trabajo de manganeso
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trabajo completo de manganeso. desordenado pero completo .TRANSCRIPT
El manganeso es un elemento químico denúmero atómico 25 situado en
el grupo 7 de latabla periódica de los elementos y se simboliza
como Mn.1 2 Se encuentra como elemento libre en la naturaleza, a
menudo en combinación con el hierro y en muchosminerales. Como
elemento libre, el manganeso es un metal con aleación de metales
industriales con importantes usos, sobre todo en los aceros inoxidables.
El fosfatado de manganeso se utiliza como tratamiento para la
prevención de la oxidacióny corrosión del acero. Dependiendo de
suestado de oxidación, los iones de manganeso tienen colores diferentes
y se utilizan industrialmente como pigmentos. Los permanganatos
alcalinos y de metales alcalinotérreos son oxidantes poderosos. Eldióxido
de manganeso se utiliza como cátodo.
Los iones de manganeso funcionan como cofactores de una serie
de enzimas en los organismos superiores, donde son esenciales en la
desintoxicación de los radicales libres de superóxido. El elemento es
un mineral trazaesencial para todos los seres vivos conocidos. En
cantidades mayores, y al parecer con una actividad mucho mayor por la
inhalación, el manganeso puede causar un síndrome de intoxicación en
los mamíferos, con daños neurológicos que a veces son irreversibles.
Características principales[editar]
Manganeso puro
El manganeso es un metal de transiciónblanco grisáceo, parecido
alhierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable.
El manganeso metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de
sufrir un tratamiento especial.
Sus estados de oxidación más comunes son 2+, 3+, 4+, 6+ y +7, aunque
se han encontrado compuestos con todos los números de oxidación
desde 1+ a 7+; los compuestos en los que el manganeso presenta
estado de oxidación 7+ son agentes oxidantes muy enérgicos. Dentro de
los sistemas biológicos, el catión Mn2+ compite frecuentemente con el
Mg2+. Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras
aleaciones.
algunos de sus usos son:
El traquetreo de los motores se reducen mediante el uso de un
compuesto de manganeso que se añade a la gasolina sin plomo. Esto
aumenta el octanaje del combustible. El manganeso se utiliza en las
baterías desechables estándar. El manganeso es esencial para producir
acero y el hierro. El manganeso es un componente esencial para la
fabricación de acero inoxidable de bajo costo. El manganeso es aleado
con aluminio para producir un metal que es más resistente a la corrosión.
La mayoría de las latas de aluminio para bebidas contienen entre 0,8% y
1,5% de manganeso. En química, el óxido de manganeso se utiliza para
oxidar alcohol bencílico. La contaminación de hierro pueden hacer que el
vidrio se tinte de color verde. Ya desde tiempos antiguos se añade un
compuesto de manganeso al vidrio para contrarrestar este efecto. El
oxígeno y el cloro se procesan utilizando dióxido de manganeso. Este
mismo compuesto es también un pigmento marrón que se puede utilizar
para hacer pintura. El vidrio y la cerámica se pueden colorear mediante
diversos compuestos de manganeso. En algunas partes del mundo, el
manganeso se utiliza para fabricar monedas.
Historia[editar]
Se ha encontrado dióxido de manganeso, MnO2, en pinturas
rupestres (dando un color negro). También se han utilizado a lo largo de
la historia, por ejemplo por los egipcios y los romanos, compuestos de
manganeso para decolorar el vidrio o bien darle color. Asimismo se ha
encontrado manganeso en las minas de hierro utilizadas por los
espartanos, y se piensa que tal vez sea debido a esto la especial dureza
de sus aceros.
En el siglo XVII, el químico alemán Glauber, produjo por primera vez
permanganato, un reactivo de laboratorio bastante utilizado. A mediados
del siglo XVIII, el dióxido de manganeso se empleó para la producción
de cloro. El químico sueco Scheele fue el primero en describir que el
manganeso era un elemento, pero fue Johan Gottlieb Gahn quien lo aisló
por reducción del dióxido con carbono (1774), unos años después de los
experimentos realizados en Viena por Ignatius Gottfried Kaim (1770),
descritos en su obra "De metalleis dubiis" y que, a pesar de su escasa
difusión, le confirman como el primer científico en aislar el manganeso.3 4
A principios del siglo XIX se comenzó a probar el manganeso en
aleaciones de acero. En 1816 se comprobó que endurecía al acero, sin
hacerlo más frágil. El manganeso es un elemento químico de número
atómico 25.
Papel biológico[editar]
El manganeso es un oligoelemento, es decir, un elemento químico
esencial para todas las formas de vida.
Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural
como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando
la superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza
la dismutación de superóxidos, O2-; la Mn-catalasa, que cataliza la
dismutación de peróxido de hidrógeno, H2O2; así como en la concavanila
A (de la familia de las lectinas), en donde el manganeso tiene un papel
estructural.
El cuerpo humano logra absorber el manganeso en el intestino delgado,
acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes
partes del organismo. Alrededor de 10 mg de manganeso son
almacenados principalmente en el hígado y los riñones. En el cerebro
humano el manganeso es unido a metaloproteínas de manganeso,
siendo la más relevante la glutamina sintetasa en los astrocitos.
El manganeso es también importante en fotosíntesis oxigénica en las
plantas. El complejo oxigénico es parte del fotosistema II contenido en
las membranas de los cloroplasto; es responsable de la fotoxidación final
del agua durante la fase luminosa de la fotosíntesis y tiene una
metaloenzima con cuatro átomos de manganeso. Por esta razón, la
mayoría de los fertilizantes contienen manganeso.
Abundancia y obtención[editar]
Es el duodécimo elemento más abundante en la corteza terrestre y está
ampliamente distribuido.
Se encuentra en cientos de minerales, aunque sólo una docena tiene
interés industrial.
Destacan: pirolusita (MnO2), psilomelana (MnO2·H2O), manganita (MnO(
OH)), braunita(3Mn2O3·MnSiO3), rodonita (MnSiO3), rodocrosita (MnCO3),
hübnerita (MnWO4), etc. También se ha encontrado en nódulos marinos,
en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y en
donde sería posible extraerlo.
Los países con mayores yacimientos de minerales de manganeso
son Sudáfrica, Ucrania,Bolivia y China.
El metal se obtiene por reducción de los óxidos con aluminio, y el
ferromanganeso se obtiene también reduciendo los óxidos de hierro y
manganeso con carbono.
Compuestos[editar]
Óxido de manganeso.
El permanganato de potasio, KMnO4, es un reactivo de laboratorio muy
común debido a sus propiedades oxidantes.
El dióxido de manganeso, MnO2 se emplea como despolarizador en pilas
secas. También se puede usar para decolorar vidrio que presente color
verde debido a la presencia de trazas de hierro. Este óxido también se
emplea para dar color amatista al vidrio, y es responsable del color de
la amatista (una variedad del cuarzo). Además, se utiliza en la
producción de cloro y oxígeno. Algunas monedas de Aluminio contienen
Manganeso como aleación.
Precauciones[editar]
El manganeso es un elemento esencial, siendo necesario un aporte de
entre 1 a 5 mg por día, cantidad que se consigue a través de los
alimentos.
El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a
compuestos de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden provocar
efectos adversos en el sistema nervioso, respiratorio, y otros.
El permanganato de potasio, KMnO4, es corrosivo.
MANGANESO
Descripción GeneralCARACTERÍSTICAS GENERALES
Nombre: Manganeso Símbolo: Mn
Número atómico: 25Masa atómica (uma): 54,9380
Período: 4 Grupo: VIIB (transición)
Bloque: d (no representativo)Valencias: +2, +3, +4, +5, +6, +7
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Configuración electrónica: [Ar] 3d5 4s2 Radio atómico (Å): 1,35
Radio iónico (Å): 0,80 (+2), 0,46 (+7)
Radio covalente (Å): 1,39
Energía de ionización (kJ/mol): 717
Electronegatividad: 1,55
Afinidad electrónica (kJ/mol): 0
PROPIEDADES FÍSICAS
Densidad (g/cm3): 7,47 Color: Gris plateado
Punto de fusión (ºC): 1246Punto de ebullición (ºC): 2061
Volumen atómico (cm3/mol): 7,35
Historia
Descubridor: Johann Gann. Lugar de descubrimiento: Suecia. Año de descubrimiento: 1774. Origen del nombre: El nombre procede de dióxido de
manganeso (manganesa o pirolusita) que antiguamente se denominaba "magnes" por confundirse con la magnetita.
