UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

AREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA QUÌMICA

QUÍMICA INORGANICA

QU-215 A

INFORME Nº05

ANALIS DE UN CARBON

Realizado por: Mesa: C3

MORALES QUISPE, Jorge Armando 20072088F

NATIVIDAD ALVARADO, Henry Alex 20080342E

Profesores de práctica:

Ing. Cárdenas Vargas, Bertha

Ing. Pajares Briones, Elmo

Periodo académico: 2009 I

Fecha de realización de práctica: 05-05-09

Fecha de presentación de informe: 12-05-09

LIMA – PERÚ

INFORME Nº 5

ANALIS DE UN CARBÓN

I. OBJETIVOS:

EXP. Nº

1.Determinación de la humedad

Determinar mediante análisis de una muestra de carbón, su humedad superficial que viene a hacer la humedad inherente de la muestra de carbón.

2.Determinación del material

volátilEncontrar la cantidad de materia volátil presente en el carbón

3.Determinación de las cenizas

Determinar en la muestra de crisol la cantidad de cenizas que se obtiene al finalizar la experiencia.Determinar tambien la representación de la cantidad de carbón fijo, luego de realizar todos los ensayos del respectivo procedimiento experimental

II OBSERVACIONES:EXP. Nº

1.Determinación de la humedad

Colocando el crisol sin cubrir, con el contenido de la muestra de carbón, en el desecador y pesamos la muestra, obtenemos en el respectivo procedimiento una perdida de peso esto es debido a la humedad superficial.

2.Determinación del material

volátil

Al empezar a calentar la muestra de carbón se sintió un olor desagradable lo cual indicaba un desprendimiento de gas

3.Determinación de las cenizas

Obtenido el residuo de la materia volátil, tapar parcialmente con la tapa de crisol y ligeramente dar una inclinación en el respectivo triangulo, para obtener así una mejor visibilidad de la muestra y calentar fuertementeObservamos que mientras avanza el tiempo, la muestra en el crisol en el estado de calentamiento, el residuo se va tornando de un color negro aun color blanco y ese residuo blanco vienen a ser las cenizas

III CÁLCULOS Y RESULTADOS:EXP. Nº

1.Determinación de la humedad

Peso crisol + tapa = 29gPeso crisol + tapa + carbón = 30gPeso carbón = 1gPeso crisol + tapa + carbón seco = 29.85gPeso agua = 0.15gPorcentaje de agua = 15%

2.Determinación del material

Peso crisol + tapa + carbón seco=29.85gPeso crisol +tapa+ residuo = 29.7g

volátilPeso de materia volátil = 29.85 – 29.7= 0.15gPorcentaje de materia volátil = 15%

3.Determinación de las cenizas

Peso crisol + tapa +cenizas =29.15gPeso crisol + tapa = 29gPeso de cenizas = 0.15gPorcentaje de cenizas = 15%

4.Determinación del calor de combustión

%H = 0.0573%N = 1.92%C = 54.94%O = 13.0827Poder calorífico = 14.54(%C/100) + 62.028[(%H/100) – (%O/100)]

Poder calorífico = - 0.0911 Btu/lb = - 0.0506 Kcal/Kg = - 0.2118 KJ/Kg

IV. CONCLUCIONES:

EXP. Nº

1.Determinación de la humedad

En la presente experiencia analizando la muestra de carbón, mediante el denominador análisis aproximado o inmediato para determinar la cantidad de carbón en su estado de humedad, cuyos resultados darán las pautas del uso del carbón para producir productos

2.Determinación del material

volátil

El material volátil presente en el carbón esta constituido principalmente por hidrogeno, nitrógeno y oxigeno.

3.Determinación de las cenizas

Al enfriar la muestra pesar la muestra con su respectiva tapa y la cantidad que permanece en el crisol es el contenido de cenizasTambien concluimos que la perdida es peso después de remover la materia volátil de la muestra, representa la cantidad de carbón fijo.Concluimos que el carbón se basa en un método de suposición y en los Cálculos se harán con el respectivo “lignito” %Cf.=60 (terroso)

V. CUESTIONARIO:

1.) Concentración de un mineral (flotación):

La flotación es una técnica de concentración que aprovecha la diferencia entre las

propiedades superficiales o interfaciales del mineral o especie de valor y la ganga. Se

basa en la adhesión de algunos sólidos a burbujas de gas (usualmente aire) generada

en la pulpa por algún medio externo, en la celda de flotación. Las burbujas de aire

transportan los sólidos a la superficie, donde son recolectados y recuperados como

concentrado. La fracción que no se adhiere a las burbujas permanece en la pulpa y

constituye el relave.

