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Formación para la Investigación Escuela de Metalúrgica y ciencia de materiales Facultad de ingeniería fisicoquímica Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

CALCINACION Jeison Arley Blanco Gelvez – Cod:2122439 Jose Alejandro Corzo Rodríguez – Cod: 2161190 Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales, UIS. [email protected]; [email protected]. Laboratorio de Pirometalúrgica, Grupo C “Viernes” Fecha de Realización: 4 de febrero de 2020 Fecha de Entrega: 7 de febrero de 2020 I.

Objetivos: a. General: Estudiar la descomposición térmica de un carbonato, variando la temperatura y el tiempo del proceso, manteniendo una atmosfera específica a presión constante. b. Específicos: 1. Analizar el efecto de la temperatura sobre el proceso de calcinación en un tiempo determinado. 2. Monitorear la velocidad por medio de la pérdida del peso en función del tiempo. 3. Determinar la eficiencia del proceso de Calcinación.

II.

Fundamentación:

La calcinación es el proceso por el cual se calienta una sustancia a temperatura elevada para provocar la descomposición térmica de un compuesto o mineral con los objetivos de: 

Eliminar el agua, presente como humedad absorbida.



Eliminar el dióxido de carbono, el dióxido de azufre u otros compuestos orgánicos volátiles.



Para oxidar (calcinación oxidante) una parte o toda la sustancia (usado comúnmente para convertir menas sulfurosas a óxidos).



Para reducir (calcinación reductora) metales a partir de sus menas (fundición).

Formación para la Investigación Escuela de Metalúrgica y ciencia de materiales Facultad de ingeniería fisicoquímica Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro Hablando de la Cal, existen dos tipos: la cal viva CaO y la cal apagada Ca (OH)2. La fabricación de cales comprende a dos procesos químicos, la calcinación e hidratación. La cal viva es obtenida a partir de la calcinación de la caliza CaCO3 por la siguiente reacción:

El proceso de calcinación de la Cal suele llevarse a cabo en largos hornos cilíndricos del tipo rotatorio y vertical, pero la caliza que se introduce a estos hornos no puede ser cualquier caliza pues la caliza no puede ser muy porosa o húmeda debido a que esto aumenta la demanda de combustible, La caliza utilizada no debe tener impurezas del tipo partículas de Si debido a que esta reacciona con el CaO formando silicatos, los cuales se acumulan en el fondo de los hornos, obstruyendo el paso de la materia. III.

Metodología experimental: a. Materiales y reactivos: 

Muestras de caliza en forma de pellet preparada previamente para el ensayo.



Implementos de seguridad.



Ladrillos refractarios.



Crisol.



Calibre.



Libreta de apuntes.



Navaja.

b. Equipos: 

Gramera.



Horno tubular vertical de resistencias.

c. Procedimiento experimental: 1. Escoger 5 muestras para cada temperatura y posteriormente medir su diámetro promedio. 2. Pesar los crisoles y los pellets.

Formación para la Investigación Escuela de Metalúrgica y ciencia de materiales Facultad de ingeniería fisicoquímica Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 3. Escoger dos grupos y enumerar las muestras, posteriormente poner 5 pellet a una temperatura constante de 950 °C y las otras 5 pellet a una temperatura de 850 °C. 4. Introducir estas muestras en el horno. 5. Ir sacando una muestra cada 10 minutos y la 5 muestras a los 20 minutos. 6. Volver a pesar la muestra. 7. Rompe el pellet y analiza el resultado. IV.

Análisis de resultados:

Pesos de las muestras de caliza antes y después de ser llevado al horno en determinados tiempos

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Tabla 1 y 2. Pesos y diámetros de las muestras de caliza antes y después de ser llevado al horno en determinados tiempos.

Gráfico 1 y 2. Cambio del peso [gramos] según la muestra .

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Tabla 3 y 4. Tratamiento de datos y obtención de E.

Gráfico 3. Comparación de la pérdida de peso “Δ Peso” [gramos] entre las dos temperaturas en un tiempo determinado t [minutos].

Se puede observar que en los gráficos se presenta una mayor pérdida de peso en las muestras sometidas a una temperatura de 950 °C pero la velocidad a la que pierde el peso “Relacionada a las pendientes de la gráfica” a una temperatura de 850 °C es mucho mayor además que ambas pruebas presentan una fuerte perturbación y cambio de pendiente a los 30 minutos de exposición en el horno, no se concluye claramente a que se debe este suceso o si fue algún error humano en la toma de las muestras.

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Gráfico

4. Tiempo vs E, m=0.0022 a 850 °C y m=0.0005 a 950 °C.

Imagen

1. Pellet sometidas a 950 °C

Imagen 2. Pellet sometidas a 850 °C

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Conclusiones: 

La pérdida de peso del mineral se representa de manera creciente, por lo tanto, se puede influir que la conversión de la reacción no será demasiado alta y que sin importar que el tiempo de exposición a la reacción sea alto, de manera ingenieril se tendrá material sin reaccionar dentro del mineral.



El cambio de peso en los pellets fue mucho más rápido en los que estuvieron expuestos a 850 °C, pero presento valores más alto a 950 °C, por lo que se debe elegir cuidadosamente la temperatura mas eficiente a la hora de realizar el proceso a escala industrial.



Se evidencia en el grafico 3 que en los dos procesos a los 30 minutos se presentó una disminución en la velocidad en la que se perdía peso en los pellets.



En los gráficos 1 y 2 podemos notar que la reacción ocurre más eficientemente a los 850 °C ya que se nota un crecimiento en la tasa de conversión mientras que a los 950 °C se mantiene constante en toda la reacción. “También se puede evidenciar en las pendientes de la gráfica 3”



Para los procesos de calcinación en la industria siempre es necesario hacer balances de masa y energía para controlar las etapas del proceso.



La calcinación es un proceso que depende del tiempo y la energía a la que se encuentre expuesto el mineral (en nuestro caso la caliza).

VI.

Recomendaciones:

Se evidencio durante la realización del análisis y durante la practica de que se dispuso de muy pocas muestras para hacer el experimento por lo que se recogió muy pocos datos, esto puede dar cabida a errores mas altos a la hora de realizar los cálculos. Por lo que se recomienda aumentar el número de muestras de cada temperatura de 5 a 10 para poder comparar y promediar el cambio del peso en cada segmento de tiempo determinado. VII.

Referencias: 

Departamento de ingeniería metalúrgica y ciencia de materiales. Manual de laboratorio de metalurgia extractiva (1994). Bucaramanga: Universidad Industrial de Santander.

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Efecto de la temperatura de calcinación sobre la concentración en superficies de SiO2 (SBA-15). México: Universidad Autónoma Metropolitana. Enlace: https://www.researchgate.net/publication/287401316_Efecto_de_la_temperatura_de_calcin acion_sobre_la_concentracion_de_grupos_silanoles_en_superficies_de_SiO2_SBA-15

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Modelación del proceso de calcinación. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Cuba: Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables. Enlace: http://scielo.sld.cu/pdf/im/v15n1/im08112.pdf

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Academia de metalurgia extractiva “calcinación” Enlace: https://www.academia.edu/36325217/Calcinaci%C3%B3n

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