LABORATORIO DE METALURGIA EXTRACTIVA II PRACTICA 01: SOLUBILIDAD DE SALES INORGANICAS
OBJETIVOS
GENERAL Determin Determinar ar la diferen diferencia cia de solubil solubilidad idad del cobre cobre cuando cuando se disuelve disuelve en diferentes sistemas acuosos, con el fin de seleccionar el reactivo apropiado para lixiviar minerales que contienen Cu.
ESPECIFICOS •
•
Realizar pruebas de solubilidad del CuSO 4 en sistemas acuosos y realizar sus respectivas curvas. Comparar los resultados obtenidos en el laboratorio con los teóricos.
MARCO TEORICO SOLUCIONES
Son mezclas homogéneas obtenidas cuando una sustancia se dispersa en otra a nivel molecular y sus componentes componentes individuales individuales no se pueden separar por medios mecánicos simples, lo que significa que son uniformes en su composición.
Factores que influyen en la velocidad de la disociación Cuando un soluto se pone en contacto con un solvente la velocidad del proceso de disolución depende de los siguientes factores: •
•
•
•
Naturaleza de las sustancias implicadas en el proceso de disolución: Si son gases se mezclan instantáneamente, si son líquidos miscibles la solubilización es también rápida, pero si son poco miscibles requiere mas tiempo. Mientras más finament finamente e esté Tamaño de las partículas del soluto: Mientras dividido el soluto, hay mas posibilidad de que las partículas de soluto y solvente entren en contacto y aumente la solubilización. aumentar la temperatura temperatura aumenta la Temperatura de la solución: Al aumentar velo velocid cidad ad de disol disoluci ución ón y más rápi rápidam damen ente te se llega llega a la satura saturació ción, n, aunq aunque ue en algun algunas as ocas ocasion iones es se dismi disminuy nuye e la solub solubili ilida dad, d, como como en procesos en que se libera calor. Grado de agitación o mezcla del soluto en el solvente: Al agitar una mezcla de dos sustancias a un mayor contacto entre las partículas de soluto y solvente, una mejor distribución de ellas, mayor velocidad de difusión y, por tanto, mayor velocidad de la solubilidad.
El producto de solubilidad La gran mayoría de las sales inorgánicas son solubles en agua, pero existen algunas que son insolubles. Cuando se coloca en agua una sal insoluble o ligeramente soluble, se establece un equilibrio en el momento en que la velo veloci cida dad d de diso disolu luci ción ón de los los ione iones s de sóli sólido do igua iguala la la velo veloci cida dad d de preci precipit pitac ació ión n de la soluc solució ión n satu saturad rada. a. Las ecuac ecuacion iones es quími químicas cas para para soluc solucion iones es acuosa acuosas s de sólido sólidos s iónic iónicos os ligera ligeramen mente te solub solubles les tiene tienen n la siguiente forma: AB == A+ + B- ; KPS = [A+] * [B -] Donde Kps es denominada constante del producto de solubilidad. Es importante no confundir el termino de solubilidad con el de producto de solubili solubilidad dad.. Este Este ultimo ultimo correspo corresponde nde a la constant constante e de equilib equilibrio rio de una reacc reacción ión espec especifi ifica ca,, en tanto tanto que que la solub solubili ilida dad d es la cant cantida idad d de una una sustancia sustancia que se disuelve en una cantidad definida de agua y aunque tienen reacción entre sí, sus valores son diferentes.
