Recursos Evaporíticos
MET-226
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA METALURGICA
INFORME LABORATORIO N° 2 CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Estudiante:
Univ. Chavez Velasquez Jorge Luis.
Docente:
Ing. Juan Carlos Montenegro Bravo.
Materia:
Recursos Evaporíticos (MET 226)
Fecha:
Univ. Chavez Velasquez Jorge Luis
La Paz, 3 de julio de 2013.
Recursos Evaporíticos
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CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA
1. OBJETIVOS. 1.1.
OBJETIVO GENERAL. Eliminación de todos los iones de la salmuera, mediante CRISTALIZACION FRACCIONADA, dejando al final una salmuera rica en iones cloruro y litio
1.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS. Obtener cristales de Halita, Silvinita, Carnalita y Bischofita. Determinar las condiciones en laboratorio para la precipitación de las sales y el enriquecimiento de en la salmuera.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO. Existen diferentes tipos de procesamiento de salmueras y están en función del elemento o producto a obtener. Se puede decir existen tres grandes categorías de procesamiento de las salmueras para la producción del litio: El proceso clásico en campo de los cloruros Proceso experimental en el campo de los sulfatos El proceso de adsorción selectiva
EL PROCESO EN EL CAMPO DE LOS CLORUROS Eliminación de todos los iones de la salmuera, mediante CRISTALIZACION FRACCIONADA, dejando al final una salmuera rica en iones cloruro y litio. Requiere obtener (a través de evaporación solar) de altas concentraciones de Li, y remover todos los iones de Mg2+, Ca2+ y SO4= del proceso, para evitar su co-precipitación con el Li2CO3. Se precipita además previamente todo el B y el Na.
PRECIPITACIÓN DE SALES La circulación de agua por capilaridad o gravedad en los edificios transporta igualmente los iones en solución. Este sistema salino es inicialmente homogéneo, esto es, consta de una única fase, la solución acuosa. No obstante, las especies químicas (aniones y cationes) en solución son muy variadas, por lo que pueden precipitar una gran variedad de sales. Univ. Chavez Velasquez Jorge Luis
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La precipitación de una sal en un sistema multi-componente se produce cuando se alcanza una determinada concentración, denominada de saturación, para las especies químicas que forman la sal. La reacción que gobierna la disolución/precipitación de la sal puede simplificarse como sigue:
Donde y son la especies catiónica y aniónica, respectivamente, en solución acuosa y es la sal sólida, y n, m y p son los moles de cada especie que intervienen en la reacción. Cuando la solución acuosa está saturada en la sal CA, las concentraciones de las especies y en solución no son cualesquiera, sino que vienen descritas por la constante de equilibrio, K:
Donde los corchetes indican las concentraciones de las distintas sustancias. Si la sal es pura (i.e., no es una solución sólida), la concentración de la especie es igual a 1, por lo que la constante de equilibrio queda: Este producto también se denomina producto de solubilidad . El valor de la constante de equilibrio depende de un gran número de variables, tales como la temperatura, presión, humedad relativa, pH, concentración de otras especies, etc. La Figura se muestra las curvas de solubilidad en equilibrio para distintas sales en función de la temperatura. En esta figura puede apreciarse que la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura para la mayoría de las sales.
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PROCESO SALMUERA UYUNI Eliminación de Sulfatos: Precipitación de Halita: Precipitación de Silvinita: Precipitación de Carnalita: Precipitación de Carnalita Artificial: Precipitación de Bischofita: Solución rica de LiCl
•
Eliminación de Sulfatos (encalado)
Preparación de la lechada Usualmente, la separación de magnesio en medio básico (obtenci6n de magnesio del agua de mar), se realiza a partir de hidr6xido de calcio en mezcla líquida o la llamada "Lechada de cal". Este reactivo, de muy fácil obtenci6n por su abundancia y bajo costo, proviene de la reacción de óxido de calcio o "Cal Viva" con agua:
Encalado. La relaci6n magnesio/litio en Uyuni es la más alta de las salmueras en que es· explotado el litio; su valor: 14-20/1 frente a 6,4/1 de Atacama y 1,5/1 en Silver Peak (EE.UU.). Por tal motivo, la cantidad de magnesio complica el sistema y hace inobjetable la adopci6n de técnicas especiales para el tratamiento de la salmuera.