Obtención: Mediante reducción del dióxido de manganeso, del mineral pirolusita, con carbón y calentando.
Métodos de obtención Mediante reducción del óxido con sodio, aluminio o
magnesio. Debido a que sus propiedades son escasas, se obtiene
aleado con hierro a partir de mezclas de minerales que contengan a ambos metales.
Aplicaciones En el acero, el manganeso mejora las cualidades de
laminación y forjado, rigidez, resistencia, tenacidad, dureza, robustez y resistencia al desgaste.
Las aleaciones con antimonio y aluminio, especialmente con pequeñas cantidades de cobre, son altamente ferromagnéticas.
Aleado con calcio y níquel se utiliza en la fabricación de resistencias invariables con la temperatura.
El dióxido de manganeso se usa como despolarizador de pilas secas (Leclanché), como decolorante del vidrio de color verde debido a la presencia de hierro, agente desecante, catalizador en la fabricación de pinturas y barnices y para la producción de cloro y de oxígeno.
El permanganato de potasio se utiliza como blanqueador para la decoloración de aceites, es un fuerte agente oxidante, utilizado en química analítica y en medicina.
Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir de residuos de la fabricacíon de ferroaleaciones WO 2005115593 A1RESUMEN
Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir de los lodos de depuración
de los gases de salida de los hornos de producción de ferroaleaciones, con un contenido en
manganeso importante, mediante un proceso que consta de las siguientes fases: sulfatación,
lixiviación, purificación, acondicionamiento y electrólisis, y con el que se obtiene un licor de
sulfato de manganeso apto para el ya conocido proceso de electrólisis, que permite la
obtención de manganeso electrolítico.
RECLAMACIONES(1)
1. REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, más concretamente del
manganeso contenido en los lodos de lavado de los gases de salida de
los hornos de producción de ferromanganeso y silicomanganeso
obteniendo un producto de altor valor añadido, que se CARACTERIZA
porque consta de una fase inicial de sulfatación, una fase
hidrometálurgica compuesta de cuatro etapas - lixiviación, purificación
primaría, purificación secundaria y acondicionamiento y una última fase
de electrólisis y en las que:
Se hace desaparecer un residuo no peligroso produciendo otro de peso
mitad inerte y que tiene la propiedad de ser autocompactable. - Se utiliza
un proceso de sulfatación térmica, con consumos de ácidos casi
estequiométricos.
Se promueve la eliminación de impurezas, de hierro y aluminio,
principalmente, por control de pH, minimizando la cantidad de equipos y
de tiempo a emplear.
Se promueve la eliminación de impurezas de metales básicos, cinc
principalmente, mediante su precipitación en forma de sulfuras aptos
para otros usos.
Que permite obtener soluciones electrolizadas que en condiciones
estándar producen manganeso con una pureza de un 99,9%.
2.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, según la reivindicación
1 la fase de sulfatación se CARACTERIZA; porque se realiza en horno
en el que se producen reacciones exotérmicas dentro del horno y sobre
bandejas teflonadas, generando gases de SO2.
3.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, según la reivindicación
1 en la que las etapas de lixiviación y depuración primaria se
CARACTERIZAN porque la lixiviación se lleva a cabo con anolito gastado
de la celda de electrólisis o alternativamente con anolito sintético.
4.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, según la reivindicación
4 en la que la referida etapa de lixiviación se CARACTERIZA porque se
emplea anolito como agente de lixiviación y se lleva a cabo en un reactor
con recubrimiento antiácido con agitación fuerte.
5.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, según la reivindicación
4 en la que etapa de depuración primaria se CARACTERIZA porque se
lleva cabo en el mismo reactor de la lixivación simultáneamente hasta
elevar el pH de la pulpa hasta valores cerca de pH neutro y la pulpa
resultante es seguidamente sometida a filtrado en filtro prensa y lavado
de agua, preferentemente en el propio filtro prensa, obteniendo un
residuo inerte.
6.- Procedimiento para la obtención de manganeso electrolítico a partir
de residuos de la fabricación de ferroaleaciones, según la reivindicación
6 el agua de lavado de la pulpa se CARACTERIZA porque puede ser
utilizada como agua de aporte al mezclador en la fase inicial del proceso
o reutilizarla sucesivas veces para ir concentrándolo en manganeso.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE MANGANESO ELECTROLÍTICO A PARTIR DE
RESIDUOS DE LA FABRICACIÓN DE FERROALEACIONES OBJETO DE LA INVENCIÓN El
proceso objeto de la patente consiste en la obtención de manganeso electrolítico a partir de
lodos de depuración de los gases de salida de los hornos de producción de ferroaleaciones. Se
trata de lograr la gestión integrada de un residuo que se produce a nivel mundial en cantidades
importantes mediante el aprovechamiento de su contenido en manganeso, que es la principal
materia prima en el propio proceso de producción en que se genera. ANTECEDENTES DE LA
INVENCIÓN El manganeso es un metal que no se encuentra en forma libre en la naturaleza,
sino combinado en minerales en cuya composición se encuentra como óxido (pirolusita,
principalmente) o carbonato (rodocrosita, principalmente). Tradicionalmente, los procesos de
producción que han requerido el aporte de manganeso se han llevado a cabo utilizando estos
minerales en los hornos de reducción siderúrgicos, con el fin de aprovechar el manganeso
como elemento de aleación o como desoxidante y desulfurante en la producción de acero. Sin
embargo, a finales del siglo XIX se comenzaron a estudiar diferentes metodologías para la
obtención de manganeso puro a partir de minerales de manganeso, con el objetivo de mejorar
las aleaciones en que participaba y de ampliar su campo de aplicación, desarrollándose varios
procedimientos: electrólisis acuosa de sales de manganeso, electrotermia, carbotermia,
aluminotermia y silicotermia. Entre estas cabe citar las patentes USA 2,51 1,507 por "
TREATING
MANGANESE ELECTROPLANTING SOLUTIONS"; 2,483,287 por " METHOD OF PURIFYING
MANGANESE ELECTROLYTES"; 2,347,451 " ELECTROLYTIC DEPOSITION OF
MAGANESE"; 2,343,293 " PROCESS FOR THE PURIFICATION OF MANGANOUS
SULPHATE SOLUTIONS " ; y
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) U.K. 528.112 "IMPROVEMENTS IN THE
ELECTROLYTIC PRODUCTION OF MANGANESE" De todos ellos, el que permite obtener una
mayor pureza de manganeso, posee unos costos de producción más asequibles y, por tanto,
es más utilizado, es el primero de ellos, es decir, la producción de manganeso mediante
electrólisis acuosa de sales de este metal u obtención de manganeso electrolítico. Este
producto se comercializa en la actualidad con purezas que oscilan entre 99,5 y 99,9% de metal.
La vía electrolítica para la obtención de manganeso metal fue investigada por primera vez por
Davis en 1930. Sin embargo, este proceso no cobró importancia hasta 1939, cuando la
demanda de manganeso electrolítico por parte de los productores de acero (para la fabricación
de armas) hizo que el U.S. Bureau of Mines instalara una planta piloto en Knoxville (Tenesse).
Esta planta se rediseñó en 1940, y en 1944 alcanzó una capacidad de producción de 1.500
t/año.
En Japón, la producción de manganeso electrolítico se inició en 1941. El U.S.Bureau of Mines
contruyó una segunda planta piloto en 1.942 en Boulder City. Por su parte, The Electrolytic
Manganese Corporation de Krugersdorp, en Sudáfrica, comenzó a producirlo en 1955. En la
actualidad, la mayor parte del manganeso electrolítico que se consume en el mundo se
produce en China y
Sudáfrica.
