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" S t IWG. =Et ARECHXGA'ofR"4TES DR. FELIPE LOPEZ IHSmima:
REIui;I:z;Aw POR : MARTIN . .
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I N V I C E
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92t;GS
1 USOS V E LA ALUMNINA 1 MATERIAS PRZMAS Y SUBPROVUCTOS 1 AMBIENTE VE FORMACTON 3 k REACCIONES IMPORTANTES, CAPACIVAV. VE TUSTALAR PROPIEVADES 3
FtSlCAS Y QUTMZCAS
b
.$ ALUMINAS HZVRATAVAS PROCESOS VE OBTENCION ALUMTNA A PARTIR VE ARCILLAS UTILIZANVO AClVO
ALUMINA A PARTIR VE ARCILLA UTlLlZANOO PRECIPZL TACION CON AC lVO CLOWIVRZCO CRISTALTZACION TNVUClVA OBTENCION VE ALUMINA A P A R T I R V E A R C I L L A , UTILIZANDO A C l W SULFUROSO ALUMINA A P A R T I R V E A R C I L L A UTTLZZANVO A C l D O N I T R I C O ANTECEDENTES V E LA I N E R S T O N V € S € R I P C I O N V E T A L L A V A VEL PROCESO ESTUVIO V E MERCADO ANTECEVENTES Y PROYECCIONES OBJETIVOS SECUENCIA VE VESARROLLO EXPERIMENTAL
EQUIPO VE MOLIENVA DISENO DEL ffORN0 ROTATORIO COSTO VE EQUTPO COSTOS VE MATERIA PR IMA . . S A L A R I O V E LOS TRABAJAVORES C A P I T A L F I J O , C A P I T A L VE TRABAJO, GANANCIA ANUAL TASA V E RETORNO CONCLUSlONES RECOMEAIVACIONES
A P E N V l C E . .
T A B L A 1 CONSUMO NACIONAL VE ALUMIN1O.POR HABITANTE
CLORHlVRlCO EVAPORACION - CRISTAL IZACION
. .DISENO DEL EQUIPO
4 6 7 7
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8 9
10 I I 19
.2 2 22 24 24
. 30 .' 30 30
31 32 33
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T A B L A 7 1 CONSUMO NACIONAL APARENTE l% LA INDUSTRIA DEL ALUMIN IO 2
TABLA 117 IMPORTACION VE PRODUCTOS VE ALUMINIO TABLA 7 V EXPORTACIONES VE ALUMINIO Y SUS PROVUCTOS
I
ZMPORTACZONES DE BAUXZTA
A P E N V l C E I 2 NTROUUCCZ ON
DZFRACCZON E RAYOS X . ANALZSZS ERMOGRAVZMETUZCO (TGA) DZFRACTOGRAMA DE LA MUESTRA 3 i .
DZFRACTOGRAMA DE LA MUESTRA. 4 DZFRACTOGRAMA DE LA MUESTRA 5. TABLA VEL ANALZSZS DE RAYOS X MUESTRA 4 TABLA DEL ANALZSZS DE RAYOS X MUESTRA 5 RESULTADOS VEL ANALZSZS VE RAYOS X MUESTRA 4 RESULTAZNS VEL ANALISIS DE RAYOS X MWTRA 5 GRAFZCAS DEL (TGA) VE LA MUESTRA 4 A 10°CIMZN GRAFZCAS DEL (TGA) VE LA MUESTRA 4 A 20"CIMZN . . GRAFlCAS DEL. (TGA) VE LA MUESTRA 4 A 3U°C/IMZN GRAFZCAS DEL (TGA) DE LA MUESTRA 5 A IO°C/MZN "
GRAFZCAS DEL (TGA) DE LA MUESTRA 5 A 30°C/MZN
TABLA DEL (TGA) MUESTRA 5 A 2.0°C/MTN
TABLA U€ CONCENTRACZON GRAFl CA CONVERSZON VS TEMPERATURA GRAFZ CA CONCENTRACl ON VS TZ EMPO GRAFZCA ClNETl CA VE REACClON VS TZEMPO . TASA VE REACClON VS T€MPEUATURA TABLA U€ TASA DE REACCZON 10°C/MIN TABLA U€ TASA DE REACCZON '20°C/MTN TABLA VE TASA V E REACClON 3O0C/MIN GRAFZCA VE TASA DE REACCZON VS TlEMPO ( ' 10°C/MZN ) GRAFlCA U€ TASA DE REACClON VS TIEMPO- ( 20°C/MZN ) GRAFlCA DE TASA DE REACClON VS TIEMPO ( 3O0C/M3N. )
GRAFZCAS VEL (TGA) DE LA MUESTRA 5 A 20°C./MZhJ
TABLA DEL (TGA) -MUESTRA 5 A I U°C/MZN
TABLA DEL (TGA) MUESTRA 5 A ~ O O C I M I N .
A P E N V Z C E
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i 2 3 4 5
. 6 7 8 9 1 10
' 13 1 5 17 19 21 23 25 27 29 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
VZAGRAMA VE FLUJO PARA PRODUCIR ALUMINA CON FORMACION DE MONOALWZTA COMO PRODUCTO ZNTERNO 1 DIAGRAMA DE FLUJO DE ALUMZNA A- PARTZR DE ARCZLLA UTILIZANDO ACZSO NZTRZCO HNO3 2 DZAGRAMA VE FLUJO U€ ALUMZNA A PAR'TIR DE ARClLíA 'UTZLZZANVU PREClPZTACZON CON HCl 3 DZAGRAMA VE FLUJO DE ALUNZNA A PARTZR DE.-ARCILLA UTI L l ZANDO ACTDO SULFUROSO 4
ALUMINA A PARTIR VE ARCILLA UILZZANVO ffC1 I CRZSTALI ZACION EVAPORATI VA DIAGRAMA VEL TERRENO, VE LA PLANTA SEGCION ( MOLTENVA - CALCZNATO 1 DIAGRAMA VE FLUJO VE LA PLANTA SECCION ( MOLIENDO CALCINADO ) - BIBLIOGRAFIA
7
Usos Principales
Usos de la Alirmina. I
Como catalizador- y portador- de catalxtadores.Los tipos muy adsorbentes o alt3minas actrivadas se expanden en forma granular y de tabletas de tamano apropiado para lechos catalitados fijos. La magnitud de su superficie depende del -todo de preparaci6n y del grado de activacldn Las formas comerclales tienen entre 100 y.400 m' de area por gramo.
La mayoria de los tipos contienen carbonato s6d ico como impurezas, pero en algunas varidades solo llega al 0.1% o menos. Algunas altlminas activadas tinen resistencia excepcional contras el calor y conservan su area a 80(:)*c.
Como adsoerbente. Aquí se incluydn los materiales muy similares cuyas aplicaciones se deben a su gran extenci6n de superficie. Estos materiales son la "alirmina activada", que se obtine por medio de calor; del producto del pr-oceso Bayer- y las bauxita. La alQmina activada es una forma porosa adsorbente que se produce calentando los hidratos a temperatura sut'icinte para expulsar la mayor parte del agua combinada. Una de las aplicaciones mas importantes que tiene esta sustancia es la desecacldn de gases y liquidos. La alfrmlna activada tine la propidad de secar el aire ha.sta dejarle muy poca. hirmedad. Ademas reduce la. Ac idez y obt-a corno clat-lticador ciel aceite que se f i ltr-a por- el la.
Como abrasivo y refractario. La alamina calcinada ordinaria que resulta del proceso Eayer- tiene muchos usos como abrasivo. Sus propiedades se pueden modificar variando la temperatura de calcinacion y el tamano de particula. Ciertas calidades se emplean en el acabado de metales,partlcularmente de, superficies duras de acero inoxidable y chapados de cromo.
Materias Frirnas y Subproductos
La materia prima para obtener la alQmia son arcillas.Para obtener la alirmina se puede realizar por- dos -todos ya sea por via icida o bisica. De las mater-ids primas mas importantes son los hidr6xidos de aluminio hidratados como la gibbisita y los caolines sobre los que se tendra una pequena descripcion:
4rcillas. Las arcillas son rocas consolidadas o no consolidadas que suelen componerse de uno de los "minerales at-ci 110~0s'~ (si 1 icatos hidr-atados de alumlnio hierro y magnesio) con o sin otras rocas y partlculas minerales .Secaracterlran por la extremada finura de sus partlculas (a menudo de tamano coloidal), per-o muestran extensas variaciones en sus propiedades flsicas y t&r-mlcas y en su composici6n mineral y qulmica. Para 10s especilalistas en di+et-entes campos son tan valiosos. determinados caracteres de las arci i las. que para un tecn61ogo la
palabra arcilla puede rigniqicar una sustancia muy di+erente que para otro.
En concocuencia, la definici6n de lac arcillas varia segun el campo de utilitaci6n. En resumen podrla la siguiente definici6n de una arcil1a:Es una roca redimentaria compuerta de uno o varios minerales, alamina hidratada u 6 x i o de iiet-ro, con predominio de las partfculas de tamano coloidal o casi coloidal y dotada comunmente de elasticidad cuando esta su$icientememte pulverizada y humedecida.
Los estudios mineral6qicos modernos han Organizado los minerales arcillosos en cuatro grupos; cristalinos y un gr-upo no cristalino: a) el grupo del caolln; b)el grupo de la montmor-ilonita; c) el grupo diversamente llamado de la ilita,la bravaisita o la hidromica; d) la attapulgita; e) la alofana, que no es cristalina.