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La abundancia del ión magnesio en Uyuni, casi igual a la de potasio hace que este elemento no pueda ser separado óptimamente con un simple proceso de evaporaci6n sin perjudicar el rendimiento en recuperaci6n de Litio Esta separación puede darse precipitando el como hidróxido, ya que el es uno de sus compuestos menos soluble. Los oxhidrilos liberados por la lechada de cal, debido a la diferencia de solubilidad entre el y el reaccionan rápidamente con los iones ; pueden atrapar más fácilmente un electrón o un anión que el , quien en solución se desliga del oxhidrilo que precipita ligado al magnesio de acuerdo a la reacción:
Y los cationes reaccionan con los aniones precipitando de esta manera como según la reacción:
Cuando se mezcla la lechada de cal con la salmuera concentrada, se incrementa el volumen total; al ocurrir aquello, naturalmente las especies concentradas en el proceso de evaporación se diluyen en la misma proporción y es necesario concentrarlas nuevamente por evaporación del agua introducida en la lechada. Por otra parte, la salmuera se satura en calcio. Una vez que la salmuera está exenta de sulfatos y con una eliminación parcial del catión magnesio es que se procede a la cristalización fraccionada.
Precipitación de Halita
Precipitación de Silvinita
Precipitación de Carnalita
Precipitación de Bischofita
Solución rica en Litio y Cloro para obtención de Li 2CO3
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3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. a) b) c) d) e)
Preparación de la lechada. Añadir la lechada a la salmuera para producir el encalado. Someter a evaporación la salmuera ya encalada. Llegar una precipitación primero con halita. Determinar la pérdida de peso ( evaporación) hasta llegar a un 30% del inicial, en la cual empieza a precipitar la silvinita; pasar la salmuera residual a otro recipiente y seguir con la evaporación f) Determinar pérdida de peso (vaporación) hasta aprox. Un 30 % momento antes que la carnalita empieza a precipitar luego realizar una decantación y la salmuera residual debe ser llevado a otro envase para continuar con la evaporación y precipitación de la carnalita g) De cada una las sales obtenidas determinar, mediante secado el % de salmuera ocluida
4. EQUIPOS y MATERIALES. EQUIPOS. Balanza con precisión de 0.01g. Bomba de vacío. Filtro al vacío. MATERIALES. Recipiente de 5 litros. Agitador Magnético. Papel filtro. Termómetro. Manguera. Bandejas para evaporación. REACTIVOS Salmuera de pozo del salar de Uyuni. Agua y cal.. 5. DATOS ADQUIRIDOS. Valores para la preparación de la lechada:
4 1.24 2.33 70 101.1 202.2 Tabla 1. Preparación de la Lechada
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Preparación de la lechada:
Encalado:
101.1 202.2 485.5 171.9 12.7 450 10
1.233 4932.8 178.8 7 Tabla 3. Encalado
Tabla 2. Lechada Separación sólido-líquido:
384.1 2829.8 Tabla 4. Separación Solido Líquido Muestra 1.
442.2 3191.0 Tabla 5. Separación Solido Líquido Muestra 2.
Sedimentación:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
3.5 3.0 9.5 9.0 15.0 14.0 21.0 18.0 26.5 21.5 32.5 27.5 33.5 30.0 34.2 32.0 34.5 32.7 34.7 33.2 Tabla 6. Sedimentación de y
Evaporación para la Cristalización de Halita
Muestra 1.
Tabla 7. Recipientes. Muestra 1
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: Muestra 2.
