Calcinación de la Caliza

1. Objetivo

Obtener oxido de calcio a partir de carbonato de calcio por efecto de la temperatura,

observar los efectos del tiempo y el tamaño de grano. Comprobar la obtención de

carbonato de calcio por termogravimetria.

2. Fundamento Teórico

La calcinación, es la descomposición de un compuesto mediante el calor suministrado por un agente externo; el compuesto puede ser: carbonato, sulfato, óxidos o sulfuros dobles. El producto de éste proceso generalmente es un óxido sólido debido a que durante la calcinación no existe fusión ni volatilización. De la calcinación del carbonato de calcio se obtiene óxido de calcio, este producto tiene diversas aplicaciones industriales. En pirometalurgia se usa como formador de escorias por su estabilidad en ambiente reductor a elevadas temperaturas y es denominado fundente porque baja la temperatura de fusión de la escoria. En flotación se usa como regulador del pH por su alta solubilidad en agua. En siderurgia se usa como agente desulfurizante por la afinidad por el azufre, también el óxido de calcio de alta pureza se usa en pinturas como pigmento. La descomposición de la caliza se basa en la reacción (3.1), a temperatura de 855oC aproximadamente procede de acuerdo a la energía libre de Gibbs presentada [3]:

CaCO3 → CaO + CO2 Go T = 42490 − 37,70T (cal/mol) (3.1)

La reacción (3.1) llega al equilibrio cuando la presión parcial del CO2 es igual a la constante de equilibrio.

Keq = PCO2 (3.2) La presión de equilibrio es conocida como la presión de descomposición del carbonato de calcio. Si, a cualquier temperatura la presión parcial del CO2 es inferior a la del equilibrio, la caliza se descompondrá hasta que la presión de CO2 alcance el valor de equilibrio.

3. Parte Experimental

Procedimiento

• Se calentó el horno hasta 900 ºC. • Se puso el carbonato de calcio en cuatro navecillas 1.5 g de caliza en cada una de ellas. • Se introdujo las navecillas al horno y se saco cada una de ellas con un tiempo de separación de 15 minutos.

• Se peso el contenido de las navecillas al salir del horno. • Se realizo la calcinación en la termobalanza utilizando reactivo puro.

Equipos Materiales y Reactivos

Se usaron los siguientes reactivos y equipos:

Carbonato de calcio (se usaron 30 gramos y luego se fue distribuyendo en las

probetas)

Horno de laboratorio

4 crisoles

Termobalanza

Balanza de laboratorio

Crisol pequeño para la termobalanza

4. Datos Adquiridos

Calcinación en Horno de Laboratorio

Tiempo (min) Masa crisol (g) Masa Total (g) Masa Final (g)

15 97.85 99.35 98.71

30 98.02 96.52 95.86

45 91.30 92.80 92.18

60 98.32 99.82 99.22

60 (muestra pura) 91.28 92.78 92.25

Calcinación en la Termobalanza

Masa crisol (g) Masa cadena (g) Masa CaCO3 (g)

5.3356 4.9639 0.5066

5. Cálculos y Resultados

Tiempo

[min]

Peso

inicial

[g]

Peso

final [g]

Peso

inalt[g]

Peso

no

elimi[g]

Peso

formad

o [g]

Peso

elimin

[g]

%CaO

form

%CO2

elim

%CO2

no elim Rendim

0 1.5 1.5 1.5 0 0 0 0 0 0 0

15 1.5 0.86 0.046 0.02 0.814 0.64 94.65 96.97 3.03 54.27

30 1.5 0.84 0 0 0.84 0.66 100.00 100.00 0.00 56.00

45 1.5 0.88 0.0909 0.04 0.7891 0.62 89.67 93.94 6.06 52.61

60 1.5 0.9 0.1364 0.06 0.7636 0.6 84.84 90.91 9.09 50.91

Puro 60 1.5 0.97 0.2955 0.13 0.6745 0.53 69.54 80.30 19.70 44.97

Peso formado

Peso inalterado

Peso no eliminado

Graficar: Rendimiento Vs. tiempo % CaO formado Vs. tiempo % CO2 eliminado Vs. tiempo % CO2 no eliminado Vs. tiempo