Si bien las arcillas de los diferentes srupos en su baspecto superficial son semejantes,muestran propiedades flsicas ,t& micas y tecn6logicas muy diferentes. Debe hacerse resaltar gLe el anAlisis qulmico de una arcilla tiene por- si solo un valor limitado p a r a revelar su identidad o BU utilidad. En la tecnologla de las arcillas tiene especialmente importancia el conocimiento de los minerales integrantes. Por- lo consiguiente, debemos hacer- una descr-ipci6n general de la mineralogia de los diferentes tipos de arcillas.
-Caolín. El nombre de caolln proviene del chino kauling que signi+lca "cerro alto" el cual es el nombre de una colina cercana a Jauchau Fu. de donde se obtiene el miner-al. Es un silicato de aluminio hidvatado de t.6t-mu.ls. 63120. 2SiO.2HzO.
Generalmente constituye una masa arcillosa, ya sea compacta, desmenuzable o harinosa.
El estudio de los minerales comirnmente incuidos b a j o el nombre de caolln muestra tres espesies de car-acter-es dptrmos diferentes: nacrita dickita y caolinita.
La compocision quimica del caolin es:Si0,46.5 7. ; 6120.39.5 %: Y H20.14.0 %. Las impuresas mas comunes son: FerO.. ~¡g0,CaD,NazO,)~D,EaD,y Si0 libre.
Fr-opiedades flscas y qu1mlcas.- Cristaliza en el sistema monocllnico en escamas o placas delgadas r6mbicas, rombo&dr-icas o hexagonales con angulos de 60 grados y 120 grados.Pr-esenta tacto graso. raya blanca a amarillenta. opaco o traslucido; por lo general se adhiere a la 1engua;al humedeserlo se vuelve plAstico,cuando se echa aliento sobre 61 adquiere olor a barr-o.Tiene exfoliaci6n basal perfecta. dureza de 2.0 a 2.5 Mohs,peso especifico de 2.58 a 2.6O.Los ataques con HCl no lo alteran,sin embargo el HF lo descompone con rapidez,en cambio1 el h S O 4 1 0 ataca lentamente tanto en fr-io como en caliente. No funde al zoplete y calentaao a 390-4513 grados centigrados se deshidrata.
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2
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Ambiente de Formaci6n.
La masa de fundammental.-La masa fundaental se forma en las condiciones de meteorizaci6n de rocas metadrficas y erQptivrs ricas en aluminosiliatos (feldespatos,micas y zeoitas).El proceso de formacidn de la caolinita se produce por la influenia de Hz0 y Cot. en donde los Alcalis con una parte de Si0 y tierras alcalinas en +orma de carbonatos se desprende, mientras que el cuarzo y los demas mminerales quimicamente estables se quedan como inclusiones en la masa arcillosa de caolín.
Los fen6menos de caolinizaci6n se producen tambi6n en los pt-oesos hidrotermales de baja temperatura debido a las aguas icidas cuyo contenido pr-inipal es COZ, sobre los aluminosilicatos de aluminio que no tienen Alcalis.
Subproductos
-Si lice SiocC). Cuando no se utiliza caolinita pura se tiene como impurezas:
1 -Oxido de hierro Fezks) I -Oxido de calcio CaOcm)
' -Oxido de magnecio MgO<m) -Oxido de potasio KzOts) -bidxido de titanio TiOcm) I I
1 Muy pequenas cantidades J
keacciones importantes,capacidad a instalar
ReacciCSn de llxiviacci6n:
Reacci6n de formacih del interermediario iamonoalunita):
Los reactantes en la autoclave son sujetos a elevada temperatura y presi6n pat-a preparar la amonoalunita y r-eqener-at- el icido sulft3rico de acuerdo ala. siguiente ecuacibn:
La amomonoalunita es entonces descompuesta termicamente, deacuerdo a la siguiente ecuacion:
La descomposicidn final se efectuara preferentemente por- encima de los 120OoC para dar- alamina, dxidos de azufre. Estos gases pueden suministrarse a un lavador para pr-oduclr- sulfato de amonio y A c i d o sulfrft-ico para la lixiviaci6n de la a.t-cilla..
ecuaci6n: Los gases se lavan y se recuperan de acuerdo a la slguiente
Tanto el &cid0 rulfQrico como el sulfato de amonio se recirculan.
La capacidad a intalar es una producci6n de docientas mil toneladas pot- ano en cuatr plantas las cuales produciran cien mil toneladas de producto 7 erminado (alamina AlrCb).
Propiedades fLsicas y Quimicas
1.768, 1.760 de ref racc
Calor de f ormac i6n
&lbina.-El &<ido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corind6n y de esmeril. Ciertas piedras, como el rub1 y el zafiro, son formas de alQmina coloreados por indicios de oxidos de metales pesados.
La alirmina 4120s se halla tambih en forma de 6xidos hidratados que son los componentes de la bauxita y de la lateri ta.
Desde el punto de vista estequiometrico existe un solo 6:íido del aluminio. el kltlk. Sin embargo, existe en varias formas poliformicas,especies hidratadas etc.; segan lo anterio tenemos lo siguiente:
a-alomina iCorind6ni. La alúmina se usa principalmente en la pt-oducci6n d e aluminio metalico, pat- lo cual debe d e ajustarse a
4
ciertas normas de pureza con propiedad@% +i%icas adecuadas para la reducci6n electrolitica. Se produce a-alamina sin otras fases cristalinas cuando por varias horas se calienta cualquiera de las alaminas hidratadas puras o ).-alamina a 1200 Co ntis;.
Uno de los caracteres notables de Ir a-alamina es su dureza de nueve de la escala de Mohrr por consiguiente ,puede servir como abrasivo.
Entre otras aplicaciones de la a-alamina son de mencionar su empleo pat-a lechos en el tratamiento de aceros especiales de aleaci6n, como fundente en la fusion de aceros especiales, como componente de vidrios de poca dilatrcibn tdrmica y de vidrios para porcelana; y como materia prima para la fabricaci6n de porselanas dentales. Con poca porci6n de carbonato de s6dio se usa como material refractario para aisladores electricos, en los que no haya carbonato.
O
La ala ina tabular BQ prepara calentando alamina calcinada por el 7 proceso Bayer, a temperatura no mucho manor de el punto de fusi6n, y tiene la forma cristalina del corind6n. Se obtiene en tamanos que varían desde terrones de unos 25 mm. hasta polvo pasado ,por el tamiz nam. 300. Por rat6n de su punto de fusi6n relativamente alto de su poca contracci6n y su inercia qulmica, esta alumina es conveniente como materia refractaria para altas temperaturas. Tiene muchas aplicaciones en la fabricaci6n de ladr-illos refractarios de alta calidad y for-mas para hornos de fusi6n de metales, tanques de vidrio, boquillas de quemadores y usos similares en rudas condiciones de serviclo. La alumina tabular- e5 una materia. excelente Fat-a cuer-pos aisladores de bujla de encendido pava aeroplanos y automovlles.
Se usa tambibn como portador de cataizadores cuando es importante la estabilidad a muy altas temperaturas. CSunque se emplea alamina vefinada para cuerpos refractarios. y otras formas con alamina menos pura.
fJ-alQmina. Hay referncias de una forma llamada fJ-alQmina. pero Ridgway y sus colaboradores observaron que esta alamina solo se forma en presencia de un a1cali;pot- consiquiente, es esencialmente aluminato cuya composici6n aproximada es Na2O. 11Al20~ 6 Nato. 1 2 A l t C k .
y-alamina. Cuando se calineta a temperatura suficientemente alta los trihidratos de alamina o el a-monohidrato, pierden su agua combinada, y a 900 C forma una nueva variedad critalina de alamina llamado y-alamina. Calentando la alamina a mas de 1000 C, se convierte en a-alamina. En concecuencia, la y-alamina es una forma Cristalina intermedia del 6xido.
O
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. .. I
Alminas Hidratadas.
Los precipitados que se forman cuando se tratan %oluciones de sales de almina con iones hidroxilo contienen proporcione variable de aqua y se pueden representar con la formula
Monohidrato de a-alQmina. Es un componente d e muchas bauxitas. de. la que son representaciones tipicas las bauxltas francesas. Se forma rapidamente calentando 21 a-trihidrato en soluci6n acuosa diluida de ilcali a unos 200 C.
Monohidrato de palamina. Se halla en la naturaleza en forma d e mineral diisparo, que suela estar contaminando con arcilla y otros minerales y es dificil su obtenci6n en forma pura.
Trihidrato de ara1Qmina. €S el hidrato decrirtalino que se obtiene en el proceso Bayer mediante siembra de nucleos y enfriamiento de la eoluci6n de aluminio sodico obtenido por digesti6n de la bauxita. Se halla en la naturale a en forma de mineral de lgibbisita y es el principal component k de una variedad de baux i ta.
Trihidrato de *alirmina. Se puede preparar neutralizando una soluci6n de alQminatoosodico con di6xido de carbono a temperatura de 20-30 C. Tambien se puede formar durante la presipitaci6n de alirmina por alcalis en una soluci6n de sales de aluminio. Este compuesto es metaestable Y se convierte lentamente en a-trihidrato cuando se deja reposar- con alcali. No se halla en la naturaleza.
Gel de alúmina.Se +orma anadrendo amonraco 1-1 ott-o &lcslr a una soluci6n de alguna sal con cloruro de alufqinio. El precipitado es muy voluminoso y tine una torma coloidal. No contiene mas de 1 0 % de alirmina y el resto aqua. Es la mar; reactiva de las alirmlnars hidratadas y se combina con con Acidos y dlcal is.