178.6 177.5 54.2
Tabla 8. Recipientes. Muestra 2
177.8 176.9 155.4
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Una vez que se restaron las masas recipientes a sus correspondientes productos se tiene las masas sólo de la Salmuera, agua y los lodos Viernes 17 de Mayo 2052.5 1559.8 210.8 Miércoles 22 de Mayo 1740.4 949.8 193.9 Jueves 23 de Mayo 1633.6 772.0 190.2 Viernes 31 de Mayo 12:00 p.m. 1543.4 616.7 185.6 Viernes 31 de Mayo 14:30 p.m. 1536.4 611.5 Tabla 9. Evaporación. Muestra 1 Cristalización de Halita
Viernes 17 de Mayo
2099.2 1588.0 201.5 Miércoles 22 de Mayo 1766.8 980.5 191.2 Jueves 23 de Mayo 1659.6 804.4 189.0 Viernes 31 de Mayo 12:00 p.m. 1567.2 647.7 186.3 Viernes 31 de Mayo 14:30 p.m. 1560.6 642.1 Tabla 10. Evaporación. Muestra 2
:
Lunes 3 de Junio (Cristalización Halita) 368.0 210.4 Tabla 11. Cristalización. Muestra 1
Lunes 3 de Junio (Cristalización Halita) 382.1 Jorge 317.1 Tabla 12. Cristalización. Muestra 2
6. CÁLCULOS Y RESULTADOS. Valores para la preparación de la lechada:
] [
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Incluyendo el exceso del 5%.
Preparación de la lechada:
El pH determinado, tiene un valor de 10.
Encalado:
Pesando en una balanza analítica 100 [ml] de salmuera se tiene una masa de 123.3 [g]
Para 4 litros de salmuera se tiene una masa de: El pH determinado, tiene un valor de 7.
Separación sólido-líquido:
Muestra 1:
Muestra 2:
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Sedimentación:
Sedimentación 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
55 Tiempo [min]
5
] m10 c [ e r 15 b i l a r 20 e u 25 m l a S 30 H
Muestra 1 Muestra 2
35 40
Evaporación para la Cristalización de Halita
:
Tiempo [horas] Salmuera [g] Agua [g] Lodos [g] 1 2052,5 1559,8 210,8 120 1740,4 949,8 193,9 144 1633,6 772,0 190,2 336 1543,4 616,7 185,6 338,5 1536,4 611,5 Tabla 13. Evaporación Salmuera. Salmuera Agua 25.1 60.8 Tabla 14 % de Evaporación.
Lodos 12.0
Taza de Evaporación Muestra 1
2200 2100 2000 1900 1800 1700 ] 1600 g 1500 [ 1400 n 1300 ó i 1200 c 1100 a r 1000 o p 900 a 800 v 700 E 600 500 400 300 200 100 0
Salmuera Agua Lodos
0
50
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100
150 200 Tiempo [horas]
250
300
350
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Tiempo Salmuera Agua 1 2099,2 1588 120 1766,8 980,5 144 1659,6 804,4 336 1567,2 647,7 338,5 1560,6 642,1 Tabla 15. Evaporación Salmuera.
Lodos 201,5 191,2 189 186,3
Salmuera Agua Lodos 25.65 59.5 7.5 Tabla 16 % de Evaporación.
