Universidad Católica del Norte Departamento de Metalúrgica Antofagasta
Informe Laboratorio Laboratorio N°2: “Cinética de Calcinación de Caliza”.
Nombre: Nombre: Juan Albanez Pereira. Profesor: Profesor: Cecilia Cerda. Ayudante: Leandro Meneses. Asignatura: Procesos de fusión. Fecha: Fecha: 15/10/10.
RESUMEN
La calcinación es el proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada, pero por debajo de su entalpía o punto de fusión, para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución física o química. La reacción de descomposición de la caliza se caracteriza por el hecho de que se produce en el núcleo no descompuesto de CaCO3 y la envoltura de CaO que se ha formado se toca. Este frente de descomposición se desplaza de la periferia hacia el centro a una velocidad determinada. Al mismo tiempo hay una transferencia de calor del exterior hacia el núcleo y un desprendimiento de CO2 hacia el exterior. Dentro del proceso de calcinación de caliza se persiguen los siguientes objetivos; Medir la cinética de descomposición de la caliza y obtener una curva de conversión versus tiempo de calcinación de lecho fijo de caliza en un horno mufla de laboratorio. Para llevar a cabo la calcinación de la caliza se prepararon 8 muestras constituidas de 20 [g] de caliza con 5 [g] de sílice, en 8 crisoles que previamente fueron tarados en la balanza. El mezclado de estos materiales de realizo de manera suave hasta que se alcanzo un color homogéneo reconocible a simple vista. Luego se colocaron 4 crisoles por horno mufla a una temperatura de 900°C en posiciones reconocibles para luego poder retirarlos en los tiempos indicados, teniendo en cuenta que la operación de retirar los crisoles debe hacerse de la manera más rápida posible tratando de evitar que el horno se abra por completo y dure mucho tiempo. La curva de conversión de caliza nos indica que para tiempos mayores a 70[min] la calcinación de la caliza es completa. Para tiempos superiores a 50[min] ya es posible observar esta tendencia de la curva de conversión. Al utilizar ácido clorhídrico sobre el oxido de calcio o CAL, formamos la sal cloruro de calcio más agua, donde es posible verificar si la calcinación es completa, lo que nos indico que para tiempos mayores a 50[min] se obtienen efervescencias más rápidas.
RESULTADOS
1.- Constante de equilibrio a 900°C y la presión de CO 2 a igual temperatura:
Keq = exp (
) = 0,89
pCO2 = 0,89 [atm]
2.- Tabla de pruebas de calcinación y gráfico: N° Prueba N°Crisol N° Horno Tiempo [min] Wo [g] Wf [g] ∆W [g] %∆W [%]
1
1
1
10
20
17,6
2,4
12,0
2
2
1
20
20
16,1
3,9
19,5
3
3
1
30
20
14,2
5,8
29,0
4
4
1
40
20
13,3
6,7
33,5
5
5
2
50
20
10,5
9,5
47,5
6
6
2
60
20
10
10
50,0
7
7
2
70
20
8,9
11,1
55,5
8
8
2
80
20
8,9
11,1
55,5
Curva de conversión vs tiempo de calcinación 60.0 50.0 40.0 ] % [ W30.0 ∆ % 20.0 10.0 0.0 0
10
20
30
40 50 Tiempo [min]
60
70
80
90
DISCUSIONES
La temperatura de calcinación de caliza fue la adecuada, ya que la fabricación de CAL consiste en la calcinación de la Caliza, a una temperatura superior a 900°C, según un proceso químico simple. El carbonato cálcico se descompone mediante el calor añadido. Para la experiencia se utilizo una temperatura de 905°C aproximadamente, lo que nos indica que es la adecuada. El oxido de Calcio con el ácido clorhídrico forman la sal cloruro de calcio más agua. Al analizar los tiempos de calcinación de Caliza en los cuales, las muestras registraron mejores efectos ante el ácido clorhídrico (HCL) fueron los superiores a 50 [min]. Tiempos menores a 40 [min] no son lo suficiente para que ocurra la reacción de efervescencia con el ácido, no formando la sal ni agua. Las pruebas N°7 y N°8, a tiempos de 70 y 80 [min] respectivamente, obtuvieron la misma diferencia de peso, esto quiere decir que a tiempo mayores de 70 [min] la calcinación de la caliza es completa. Esto también se observa en la gráfica de conversión de la caliza.
CONCLUSIONES
Según la calcinación de la caliza, la temperatura utilizada es la adecuada. Por lo que la prueba de calcinación para medir la cinética de la caliza es correcta según la fabricación de CAL u oxido de Calcio. Para tiempos mayores a 50 [min] ya se obtiene efervescencia con el ácido clorhídrico, esto nos indica que los tiempos menores a 50[min] son muy bajos para obtener alguna reacción, es decir, que para tiempos menores a 50 [min] la calcinación de la caliza no puede llevarse a cabo. Para los tiempos de 70 y 80 [min] la calcinación de la Caliza ya es completa. Esto queda comprobado con la utilización de ácido clorhídrico para obtener la efervescencia que nos indica que la reacción es completa.
ANEXOS
1.- Calculo de la constante de equilibrio y la presión de CO2 a igual temperatura:
Ecuación de la calcinación de Caliza. CaO + CO2, ∆G° = 1124, 98 [kJ/mol]
CaCO3 + calor Tenemos que:
ȠCaCO3 =
= 0,2 [mol] de CaCO3
Según la ecuación, sabemos que estequeométricamente la relación entre CaCO3:CO2 es 1:1, por lo tanto: VCO2 = ȠCO2 * V C.N. ;
ȠCaCO3 = ȠCO2
Reemplazando:
VCO2 = 0,2 mol CO2 *
= 4, 48 [L]
Para la ecuación, se tiene que:
∆G = ∆G° + RT ln
∆G° = -RT ln Keq Keq = exp
;
∆G° = 1124, 98 [kJ/mol]
Reemplazando:
Keq = exp (
) = 0,89
Para la presión:
∆G° = -RT * 2,303 log(pCO2) Reemplazando:
1124,98 [kJ/mol] = -8,314 [kJ/mol*K] * 1173,15 K* 2,303 log (pCO2) Por lo tanto:
pCO2 = 0,89 [atm]
2.- Tabla de pruebas de calcinación:
%∆W = 100 *
Ejemplo de Cálculo: Para Wf = 17,6 [g]
%∆W = 100 *│
;
Wo =20 [g]
│ = 12 %
3.- Materiales utilizados:
Bandeja de Aluza.
Espátula.
Brocha.
Paño roleador.
Cuchara plástica y de acero inoxidable.
Pocillo de greda.
Tenazas.
Crisoles.
Vasos precipitados.
Coleto.
Hornos muflas.
Cronómetros.
Caliza.
Sílice.
Balanza.
4.- Imágenes de la experiencia de laboratorio:
Horno mufla
Crisoles
Tenazas
Horno mufla
Casco y guantes para horno
Caliza