La propiedad de un determinado reactivo de tornar hidrofóbicos ciertos minerales es

debido a la concentración de este reactivo en la superficie de esos minerales. O sea,

el reactivo se deposita selectivamente en la superficie mineral recubriéndola de modo

que se adhiera en la superficie de la partícula una película de la sustancia. Para que

esto ocurra es necesario que las moléculas de la sustancia migren del seno de la

solución a la superficie de la partícula y ahí se deposite.

La utilización de colectores en la flotación de sulfuro de minerales, es una práctica

industrial establecida desde que se aplicó el método. Radicales de cadena

relativamente corta son usados, etil hasta amil. Las superficies de los sulfuros

naturales son menos hidratadas que la mayoría de los minerales oxidados. En este

caso la superficie de las partícula sulfurada debe estar parcialmente cubierta por algún

colector para que la interacción con las burbujas de aire sea posible. La Molibdenita

es uno de los pocos minerales naturalmente hidrofóbicos.

Los xantatos ejercen un liderazgo casi absoluto entre los compuestos usados

industrialmente como colectores. Por esta razón los estudios fundamentales buscan

una mejor comprensión de la interacción colector/sulfuro mineral, la investigación se

ha centrado en los mecanismos de acción de los xantatos. Varias hipótesis fueron

presentadas en el pasado tratando de explicar el mecanismo de acción de los xantatos

en la colección de sulfuro.

2.) Tostación Y Calcinación

Tostación:

La tostación, por cualquiera de los diferentes métodos técnico es indispensable en

casos de ciertos minerales o concentrados para prepararlos previamente a la

lixiviación. La tostación puede hacerse variar, según sea necesario para producir un

sulfato, un óxido, reducir el contenido de óxido, producir un cloruro, o bien una

combinación de estos resultados.

Química de la tostación

La tostación de minerales o concentrados como paso previo para el proceso de

lixiviación de los mismos, toma cualquiera de las siguientes formas: Oxidación,

reducción, sulfatación, o cloruración. Cada una tiene un objeto específico, el cual se

puede obtener usando medidas adecuadas y teniendo control en la operación.

La tostación oxidante de minerales de cobre no se usa en ninguna planta moderna

para lixiviación de cobre. La razón no es falte de eficiencia del proceso de tostación

sino el hecho de que, por lo general, resulta mas barato operar un molino de flotación

y una fundición para los minerales de sulfuro de cobre, que tostarlos, lixiviarlos y, por

ultimo, refinarlos. Sin embargo, habría que estudiar y pensar el uso de la tostación y

lixiviación para un concentrado de sulfuro de cobre, cuyo contenido de metales

preciosos fuera muy bajo, o bien, hubiera que transportarlo a una distancia muy

grande hasta la fundición.

Calcinación

El concepto calcinación es la eliminación de agua y gases atrapados químicamente en

el concentrado, de los cuales se pueden considerar los hidróxidos, carbonato, sulfatos

y compuestos hidratados.

Termodinámica de la calcinación.

Un estudio termodinámico de la calcinación nos va a mostrar el sentido hacia donde se

desplaza la reacción en las condiciones estándar (25° C y 1 atm de presión) ya sea

hacia los productos o reactivos y el tipo de la reacción a desarrollar, si es exotérmica o

endotérmica.

Analizando la calcinación de un carbonato: como queremos la

descomposición del carbonato el sentido de la reacción ya se ha definido y es de

izquierda a derecha, pero es necesario saber si la reacción genera o absorbe calor

para desplazarse en el sentido deseado; y es necesario calcular el cambio de entalpía,

obteniendo los valores de entalpía a 298 °K para productos y reactivos, de las tablas

termodinámicas.

Cambio de entalpía.

Sustituyendo los valores obtenidos queda:

El resultado positivo nos indica que la reacción es endotérmica y que requiere calor

para desplazarse de izquierda a derecha.

Cinética de la calcinación.