Efecto del ion común
El efec efecto to de ión ión comú común n tien tiene e rela relaci ción ón dire direct cta a con con los los equi equili libr brio ios s de solub solubili ilida dad. d. En soluci solución ón satura saturada da de una una sal sal como como el BaSO BaSO 4, la conc concen entr trac ació ión n de los los ione iones s está está gobe gobern rnad ada a por por el prod produc ucto to de solubilidad: Kps = [Ba +2] * [SO 4-2] Aun si otras sales se hallan disueltas en la solución. solución. Si la concentración concentración de uno de los iones aumenta por la adición de BaCl 2 o Na2SO4, la concentración del otro debe disminuir para poder mantener el equilibrio. Esto significa que la adición de un ion común conduce a un decrecimiento en la solubilidad de la sal, pues de acuerdo con el principio de Le Chatelier el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
EQUIPOS Y MATERIALES • • • • • • • • • • •
Balanza Agitadores Agitadores magnéticos magnéticos Termómetro Vidrios de reloj Sulfato de cobre (CuSO 4) Amoniaco Amoniaco Vasos de precipitado de 100 ml Vitrina de extracción de gases Agua destilada destilada Sulfato de níquel Acido sulfúrico sulfúrico
PROCEDIMIENTO Se asign asignar aron on los los distin distintos tos proc proced edimi imient entos os a los grupo grupos, s, los los siste sistemas mas trabajados fueron: Sistema 1: Solubilidad en agua a tres temperaturas diferentes (25, 35, 50°C) Sistema 2: Solubilidad en solución de amoniaco 1.0, 5.0 y 10.0 % volumen a 25°C. Siste Sistema ma 3: Solu Solubil bilida idad d en soluc solucio iones nes de ácido ácido sulfú sulfúric rico o 1.0, 1.0, 5.0 5.0 y 10 % volumen a 25°C. Sistema 4: Solubilidad en solución acuosa conteniendo sulfato de níquel en las concentraciones 1.0, 2.0 y 5.0 g/L.
El sist sistem ema a asig asigna nad do a trab trabaj ajar ar en el labo labora rato tori rio o fue fue el sist sistem ema a 4, procediéndose de la siguiente forma: Debido a que la concentración concentración está por por litros y en el laboratorio laboratorio se trabajo con 50 mL, se llevó las concentraciones a este volumen, resultando los pesos de sulfato de níquel a añadir a los 50 mL de agua de la siguiente forma: 0.05g(para 1g/L), 0.1g(para 2.0g/L) y 0.25g(para 5.0g/L). Para las tres concent concentraci racione ones s se tomaron tomaron 25g de CuSO CuSO 4, se puso la solución con el agitador magnético y se añadió el sulfato de cobre poco a poco hasta que precipito precipito obteniénd obteniéndose ose de esta esta manera manera el peso de CuSO CuSO 4 disuelto y no disuelto. Finalmente se recopilaron los datos de los otros grupos.
DATOS Y RESULTADOS Sistema 1: AGUA TEMPERATURA CuSO4. 5H2O (°C) DISUELTO (g) 25 35 50
CuSO4 (g)
SOLUBILIDAD (g/L)
13.465 20.557 27.59
268,1 411,14 551,8
21.74 32.15 43.75
SOLUBILIDAD DEL SULTATO DE COBRE EN AGUA
600 D 600 A D I 400 L 400 I B U 200 200 L O S 0
551,8 411,14 268,1
0
10
20
30
40
50
TEMPERATURA
Sistema 2 : SOLUCIONES DE AMONIACO % VOL DE CuSO4 CuSO4 (g) AMONIACO DISUELTO (g) 1.0 5.0 10.0
0.22 1.11 2.49
0.1406 0.7097 1.5921
SOLUBILIDAD (g/L) 2,832 14,194 318,42
Sistema 3 :SOLUCIONES DE ACIDO SULFURICO % VOL DE H2SO4 CuSO4 CuSO4 (g) DISUELTO (g) 1.0 5.0 10.0
20.2 16.78 13.11
SOLUBILIDAD (g/L)
12.916 10.73 8.383
258,32 214,6 167,66
400 D 300 A D I L 200 I B U 100 L O 0 S
-100
SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE Cu EN
SOLUBILIDAD DEL SULFAT O DE Cu EN AMONIACO
0
5
10
15
% V ACIDO SULFURICO
Sistema 4: SOLUCIONES DE SULFATO DE NIQUEL CONCENTRACION CuSO4 .5H2O CuSO4 (g) DE NiSO4 (g/L) DISUELTO (g) 1.0 2.0 5.0
22.54 19.68 18.11
SOLUBILIDAD (g/L)
14.412 12.583 11.579
288.66 251.66 231,58
SOLUBILIDAD DE SULFATO DE Cu EN SULFTO DE Ni D 400 A D I 300 L ) I g 200 B ( U 100 L O 0 S
0
2
4
%p SULFATO DE Ni
6
Comp Compara ararr los los valo valores res obte obteni nido dos s de la solub solubil ilid idad ad en agua agua con con las las constantes de solubilidad para estos compuestos que aparecen en la biblio bibliogra grafía fía.. Discut Discutir ir las diferen diferencia cias s y sugerir sugerir recome recomenda ndacio ciones nes de los posibles errores cometidos en la evaluación experimental.