El procedimiento de obtención de manganeso electrolítico que se ha desarrollado a nivel de
laboratorio se inicia de la necesidad de resolver la mayor problemática ambiental derivada de la
fabricación de ferroaleaciones, que es la generación de residuos como consecuencia del
tratamiento de los humos de salida de los hornos de producción. La manera más eficaz de
tratar estas emisiones es la depuración por vía húmeda, de forma que las partículas contenidas
en los mismos son retenidas en agua. El posterior tratamiento de esta agua da lugar a la
obtención de un producto residual que posee un elevado contenido en manganeso de difícil
aprovechamiento como materia reciclable debido a su naturaleza física.
El problema descrito hizo que la empresa peticionaria encargara hace cuatro años a la Cátedra
de Metalurgia de la Universidad de Oviedo (España) la realización de unas pruebas de
viabilidad para la extracción del contenido en manganeso de este residuo por vía
hidrometalúrgica, para su posterior recuperación electrolítica, y así obtener un producto de gran
valor añadido. Las investigaciones realizadas han puesto de manifiesto que mediante ciertas
novedades sobre los métodos citados previamente sí es posible alcanzar este reto.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
El material de partida que se utiliza en el método de obtención de manganeso electrolítico
objeto del invento es el residuo obtenido en la depuración de los gases de salida de los hornos
de producción de ferroaleaciones, principalmente compuesto por:
El proceso que se ha ideado consta de las siguientes fases:
1) Sulfatación 2) Lixiviación 3) Purificación 4) Electrólisis
1) SULFATACIÓN
Al residuo industrial de partida es sometido a un ataque ácido a sequedad, obteniéndose por un
lado un subproducto consistente en los materiales inatacados y, por otro lado, los sulfatos
metálicos que contienen iones de los distintos metales lixiviables presentes en el residuo,
principalmente manganeso.
2) LIXIVIACIÓN
La lixiviación y filtrado de ese sólido da lugar a un licor que arrastra los sulfatos y otras
sustancias solubles generadas durante el tratamiento en el horno, y a la obtención de un
residuo sólido que se inertiza mediante su lavado. Los gases de salida de este horno son
sometidos a depuración alcalina.
3) PURIFICACIÓN La etapa de purificación es indispensable para que la disolución sea apta
para electrólisis. Pequeñas cantidades de metales indeseados en la disolución provocarían la
contaminación del depósito, o incluso impedirían las reacciones de electrodeposición.
Existen dos tipos de impurezas que deben ser eliminadas del licor, según la forma en que
deban ser afrontados.
Un primer grupo lo forman los que pueden ser separados por un simple control de pH. Se trata
de llevar la solución a unas condiciones de pH que obliguen a la precipitación de iones no
deseados, siguiendo los diagramas de Pourbaix (potencial - pH), manteniendo el manganeso
en disolución. Con ello, se garantiza la precipitación de la práctica totalidad del hierro y el
aluminio, así como otros contaminantes menos problemáticos como el cobalto o el níquel. Para
subir el pH del licor se adiciona cal mientras se agita la pulpa. El precipitado obtenido se separa
mediante filtración.
Por último, se hace pasar la solución por un filtro de C activo antes de someterlo a la
purificación secundaria.
El segundo grupo de contaminantes lo forman metales básicos que no pueden ser eliminados
totalmente por control de pH, ya que el valor que es necesario alcanzar para su precipitación
interfiere con el pH de precipitación del manganeso.
Los metales identificados en este segundo grupo están encabezados por el zinc, y son más
nobles que el manganeso. Su eliminación se consigue por medio de su precipitación en forma
de sulfuro a pH ligeramente ácido. Esta precipitación requiere un tiempo de residencia
suficiente para que se redisuelva el sulfuro de manganeso que se forme pero no excesivo para
evitar que se redisuelvan impurezas que habían precipitado.
El licor ya purificado es acondicionado mediante la adición de una base hasta alcanzar un pH
casi neutro, para posibilitar su introducción en la celda de electrólisis. Por último, se hace pasar
parte de este licor a través de un cristalizador para la eliminación de parte de su contenido en
calcio y magnesio como sales amoniacales.
4) ELECTRÓLISIS
De manera previa a su introducción en las celdas catódicas de cubas de electrólisis especiales,
se completa al acondicionamiento del licor con los siguientes aditivos:
Sulfato amónico: se adiciona como estabilizador de manganeso y tamponizante.
Sulfato de hidroxilamina: antioxidante.
El proceso de electrólisis se lleva a cabo en cubas de diafragma, en las que el anolito y el
catolito están separados por un material semipermeable.
En cuanto al flujo de licores en la celda de electrolitos separados, el catolito, al atravesar el
diafragma, alimenta la celda anódica, de manera que el anolito tiene una composición similar al
catolito, si bien con un pH más bajo y notablemente empobrecido en manganeso. El electrolito
gastado es por tanto apto para su recirculación a cabeza de proceso. Las cubas deben
mantenerse a una cierta temperatura, y las composiciones de los electrolitos se deben
mantener homogéneas.
Con el paso del tiempo, se va depositando sobre la superficie del cátodo el metal, en forma de
escamas. La carga de metal se separa mediante medios mecánicos.
Mientras sobre el cátodo se depositan las escamas de manganeso electrolítico, sobre el ánodo
se va acumulando dióxido de manganeso. Una vez finalizado el proceso, también este producto
requiere de un lavado con agua y posteriormente se separa por medios mecánicos.
1) Purificación primaria
Se lleva a cabo en el mismo reactor de lixiviación y se consigue mediante aumento del pH de la
solución. Para separar el residuo contenido en la pulpa resultante, que posee tanto el material
inatacado como las impurezas precipitadas en forma de hidróxidos (principalmente Fe y Al) se
le somete a una filtración en filtro prensa. El residuo aquí separado requiere de un lavado con
agua para recuperar parte del manganeso que haya arrastrado y para mejorar sus
características tanto químicas como físicas de cara a su posterior deposición. El agua de
lavado de estas tortas de filtración puede ser utilizada como agua de aporte al mezclador. El
manganeso electrolítico obtenido por el procedimiento se encuentra en forma de láminas y
posee un contenido en Mn del 99,9 %.
ENSAYOS DE OBTENCIÓN DE LICOR DE SULFATO DE MANGANESO
EJEMPLO
Se partió de 1 kg material con una humedad del 40% y un contenido en Mn de l5%.
Se mezcló el material con 390 g. de ácido sulfúrico y 390 mi. de agua en un recipiente
cerámico.
Posteriormente, se vertió la mezcla sobre una bandeja que se introdujo en un horno mantenido
a 300°C durante 30 minutos.
La lixiviación se llevó a cabo con anolito sintético preparado El tiempo de residencia para la
extracción del Mn en este proceso fue de 1 hora, durante la que se mantuvo la pulpa bajo
agitación fuerte. Pasado ese tiempo, se añadieron en el mismo reactor de lixiviación 70 g. de
cal y se dejó bajo agitación durante media hora, elevándose en este tiempo el pH de 3,7 hasta
6,5. Para separar el residuo contenido en la pulpa resultante, que posee tanto el material
inatacado como las impurezas precipitadas en forma de hidróxidos (principalmente Fe y Al) se
le sometió a una filtración a vacío. Al residuo aquí separado se le sometió a un lavado con agua
para recuperar parte del manganeso que haya arrastrado y para mejorar sus características
tanto químicas como físicas de forma de cara a su posterior deposición. Según la
caracterización llevada a cabo este residuo es de clase inerte de acuerdo con las normas
aplicables.
Para eliminar del licor separado en la filtración el contenido que pueda tener tanto en materia
orgánica como en trazas de contaminantes, se le hizo pasar a través de un filtro de C activo.