El sueco, Jacobus Herlcus Van´t Hoff, (1852 – 1911) sentó las bases para el estudio

de la cinética química, al mostrar la influencia de la concentración y la temperatura en

el equilibrio fisicoquímico de las reacciones. La cinética pretende determinar la rapidez

con que se desarrolla una reacción, y a su vez, poder acelerarla o retardarla, mediante

la modificación de los parámetros originales como son: La temperatura, radiación de

luz que absorben los átomos, y los catalizadores en la reacción.

La cinética se basa en el modelo del núcleo sin reaccionar que se encoge, en el cual

considera a una partícula esférica con un diámetro (d0), que reacciona bajo la acción

del calor.

Pasado un tiempo "t" en que se dio la reacción de calcinación, se corta la partícula

esférica por la mitad, para observar el avance de dicha reacción, apreciándose lo

siguiente:

a.- La reacción de la calcinación MCO3 = MO + CO2 se presentó en la superficie

donde la temperatura es igual a la de calcinación.

b.- La reacción continua hacia el centro de la partícula, pero la temperatura en esta

zona no fue suficiente para la calcinación.

c.- Un núcleo de reactivo de diámetro "d1" menor al diámetro original "d0" (d1< d0),

queda sin reaccionar, disminuyendo de esta manera, la eficiencia de la reacción.

El mecanismo sugerido por la cinética (para que reaccione dicho núcleo de diámetro

"d1"), es el siguiente:

1.- Como la reacción de calcinación es endotérmica, es necesario difundir la

temperatura de calcinación al frente de reacción "interfase" (limite de contacto entre d1

y d0).

2.- Con el valor de Td (temperatura adecuada para la calcinación), la reacción MCO3 =

MO + CO2 es rápida en sí misma.

3.- La reacción de calcinación genera dióxido de carbono como producto, es necesario

difundirlo hacia el exterior de la partícula a través de la capa producto, porque al

aumentar la concentración frenaría la reacción hasta alcanzar el equilibrio.

La cinética identifica que el paso más lento que controla una reacción, es la difusión

del calor, hacia la interfase o núcleo sin reaccionar, y para activar la reacción y

aumentar la eficiencia de la misma, es necesario conocer los parámetros que afectan

la difusión térmica o transferencia de calor; dichos factores son: tamaño de partícula,

conductividad térmica de la capa producto (naturaleza del material) y el gradiente de

temperatura existente.

3.) Descomposición de los óxidos metálicos por el calor:

Óxidos Metálicos:

Son compuestos con elevado punto de fusión que se forman como consecuencia de la

reacción de un metal con él oxigeno. Esta reacción es la que produce la corrosión de

los metales al estar expuesto al oxigeno del aire.

Un ejemplo de formación de un óxido metálico es la reacción del magnesio con él

oxigeno, la cual ocurre con mayor rapidez cuando se quema una cinta de magnesio.

La cinta de magnesio de color grisáceo se torna en un polvo blanco que es el óxido de

magnesio.

Los Óxidos Metálicos se denominan también Óxidos Básicos por que tiene la

propiedad de reaccionar con el agua y formar bases o hidróxidos.

Las bases se pueden reconocer fácilmente a través de un cambio de color en un

indicador acido-básico como el papel tornasol. Las disoluciones básicas tornan el

papel tornasol rosado a un color azul al entrar en contacto con ella.

Los óxidos metálicos puros son la mayor parte infusibles. Sin embargo, muchos pasan

a mayor grado de oxidación en la llama exterior, y a menor grado y hasta el estado

metálico, en la llama interior. Los óxidos infusibles son: la barita y la estronciana,

cuyos hidratos y carbonatos son fusibles, pero se convierten en tierras puras cuando

se calientan sobre el carbón y forman enseguida masas infusible; la cal, que se vuelve

muy luminosa cuando se calienta; la magnesia, la alumina, la glucina, la itria, el

circona, que se vuelve muy luminosa por la acción del calor; el acido silícico, el acido

tungstico, el oxido crómico, el acido antimoniosos, que sin embargo se reduce en la

llama interior, al estado de oxido antimónico volátil; el acido tantálico, el acido titánico

el, el oxido uranoso, el oxido uránico, que la llama del soplete reduce al estado de

oxido uranoso; el oxido ceroso, que la acción del calor convierte en oxido cerico; el

oxido cerico, el oxido margárico, que abandona una porción de su oxigeno cuando se

calienta con fuerza; el oxido zincico, que se reduce a la llama interior y se vuelve por

eso volátil; el oxido cádmico, que la llama interior reduce y volatiliza igualmente; el

oxido férrico, que pierde una parte de su oxigeno en la llama interior; el oxido nicolico,

el oxido cobaltico, el oxido estáñico, que puede ser reducido en la llama interior. Los