Hidrato de al6mina lilgero. Este es es el nombre comercial que se da en la industria de tintas de imprenta a una sustancia que consta principalmente de alúmina hidt-a.tada. y contrene algo d e sctlfato. Tiene fbrmula apro:.:imada de 5 k l r O s . 2 S b . x H n O . v es un s6lido de color blanco o crema. de poca densidad aparente. que se fabrica poque sus propiedades flsicas influyen en los caracteres de las tintas lltograficas y para tipograffa.
klrcm. x t i 2 0 . I
Procesos de Ob tanc i6n
41Qmina a partir de fircilldc Utilizando Acido Clorhidrico. Evaporaci6n-Cristalizaci6n
Estas son algunas ventajas al utilizar este proceso: a) Es facil de operar el proceso de ataque para la pr*epat-aci&n
de 1;a soluci6n, obteniendose casi separacibn cuantitativa de silica, la cual se puede +acilmente filtrar y lavar.
b ) El icido clorhidrico es un reactivo aF)reLpivo, el cual despues de la calcinacidrr de la arcilla disuelve hasta un 98% de la alamina en muchas arcillas. c) El proceso de ataque es ex6termic0, alcantandose y
manteniendose +acilmente la temperatura de ebullici6n. d) El hierro en la arcilla re disuelve aproximadadmente en la
misma proporcib que la alamina, no asi lor demar componentes. e) Son posibles hasta 26 gil. de alamina disuelta. f) El cloruro de aluminio hexahidratado puede ser cristalizado
a partir de la soluci6n en una distribuci6n de tamafio de partícula controlado. 9 ) El cloruro de aluminio se descompone sin fusibn en su agua de cristalizaci&n, a bajas temperaturas, aunque no totalmente.
h) El cloro volatilizado durante la hidr6lisis termica es completamente convertido en HC1.
i ) La solubilidad de los cloruros se incrementa con la temperatura; uno del los problemas e5 la cor-rocibn por HCl.
Fasos que se siguen en este proceso.
1) La arcilla e5 calcinada para activarla. 2 ) € S atacada con aproximadamente con HC1 al 20% e hirviente a
presidn atm6sferica. 3 ) Los @lidos insolubles son separados del líquido de ataque y
lavados antes de desecharlos . 4 ) La soluci6n de ataque como la de lavado son sujetos al a
estracci6n de hierro con solventes. 5) La solucibn libr-e de hxr-t-o, es sujete a la accibn de un
evapot-ador- de efecto multiple bajo vacio para saturarla con respecto al cloruro de aluminio y despues, a evaporaci6n en condiciones controladas para producir cristales de AlClm.6HtO de . distribuci6n de tamafio de partícula y pureza especifica.
6 ) Los cristales son separados por f iltr-aci6n al vacio o centrifugaci6n a baja velocidad y el líquido adherido es lavado con hcido al 357..
7 ) Los cristales son descompuestos para producir alamina por contacto directo con los eases de combustidm caliente probinientes de la combust¡& de combustible limpio. Los qases de combustidn conteniendo vapores de HC1 y -0, producidos por- la descomposici6n ter-mica pasan a un condensador- absorbedor donde aproxlmadamente el 2Ui. del acid0 es recuperado para reclclado. Los requerimientos d e enet-qfa para este proceso se encuentran alrededor de 31.4 EO6 BTU/TON. de alamina.
7
.
.
CIlrZminir a partir de CIrcillr Utilizando Precipiaci6n con Acido Clorhidrico gam CriBtrliracien inducida
Resumen del Proceso El proceso en emplea bcido clorhidrico tal 2!5-27%) parr
lixiviar en ver del icido al 20% empleado en la criotalitaci6n evaporativa, lo que produce un 1 icor un poco mas concentrado,reqyeriendo menos evaporacidn. Los procesos de calcinaci6n de la arcilla, lixiviaci6n. separarci6n s6lido rrlíquido, distribuci- de colas. extracci6n con ~olventes, tratamiento de extracci6n de hierro y concentraci6n por etapas de la fuente primaria de licor hasta la saturaci6n, son identicas al proceso anterior.
El licor libre de hierro, interviene en dos pasos del proceso de cristalizaci&, en el cual, el HC1 gas, se disuelve en el licor b a j o condiciones cuidadosamente controladas pqrq reducir normalmenpe la solubilidad del cloruro de aluminio causando la criotalitaci6n del AlCls.6kO.Los critales son lavados con i c i d o al 35% y descompuestos term camente removiendo casi el 90% del cloruro combinado. I
Mediante una condensacic5n parcial de los vapores concentrados. se obtiene Acido concentrado para lavado y HCI. Todos los vapores de icido diluido, incluyendo aquellos de la calcinaci6n final directa. son recuperados en un absorvedor separado: el licor madre del cristalizado, a excepci6n del sangrado de la fuente, es tomado pat-a el control de impurezas solubles. tales como el hierro. deaspues de mezclados suminitran, con otros líquidos y las fuentes de vapor de HC1. el Acido recicla.do para el lixiviado y. junto con el residuo del gas (Hi211 requerido para la recristal lzacibn.
Los requerimientos de energía del proceso son alrededor de 23.5E06 BTU/Ton de alQmina.
Obtenci6n de Alirmina a partir de Arcilla, Utilizando Acido sulfuroso Antencedentes:
1) Los dcidos sulfor-osos son probablemente los icidos mas baratos y disponibles industrialmente. 2) El consumo de Acido en reacciones con hierro puede set- relativamente facil de recuperar. 3 ) El sulfito de aluminio puede ser qescompuesto hidrotermicamente a 320°F con un requerimiento de enerqla bajo.
Resumen del Proceso 1 ) la arcilla es calcinada a 1300 F para activarla quimicamente. 2) El calcinado es recogido con Acid0 sulfuroso aproximadamente al 2W. pot- cerca de 15 horas, a 9 atmosferas de pr-esidn, pat-a disolver 75- 80% de la alamina contenida. 3 ) Se elimina luego la pt-esidn. con la cual el exceso de didxido de azufre regresa a la preparacidn Bcida de lixiviari6n y al licor- de filtrado sin insolubles.
O
8
4 ) El licor saturado. es colocado en una autoclave a 212OF y bajo tres atm6cferas de presidn de Sot lo que proboca la precipitaci6n de un rulfito basico samicrirtalino. El licor se encuentra con 55% de liquido como sobre flujo siendo reqresrdo al aboorbedor icido como &ido solvente. El concentrado ba.io flujo pasa a una segunda autoclave a 310°F con vapor, slendo tratado en el J a atm6sferas. En estas condiciones, el sulfito basico se descompone dando lugar a una alCunina filtrable trihidratada, la cual retiene la forma cristalina del oulfito y los niveles de di6xidos de azufre en el vapor. La lechada trihidratada es. posteriormente, concentrada y filtrada. La alamina crudas pasa a un proceso final, bayer modificado de refinaci6n. El licor consumido, conteniendo compuestos solubles de azufre es descartado o bien enviado a tratamiento con fines de control ambiental.
La energid neta asociada a este proceso esti alrededor de 28.2EO6 bTU/Ton de alamina.
-
a) El b) La
AlQmina a partir de Arcilla Utilizando Acido Nitrico.
Las ventajas de trabajar en el sistema nitro son: hierro tiene muy baja solubilidad en soluciones de nitrato. descomposici6n del nitrato de aluminio a 6xido en presencia
, ,
de aqua se lleva acabo tanto a bajas. como altas temperaturas. c) Una qran parte del nitrato volatilizado aurante la descomposic i6n puede recuperarse como Ac ido pot- condensac i6n directa. d ) La solubilidad de la. silica en acldo nitric0 es pequena. ei El nitr-ato de aluminio es relatlvamente soluble en agua y la solubilidad es mayor al aumentar la temperatura. f ) Puede logr-arse alguna purificaci6n en la destilacibn fraccionada.
Los pasos que se slquen en este proceso son los son los siguientes: 1 ) Calcinacibn de la arcilla caolinitica. 2) Se lixivia con acldo nltt-ico para. disolver el alumlnio y pequefias cantidades ae hierro. 3 ) Se filtra el licor madre para el iminat- los s6lidos de desperdicio. 4 ) El hierro es eliminado del licor madre por- extraccr6n con solvente. S) El licor es concentrado por evapot-aci6n al vacio y sujeto a cristalizacidn por enfriamiento para producir cS1 ( N h ) m . 9 I - & O que son recuperados pot- centrifugaci6n. Mucho del licor madre es recirculado a evaporaci6n.
La descomposici6n de los nltrato de aluminio a altimina es llevado a cabo por fusi6n de los cristales en el aqua de hidrataci6n. Con este proceso se loqt-a aproxlmadamente el 40% de descomposicidn en esta prrmer'a etapa, y es completada en la segunda, donde las particulas del s61ido. son calentadas a una temperatura mas alta en la presencia de vapor.
Los requerimientos de enet-gla del proceso son alrededor- de 37Eir6 bTU/Ton de alfimrna.