La segunda fase de purificación consistió en la adición de 11,1 ce de sulfuro y 0,65 g. de cebo
de sulfuro de Zinc. El precipitado obtenido se separó mediante filtración. Se obtuvieron así 1,25
1. de licor con el siguiente análisis químico:
APLICACIONES DEL MANGANESO ELECTROLÍTICO
El manganeso electrolítico se utiliza fundamentalmente en la industria del aluminio la
resistencia y la ductilidad que aporta (aplicaciones estructurales, chapas finas resistentes,
aeronáutica, conservas...), pudiendo ser suministrado: en la aleación madre, como polvo
inyectable y en briquetas de polvo mixto (o prealeación mecánica). Otros usos del manganeso
electrolítico son: en la industria del acero, como desulfurante y aleante fino para aceros
inoxidables de altas prestaciones y aceros HSLA; en la industria de las aleaciones de cobre y
níquel; escamas de manganeso electrolítico como catalizador de reacciones químicas;
producción de manganita para la fabricación de resistencias variables con la temperatura;
fabricación de ferritas de zinc-manganeso para aplicaciones electrónicas de media potencia y
como pigmento; fabricación de varillas de soldadura.
ESQUEMAS DEL PROCESO
Descripción de los esquemas de una preferente realización del invento.
La figura 1 muestra el diagrama de bloques del proceso que se inicia con la fase de sulfatación
(1), seguida de la fase hidrometalúrgica que consta de cuatro etapas: lixiviación (3), purificación
primaria (4), purificación secundaria (5) y acondicionamiento (6) para finalmente llegar a la fase
de electrólisis (7) para la obtención del manganeso electrolítico.
La figura 2 muestra de manera esquemática el diagrama correspondiente a la fase de
sulfatación (1), que consiste en el tratamiento en horno (8) del material suministrado por un
mezclador (9), generándose unos gases que son extraídos de forma forzada de dicho horno (8)
a través de una chimenea (10) y neutralizados en una columna de lavado (11) con el reactivo
apropiado.
La figura 3 esquematiza las etapas de lixiviación (3) y purificación primaria (4), en las que el
producto resultante de la fase de sulfatado (1) es tratado en un tanque (12) con revestimiento
antiácido, obteniéndose una pulpa que se hace pasar por un filtro prensa (13), en el que
además se puede efectuar el lavado de las tortas de filtración a contracorriente. Este lavado se
efectúa con agua suministrada desde un tanque (14), que posteriormente puede ser
aprovechada tanto en la mezcla inicial del proceso, como en la fase de lixiviación. El residuo
inerte es recogido en la cubeta (15) del fondo del filtro prensa.
La figura 4 corresponde a la etapa de purificación secundaria (5), en la que se filtra el licor
primario de la etapa anterior con un filtro de carbón activo (16), de manera previa a su
conducción al tanque de purificación secundaria (17), en el que se precipitan las impurezas
remanentes en forma de sulfuras que se separan a través de otro proceso de filtración (18),
obteniéndose finalmente licor purificado (19) y un producto residual, ZnS (20).
La figura 5 muestra de manera esquemática la etapa de acondicionamiento (6) en la que se
somete al licor purificado a un aumento de pH en un tanque (21), para ser tratado
posteriormente en un cristalizador (22), en el que se favorece la precipitación de sales
amoniacales (24) de Ca y Mg del licor.
La figura 6 muestra de manera esquemática la fase de electrólisis (7) del licor que es tratado en
una celda (26) aprovisionada de catolito calentado por la acción de un intercambiador de calor
existente en el tanque de alimentación (25). La celda es de diafragma de poliéster y en su
interior están sumergidos dos ánodos y un cátodo, estando éste último dentro de su propio
compartimento. Para efectuar el lavado del cátodo tras la deposición del Mn electrolítico sobre
su superficie, se cuenta con un tanque de inmersión (27). Por otra parte, los lodos anódicos de
la celda se acumulan y evacúan desde el doble fondo que ésta posee, pasando a ser tratados
en un tanque (28) de floculación de fangos.
Manganeso, de símbolo Mn, es un elemento metálico, frágil, de aspecto blanco plateado. Se emplea fundamentalmente en aleaciones. El manganeso es uno de los elementos de transición del sistema periódico. Su número atómico es 25.
HistoriaSe ha encontrado dióxido de manganeso, MnO2, enpinturas rupestres (dando un color negro). También se han utilizado a lo largo de la historia, por ejemplo por los egipcios y los romanos, compuestos de manganeso para decolorar el vidrio o bien darle color. Asimismo se ha encontrado manganeso en las minas de hierro utilizadas por los espartanos, y se piensa que tal vez sea debido a esto la especial dureza de sus aceros.
En el siglo XVII, el químico alemán Glauber, produjo por primera vez permanganato, un reactivo de laboratorio bastante utilizado. A mediados del siglo XVIII, el dióxido de manganeso se empleó para la producción de cloro. El químico sueco Scheele fue el primero que descubrió que el manganeso era un elemento, pero fue Johan Gottlieb Gahn quién lo aisló por reducción del dióxido con carbono.
A principios del siglo XIX se comenzó a probar el manganeso en aleaciones de acero. En 1816 se comprobó que endurecía al acero, sin hacerlo más frágil.
Principales característicasEl manganeso es un metal de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial.
Sus estados de oxidación más comunes son 2+, 3+, 4+, 6+ y 7+, aunque se han encontrado compuestos con todos los números de oxidación desde 1+ a 7+; los compuestos en los que el manganeso presenta estado de oxidación 7+ son agentes oxidantes muy enérgicos. Dentro de los sistemas biológicos, el catión Mn2+ compite frecuentemente con el Mg2+. Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras aleaciones.
AplicacionesLa composición química del mineral de manganeso determina sus diferentes usos industriales.
El manganeso constituye uno de los minerales estratégicos más necesarios, empleado en la industria siderúrgica, en la fabricación debaterías secas, y en usos químicos, en la producción de acero, aleaciones ferro- manganeso y como agente purificador, pues su gran avidez por el oxígeno y por el azufre, se aprovecha para librar al mineral de hierro de esas impurezas, decolorante del vidrio, obtención de sales de manganeso, entre otras.
Entre las aleaciones no ferrosas de manganeso se encuentran el bronce de manganeso (compuesto de manganeso, cobre, estaño yzinc), resistente a la corrosión del agua de mar y que se utiliza en la fabricación de hélices de barcos y torpedos, y la manganina(compuesta de manganeso, cobre y níquel), usada en forma de cables para mediciones eléctricas de alta precisión, dado que su conductividad eléctrica apenas varía con la temperatura.
El dióxido de manganeso (MnO2) se da en la naturaleza en forma de pirolusita, y puede obtenerse artificialmente calentando nitrato de manganeso. Se utiliza en pinturas y barnices, para pintar cristales y cerámica, en la obtención de cloro y yodo y como despolarizador en baterías de pilas secas. El sulfato de manganeso (II) (MnSO4), un sólido cristalino de color rosa, se prepara por la acción de ácido sulfúrico sobre dióxido de manganeso, y se utiliza en tintes para el algodón. El permanganato de sodio y el de potasio (NaMnO4 y KMnO4) son cristales de color púrpura oscuro, formados por la oxidación de sales ácidas de manganeso, y se emplean como oxidantes y desinfectantes.
agua
Abundancia y obtenciónEl Manganeso proviene de la Pirolusita, que proviene del griego pyrós, fuego y lisis, descomposición.
El manganeso puro se obtiene por la combustión de la pirolusita (dióxido de manganeso) con polvo de aluminio, o por la electrólisis del sulfato de manganeso. Este metal no se da en la naturaleza en estado puro, excepto en los meteoritos, pero se encuentra ampliamente distribuido en todo el mundo en forma de menas. como la rodocrosita, la franklinita, la psilomelana y la manganita. Ocupa el lugar 12 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Debido a su gran afinidad por el oxígeno generalmente se presenta en forma de óxidos y también en la de silicatos y carbonatos. La mena de este mineral mayormente utilizada en la industria es la Pirolusita (MnO2), de un 63% de manganeso, pero se usan otras como la braunita (MnS12O3) de 69%, la rodonita (MnSiO3), rodocrosita (MnCO3), hübnerita(MnWO4) etc. También se ha encontrado en nódulos marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y en donde sería posible extraerlo. Entre los países productores de manganeso figuran Ucrania, Georgia, Sudáfrica, Brasil, Bolivia ,China yMéxico.