óxidos poco numerosos cuyos nombres siguen mas abajo, son al contrario en el

estado de pureza, fusibles a la llama del soplete; el oxido bismutico, el oxido plúmbico,

que lo mismo que el anterior, se reduce al estado metálico; y el oxido cúprico.420

4.-Reducción de los óxidos con el carbón

A una temperatura mas o menos subida puede el carbono reducir todos los

óxidos metálicos exceptuando a los de bario, estroncio, calcio y litio.

Apoderándose de esa suerte el carbono del oxigeno de estos óxidos, unas

veces se transustancia en acido carbónico, y otras en oxido de carbono, lo que

depende de la cantidad de carbón y de oxido que se mezclan, y de la afinidad

de los dos elementos que constituyen el oxido siendo este fácil de reducir,

como sucede con el de mercurio, cualquiera que sea la cantidad de carbono,

nunca se conseguirá mas que gas acido carbónico ;pero si es al contrario, solo

se obtendrá gas oxido de carbono sea la que fuere la cantidad de carbón; y no

siendo muy difícil la reducción, se lograra gas acido carbónico cuando haya

exceso de oxido metálico, y gas oxido de carbono cuando si el exceso es de

carbón. En efecto, en el primer caso siendo fácil se reducir el oxido, cederá su

oxigeno al carbón luego que se ponga al fuego, y no se podra formar mas que

gas carbónico, puesto que una de las condiciones necesarias para la formación

del oxido de carbón es una temperatura subida. Como en el segundo caso es

difícil de reducir el oxido, no podra ceder al carbón, mas que la cantidad de

oxigeno necesaria para transustanciarle en gas oxido de carbono; porque si a

una temperatura muy elevada se pusiese en contacto la mezcla de oxido y de

carbono, con el gas acido carbónico, el carbón convertirá a este en oxido de

carbono, porque le descompondría antes que al oxido metálico. No siendo el

oxido en el tercer caso muy difícil de reducir, podra, si hay un sobrante, ceder

al carbón el oxigeno necesario para transustanciarle en acido carbónico; pero si

al contrario hubiese exceso de carbón, solo se transformara este, en gas oxido

de carbono, porque la temperatura a la que se combina con el oxigeno del

oxido, es suficiente para que pueda descomponer el acido carbónico. Todas

estas reducciones se hacen en una retorta; se ponen el oxido y el carbón en la

retorta colocada en un horno adaptando a su cuello un tubo corvo que entre en

frascos llenos de agua, y según que el oxido es mas o menos fácil de reducir

se aplica el calor conveniente, si la reducción es difícil, se usara de una retorta

de arcilla cocida, y de un horno de reverbero, en cuya cúpula se pone en caso

necesario un cañón de estufa de una vara, promoviendo tambien una corriente

de aire por medio de un fuelle; pero si el oxido es fácil de reducir se podra

hacer una retorta de vidrio y un horno sin cúpula. En todo caso se ha de

continuar el fuego hasta que cesa la exhalación de los gases, que se recogerán

en el agua o el mercurio; y si el metal es fijo, queda en la retorta, y siendo

volátil se sublima.

5.- Refinación electrolítica:

La refinación electrolítica es el único sistema adecuado desde un punto de vista

técnico- económico, para eliminar en forma prácticamente total las impurezas

contenidas en el cobre y recuperar integralmente los metales nobles que lo

acompañan.

Consiste en la electrolisis de una solución ácida de sulfato cúprico, durante la cual se

disuelve los ánodos del metal por refinar.

El general, las características operacionales de las refinerías difieren entre sí por lo

que en este caso se utilizará como caso tipo la Refinería de Ventanas, los ánodos Raf

son de 92 x 91 . 5 x 3. 5 cm. (largos - Ancho- Espesor) y pesan inicialmente 260 kg.