9
Antencadantes de la Invenribn Mucho del aluminio metalico de1 mundo S@ obtiene a partir de
minerales da la bauxita, los cuales estan compuestos usualmente de hidratoc de aluminio ya sea gibbsita o bohrmita. MIxico no tiene depositos de bauxita por lo que QS deseable desarrollar fuentes alternativas de aluminio en este pais para reducir cualquier dependencia sobre fuentes extranjeras del metal. Muchas arci 1 las contienen cuando mucho 30-407. de alamina y conrecuntemente son fuentes potenciales de alamina, pero los procesos conocidos para la recuperacidn de alQmina a partir- d e arcillas 6on ususlmcnte de economla marginal. El costo de la obtencim de aluminio a partir de fuentes locales, pude ser, en
algunos casos, no competitivo con el costo del material importad cl . Para ser econ6mica. una planta de alamina de de tener una capacidad muy grande y debe de set- sostenida con un suministro adecuado de mineral para el procesamiento. El proceso utilizado de minimizar el consumo de energla, maximizar el rendimiento de alamina y recircular los reactivos para reducir los costos de las materias primas. Estas plantas son de un capital muy intensrvo y por estas y otras razones mencinadas antePiormente, es altamente deseable reducir el costo del procesamiento del mineral. En l a extraccic5n de alomina a partit-. de alumino-silicatos tales como arcillas, es especialmente critico que el proceso se enery2ticamente etlclente: d e o t r a forma no es econhico el uso de una arcilla como material fuente. El proceso de extr-accidn usualmente involucra la preparaci6n de un compuesto de aluminio intermedio a partir del cual se puede genet-at- la alúmina. Este intet-medlario es usualmente la clave del pr-oceso, ya que un nCtmet~o de car-acterlsticas del proceso intimamente asociadas con el intermediar0 de terminan la viabilidad del proceso. Estas caractet-lsticas incluyen: el rendimiento de alúmina., los requerimientos de energid, la facilidad pat-a separar las impurezas; y la capacidad pat-a recircular los t-eactivos para poderlos usar en otros pasos del proceso. En algunos procesos, el intermediario es producido en una for-ma flsica dificil de manipular y separar en otros, es necesario el uso d e cantidades sustanciales de enet-gla pat-a concentrar el intermediario por evaporaci6n.
Aon en otros. es dificil separar e l intermediario de impurezas tales como sodio y potasio y recuperar en el inter-mediario una propotxi& aceptablemente grande del aluminio que esstaba presente en las materias primas.
Los procesos para l a extraccidn de alamina de alumino-silicatos, tales como arcillas, son conocldos. Muchos de esos procesos involuct-an la lixlviacidn del aluminio contenido en la materia prima con una soluci6n acuosa de un acid0 mineral, separando el compuesto de aluminio soluble resultante, de los silicatos s6lidos insolubles y haciendo reaccionar dicho
' compuesto para formar un inter-mediat:ro que pueda convertirse en alúmina de grado electrblitico. En alqunas etapas del proceso, deben separarse de la alamina las impurezas tales como sodio.
potmio y hirrro. Lor trvr &cfdom rrirrrrri.rs ccmun~s: clorhldrtco,
nitrico, sulfQrico, han sido usados cono icidos lixivirnter. Sa h a u8ado Acido clorhldrico. con rlqun rxito, para producir los intermediarios de cloro por critalitaci6n, pero la naturaleza corrosiva de este i c i d o require material@% para la construcci6n de la planta bastante ex6tfcos y con%ecu@ntemmnte CQPOP. Se ha usado icido SulfQrico para lixiviar el aluminio como sulfato de aluminio en coluci6n. pero el o na sido en qeneral lo suficientemente econ6mito. Se sabe ue en el proceso del icido sulfQrico, el sulfato se convlerte bajo elavadoa temperatura y presi6n en una alunita intermediaria, aNlolgd d la natur-al, KAlr(SOl)r. (0H)a. Proceso de obtencien de alt3mina por formacidn de unintermediar-io de amonoalunita.
proc%Ei
Descripcicln Detalladad del Proceso El diagrama de flujo del proceso mostrado en la
fig.-comprende los siguientes pasos: 1 ) Lixiviacibn con icido sulfQr-ico del caolín c lcinada. 2 ) Separaci6n de 86lido/lIquido del residuo de Jixiviacibn no disuelto. 3) Separacidn de hierro del licor de lixiviaci6n por metodos conocidos tales como el inter-cambio ionico. 4) Presipitaci6n por hidublisi de amonoalunita. 5 ) Separaci6n de sblido/llquido de la amonoalunita y recirculaci6n de la soluci6n para la lxiviaei6n. t ) Descomposici6n de la amonoalunita a alQmina solida. amonlaco gaseoso. agua y &<idos d e azufre. los cuales se t-ecir-culan a la, lixiviaci6n. 7 ) F'ut-lficaci&n del producto aiamina. por lavauo con solucldn de icido sulffrrico.
La arcilla en bruto es inicialmente triturada. molida y obcionalmente calcinada antes de lixiviar- con Acido sulfQrico, preferente mente a l a temperatura d 70°C a 130°C, por- ejemplo alrededor de 8S°C. El licor de lixiviaci6n tambi4n contiene preferentemente sulfato de amonio proporcionado por- la recrrculaci6n de reactivos de las etapas subsecuentes del pt-oceso. Se a propuesto que. el proceso quimico este basado en la alimentacib de la ar-cilla calclnada. como se mestra en las ecuaciones (1)-(8) las cuales se discutiran posteriormente. Se cree que la reacci6n en el paso de lixiviaci6n es:
El residuo sobrante de la llxiviaci6n el. cual consiste predominantemente de silice, se separa del licor que contiene al aluminio. El licor- es tratado por tecnlcas conocidas tales como el intrecambio ionico líquido, para extraer los compuestos de hierro. La solucibn alimentada tiene preferentemente por lo menos 25 cjpl . pot- ejemplo 30 a 1UC3qp1, mas preferentemente 25 a 65 qpl de CilrDa disuelta, y ion amoniaco proporcionado pot- el sulfato d e amonio. El amoniaco puede agr-egat-se a la soluci6n de alimentacr6n o directamente a la autoclave, pero es considerablemente mas econ6mico recircular el amonlaco.
1 1
I
. .
Los reactantes en la autoclave son rujatos a elevada trmperafurr y presib, para preparar la amonoalunita y regenerar el Acid0 oulWrico de acuerdo a la ~iguicrnte ecuaci6n:
Pr-eferentemente, la temperatura de reacci6n es de 150°a 25OoC., m&s preferentemente de leoo a 226OC; y aun rrris preferentemente de 200C; y le presidn del reactor purde ser de 35 a 575 psia (0.24 a 3.96 Mpa), preferentemente de 225 a 575 psir. EL tiempo de residencia de 30s reactantes en la autoclave es un factor en la eficiencia de la reacci6n como sera explicado map completamente despues, se han encontrado que los tiempos de residencia cortos son adecuados. El tiempo de residencia es preferentemente al menos 1/4 de hora, por ejemplo 114 a 3 hr., mas preferentemente 1/2 a lhr. EL intermediario amonoalunita re forma como un precipitado en una reaccidn de hidrdlirri que tambidn presipita allgunas impurezas que son lixiviadas de la
arcilla, por lo tanto se puede requerir la subsecuente purificacib del producto. El precipitado puede recuperarse rapidamente y con mucho menos energid que un intermediario que requiera tratamiento evaporat ivo. El l1cor separado se r-eci r-cula para usarse en la lixiviaci6n de la arcilla. Esto no soio t-erit-cula el acid0 5ulftIrico sino tambien tlene la ventaja de recircular cualquier alirmina soluble que no hava preclpitado. ia amomonoalunita es entonces descompuesta termlcamente, de acuerdo a la sigulente ecuaci6n:
Conforme se incrementa la temperatur-a y comienza la descomposlcibn se apartan el amoniaro y el agua primero y se colectan para su t-eclrculacibn La ternpet-atur-a. en este caso no debe de set- tan alta como para descomponer- el amoniaco de otra forma ocurririn prbrdidas sustanciales del gas y el costo
del proceso se incrementara. Con un incremento posterior en la temper-atura los 6xidos de azu+r-e se apartan y colectan para su recirculaci6n. Estos pasos de descompoci6n pueden efectuarse en reactores individuales o mr-lltipies. La descomposici6n final se eiectuarl pre+erentemente pot- encima de los 1200°C para dar alamina, 6xidos de arufr-e. Estos gases pueden suministrarse a un lavadot- para producir sulfato de amonio y &cid0 sulfirt-ico pat-a la lixiviacia de la at-cilla. Los gases se lavan y se recuperan de acuerdo a la siguiente ecuacidn:
m
Tanto e1 -ido sulfQrico como e1 sulfato de amonio se recirculan. Por lo tanto, los reactrntrs comprados se requieren solo para completar las Wrdidas del proceso. En otra rrpresentacidn del proceso se proporcionan iones amonio para la formaci6n de la emonoalunita en la soluci6n aluminosa en forma de hidroxido de amobio. Bajo estas concideraciones. la ecuaci6n (2) se convierte en:
T a m b i h la ecuaci6n (4) puede escribirse teoricamente como:
2Nt-b + 4s- + 7 k O = 2NH4QH + 4).hS04 + 3 k k O ( 4 k i
Puede verse eque la ecuaci6n ( 1 1 , (21, y (4cI) forman un sistema cerrado balanceado. Esta reprerentaci6n mejora la preripitacih de amonoalunit f en dos maneras. So forma menos icido que en la ecuaci6n (2 ) mejorando el rendimiento de amonoalunita y cualquier exceso de hidrdxido de amonio reacci6na con el icido producido inscrementando con ello el lado derecho de la ecuaci6n (24). El hidr6:zido de amonlo pude suministrarse a la alimentaci6n de la autoclave en dos formas:Primeramente en el paso de lixiviaci6n de la arcilla o en segundo lugar introduciendolo en la solucidn aluminosa despues de la lixiviaci6n y antes del autoclaveado. En el primer -todo. el licor de la precipitaci6n d? la amonoalunita y los gases lavados de ia descomposici6n de la’misma. se recirculan a lixiviaci6n de la at-cilla como se describio antet-lormente. pero ei sultato en el licor de lixivracidn se ba’lancea con la aldmina en la arcilla para que el exceso de amoniko en el licor de lixiviacidn forme hidrdxido de amonio. En el segundo m9todo.10~ gases de la descomposicih de la amonoalunita son separados. Conforme se calienta la amonoalunita el amoniaco puede ser colectado primero de los gases de azufre, los cuales son colectados subsecuentemente. For estos medios el licor- de la pvecipitacibn de la amonoalunita y los gases sulfurosos lavados. los cuales- provienen de la descomposici6n de la amonoalunita se recirculan a la lixiviaci6n de la arcilla como antes per-u rt a t t t w 1 i ~ L u ~
de la descomposici6n se transporta separadamente para ser introducido en la solucidn ;luminosa despues de la lixiviaci6n d e la arcilla y antes del autoclaveado, preferentemente entre la extracci6n de hierro y el autoclaveado. Este d t o d o es puesto en marcha ya que ofrese el :mejor balance de optimlzaci6n del rendimiento de la amonoalunita y economia del proceso.