Principales yacimientos en Cuba
Los yacimientos de mayor importanciad de pirolusita están en Oriente, ocupando el primer lugar el de Ponupo, cerca de El Cristo. En las minas de Ponupo se encuentra el mineral por un proceso que se basa en las difenrentes densidades entre el mineral y la ganga, locual hace que las partículas de igual volumen caigan con velociades en un medio fluido como el agua. Con este método se consigue que la concentración el mineral alcance un valor no menor del 36% de manganeso, que es el necesario para que pueda ser sometido a la nodulización, operación que se verifica en Felton.
Precauciones
El manganeso es un elemento esencial, siendo necesario un aporte de entre 1 a 5 mg por día, cantidad que se consigue a través de los alimentos.
El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a compuestos de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden provocar efectos adversos en el sistema nervioso, respiratorio, y otros.
El permanganato de potasio, KMnO4, es corrosivo.
Papel biológicoEl manganeso es un oligoelemento, es decir, un elemento químico esencial para todas las formas de vida.
Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando el superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la dismutación de superóxidos, O2-; la Mn-catalasa, que cataliza la dismutación de peróxido de hidrógeno, H2O2; así como en la concavanila A (de la familia de la lectina), en donde el manganeso tiene un papel estructural.
El cuerpo humano logra absorber el manganeso en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del organismo. Alrededor de 10 mg de manganeso son almacenados principalmente en el hígado y los riñones. En elcerebro humano el manganeso es unido a metaloproteínas de manganeso, siendo la más relevante la glutamina sintetasa en los astrocitos.
El Manganeso es también importante en fotosíntesis oxigénica en las plantas. El complejo oxigénico es parte del fotosistema II contenido en las membranas de los cloroplasto; es responsable de la fotoxidación final del agua durante la fase luminosa de la fotosíntesis y tiene una metaloenzima con cuatro átomos de manganeso. Por esta razón, la mayoría de los fertilizantes contienen manganeso.
Nutrición
Alimentos donde encontramos el manganeso
Las principales fuentes naturales de manganeso son frutas secas, semillas de girasol y de sésamo, granos integrales, cereales,legumbres (frijol, lenteja, guisante, garbanzo y soja), verduras de hojas verdes, hojas de remolacha, mora, nueces, melocotón, almendras, yema de huevo, café y té.
Beneficios del manganeso para nuestro organismo
El manganeso es un micromineral indispensable para el correcto crecimiento de los recién nacidos, colabora en la formación de los huesos, el desarrollo de tejidos y la coagulación de la sangre, también participa en las funciones de la insulina, la síntesis del colesterol y como activador de enzimas.
Síntomas de la carencia de manganeso
La carencia de manganeso puede provocar pérdida de peso, dermatitis escamosa (lesiones de la piel), náuseas, vómitos, malformación del esqueleto, problemas en la longitud corporal, defecto en la formación de cartílago, mudanza en el color y crecimiento lento del cabello, barba y uñas. También afecta la capacidad de reproducción, función pancreática y metabolismo de carbohidratos.
Usos en medicina
El carbonato manganoso se utiliza en medicina para curar la anemia. El tomar manganeso por vía oral en combinación con calcio, zinc y cobre parece ayudar a reducir la pérdida de hueso de la columna vertebral en las mujeres mayores.
Manganeso
Símbolo: Mn Clasificación: Metales de transición Grupo 7
Número Atómico: 25Masa Atómica: 54,9380Número de protones/electrones: 25Número de neutrones (Isótopo 55-Mn): 30 Estructura electrónica: [Ar] 3d5 4s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 13, 2Números de oxidación: +2, +3, +4, +5, +6, +7
Electronegatividad: 1,55Energía de ionización (kJ.mol-1): 717Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 0Radio atómico (pm): 137Radio iónico (pm) (carga del ion): 91(+2), 70(+3), 52(+4)
Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 14,4Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 219,7
Punto de Fusión (ºC): 1246Punto de Ebullición (ºC): 2061Densidad (kg/m3): 7440; (20 ºC)Volumen atómico (cm3/mol): 7,38Estructura cristalina: Cúbica Color: Gris plateado.
Propiedades comparadas
Isótopos: Un isótopo natural: 55-Mn. El resto (veinticinco) son inestables con un período de semidesintegración que oscila entre 3,74x106 años (53-Mn) y 41 milisegundos (46-Mn).
Descubierto en: 1774Descubierto por: J. G. GahnFuentes: Pirolusita o manganesa (MnO2), hausmannita (Mn3O4), psilomelana (manganomelana) (MnO2), rodocrosita o dialogita (MnCO3), manganita (Mn2O3.H2O), rodonita (MnSiO3). Usos: Acero (para desoxidado y desulfurizado). Baterías, cerámicas.
Curiosidades sobre el elemento: El nombre procede de dióxido de manganeso (manganesa o pirolusita) que antiguamente se denominaba magnes por confundirse con la magnetita.Fue reconocido por Scheele, Bergman y otros como elemento. Aislado por Gahn en 1774 mediante reducción del dióxido con carbono. No se encuentra aislado. Es abundante (0,095% en peso de la corteza). Entre sus combinaciones naturales destacan óxidos, silicatos y carbonatos: pirolusita o manganesa, rodocrosita o dialogita son las más importantes; otras menos importantes son hausmannita, psilomelana (manganomelana),
manganita, rodonita, braunita [3Mn2O3.MnSiO3], hübnerita (MnWO4). Se han descubierto grandes cantidades de nódulos de manganeso en el fondo oceánico que en el futuro serán importantes para la obtención del metal. Estos nódulos contienen más de un 24% de manganeso junto con cantidades menores de otros elementos, en forma de óxidos hidratados.El metal se obtiene por reducción del óxido con sodio, magnesio o aluminio o por electrólisis de disoluciones de sales. La obtención del metal puro no interesa, ya que no tiene propiedades adecuadas y sus aplicaciones son escasas. Habitualmente (90% de la producción) se obtiene aleado con hierro a partir de mezclas de minerales de ambos metales y coque.Es un metal gris plateado, que se parece al hierro, pero es más duro y quebradizo.La conductividad eléctrica es un 4% de la del cobre.Es reactivo y descompone el agua fría lentamente, desprendiendo hidrógeno. Se oxida lentamente en el aire y al calentarlo arde formando el tetraóxido. Pulverizado puede inflamarse a temperatura ambiente. Se disuelve en los ácidos (con desprendimiento de hidrógeno) y reduce a los ácidos oxidantes. A temperatura ambiente reacciona lentamente con los no metales; a elevada lo hace más rápidamente. Los colores que presenta según el estado de oxidación:
+2: rosa+3: rojo+4: marrón+5: azul+6: verde+7: violeta.
El metal puro se presenta en cuatro modificaciones alotrópicas:La forma estable a temperatura ambiente es -Mn (cúbica centrada en el cuerpo), que por encima de 700ºC se transforma en -Mn (cúbica centrada en el cuerpo), el cual por encima de 1070ºC se transforma en -Mn (cúbica centrada en las caras), que a 1140ºC se transforma en -Mn (cúbica centrada en el cuerpo). La forma -Mn, que se transforma en -Mn a temperatura ambiente, es flexible, blanda, fácil de cortar y de doblarse. La forma -Mn se obtiene por electrólisis de MnSO4, mientras que por aluminotermia se obtienen las otras formas.
El manganeso es importante por las propiedades de sus aleaciones:
En el acero, el manganeso mejora las cualidades de laminación y forjado, resistencia, tenacidad, rigidez, resistencia al desgaste, dureza y robustez.
Las aleaciones con aluminio y antimonio, especialmente con pequeñas cantidades de cobre, son ferromagnéticas. El manganeso es ferromagnético sólo después de tratamientos especiales.