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

Re

nd

imie

nto

Tíempo

Rendimiento Vs Tiempo

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70

%C

aO

Tíempo

% CaO formado Vs. tiempo

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70

%C

O2

elim

inad

o

Tíempo

% CO2 eliminado Vs. tiempo

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70

%C

O2

no

elim

inad

o

Tíempo

% CO2 no eliminado Vs. tiempo

Tiempo [s] Masa [g]

0 0.5067

5 0.5063

10 0.5058

15 0.5046

20 0.5028

25 0.5016

30 0.498

35 0.4961

40 0.4917

45 0.4887

50 0.4836

55 0.4803

60 0.4741

65 0.4695

70 0.4649

75 0.4593

80 0.4533

85 0.4444

90 0.4387

95 0.4327

100 0.4295

105 0.4241

110 0.4182

115 0.4152

120 0.4096

125 0.4064

130 0.4014

135 0.3965

140 0.3936

145 0.389

150 0.386

155 0.3812

160 0.3785

165 0.3742

170 0.3713

175 0.3669

180 0.3646

185 0.3603

190 0.3581

195 0.3553

200 0.3516

205 0.3493

210 0.3455

215 0.3433

220 0.3403

225 0.338

230 0.3361

235 0.3325

240 0.3307

245 0.3289

250 0.3257

255 0.3238

260 0.3222

265 0.3197

270 0.3172

275 0.3157

280 0.3144

285 0.3117

290 0.3096

295 0.3085

300 0.307

305 0.3047

310 0.3036

315 0.3026

320 0.3014

325 0.2991

330 0.2979

335 0.2969

340 0.296

345 0.2942

350 0.293

355 0.2926

360 0.2907

365 0.2903

370 0.2895

375 0.2889

380 0.2881

385 0.2876

390 0.2866

395 0.2861

400 0.2856

405 0.2851

410 0.2849

415 0.2846

420 0.2844

425 0.2843

430 0.2842

435 0.2843

440 0.2843

445 0.2842

450 0.2843

455 0.2845

460 0.2845

465 0.2844

470 0.2844

475 0.2844

480 0.2845

485 0.2843

490 0.2843

495 0.2842

500 0.2841

505 0.2841

510 0.2843

515 0.2843

520 0.2842

525 0.2842

530 0.2841

535 0.284

540 0.2838

545 0.2839

550 0.2838

555 0.2837

560 0.2837

565 0.2836

570 0.2836

575 0.2836

580 0.2835

585 0.2835

590 0.2836

595 0.2836

600 0.2836

605 0.2835

610 0.2835

615 0.2836

620 0.2835

625 0.2834

630 0.2833

635 0.2833

640 0.2833

645 0.2834

650 0.2833

655 0.283

660 0.283

665 0.283

670 0.283

675 0.2829

680 0.2829

685 0.283

690 0.2832

695 0.2832

700 0.2831

705 0.2831

710 0.2831

715 0.2831

720 0.2831

725 0.2829

730 0.2829

735 0.2829

740 0.2828

745 0.2827

750 0.2827

755 0.2826

760 0.2827

765 0.2826

770 0.2825

775 0.2824

780 0.2823

785 0.2825

790 0.2825

795 0.2823

800 0.2821

805 0.282

810 0.2821

815 0.2823

820 0.2823

825 0.2822

830 0.282

835 0.2819

840 0.2817

845 0.2818

850 0.2819

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Mas

a d

e C

aCO

3 [

gr]

Tiempo [seg]

Masa Vs Tiempo

6. Conclusiones y Recomendaciones

Se pudo ver que una vez que le horno sube a mas de 855 C es muy fácil realizar

la descomposición, que se logra a partir de los 15 minutos, donde ya existía

una descomposición muy elevada.

Se debe tomar en cuenta el tiempo de calcinación ya que como se vio en el

experimento un tiempo excesivamente largo no produce mejoras en el

rendimiento del proceso lo que significaría en términos industriales una

perdida insulsa de energía y tiempo.

No se trabajo con varios tamaños de grano pero a mi punto de vista y

considerando la cinética de reacción de las partículas considero que las

partículas deben ser de tamaño uniforme, porque si introdujéramos partículas

de distinto tamaño, las partículas pequeñas se tostarían primero y las grandes

tardarían más y no sería un proceso uniforme.

