente solamente a la descomposición térmica de los carbonatos. La calcinación en términos generales se define como el proceso metalúrgico por el cual se somete el material sólido a altas t emperaturas obteniéndose obteniéndose el óxido correspondiente. →
Donde M es un metal divalente. El proceso es generalmente conducido conducido mediante un horno rotatorio o en un reactor de lecho fluidizado. Los carbonatos de importancia metalúrgica son la piedra caliza (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2) y la magnesita (MgCO3). Estos se presentan como una ganga o como materia prima para ciertos procesos. En la piedra caliza el propósito de la calcinación es el de descomponer el carbonato de calcio, para obtener el óxido de calcio soluble en agua, el cual posteriormente puede ser lixiviado
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Figura 1: Análisis Térmico Diferencial de la Calcita, Magnesita y Dolomita La temperatura de calcinación de la piedra caliza es un factor decisivo sobre la reactividad del CaO producido. La piedra caliza calcinada a baja temperatura (750-850°C) es conocida como Cal Viva y es mas reactiva que cuando se calcina a alta temperatura (1200-1300°C), resultando también más porosa y con un área superficial mayor. La razón es que a alta temperatura las partículas se sinterizan (aglomeran). La calcinación es una reacción heterogénea, con gasificación incompleta del sólido de reacción. El control de la cinética de la reacción es la difusión del calor hacia el interior del grano de mineral, lo cual estará afectado por la porosidad y tamaño de la partícula. Para f avorecer la reacción, se requiere de un gradiente térmico pronunciado, entre la superficie y el núcleo de la partícula; con lo cual, la o temperatura real de calcinación debe ser superior a la teórica al menos de 150 a 200 C.; y tanto mayor cuanto más grande sea el tamaño de los granos del mineral.
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III.
Parte experimental 1. Reacti vos, materiales y equipo
Horno tipo mufla, Fig 2
Termocupla (0-1000°C)
Balanza
Crisoles de arcilla
Espátulas
Cronómetro
2 Vasos de precipitados de 100ml
Probeta de 100ml
Mineral de piedra caliza
Carbonato de calcio
Carbonato de magnesio
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IV.
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Resultados Balance de masas Pesos (g) Crisol N°
Vacío (W crisol)
Con mineral antes del proceso (W crisol +mineral)
Después del proceso
CaO
(W crisol +mineral calcinado) Obtenido
% Rend.
Teórico
1 2 + CaCO3 3 +MgCO3 4
Debe incluir sus observaciones respecto a la apariencia física del carbonato de calcio antes del proceso y posterior al proceso de oxidación del calcio obtenido. Como pudo comprobar si realmente obtuvo el producto deseado.
V.
Discusión de resultados 1.
En función de los resultados obtenidos y a la teoría conocida discuta si la reacción fue completa al 100%.
2.
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.
3.
Si fuera el caso, porque cree Ud. 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.
4.
Existe variación entre las temperaturas de la mufla y la termocupla, si las hubo, cual puede ser la razón.
5.
De acuerdo a la teoría expuesta que tipo de cal (CaO) hemos obtenido, se produjo sinterización
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b. El peso de la calcina (producto de la calcinación) obtenida. c. El volumen en m3 del CO2 liberado a condiciones normales.
Datos necesarios: Pesos Atómicos: Ca = 40, Mg = 24.3, C = 12, O = 16 Cualquier gas ocupa 22.4L/mol a condiciones normales. 3.
4.
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
b.
La cantidad de MgO formado
c.
Determine el volumen en m del CO2 liberado a condiciones normales
3
Investigue que tipos de hornos se utilizan para la calcinación de la piedra caliza e incluya una foto o figura del mismo y una breve descripción de estos.
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Figur a 3: Diagrama de producc ión de Cal
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