La manganina es una aleación con calcio (83%) y níquel (4%) utiliza en la fabricación de resistencias invariables con la temperatura.Otros usos incluyen dar color amatista al vidrio (es el responsable del color de la piedra preciosa amatista: cuarzo violeta).Entre sus compuestos:El dióxido (pirolusita) se utiliza como despolarizador de pilas secas (Leclanché). Entre sus usos se encuentran:
Decoloración del vidrio que tiene color verde por presencia de impurezas de hierro.
Producción de oxígeno y cloro
Obtención de pinturas negras secas.
Obtención de aleaciones de ferromanganeso y manganeso metálico.
Obtención de MnO, MnSO4, KMnO4.
Oxidante en la obtención de uranio y otros procesos químicos.El permanganato es un potente oxidante en medio ácido y se utiliza en análisis cuantitativo (permanganimetrías), blanqueante, decolorante de madera y aceites, y en medicina: desinfectante.Es un oligoelemento importante en el reino animal. Juega un importante papel en la síntesis de vitamina B1. Es un oligoelemento importante en el suelo. La exposición a polvo, vapor y compuestos de manganeso produce trastornos nerviosos y digestivos graves por lo que no debe exceder de 5 mg/m3 durante cortos periodos de tiempo, ya que es muy tóxico. El permanganato corroe las mucosas.
Manganeso
El manganeso es un elemento químico de número atómico 25 situado en el grupo 7 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Mn.
Características principales
Blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial. Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3, +4, +6 y +7, aunque se han encontrado desde +1 a +7; los compuestos en los que el manganeso presenta estado de oxidación +7 son agentes oxidantes muy enérgicos. Es uno de los minerales esenciales y dentro de los sistemas biológicos, el catión Mn+2 compite frecuentemente con el Mg+2. Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras aleaciones.
Aplicaciones
Es importante para la fabricación de aceros. El manganeso reacciona con el azufre presente formando sulfuro de manganeso, MnS, evitando que el azufre reaccione con el hierro (aumentando la fragilidad y siendo más difícil de forjar); también el exceso puede reaccionar con el carbono dando carburos de manganeso, mejorando las propiedades mecánicas del acero. Además, el manganeso tiene propiedades desoxidantes y evita la formación de burbujas. El acero con 13% de manganeso tiene propiedades especiales y se utiliza en aplicaciones donde el desgaste intenso está presente como en las tejas de las esteras de los bulldozers, bordes y dientes cortantes de escavadoras y terrajas de roscar acero.
La mayor parte del manganeso se emplea para obtener ferromanganeso (contiene un 80% en Mn). Esta aleación de manganeso y hierro se obtiene por reducción del trióxido de dihierro Fe2O3, y el dióxido de manganeso, MnO2.
También se emplea en el silicomanganeso, una aleación con un 60-70% en manganeso y un 15-30% en silicio.
Puede estar presente en otras aleaciones, por ejemplo con aluminio.
El dióxido de manganeso, MnO2, se utiliza como despolarizador en pilas secas, llamadas también pilas tipo Leclanché o de cinc/carbono (Zn/C). También se encuentra en las pilas alcalinas o de cinc/dióxido de manganeso (Zn/MnO2).
El MnO2 también se emplea en la obtención de pinturas y en la decoloración del vidrio.
Historia
Se ha encontrado dióxido de manganeso, MnO2, en pinturas rupestres (dando un color negro). También se han utilizado a lo largo de la historia, por ejemplo por los egipcios y los romanos, compuestos de manganeso para decolorar el vidrio o bien darle color. Asimismo se ha encontrado manganeso en la menas de hierro utilizadas por los espartanos, y se piensa que tal vez sea debido a esto la especial dureza de sus aceros. En el siglo XVII, el químico alemán Glauber, produjo por primera vez permanganato, un reactivo de laboratorio bastante utilizado. A mediados del siglo XVIII, el dióxido de manganeso se empleó para la producción de cloro . El químico sueco Scheele fue el primero que descubrió que el manganeso era un elemento, pero fue J. G. Gahn quien lo aisló por reducción del dióxido con carbono. A principios del siglo XIX se comenzó a probar el manganeso en aleaciones de acero. En 1816 se comprobó que endurecía al acero, sin hacerlo más frágil.
Papel biológico
El manganeso es un oligoelemento; es considerado un elemento químico esencial para todas las formas de vida. Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. En humanos, el manganeso se absorbe en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del organismo.
Abundancia y obtención
Es un metal muy abundante en la corteza terrestre, y está ampliamente distribuido. Se encuentra en cientos de minerales, aunque sólo una docena tiene interés
industrial. Destacan: pirolusita (MnO2), psilomelana (MnO2·H2O), manganita (MnO(OH)), braunita (3Mn2O3·MnSiO3), rodonita (MnSiO3), rodocrosita (MnCO3), hübnerita (MnWO4), etc. También se ha encontrado en nódulos marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y en donde sería posible extraerlo. Los países con mayores yacimientos de minerales de manganeso son Sudáfrica, Ucrania y China.El metal se obtiene por reducción de los óxidos con aluminio, y el ferromanganeso se obtiene también reduciendo los óxidos de hierro y manganeso con carbono.
Compuestos
El permanganato de potasio, KMnO4, es un reactivo de laboratorio muy común debido a sus propiedades oxidantes. El dióxido de manganeso, MnO2 se emplea como despolarizador en pilas secas. También se puede usar para decolorar vidrio que presente color verde debido a la presencia de trazas de hierro. Este óxido también se emplea para dar color amatista al vidrio, y es responsable del color de la amatista (una variedad del cuarzo). Además, se utiliza en la producción de cloro y oxígeno.
Precauciones
El manganeso es un elemento esencial, siendo necesario un aporte de entre 1 a 5 mg por día, cantidad que se consigue a través de los alimentos. El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a compuestos de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden provocar efectos adversos en el sistema nervioso, respiratorio, y otros. El permanganato potásico, KMnO4, es corrosivo.
ResumenSe realiza la caracterización química, el análisis térmico diferencial y termogravimétrico (ATD y TG), la determinación fásica por difractometría de rayos-X y el análisis granulométrico del mineral de manganeso del yacimiento "Margarita de Cambute", en la zona oriental de Cuba. Sobre la base de los resultados de caracterización se establece una estrategia de síntesisdel fundente, consistente en definir como premisa básica el rango de valores de la relación MnO/SiO2. La estrategia planteada es corroborada al nivel de banco experimental mediante la obtención de un prototipo de fundente, en horno de arco eléctrico acoplado a una fuente de corriente continua y la realización de ensayos de comportamiento tecnológico del fundente en la soldadura.