SOLUBILIDAD EXPERIMENTAL [gCuSO4 /LH /LH2O] 25 °C 35 °C 50°C
SOLUBILIDAD EXPERIMENTAL
SOLUBILIDAD TEÓRICA [gCuSO4 /100gH /100gH2O]
% ERROR
26.81 41.114 55.18
22.7 26.58 33.3
18.10 54.68 39.65
268,1 411,14 551,8
Los datos obtenidos en el laboratorio son un poco bajos en relación con los teóricos, posiblemente las causas de error son la realización de la prueba en forma diferente a como lo indica la guía, pues en esta se dice dice que que se debe debe prep prepar arar ar un baño año term termos osta tata tado do hast hasta a la temperatura del ensayo, luego introducir en el baño el baso con la soluc solución ión de traba trabajo jo y esper esperar ar hasta hasta que que la soluc solución ión alcanc alcance e la temp temper erat atur ura a dese desead ada. a. En real realid idad ad se proc proced edió ió cale calent ntan ando do directamente el vaso con la solución de trabajo y esto está más prop propen enso so a vari variac acio ione nes s fuer fuerte tes s de la temp temper erat atur ura a dura durant nte e el ensayo.
A partir de las concentraciones de sulfato de níquel utilizadas en la experiencia 4 y utilizando el valor de solubilidad del sulfato de cobre en agua, calcular la concentración de cobre soluble en estas soluciones y compararlo con los resultados de la experiencia 4.
PM NiSO4=154.7 g/mol PM CuSO4=159.54 g/mol PM CuSO4.5H2O= 249.54 g/mol Solubilidad del CuSO 4.5H2O=0.389 g/ml*1mol/249.54g=1.559 mol/L NCu++=NSO++4=nCuSO4
[NiSO4] = 1 g / L
1 g NiSO4 / L = 1 mol NiSO 4 / 154.7 g NiSO 4 = 6.46 * 10 -3 mol NiSO4 / L
[Cu++] = [SO4--] = 1.558 - 6.46 * 10 -3 = 1.552 mol / L [SO4--] = (1.552 mol / L)* (96 g / mol) = 148.03 g SO 4-- / L En 50 mL → (148.03 g / L) * (0.050 L) = 7.45 g SO 4-WCuSO4 . 5H2O = (7.45 g SO 4--) * ((249.54 g CuSO 4 . 5H2O) / (96 g SO 4--)) = 19.37 g CuSO4 . 5H2O Dato obtenido en el laboratorio 16.7 g CuSO 4 . 5H2O
[NiSO4] = 1 g / L
2 g NiSO4 / L = 1 mol NiSO 4 / 154.7 g NiSO 4 = 0.0129 mol NiSO 4 / L [Cu++] = [SO4--] = 1.558 - 0.0129 = 1.5461 mol / L [SO4--] = (1.5461 mol / L)* (96 g / mol) = 143.43 g SO 4-- / L En 50 mL → (143.43 g / L) * (0.050 L) = 7.421 g SO 4-WCuSO4 . 5H2O = (7.421 g SO 4--) * ((249.54 g CuSO 4 . 5H2O) / (96 g SO 4--)) = 19.29 g CuSO4 . 5H2O Dato obtenido en el laboratorio 7.6 g CuSO 4 . 5H2O
[NiSO4] = 5 g / L
5 g NiSO4 / L = 1 mol NiSO 4 / 154.7 g NiSO 4 = 0.0323 mol NiSO 4 / L [Cu++] = [SO4--] = 1.558 – 0.0323 = 1.527 mol / L [SO4--] = (1.527 mol / L)* (96 g / mol) = 146.56 g SO 4-- / L En 50 mL → (146.56 g / L) * (0.050 L) = 7.328 g SO 4-WCuSO4 . 5H2O = (7.328 g SO 4--) * ((249.54 g CuSO 4 . 5H2O) / (96 g SO 4--)) = 19.05 g CuSO4 . 5H2O
CONCENTRACION DE
SOLUBILIDAD
SOLUBILIDAD
NiSO4 (% p)
CuSO4 .5H2O TEORICO
CuSO4. 5H2O (g) EXPERIMENTAL
1 2 5
19.37 19.29 19.05
45.08 39.36 36.22