Taza de Evaporación Muestra 2. 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 ] 1500 g 1400 [ n 1300 ó i 1200 c 1100 a r o 1000 p 900 a v 800 E 700 600 500 400 300 200 100 0
Salmuera Agua Lodos
0
Cristalización de Halita
50
100
150 200 Tiempo [horas]
250
300
350
: Cristalización Halita (Muestra 1)
368.0
156.2 16.26 Tabla 17. Resultados Cristalización Halita
6.90
Cristalización Halita (Muestra 2)
382.1
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161.7 16.61 Tabla 17. Resultados Cristalización Halita
7.03
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7. DISCUSIÓN SE RESULTADOS Valores para la preparación de la lechada:
Los valores empleados para realizar en cálculo de la cantidad de cal a añadir para preparar la lechada fueron brindados, es por ello que no representan dificultades y los 101.1 gramos son los correctos y aseguran que precipite el sulfato de calcio y el hidróxido de magnesio, aunque éste último no lo hará en su totalidad. Preparación de la lechada:
Al preparar la lechada un punto importante a aprender fue la variación de temperatura que se tiene, se realizó la agitación por aproximadamente 15 minutos; pero la temperatura prácticamente no varió nada, se midió el pH en este punto y se obtuvo un valor de10 Encalado:
Una vez que se preparó la lechada se añadió rápidamente ésta a la salmuera y de igual manera se vio si existían un cambio de temperatura; pero la temperatura varió 1 °C. El pH obtenido al realizarse el encalado fue de 7 y esto nos muestra que al añadir la lechada a la salmuera sí existe un cambió de pH Sedimentación:
La sedimentación presentó el problema de tiempo ya que según la gráfica de sedimentación a los 50 [min] aún no se tenía un comportamiento constante y tanto el hidróxido como el sulfato correspondientes seguían en suspensión, es por esto que se dejó los recipientes por un lapso de 5 días hasta que se apreciaba bien ambas fases (sólido-Líquido). Separación sólido-líquido:
La separación no tuvo mayores problemas ni pérdidas de salmuera ya que se la realizó con una bomba de vacío y se filtró rápidamente. Los productos de ambas pruebas fueron depositadas en recipientes para poder determinar la taza de evaporación de salmuera y a la vez la salmuera ocluida o la cantidad de agua que aún tenían los lodos (hidróxido de magnesio y sulfato de calcio) Evaporación para la Cristalización de Halita
:
Se tuvo que esperar bastante para que se alcance una evaporación del 30% de la salmuera, ésta prácticamente se realizó en 410.5 horas teniendo como inicio el viernes 17 de mayo, para el viernes 31 de mayo se tenía una evaporación aproximada del 25% en ambas muestras (una ligeramente mayor a la otra), es así que para el lunes 3 de junio se alcanza la evaporación del 30% de la salmuera; y la evaporación del agua es mayor al 65%.
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La muestra 1 tiene un mayor porcentaje de salmuera ocluida que la muestra 2; la muestra 1 alcanza un porcentaje mayor al 12% mientras que la muestra 2 alcanza un 7%. El comportamiento de la evaporación en ambas muestras es prácticamente el mismo teniendo ligeras variaciones que no influyen de gran manera al proceso. Cristalización de Halita
:
Al alcanzar el 30% de evaporación de la salmuera es que se deben separarse los cristales de Halita y salmuera para su posterior precipitación y cristalización de silvinita. De la muestra 1 obtuvimos 368.0 [g] mientras que por la muestra 2 obtuvimos 382.1 [g]. Estos resultados son prácticamente iguales ya que la muestra de salmuera 2 fue ligeramente mayor en masa a la muestra de la salmuera 1. El porcentaje que se tiene de Halita en la Salmuera inicial corresponde a un 16% y los lodos que corresponden al hidróxido de magnesio y al sulfato de calcio tienen un porcentaje del 7% de la salmuera. Debido a que no se logró controlar la taza de evaporación en la siguiente precipitación es que no se tienen mayores datos para realizar el informe.
8. CONCLUSIONES. Únicamente se logró la eliminación del ión sodio de la salmuera, precipitándolo como Halita en dos muestras para poder comprobar diferencias. Se obtuvieron 368.0 y 382.1 [g] de Halita cristalizada. La halita cristalizada representa aproximadamente el 16% de la salmuera inicial y la cantidad de representan el 7 % de la salmuera junto con la lechada. Se logró la precipitación de 156.2 [g] de lodos en la Muestra 1 y de 161.7 [g] en la Muestra 2 concluyendo por estos valores que los lodos en las muestras son prácticamente iguales y su evaporación (salmuera ocluida) de la misma manera El tiempo aproximado que se empleó en la evaporación del 30% de la salmuera fue de 410.5 horas. Debido a que no se logró controlar la evaporación en la segunda etapa de cristalización es que no se alcanzó cumplir con el objetivo general de la práctica
9. BIBLIOGRAFÌA
Juan Carlos Montenegro Bravo, Recursos Evaporíticos, La Paz-Bolivia (2012).
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