Los Cátodos “iniciales” son delgadas láminas (0.5- 0.7mm) de Cu electrolítico de

dimensiones similares a los ánodos, que pesan alrededor de 5 kg. Durante la

electrólisis, los ánodos se disuelven mientras que los cátodos iniciales van

aumentando su peso hasta llegar 100- 110 kg., momento que son retirados de la celda

(“cosechan”) El proceso se verifica en más de 100 celdas de concreto revestidas de

PVC laminar, de 4.1 x 1.1 x 1.3 m (Largo- Ancho- profundidad), cada una contiene 33

ánodos y 34 cátodos intercalados.

El electrolito es una solución de CuSO que circula por las celdas con un flujo de 15-30

lt. Min a una temperatura de 60-65 C .

La intensidad de corriente continua es del orden de los 13.000 A por celda la que se

obtiene de grandes equipos denominados “transformadores- rectificadores”. Esos

equipos rebajan el voltaje de la corriente alterna que los alimenta y luego los pasa a

corriente continua de bajos voltajes, que es la empleada en la electrólisis.

Por este motivo la concentración de los elementos solubles aumenta en forma

constante en el electrolito, lo que obliga a su purificación cuando se alcanza un nivel

tal que pueda afectar en la calidad de los cátodos. Esto se hace en forma continua en

un grupo de celdas especiales, donde primero se recupera el cobre presente en la

solución y luego se elimina el arsénico por depositación catódica. El electrolito

remanente, que contiene el resto de las impurezas se “descarta”, previa recuperación

del níquel por cristalización.

Comprende toda una gama de operaciones térmicas que consisten básicamente en la

fusión del concentrado y su transformación de sulfuros a cobres metálicos de purezas

cada vez más elevada. El secado de los concentrados, después del procesado de

filtración permite rebajar su contenido de humedad hasta un 5-8% , generalmente se

emplea una corriente de aire caliente de 800 - 850 C. Para facilitar la operación del

horno de reverbero o del horno modificado “El Teniente”, ambos utilizados en la gran

minería.

En la etapa de la fusión del horno, el concentrado se transforma en “ejes” o “mata”,

mediante reacciones que permiten eliminar el hierro y el azufre contenido en el

mineral.

En el material fundido se estratifica. Quedando en la parte superior una “escoria” con

menor peso específico, que contiene fundamentalmente el hierro.

El “eje” que aún contiene un alto porcentaje de hierro se lleva a convertidores

cilíndricos horizontales con capacidad de giro parcial, de gran tamaño.

En el convertidor se agrega un fúndete ácido para que forme una escoria. A través de

numerosos orificios ubicados a lo largo del horno, bajo el nivel de la masa fundida, se

insufla aire u oxígeno a alta presión, se genera reacciones químicas exotérmicas.

La escoria del convertidor puede contener entre 1.5 y 2.5% de Cu, por lo que es

reciclada al horno de reverbero.

Se aprovecha la circunstancia de que partículas finas de sulfuros de cobre y otros

metales tiene la propiedad de absorber una finísima capa de algunos productos

químicos. Esto facilita que la partícula se adhiera a las pequeñas burbujas de aire

(espuma) “y flote” hacia la superficie, permite su separación del resto de las partículas

de gangas, las que no absorben el colector y debido a ello son humectadas por el

agua, quedando en el fondo de las celdas de flotación. La espuma con las partículas

minerales ricas en cobres y otros elementos valiosos se recuperan por rebase de las

celdas y se somete a tratamiento de limpieza, de espesamiento y de filtración para

elimina el exceso de humedad.

La ganga que queda en el fondo de las celdas se acumula habitualmente en grandes

tranques. En aquellos casos en que los minerales sulfurados de cobre tengan

porcentajes interesantes de molibdeno, los procesos de flotación en gran escala se

realizan buscando la recuperación de ambos productos.

VII. BIBLIOGRAFIA:

Petrucci, R. y Harwood, W. Química General. Principios y aplicaciones. Madrid:

Editorial Prentice Hall, 7ª ed., 1998

http://es.wikipedia.org/

http://www.unileon.es/cgis/temarioimpreso.php?

codigo_asignatura=0802008&curso_academico=2008/2009

http://html.rincondelvago.com/cemento_proceso-de-fabricacion.html

http://html.rincondelvago.com/mineria-del-cobre.html

ESQUEMAS EXPERIMENTALES.

1.) Determinación de la humedad

Estufa Desecador

2. Determinación del material volátil

3. Determinación de las cenizas