Palabras claves: Mineral de manganeso. Soldadura por arco sumergido. Fundentes fundidos.Manganese ore to the obtaining fluxes for Submerged Arc Welding (SAW)________________________________
IntroducciónEntre los fundentes fundidos más ampliamente utilizados en la soldadura de aceros al carbono se encuentran los relacionados al sistema de óxidos de alta sílice y alto manganeso, por considerarse éstos como poseedores de altas propiedades tecnológicas[1,2]. En Cuba, tradicionalmente, los fundentes de esta clasificación han sido los más utilizados en la industriametal-mecánica y en el sector agrícola. Hasta los años 90, se destacaba el empleo del fundente AH-348, de origen ucraniano, y en los últimos años el OK Flux-1040 y el F-103, suministrados por ESAB (Suecia) y UTP (Alemania), respectivamente[3]. El mayor campo de aplicación ha estado relacionado con la fabricación de domos de calderas de vapor, producción que aún demanda de un volumen apreciable de fundente, a la vez que se ha insertado la producción y reparación de balones para el almacenamiento de gas, constituyendo esta última una producción perspectiva con posibilidades de crecimiento[4].Por otra parte, en Cuba existen yacimientos de minerales de manganeso, propios para el desarrollo de fundentes de los tipos mencionados y existen, además, minerales con contenidos apreciables de sílice, calcio, magnesio, alúmina, etc., todos ellos factibles de emplear como materias primas para la fabricación de fundentes[5-7].Un aspecto a tener en cuenta, es que para la producción de estos fundentes no se requieren de altos costos de inversión, ya que con instalaciones de pequeña capacidad, de poca complejidad tecnológica, se puede satisfacer la demanda de una industria dada, o sea que es factible su aplicación en las condiciones de talleres convencionales[8,9].Precisamente, una de las limitantes que ha encontrado el uso de los minerales de Mn en Cuba, aun cuando posee reservas significativas, ha sido que la mayor parte de los estudios han estado dirigidos hacia el sector siderúrgico, que demanda grandes volúmenes de producción en instalaciones de alta complejidad y, en consecuencia, altas inversiones de capital[10-13].Potenciar procesos, sobre la base de conceptos de pequeña escala industrial, accesibles desde el punto de vista tecnológico y de inversión de capital, que permitan la obtención de nuevos materiales de ingeniería a partir de recursos naturales propios es una estrategia válida para países en desarrollo, por cuanto les permite acceder a tecnologías de avanzada, que suelen ser más productivas y humanizan el trabajo, como lo es la soldadura automática por arco sumergido.El trabajo aborda, como objetivo básico, la caracterización del mineral de manganeso del yacimiento "Margarita de Cambute", para definir la estrategia de síntesis de fundentes del sistema de óxidos MnO-SiO2 para la soldadura por arco sumergido.
Caracterización del mineral de manganesoAnálisis QuímicoUna muestra representativa de 800 g. de mineral de manganeso correspondiente al yacimiento "Margarita de Cambute" se sometió a un proceso de trituración, molienda y homogeneización hasta obtener un polvo (< 100 (m). De la muestra homogeneizada se seleccionó 200g para realizar determinaciones química, térmica y fásica.
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos82/mineral-manganeso-obtencion-fundentes-saw/mineral-manganeso-obtencion-fundentes-saw.shtml#ixzz3mWXae1iI
Objetivos:Obtención de metales puros a través de sus óxidos, los cuales deberemos hacer reaccionar con un agente químico reductor, en este caso el aluminio.
Introducción teórica:Los metales se suelen presentar en la naturaleza en estado oxidado (menas) formando óxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos,etc. La obtención de metales a partir de sus menas implica una reacción de reducción del compuesto que compone la mena.
Mn3O4 (s) ----> 3 Mn (s) + 2 O2 (g)
Esta reducción se puede realizar de distintas formas. La forma más utilizada a nivel industrial consiste en transformar la mena en el óxido metálico correspondiente y , posteriormente hacer reaccionar el óxido con un agente químico reductor. Lógicamente, ese elemento debe tener una energía libre de formación de su óxido más negativa (óxido mas estable) que la correspondiente al óxido de partida. El carbón y los metales electropositivos, como son el aluminio, magnesio o calcio, se utilizan como reductores en los procesos metalúrgicos de obtención de metales.
La acción reductora del aluminio sobre los óxidos de otros metales, cuando la reacción se inicia en un punto, se desarrolla por sí sola debido a que el calor de formación del óxido de aluminio es mucho mayor que el de la mayoría de los demás óxidos metálicos, referidos a la misma cantidad de oxígeno. A este proceso se le denomina Aluminotermia y es aplicable a la obtención de numerosos metales a partir de sus óxidos. Todos ellos deben tener un calor de formación menor que el del óxido del aluminio.
Aluminotermia: proceso que emplea el aluminio como reductor de óxidos metálicos, con lo que se consiguen temperaturas muy altas donde se libera calor, por ello en este proceso da lugar la reacción exotérmica. La mezcla el óxido metálico con polvo de aluminio se llama "termita", si el óxido es de hierro; en la combustión se oxida el aluminio y se reduce el óxido a metal. El procedimiento fue ideado en 1894 por Goldshmidt para producir cromo del todo carente de carbono. Con la termita se rellenaron bombas incendiarias en la Segunda Guerra Mundial. En la actualidad se utiliza para la soldadura en carriles de vías férreas y en otras estructuras.
Agente reductor: aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.Óxido básico: es un compuesto que resulta de la combinación de un elemento metálico con el oxígeno:metal + oxígeno = óxido básico.
Aluminio: metal no ferromagnético. La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina (Al2O3), que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos.
Reaccion exotérmica: se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o como calor, o lo que es lo mismo: con una variación negativa de la entalpía, es decir:
. El prefijo "exo" significa "hacia fuera". Por lo tanto se entiende que las reacciones exotérmicas liberan energía. Considerando que A, B y C representen sustancias genéricas, el esquema general de una reacción exotérmica se puede escribir de la siguiente manera: A + B ---> C + D + calor.
Materiales:
Crisol de barro Olla Arena
Medidas de seguridad:
Llevar guantes, bata y gafas de laboratorio ya que la peligrosidad de esta práctica está en la violenta explosión que produce este proceso el cual provoca también una peligrosa llama. Es importante alejarse unos metros antes de que la explosión se produzca.
Procedimiento:OBTENCIÓN DEL MANGANESO POR REACCIÓN CON EL ALUMINIO:1. En un crisol de barro hacemos una mezcla homogenea con 2g de aluminio en polvo y 10g de dióxido de manganeso.2. Introducimos la cinta de magnesio hasta el fondo, que servirá para inciar la reacción actuando como mecha.3. Prendemos la cinta de magnesio, bien con una cerilla o con un mechero.Esto da origen a una reacción fuertemente exotérmica: da lugar una explosión (el crisol se rompe) y se libera calor con una llama que aparece de la reacción:
3 MnO2 + 4 Al ----> 2 Al2O3 + 3 Mn
OBTENCIÓN DEL HIERRO POR REDUCCIÓN CON EL ALUMINIO:1. En otro crisol de barro metemos 10g de aluminio en polvo y lo mezclamos en la parte superior con 32g de óxido de hierro (III). Antes, la parte inferior la aplastamos para que no queden huecos.2. Introducimos la mecha de magnesio y la prendemos.3. Colocamos el crisol de barro dentro de la olla con arena.4. Si se realiza en el laboratorio sobre una mesa es preferible colocar una superficie refractrora como las baldosas que colocamos nosotros.La reacción que se produce es la siguiente:
Fe2O3 + 2 Al ----> Al2O3 + 2 Fe
OBTENCIÓN DE CROMO POR REDUCCIÓN CON ALUMINIO:1. Cogemos el cromo de la descomposición del dicromato de amonio.2. Añadimos a otro crisol de barro 10g de cromo y 2g de aluminio.3. Cogemos una olla y la llenamos de arena.4. Introducimos el crisol de barro dentro de la olla.5. En el crisol enterramos la mecha de magnesio y la prendemos.Ocurrirá el mismo proceso de aluminotermia:
Cr2O3 + 2 Al ----> Al2O3 + 2 Cr
Resultados:De las tres prácticas solo nos salió la reducción del hierro. Las causas de que no nos salieran pueden ser:- la presencia de humedad en el cromo- que la mezcla del manganeso no fuera lo suficientemente homogenea.
Al principio la práctica del hierro no nos salió a la primera pero cuando conseguimos realizarla pudimos observar que:- el crisol de barro se rompió y el hierro se quedó con su forma.- el hierro presentaba magneticidad ya que el imán se pegaba a él y a sus virutas.
Aquí podemos observar como el En esta foto podemos observar la
hierro se quedó con la forma del recipiente
presencia de magneticidad en el hierro
Contraste de resultados:
En el siguiente video podemos observar la tremenda explosión y llama que produce la cantidad de 500gr de termita. La temperatura que alcanza más o menos es de 2300 grados centígrados.
En el siguiente video han realizado la práctica con el aluminio en polvo y el óxido de hierro (III). Como reacción iniciadora utilizaron permanganto de potasio sólido con glicerina.
En esta práctica realizaron la obtención del cromo por el proceso de aluminotermia.