Los resultad resultados os experimen experimentale tales s se encuen encuentran tran bastante bastante alejado alejados s de los teóricos, es importante resaltar que los cálculos cálculos teóricos se hicieron teniendo teniendo en cuent cuenta a la solub solubili ilida dad d hecha hecha con con el CuSO CuSO 4 en agua, por que con los resultados teóricos es muy diferente.
Investigar en cuales especies iónicas se puede encontrar el cobre en las soluciones que se utilizaron en la práctica.
Con el amoniaco: Cu++ ; Cu(NH3)++ ; Cu(NH 3)2++ ; Cu(NH 3)3++ ; Cu(NH 3)4++. Con el sulfato de níquel: Cu++. Con el ácido sulfúrico: Cu++.
Realizar una discusión sobre las ventajas técnicas y económicas de usar las diferentes soluciones (excepto la solución que contiene níquel) para lixiviación de cobre, considerando el agente y su concentración.
La solubilidad del sulfato de Cu es bastante elevada, además es la mas económica y fácil de conseguir de todos las soluciones con las que se trabajo durante el laboratorio. Desde el aspecto económico es viable la utilización del H 2SO4 debido a su disponibilidad disponibilidad y bajo costo costo en el mercado. mercado. Se usa para lixiviar lixiviar minerales minerales de cobre cobre y uranio. uranio. La solubilida solubilidad d con el ácido ácido sulfúrico sulfúrico es mayor mayor que con el agua comparándolo a una temperatura de 25°C.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Durante el desarrollo del laboratorio se pudo comprobar que al aumentar la temperatura del soluto (agua) aumentó la solubilidad del sulfuro de cobre, esto debido seguramente a lo que indica la literatura acerca del aumento de la energía cinética con lo que las moléculas de soluto tienen más oportunidad de pasar a solución, además este no es un proceso exotérmico, por ello la temperatura favorece la disolución.
Se pudo comprobar el efecto del ión común; en los casos con ácido sulfúrico y sulfato de níquel, a medida que se añadía más cantidad de estos, diminuía la cantidad de sulfato de cobre disuelto, esto debido al cumplimiento de la ley de Le Chatelier, que nos indica que al haber más ión sulfato disuelto, el sistema tiende hacia el equilibrio produciendo la precipitación del sulfato de cobre.
No se pudo ver un efecto claro del amoniaco, la curva varía muy poco. Se alcanz alcanza a aprec apreciar iar un aume aumento nto de la solub solubili ilida dad, d, esto esto debid debido o a que que el amoniaco actúa como un ligando del cobre, no se nota apreciablemente el efecto del amoniaco por una baja cantidad adicionada de este.
Es recomendable en el laboratorio un mayor número de agitadores para no presentar problemas como los encontrados en el laboratorio laboratorio en donde un grupo tenía que esperar que se desocupara un agitador para poder trabajar.
CUESTIONARIO