La alSrmina obtenida por ia descomposicibn de la amonoalunita puede contener impurezas,z tales como sodio y potasio. Las imput-ezas pueden removerse lavando con icido sulfQrico, especialmente caliente, antes del secado de la altfmina para proporcionar un producto aaecuado para al imentat-lo a una celda electro1 i t ica para la producci6n del aluminio.
Despues ael lavado de la alSrmina, el icido sulfSrrrco puede usar-se tambi+n para tratat- ~1 liquido organico, que a sido usado para extraer el hierro del :licor- que contiene el aluminio antes del autoclaveado. En este paso de e;.:tracci6n de impurezas, el icido remueve el hierro del liquido organico el cual puede ser
reutilizado para extraer hierro del licor de aluminio. 92663 Lao condiciones de la reaccidn da hidrdlisir y el control de
impurezas del proceso de la amonoalunita fueron examinados en el laboratorio. Todos los experimentos de preCipit8Ci6n fueron pruebas batch y se usaron soluciones sintaticas en un reactor Parr a presibn. La composicibn de este licor de alimentaci6r( a la autoclave se mantuvo a un equivalente de 30gpl de AlrO.. Para los estudios de precipitaci6n la concentraci6n de amoniaco fue vrridda pero para los estudios de remocidn de impurezas, la concentraci6n de estas se mantuvo a: NarO 0.lgpl;khO 0.075gpl y
El estudio de la precipitaci6n de la amonoalunita se enfoco en el efecto de tres variables: Concentraci6n d e amoniaco, temperatura de la autoclave y presi6n resultante y tiempo de reacci6n. Estas variables determinan el rendimiento que puede obteneroe en condiciones de operaci6n industriales razonables. Se encontro que las dos variables que afectan el rendimiento del precipitado de amonoalunita son la concentraci6n de amoniaco ! relativa a la concentraci6n de alQmina y la temperatura de autoclaveado.
Otras dos variables que pueden afectar el rendimiento de amonoalunita -la concentraci6n de alamina y de icido sulfQrico -no fueron examinados en virtud de que este fue un examen preliminar, se usaron valores de operaci6n normales para esos par-&metr-os en el licor- de lisiviacl6n. La concentraci6n de alirmina se mantuvo a 3Ogpl y no se argrego exceso de icido sulfQrico. la concentt-aci6n de amoniaco en las soluciones de la alimentacidn de la autoclave +ueron relativamente variadas a la concentraci6n de la alirmina.
Frcb 0.39~ 1
El proposito de la variaci6n de la concentraci6n de amoniaco fue para observar si las altas proporsiones molares de amonlaco con respecto a la alirmina podt-ran desplasar la reacci6n de hidrdlisr hacia la der-echa. incrementando el rendimiento de amonoalunita. La figura 5 muestra que en tanto la concentraci6n de amoniaco se incrementa en relaci6n a la concentraci6n de alOmina disuelta en la soluci6n de alimentacibn a la autoclave, el porsentaje de precipitaci6n de amonoalunita se incrementa. Una proporci6n de concentraci6n molar de amoniaco a alamina de 3: 1 pt-esipita el 90% de alQmina como amonoalunita como puede verse en la figura L. a la proporcrbn de concentraci6n moiat- estequiomett-ica de i J . 6 : l solo el 55% de la alirmina contenida en la alimentacl6n presspita como amonoalunita. Se examino la temperaturd de las autoclave para determinar si se podria usar temperaturas de operaci6n y presiones industriales rasonables para pr-esipitar- la amonoalunita. Se vari6 la temperatura desde 125* hasta 2SO°C. A estas temperaturas, las presiones var-iar-on de 35 a 575 psia. (G.24 a 3.96 MF'a. i . El +osior-o y el potasio se precipitan mas selectivamente que la alQmina, y el sodio tambidn se presipita. Estas son impurezas significativas precipitadas con la amonoalunita. La temperatura de autoclaveado es' una variable importante en la presipitaci6n de la amonoalunita. FI la
r
14
temperatura ma% alta de rutoclrverdo r@ obtiene el porrentaje mas alto de precipitacibn. La f i g . 3 muestra que el 95Xede la alamina contenida en la rolucf6n %e puede preripitar a 250 C. La preribn de! autoclaveado a 250 C as de 575psia (3.96 MPa. ) . Tanto la temperatura como la plresi6n son son razonables para un proceso industrial. Sin embargo, puede ser obtimo en el costo, usar temperaturas mas bajas en la autoclave y una proporci6n mar baja de NH./AlrO. y aceptar una recuperaci6n de C11zCb en amonoalunita riqnificativamente mas baja que 95%. Debido a que el licor residual se recircula a la lixiviaci6n toda la CllrO. soluble que no paso por el tren con los desechos se recupera eventualmente cuando re precipita en la autoclave. Tambiin se examin6 el tiempo de la reacci6n de hidr6lisis para determinar si se podia en condiciones industriales razonables para preeciki tar la amonoalunita. Se vari6 el tiempo de 1/2 hora a 3 horas. En virtud de que las pruebas se efectuaron en un reactor batch, el tiempo de reacci6n no es necesariam d nte representativo de lo que ocurriría en un reactot- industrial continuo. Las relaciones de tiempo y porsentaje de precipitaci6n presentadas en la fig.4 muett-an que la reacci6n de hidtdkisi es muy ripida. A200°C el 817: de la amonoalunita habla precipitado en 1/2 hora. Unicamente el 83% hubo precipitado hasta el finai de las 3 horas. DE aqul que el tiempo de residencia adecuado es 1/2 hora y la economía puede indicar un tiempo de residencia ma.5 corto. Un problema que ocurre con el incremento de la proporci6n de construcci6n de amonlacoj' alQmina es que la solubilidad del alumbre de amoniaco decrese. El alumbre de amonio ct-istaliza de acuerdo a la sigiente reaccr6n:
El alumbre de amonio cristalizado a partir de la soluc16n presedente al autoclaveado provocara una Wrdida de alamina. Fat-a prevenir la cristaliraci6n del alumbre de amonio, debe de mantenerse la soluci6n caliente. La f i g . 5 muestra la solubilidad del alumbre de amonio como una +unci6n de la tempet-atura pars soluciones de una proporci6n molar N h : k l 2 ( k de 2:1. La
concentraci6n de impurezas usadas para acompletar el licor- sint6tico de lixiviaci6n usado a su vez pat-a los experimentos de precipitaci6n en la autoclave fue drivada a partir de anilisls conocidos de arcillas de allmentacibn y a par-tit- de eiicienclas de extracci6n obtenidas en trabaJos cle laboratorlo presedentes sobre lixivlaci6n de arcillas con icido sulfQt-ico. Se probaron tres &todos de remoci6n de impurezas en el laboratorio.
Estos &todos son: 1 ) Precipitar-. las lmpurezas antes de la hidrdllsrs 22 Remover las impurezas lavando el producto amonoalunita 3) kemover- las impurezas lavando el producto alQmina.
Los resultados de estas pruebas se muestran en las Tablas IV y V. La precipitaci6n de la amonoalunita es una reacci6n bastante selectiva, pero hay imput-ezas extraldas durante el proceso de
15
Iixiviacibr que precipitaran con la amonoalunita. En virtud de
que la pureza del producto alv3minr es importante en la determinacir5n de la factibilidad del proc180, se hicieron 8olucioner que conteniin los mayores contaminantes encontrados en la arcilla. Primeramente el potasio, sodio, y f6s+oro comenzaron a precipitar a bajas temperaturas en la autoclave. La completa precipitaci6n selectiva de cualquiera de estos compuestos no es factible.
En la formacib de alunitas, la alunita de potasio comienza a precipirar primero; es decir, a la temperatura mas baja, despu&s precipitan la alunita de sodio, la alunita d e amonio y finalmente la alunita de hidr6qeno. Como puede verse en la fig.3, del 75 al 80% del sodio, y del 15 al 20% de f6sforo pueden precipitarse a140OC. Las impurezas fueron entonces lixiviadas de la amonoalunitr. Como se muestra en la Tabla V, la lixiviaci6n del precipitado con agua caliente no tuvo efecto. Una lixiviacien icida caliente removio 97. de alamina y solo una pequma porci6n de impurezas. La remoci6n de impurezas de la alamina, despds d e la descomposici6n tirmica de la rmonoalunita parecio ser el m+todo de remoci6n de impurezas mas prometedor. Un lavado con agua caliente 198OCj de la alQmina calcinada removio 80% de F Y ~ y 40% de N - 0 y ).;io.