Valoración crítica:Esta práctica al realizarla ha resultado un poco frustante ya que no nos han salido todas las reacciones a la primera, y algunas no nos han salido. Por ello tratamos de buscar soluciones o explicaciones a los errores cometidos que como ya dije seguramente se produjeron debido a la falta de homogeneidad y a la presencia de humedad.
Como hemos podido observar en "contraste de resultados", según las cantidades que utilicemos de reactivos para realizar esta práctica, alcanzará mayor temperatura, una altura mayor de la llama y se producirá una explosión más violenta, si utilizamos mayores cantidades que si trabajamos con pequeñas cantidades.
OBTENCIÓN DE MANGANESO A PARTIR DE RESIDUOS MINEROS POR MEDIO DE BIO-OXIDACIÓN FÚNGICAAna Elisa Casas B., Juliana Saldarriaga G., Andrés F. Betancur L.
Resumen
Resumen: La oxidación mineral consiste en la disolución de los componentes valiosos que están presentes en minerales de bajo tenor. Este proceso se da por agentes químicos o biológicos. La bio-oxidación presenta grandes ventajas tanto en el aspecto ambiental como en el económico. La bio-oxidación fúngica puede ser de dos tipos, In-situ o Ex-situ, en el primero el mineral esta presente desde el inicio de la bio-oxidación, mientras que en la Ex-situ el mineral se pone en contacto con el licor filtrado de una fermentación líquida que se realiza previamente. En este estudio se realizaron estos dos tipos de bio-oxidaciones empleando el mineral pirolusita y el microorganismo
Aspergillus niger. Se obtuvo un 93.35% de manganeso disuelto en una bio-oxidación In-situ y en la Ex-situ se obtuvo un 48.11%. Copyright © 2009 UPB. Abstract: Mineral oxidation consists in the dissolution of the components valuable from ores. This process may be mediated by chemical or biological agents. The bio-oxidation has advantages environmental and economical. The fungal bio-oxidation can be in two ways, In-situ or Ex-situ, in the first one the ore is present from the beginning of the bio-oxidation, while the ex-situ, the mineral enters in contact with the liquid filtering of liquid fermentation what is carried out previously. In this study the two kind of bio-oxidation were conducted with the pyrolusite ore and the
Aspergillus niger microorganism. The result was a 93.35% manganese disolved in a In-situ bio-oxidation and the Ex-situ was obtained 48.11%. Keywords: Bio-oxidation, Manganese,
Aspergillus niger.
Aplicaciones
Es importante para la fabricación de aceros. El manganeso reacciona
con el azufrepresente formando sulfuro de manganeso, MnS,
evitando que el azufre reaccione con el hierro (aumentando la
fragilidad y siendo más difícil de forjar); también el exceso puede
reaccionar con el carbono dando carburos de manganeso, mejorando
las propiedades mecánicas del acero. Además, el manganeso tiene
propiedades desoxidantes y evita la formación de burbujas.
La mayor parte del manganeso se emplea para obtener
ferromanganeso (contiene un 80% en Mn). Esta aleación de
manganeso y hierro se obtiene por reducción del trióxido de dihierro
Fe2O3, y el dióxido de manganseo, MnO2.
También se emplea en el silicomanganeso, una aleación con un 60-
70% en manganeso y un 15-30% en silicio.
Puede estar presente en otras aleaciones, por ejemplo con aluminio.
El dióxido de manganeso, MnO2 se utiliza como despolarizador
en pilas secas, llamadas también pilas tipo Leclanché o
decinc/carbono (Zn/C). También se encuentra en las pilas alcalinas o
de cinc/dióxido de manganeso (Zn/MnO2).
El MnO2 también se emplea en la obtención de pinturas y en la
decoloración del vidrio.
Papel biológico
El manganeso es un oligoelemento; es considerado un elemento químico
esencial para todas las formas de vida.
Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural
como enzimático. Está presente en distintos enzimas, destacando
la superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la
dismutación de superóxidos, O2-; la Mn-catalasa, que cataliza la
dismutación de peróxido, H2O2; así como en la concavanila A (de la
familia de las lectinas), en donde el manganeso tiene un papel
estructural.
En humanos, el manganeso se absorbe en el intestino delgado,
acabando la mayor parte en el hígado de donde se reparte a diferentes
partes del organismo. La cantidad diaria recomendada es de entre 1 a 5
mg, cantidad que se consigue a través de los alimentos.
Abundancia y obtención
Es el segundo metal más abundante en la corteza terrestre, por detrás
del hierro, y está ampliamente distribuido.
Se encuentra en cientos de minerales aunque sólo una docena tiene
interés industrial.
Destacan: pirolusita (MnO2), psilomelana (MnO2·H2O), manganita (MnO(
OH)), braunita(3Mn2O3·MnSiO3), rodonita (MnSiO3), rodocrosita (MnCO3),
hübnerita (MnWO4), etc. También se ha encontrado en nódulos marinos,
en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y de
donde sería posible extraerlo.
Los países con mayores yacimientos de minerales de manganeso
son Sudáfrica, Ucrania yChina.
El metal se obtiene por reducción de los óxidos con aluminio, y el
ferromanganeso se obtiene también reduciendo los óxidos de hierro y
manganeso con carbono. También puede obtenerse por electrólisis del
sulfato de manganeso:
MnSO4 + H2O → Mn + H2SO4 + ½ O2
Compuestos
El permanganato de potasio, KMnO4, es un reactivo de laboratorio
muy común debido a sus propiedades oxidantes.
El dióxido de manganeso, MnO2 se emplea como despolarizador en
pilas secas. También se puede usar para decolorar vidrio que
presente color verde debido a la presencia de trazas de hierro. Este
óxido también se emplea para dar color amatista al vidrio, y es
responsable del color de la amatista (una variedad del cuarzo).
Además, se utiliza en la producción decloro y oxígeno.
Precauciones
El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a
compuestos de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden
provocar efectos adversos en el sistema nervioso, respiratorio, y
otros.
El permanganato potásico, KMnO4, es corrosivo.
MINERAL DE MANGANESO
El manganeso constituye uno de los minerales estratégicos más necesarios, empleado en la industria
metalúrgica para obtener los aceros al manganeso.
Nunca se encuentra en la naturaleza en estado nativo. Debido a su gran afinidad por el ox�geno
generalmente se presenta en forma de óxidos y también en la de silicatos y carbonatos. La mena de este
mineral mayormente utilizadas en la industria es la Pirolusita (MnO2), de un 63% de manganeso, pero se
usan otras como la braunita (MEs abundante en la corteza terrestre. Entre sus combinaciones naturales
destacan óxidos, silicatos y carbonatos: pirolusita o manganesa, rodocrosita o dialogita son las más
importantes; otras menos importantes son hausmannita, psilomelana (manganomelana), manganita,
rodonita, braunita [3Mn2O3.MnSiO3], h�bnerita (MnWO4). Se han descubierto grandes cantidades de
nódulos de manganeso en el fondo oce�nico que en el futuro ser�n importantes para la obtención del
metal. Estos n�dulos contienen más de un 24% de manganeso junto con cantidades menores de otros
elementos, en forma de óxidos hidratados.
El metal se obtiene por reducci�n del óxido con sodio, magnesio o aluminio o por electrólisis de
disoluciones de sales. La obtención del metal puro no interesa, ya que no tiene propiedades adecuadas y
sus aplicaciones son escasas. Habitualmente (90% de la producci�n) se obtiene aleado con hierro a
partir de mezclas de minerales de ambos metales y coque. nS12O3) de 69%, la rodonita, la rodocrusita,
etc.
La composición qu�mica del mineral de manganeso determina sus diferentes usos industriales. El
manganeso se consume principalmente en la industria siderúrgica, en la fabricación de bater�as secas, y
en usos qu�micos, en la producci�n de acero, aleaciones ferro-manganeso y como agente purificador,
pues su gran avidez por el ox�geno y por el azufre, se aprovecha para librar al mineral de hierro de esas
impurezas, decolorante del vidrio, obtenci�n de sales de manganeso, entre otras.