En un proceso industrial habría que hacer un tratamiento de los gases ya que se

echa todo el CO2 y de alguna manera habría que tratar ese gas y no soltarlo al

medio ambiente.

Sería interesante haber hecho un análisis químico de la muestra resultante para

poder apreciar realmente cuanto fue la composición de el material que se

formo, que no se transformo, etc.; Para tener datos más precisos de lo ocurrido

en el laboratorio y además ver el efecto de las impurezas en la muestra.

Como recomendación pienso que es importante realizar las lecturas en la

balanza de manera veloz una vez la muestra haya salido del horno, porque la

humedad del ambiente incrementa el peso de la muestra introduciendo un

error en los cálculos siguientes.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Tem

p [

C]

Tiempo [seg]

Temperatura Vs Tiempo

7. Cuestionario

1. Si la reacción empírica que gobierna la cinética del proceso es: logR = 0,003145T− 3,3085 donde: R = radio de avance de la interfaces de calcinación (cm/hr). Determinar el tiempo de calcinación total para partículas de c/u de las granulométrias empleadas en la realización de la práctica. Log R = 0.03145T-3.3085 En la práctica se trabajo a 900 C o 1173 K R = 2.4021cm/hr -658+100# = 210 – 49 µm 0.01795cm

2. Si la caliza tiene además MgCO3 cual la influencia de este compuesto en la calcinación?. Si la caliza tendría en su composición al MgCO3 existiría un decremento en la temperatura de inversión de la caliza, lo que a mi punto de vista sería favorable, porque no habría que subir la temperatura hasta los 855 C. 3. En base a datos termodinámicos para la calcinación de la caliza, grafique: PCO2 = f(T).

Temp C

0.000

PCO2

1.952E-026

100.000 2.608E-017

200.000 4.600E-012

300.000 1.145E-008

400.000 2.688E-006

500.000 1.490E-004

600.000 3.202E-003

700.000 3.578E-002

800.000 2.495E-001

900.000 1.226E+000

1000.000 4.607E+000

4. Como se podría favorecer la formación de CaO?. Para favorecer de alguna manera la formación de CaO se debe cuidar que no suceda Keq = PCO2 ya que cuando la constante de equilibrio iguala la presión de CO2 la reacción se detiene, así que hay que mantener el CO2 bajo y obviamente hay que llegar a la temperatura de inversión de 855 ªC. 5. El proceso de calcinación del CaCO3 es un proceso exotérmico o endotérmico?, explique con datos termodinámicos su respuesta. Es un proceso endotérmico, con los datos de HSC se puede obtener esta tabla de las entalpias, y como sabemos si la entalpia es positiva, la reacción será endotérmica, si la entalpia es negativa la reacción será exotérmica. CaCO3 = CaO + CO2(g) T delta H 0.000 42.604 100.000 42.475 200.000 42.258 300.000 41.990 400.000 41.680 500.000 41.334 600.000 40.949 700.000 40.525 800.000 40.062 900.000 39.556 1000.000 39.007 Las entalpias siempre son positivas, entonces la reacción es endotérmica. 6. Cree Ud. que es necesario agregar carbón para realizar la calcinación?; si es necesario calcule cuantos moles son necesarios, suponiendo que el aire de combustión ha sido recalentado a 500 oC; y si no es necesario diga el por qué?.

-1.000E+000

0.000E+000

1.000E+000

2.000E+000

3.000E+000

4.000E+000

5.000E+000

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0

P C

O2

Temperatura C

Temp Vs PCO2

Si es necesario añadir C para que garantice la formación de CO por la ecuación de Bouduard, de esa manera se eliminara el CO2, ya que si hay mucho e este y ocurre que Keq = PCO2 entonces la reacción se detendrá. CaCO3 + calor = CaO + CO2 CO2 +C = 2CO

8. Bibliografía

- Guia de Laboratorio de Pirometalurgia;

Ing: Luis Cervando Chambi; 2012; La Paz Bolivia

- http://www.wikipedia.org/wiki/Calcinación

- http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-

ingenieria/quimica/respuestas/1131708/calcinacion