Cuando se us6 lcido sul+arico a dos concentraciones normales y 9boC para lavar la alamina calcinada se removio 2% de la alQmina y esencialmente todas las impurezas. El lavado con &SOI es consecuentemente el -todo de pUt-iiiCdCi6n pueto en accr6n. Se corrio un anll isis termogravim&trico para determinar las temperaturas de aescomposicidn optimas. Los resultados se muestran en la f i g . 6 4(:)% de la pkrdida de peso ocut*ri6 entre 50i~ y lOc:~*c. La subsecuente pdt-dida d e peso correspondib a la separaclbn de los 6xidos de azutre.Los resultados previos muestran que los conceptos basicos ael proceso. la preciprtaci6n de amonoalunita y la producci6n de un producto puro, pueden efectuarse en condiciones de operaci6n razonables.
CI partir de los calculos termodinimicos, y del anAlisis termoqravim&tt-ico, las reacci6nes de descomposrci6n de ia amonoalunita incluyen las siguientes. en ias cuaies se muestran las temperaturas aproximadas:
I
Lo que se requiere es: l i UN proceso pat-a la producci6n de altSmina a partir- de un material aluminoso que comprenda: a, El abastecimiento de dicho material aluminoso. b ) La lixiviaci6n de dicho mater-¡al alumlnoso con una solucci6n acuosa de *tido sulf-'*rico para format- una fase s*lida y una fase
liquida la cual contiene sulfato de aluminio. c) la reparacibn de dicha fare m61ida dedicha fase llquiaa,.
d) La reacci6n de dicha fare liquida con ion@ rmonlo a una
temperatura de l5G a 25OoC y una prari6n de 35 a 575 psia, para ormar un precipitado de amonoalunita, NH.A18(SCk)t. ( O H i e y un lquido que contenga Acido sulfQrico.
f j La descomposici6n t4rmica de ditha amonoalunita para producir almina y productos laterales qaseouos. 2) El proceso del requerimiento ( 1 ) en el que la solucibn contenga una cantidad de 25 a 65 gpl., expresado como hltCa. 3 ) El proceso del requerimiento ( 1 ) en el que la proporcibn mol de amoniaco a aluminio expresado como CIlzQI en dicho paso d e reacci6n (d ) sea de O. 33: 1 a 3: l.
) El proceso del requerimiento ( 3 ) en el que dicha proporci6n mol sea de 1:l a 3 : l . 5 ) El proces del requerimiento ( 1 ) comprendido posteriormente; la recirculaqi6n de al menos una porcibn de &cid0 sulfQrico en dicho licor- formado en el paso (d) para lixiviar dicho material aluminoso en el paso (b). 6) El proceso del requerimiento ( 1 ) que comprenda posteriormente: La recirculaci6n de una porci6n de dichos productos . laterales gaseosos para lixiviar el material aluminoso en el paso (bi. 7 ) El proceso del requerimiento i l l que comprenda posterior-mente: El tratamiento de dicha solucir5n- aluminosa con un llquicto or-qinico sustancialmente inmiscible con ia soluci6n aluminosa y que contenga un extractante orqinico capaz de extraer- pt-eterentemente el hierro 5oDr-e ei aluminio con io cual el hierra sea extraido de dicha so'luci6n aluminosa en dicho liquido orqinico. 8) El proceso del requerimiento t l i en el cual al menos una porci6n de iones amonio sea suminstrado por- hidvdxido de amonio. 9 ) El proceso del requerimiento . ( 1 ) en el cual dicha alirmina sea tratada con icido sulfQrico caliente para remover impurezas. l 0 i El proceso del requerimiento t 1 ) que comprenda posteriormente la extracci6n del hierro de dicha soluci6n aiuminoss 1 1 ) El proceso del requerimiento i l , que Comprenda uno o mas pasos par-a la estracci6n de impurezas seleccionadas a partir del grupo que consiste de las de potasio y soaio para minimizar dichas impurezas en la alQmina. 12) El proceso del requerimiento ( 1 ) en el cual el material aluminoso comprenda a un silicato que contenga aluminio. 15) El proceso del requerimiento (12) en el cual el materia aluminoso comprenda a una arcilla. 14) El proceso del requerimiento (13) en el cual el material aluminoso que comprenda a una arcilla la cual sea calcinada antes de la lixiviaci6n. 15) Un proceso para la produccibn de alQmina a partir- de un material aluminoso que comprenda: a, El abastecimiento de dicho material aluminoso. b j La lisiviaci6n de dicho material aiuminoso con una soiucldn acuosa que Comprenda lcido sultQrico y sulfato de amonio para extraer aluminio de dicho mater-id1 en dicha soluc16n. como sulfato de aluminio y formar- de este modo una fase líquida que
f
17
comprenda una molucik, alurninoma que contenga los ioner rmonio y
una fase s6lida. c) La saparaci6n de la fare m6lida de la fare liquida. d ) Someter la fase liquida a una temperatura de 150 a 25OoC y a
una presi6n de 35 a 575 psla. paral formar precipitado de omonoalunita, NMAh(Sa)2(OH)a y un licor que contenga icido sulfr2rico; e ) la descomposici6n t+rmica de dicha amonoalunita para formar a1Qmina y gases de amoniaco y icido sulfdrico. f) Lavar el amoniaco y los gases de tri6xido de azufre para formar sulfato de amonio'y icido rul-rico. 9) Recircular el sulfato de amonio al paso (f) para usarlo en la lixiviaci6n del material aluminoso; y h) recicular el k i d 0 rulfarico de los pasos (dl y (f) para usarlos en la lixiviaci6n del material aluminoso.
~
3.15.- Estudio de Merca80 En lam tablar I a la IV se tirnmn los datos que se obtuvieron de Lam importacionos y exportacioner do alurninto r8f como tmmbidn lam irnportaciones,de bauxita calcinada y no calcinada como la +uente
para establecer la capacidad de instalar. En el parra+o siguiente re enlirtan algunos de lor pomibles
proveedores de materia prima que en nuestro caso es al caolin . Principales Yacimientos y Ernpre8as Productorar en la
Republica Mexicana
Los principales yacimientos de caolin se encuentran localizador en
los estados de Veracruz (Huayacocotlai,Hidalgo (C)gua
blanca) ,Guanajuato (Neutla), Michoacin , m% ico, Durango,Guerrero, toahuila, Nuevo LQbn,tampecha y Jal isco.
Principales empresas productoras de caolln.
Ftaz6n Social
Cía. Minera y Mercantil El Falizar, Caolines de Apulco , S.A
fircillas Industriales de Durrngo,
S. G
Minerales de la Cruz del Sur, S.A
'Talcos Lozano 5.A
Mineralmex , S. de R.L Minerales No Metalicos, S.FI
Industrias Morysan , S . A
Moliendas Industrias S.k Tenica Mineral , S .A
Sierra Talc de Wxico
Cf a manuiacturera de kzcapozalco Cia Minera Not-ex
Ubicacidn
Atotoni lco , Hidalgo Apulco .€do de Hidalgo m m e z Palacio , Dgo
Puebla Puebla
Sta. Catarina , N.L.
Neutla , Gto. Wxico , D.F
apasto , mx1co Ecatepec , Wxico GuadalaJara , Jal. Xalortoc Wxico
Wxico D.F Sn. Nicolis de los Garzas. N.L
3.1 Antecedentes y Proyecciones
Mucho del aluminio metAdico del mundo (se obtiene a partir de
nerales de bruxita,lom cuales emtan compuestos usualmente de hidratos
t aluminio ,como la Gibbsita y la Bohemita. mxico no tieno depbsitos
r Bauxita ,por lo tanto ,es deseable desarrollar fuentes alternativas ! aluminio en este pa i r para reducir cualquier dependencia sobre
tenter dol metal extranjeras .Muchas de las arcillas contienen cuando
rcho del 30 al 40 X de alQmina y concacuentemente son fuentes
stencialer de dicho material procesos Conocidos de
scuperac i6n a partir de arcillas son usualmente de economía
wginal.El costo del material importado .Para que %ea econ6mica una
.anta de aliunina,debe de tener una capacldad muy grande y debe de
;tar apoyada por un suministro adecuado de mineral.El proceso
tilizado debe de minimizar el consumo de energía ,maximizar el
mdimiento de almina y recircular los reactivos ,para reducir el
Bsto de procesamiento del mineral .En la extr-acci6n de alQmina apartrr-
2 alumino-silicatos tales como las arcillas ,es especialmente crítico
Je el proceso sea energ4ticamente eficiente ,de otra +orma no seria
jecuado el uso de arcilla como materia prima .Existe por lo tanto,la
scesidad de u.n proceso para la extracci6n de aluminio a partir- de
ateriales de bajo grado tales como las arcillas ,que sea econ6mico y
Je involucre pasos de procesamiento convenientes ,de bajo consumo de
7ergia y que puedan proporcionar la recuperaci6n de intermedios y que
san facilmente manipulables con una alta proporci6n de aluminio en la
nteria prima sin contaminacih de materiales alcalinos u otros metales
ayores.
'pero ~ los
La Bau~it8,como muchos otros minerales *es un rocurmo natural no
movable y muy mrpmcificamente localizado on la corteza torromtre.Su
(atamiento esta pr6xirno y como consecuencia muchos priors
Stan centrandosu atencih en lar arcillas como fuentes potenciales Le
lamina.
)r lo anteriormente expuesto hay un futuro prometedor no muy lejano en a explotacibn de arcilllas (las cuales abundan en Wxico) en la
*oducci6n de alamina y rtJr prometedor r e r i si el proceso utilizado
I ra tal fin es el mis adecuado de los procesos conocldor para la
Ictraccibn de rl6mina a partir de arcillas el que aquf se propone es
mparativamente mis directo y por lo tanto m&s ecomomico.
Objetivos
1) L a r a c t e r r z a c ~ d n de unas muestras de caolln
2) Obtencidn de l a c i n e t l c a de deshidroxi lacldn de caol ln
3 1 DlSellar un horno t-otatorro pat-a la ca lc lnac ldn de c a o l l n
41 Hacer un estudlo economlco de l a seccldn tmollenda calcrnado, I
Secuorrcir Lksarrollo Experirentrl
I ) Se fueron a r-ecoger 5 muestras de caolln a l I n s t l t u t o de
Fomento de Miner-ales no metalicos
1 1 , Se procedio las muestras a diferentes tammos de pa r t lcu la .
1 1 1 ) Se procedio a calcinar las muestras a 800 C durante 2 h r
I V i Ya teniendo e l porcentaje de perdida se procedio a l
deshechar las muestras 1,2,3
V) A las muetras 4 y S se les procedio a hacer anl1; lsis de Rayos;. X
O
= I
1 ) Se pt-ocedio a ca lcu lar los pxcos p r lnc ipa les de los
difractogramas. con la l ey de Braqg.
2 ) Ya teniendo loá p icos pr lncipales se procedio anal izar los en
e l libt-of‘ower- Di fraccron Inorganic los resultados se muestran en e l
apend 1 ce E .3i Ya ten iendo e l nomero de t a r j e t a se procedio a rev isa r
e l manual de t a r j e t a s de Power Di fraccion Inorganic los resultados se
muestrin en e l Apendice B. V I ) Se procedio hacer Analisis Termogravimetricos a las muestras 4 y 5
1 ) a las velocidades de 1 (:S, 20, 30 C/min .los resultados se
muestran en e l apendice b
2 i Se selecciono a l a muestra 5 para t rabaJar ya que e r a l a que
ten ia
mayor- contenido alQmrna.
3) Se pr-ocedio a calcular- l a concentraclbn, la Temperatur-apara caaa.
corr- ida los resultados se muestran en e l apendice I3
VIIi Se pr-ocedlo a. ca lcuiar la tasa de deshidroxilacidn experimental
O
Pot’ en metodo d i te renc ia l i 3 ~ = CAL - Ca i-a
ti - ti-: los resultados se muestran en e l apendice B
2 2 ”
L A Para a.~ustat- l a tasa experimental con un moaelo teot-1co se
procedio a proponer modelos :
ljel primero +ue el modelo de nucleo dbqrecrente para un reaccr6n
gas-so1 ido (Ingenierf a de las Reacciones Glui'hi-cas Octave Levenspiel iel
cual no ajusto
2) 5e propuso el modelo de ajuste de variaci6n de pat-ametros por
minimos cuadrados el cual no ajusto.
3 1 Despu6s se eligro un modelo en el cual controlaba la reaccrdn
qui mlck
i.
donde:
A = parametro relacionado con el coeficiente de t4rrehenius
b = parametro relacionado con la energfa de actvacrdn
-f = temperatura
CA = concentracidn a l tiempo t
S i t ) = contribucidn de oxrdrilos vecinos no reactivos
= e bt/tmax r m a c
tmax = tiempo donde se lleva acabo el maxim0 valor de l a
tasa de reaccrdn
Se variaron los parametros A y B y los que meJor aJustaron tueron:
pat-a la tasa de 1 0 C i' min = 20000 CL
para la tasa de 20 L / mln = 20000 e ( e I
para la tasa de 30 L/min = 2üOOi1~ e c o I
o -.QOO/T t/o . 2is)<4P)
O- -"/T t/O -2mN25)
O "W/T t /o. P.M<IP>
) < o I
EQUIPO DE MOLIENDA Como la capacidad de instalar e6 de 1666.66 ton/dia proponemos una trituradora quijada de las siguientes caracteriotxcas:
tamal50 de la abertura de recepc i6n del triturador en pul9
18 X 36
I I velocidad
aprox en lb neceqarios rpm peso aprox hp 1
capacidad a la grad uac i6n esp. en ton/hr
70-90
graduaci6n en pulg
5
Molino de bolas
Tarnal50 For las bolas en pies HP Carga de
toneladas corrida
12x12 1260- 1345 90.5
velocidad 24 hr- del molino
Capacidad en
rPm
1650 16.4
ton
I
Tam¡ z 2 O0
47 7.
24
RCl DEL HORNO FrOTkTi3hXO nao en cuenta o l a c inet ica de reaccidn a la velocidad de ntamlento de 20 C/'min que la que t iene mayor aJuste en t re e l lo teo r ico y la tasa expet-lmental.
I= tirmpo don& mo 0btic.w rl valor mayor & la tcua & rmaccCbn
iderando el horno r o t a t o r i o como un f l u j o tapdn :
V/FAO= 7 / b O =exa rg - d X A / h %a =Xaf
agrando por reg la de Simpson
Sb F(x) dx = b-w3n ( f ( a ) + 4 f ( x i ) + 2ttxr) ...... f ( b ) ) a
= 1326.43 cm mln /'mol OH S
T = tiempo de residencia
7 = O. 01873(1346.43> = 26.15 min
25
V = ( 8028.52)(1.34643 X 10-') = 10.80 m' Volumen del aolin en 26.5 min Haciendo apr I: ximaciones para esto tendremos dos
V= sa ma D = 1.828m L = 21.33 m
hornos de :
cada uno trabajando a un f l u j o de 833.33 Ton /did
833.33 Ton I 1 did I 907.*1k& 1 1 m a a
hr m
I24 hr I 1 Ton (2450 Kg = 12.855 -
en 30 min 6.42 m' I &.42/56 = 11-47 X de solidos
AH 95-100 cal/gr a 550 c O
eaolin
c;pccrolir\
"
0.806 + 0.463 T eaL/KgC
= 100000 + 8- Cp dT 700
= 100000 + 2- ?do 0.086 + 0.463 T dT
= 100000 + 0.806 T + 0.463 ?/2 I,,
3 ~ : 100000 + 134326.96 - 70028.75 = 164298.21 ca1iR.g
= (8.749 Kg/s) (16429821 crl/Kg) ( 1 BTU/252 cal)= 5704.14 BTU/s
?a
tomando como gas de combustion el sas natural cuyo potencial calorific0 es igual 1012 BTU/ +t8
I 1 +t8 8 1 m
I S 1012 BTU 35.31 ft8 = 5 . 63bf t.- = 0.154 m /- 8
CALCULO DE LA TEMPERATURA DE FLAMA 4DIABUTICA
Temperatura adiabatica de flama
TA = Tf f Q/c w cp I en donde :
Tr = Temperatura adiabrtica Tf = Temperatura de 1 0 8 reacti,vos W = pesos de los productos Cp =calores especificos medios evaluados a un
temperatura superior a Tf
el poder calorif ico del gas natural es de lqlZ BTU/ ft'
1 BTU
I BTU lb mol
+2 O, > COZ + H20 L
1 mol de aire - 0.21 mol de O 2 x - - d m o i de O2
X= 9.523 mol de aire
- . - ,> T.573 mol de N 2
W Cp = O. 46163*O. 2&Ei + O. (X)78&+ O. 49 + O. 264* O. 096 = 0.1864 BTUilb mol F O
iJiC W Cp = 1.85 bTU/'lbmol 10.1864 bTU/lb mol°F = 9.924 OF
TA = 1429+9.924 = 1435.54 OF = 7 7 9 . 7 OC
BALANCE DE ENERGXA EN EL HORWO
W AH +w gases de combustichr 1 = cao ont ent gar 740 cao maL AH m a L I 760 + V
V gases de Comb + 9"
W agua m 1 agua 780
balance de energid para el caolín
W 25 U.d6 + 0.43 T dT) - w 7 8 0
OWL entrada ' t a a L m a L ( L o 0.8a +
0.43 dT) = balance pat-a el agua
760 *m0 ‘P ccsolin dT = 59327.09 caliK9
Haclendo el balance de enet-gia’ con vaiot-es numet-Lcos tenemos
8.479( 65979.62)+ 7.3767 (59327.09, + 1.022 (3519163.81) = W t1213026.81 + 145160.19 + 496598.88
gamer ¿m combustion ,
C‘ => w 9gar.s & eomburtion
= 2.43119 Eg 1 S
29
EOUI PO Costo en millones de I PIlt-
1 TRITURADORA 3000
1 MOLINO DE BOLAS 2000
2 HORNOS ROTATORIOS 3000
1 CICLON 200
TRANSPORTADORES 15.5
TOTAL 8215.8
COSTO DEL TERRENO
30 X 52 = 1560 m' 1
6 INGENIEROS DE PLkNTk
1 2 TfWAJADOHES DE CLASE A
6 TRABCIJADORES DE CLhSE E
C m 0 6 D% MATERIA PRIMA
CAOLIN ( 1666.66 ton)
METANO ( 27475.2 m
ELECTRIC I DAD ( 309 l. OS K w >
a
POR DIA EN MILLONES DE PESXXS
41,6665
27. 452
0.618211
TOTAL 4S.of3Q
4.5
4.852
2.06&4
11 . 4184
POR DIA EN MILLONES DE PESO6
CCIOLIN CALCINADO ( 1449.9942) 173.9888
3 0 "
CAPITAL FIJO = C m 0 DE EQUIPO + C m 0 DEL TERRENO 6734.22 MILLONES DE PESOS
CAPITAL DE TRABAJO = Al valor de -S de inventario en materias prim
y tres metes de producto .Pero en nuestro caso es
aceptable un valor trrpurrzto entre el 10 y 20 S de
capital fijo este valor sera l o mas proxim al 10 debido a que Ir u t e r i - p r i m es barata.
'p'
= 673.422 MILLONES DE PESO6
ganancia anual m ingrrto bruto por wntas - costo de oprraci6n - costo
de u t e r i a s primar - 10 X del costo del capital f i j o
C por depr-iaci6n 3 I
i e92188.7812 13Sl6.81 - 6?3-422
= 380OO.m dllonsr de -os ,
tasa de retorno = ganrcia anual - i-to anual -corto por' deprrciaci6
capital de inversion total
I 38009.m - 13303.34 - 673.-
27BS4.22
= O - W Q X 100 88.8 X
i
coNcLusIoNEs Ei r t - lnc ipal ob jet ivo de este t r -abaJo e5 l a obtenc16n CIE! klúm~.na
pot- un proceso d ist lnto a i pt'oceso ba.:.yer en el cual LE u t i 1 i z z i cam'3 maxet-fa Pt-lma la bauxlta que e5 c m rvxut-so no t-enovaale del
cual no se encuentt-An yaclmlent*os en nuesct-o p a i s . F.*ot- io x a n t o
tomamos como opc16n e i c a a i í n va que e l pa is t iene vastos
yacimientos de este mineral y por o t ra pa r te es de b a j o pt-eclcl
como se demostro en este tra.ba.Jo.El proceso que se selecciono tue
e l de Obtenci6n de Giúmlna con l a tormaci6n de amonoalunita como
pt-oducto intermedio .Lamentablemente no se pudo lievat- acabo e l
estuaro completo del proceso solo se trabajo en ia seccldn
(molienda calcinadoi del c u a i se pueden expresar la slgctientes
conclusiones:
1 ) De la cat-actet-rzaclbn de los caol ines con los sue se t t -aaa.~o ae
los cuaies se puede decir sue tenían diterentes ca.ractet-1stlcas
(pet-dlda. oe peso. cOmPQslCi6n I .
2 ) DE las anal isls tet~moqravlmet~-lcos se pueae aecl t- que las
muestras 4 y S t ienen un slmliar- comportamlento en la tasa de
perdida de peso.
.3i La tasa de peralda se l leva acabo en e l inter -va io de 40i1 a a(:)(:) O - L pava toaas l a s veiocidades de calentamiento.
4 ) ~ a . ditu.si6n no tiene ef.ecto en la deshiUt-oxilacr6n del caolín
ya. que SE h i c i e r o n pt-uebac, con un modelo di+u51.v0 Y no a justa.
5 : ~ a . etapa contt-.oiante e n la. Oeshldt-o;.:iiac16n def cao l fn es id
t-eaccibn scrimica. ya. que e i moaela pt-opuesto tomaba a esta etapa
como contt-oiante y tue el quE aJusto meJot-.
32
Recomendaciones
33 "
t t t t t t t t t
I
t t t t t t t t
Pepel (Fai a ) Ex t rusfdm Polvo y Vasta Barrar papa Conductores EMctricor Fumd'ici6n ( 1 )
Total Nacional
"tor Exportaciones I 12 674 I 17 120 I 7 532
O15 694 O19 755 O16 635 8 626 9 94s 6 473
883 955 ,, 879 13 060 23 230 19 S06 24 744 M, 242 46 304
87 524 } 141 344 1 109 760
22 696 27 237 i9 989
Total Coq'ccumo Nacional I 75 450 I 124 224 1 102 228
' Umina Papel (foil) Extrusidn (2) Polvo Y Parta Barras para Conductores E -ctricos
15 540 1 236 1 327 324
95 2 091
l í 774 741
1 o73 357 175
1 180
2
tabla I11
IMPORTACION DE DE ALUMINIO
CUADRO 3
M N r L I a A E -CM
A M
~~
1986 1985 1984 1983 1982
LINGOTE SIN ALEAR 13006 30397 22846 8577 29147
LINGOTE ALEADO PRIMERA FUSION 3067 5363 3201 2084 17401
LINGOTE ALEADO SEGUNDCI FUSION "- 1 "" "" 181 1162
CHATARRA 191.30 49299 19151 6675 11467
BARRAS PARA CONDUCTORES ELECTRICOS 97 504.3 175 1903 15610
BARRAS OTRO USO
PERF I LES ALAMBRES
LAMINA FAR4 ABRE FACIL
LAMINA OTROS USOS
FAFEL (FOIL)
POLVO
TUBOS
MESORIOS PARA RIEGO
ELE~ENTOS PARA CONSTRUCCION
CABLE
PRODUCTOS DOMESTICOS
OTROS FRODUCTOS
385
83
358
14599
94 1
1236
324
77.3
19
86
2
55
1657
1152
31
564
1438(:1
1176
976
326
634
44
49
53
108
1176
228
185
227
11425
349
741
357
648
8
12
2
20
923
171
77
145
1947
292
606
21 1
222 1
199
3 ,-b L
43s
449
317
407
23660
1143
2679
299
1019
834
582
421
265
303 1
TOTAL DE IMPORTACIONES
3
Tabla I
C O " 0 NACI ONAL APARENTE DE ALUMINIO
POR HABITANTE
Cuad t-o ( 1 > I Tonoldam Mmtrieam
ARO 1986. 1985* 1984 ~~~~~~ ~~~ ~~
l. Froduccic5n de Aluminio pr imario It +Importaciones Lingote Aluminio 3. +Importaci6n de o t r o produc A l u m 4. +Recuperaci6n A l u m Secundario 5. -Exportaciones Lingote 6. -Exportacione6 otros productos 7. consumo CIparente (1) 8. + I n v e n t a r i o I n i c i a l 9. - I nven ta r io F ina l 10. -Cambio de inventar- io 11.Consumo aparentet2)
+
37 O16 16 072 39 744 13 925 2 672 9 402 94 683 8 200 6 655
+1 545 96 773
42 743 41 180 35 730 26 047 60 716 34 451 22 078 19 636
277 62 1 16 893 7 552
152 147 115 949 5 994 7 533 8 200 S 994
-2 206 +l 559 149 941 117 528
~~
12.Poblaci6n media (mi l lones) 1.3.Consumo pot- Habi tante (1) K q s 14.Consumo pot- Habitante (2) Kqs
78 75 72 1.2 2.2 1 . (36 1.2 1.9 1.6
( 1 ) S I N CAMBIO DE INVENTARIO
fZ) CON CAMBIO DE INVENTARIO
(*) CIFRAS PRELIMINARES
FUENTE : mct~wu- OECI A%=- DII(#PIUW DE.
m T A D I S T f C A Y BANCO Dm Y-100.
1'
tabla I11
IHPORTACION DE PRowcToG DE ALUMINIO I CUADRO 9
MNmADAS -1- I
I
A n o 19t36 1985 1984 1983 1982 1
LINGOTE SIN ALEAR 13006
LINGOTE ALEADO PRIMERA FUSION 3067
LINGOTE ALEADO SEGUNDA FUSION "- CHATARRA 19130
BCIRRhS PARA CONDUCTORES ELECTRICOS 97
BARRAS OTRO USO 385
PERF I LES 83
ALAMBRES 358
LAMING FARG ABRE FACIL 14599
LAMINA OTROS USOS 94 1
PC\PEL (FOIL) 1236
POLVO 324
TUBOS 773
ASESORIOS PAR& RIEGO 19
ELEMENTOS PARA CONSTRUCCION 86
CABLE 2
PRODUCTOS DOMESTICOS 55
OTROS PRODUCTOS 1657
/
30397
5.363
""
49299
5043
1152
31
564
14380
1176
976
326
439
44
49
53
108
1176
22846
320 1 ""
19151
175
228
185
L L 7
11425
549
741
357
648
8
12
2
20
923
")c)
8577
2084
181
6675
1903
171
77
145
1947
292
60¿
21 1
222
1
199
3
2
433
29 147
17401
1162
11467
15610
469
317
407
236&(3
1143
2679
299
1019
834
582
42 1
245
303 1
TOTAL DE IMPORTACIONES -6 104446 80198 23728 O m 4 8
I
t ~ t t t t t t t t t t + t t t t t t
; DIFRMCION DE RCIYOS k i Uno de los rerultador de la imteracci6n de los electrones con un l blanco metilico,@s la producci6n de kayos X. I ,, Cas características de sirnetria generales de los cristales ,pueden ! in4erirre mediante la combinacidn de medidas.por un lado robre las i caras exkernas y visibles de los cristales, y por el otro lado de las 1 propiedades ffcicas globales.Las simetrfas determinadas de esta 2 manera,no fijan las posisciones de los itomoS,mSto es debido a que los ~ &tomor rrrtan demasiado pr6ximoopara ser rerueltor mediante taler i l ob%ervaciones.La luz visible con la longitud de onda del orden de j 5000 A no permite la resaluci6n de lar propiedades at6micac las 1 radiaciones utilizadas para la determinaci6n de estruturar deben tener ~ una longitud de onda mucho mI6 corta,comparable con las distancias , intrrrat6micrs,condici6n que reunen l o s ray- X. !
1
I
Pra obtener una haz de rayos X adecuado para las t4cnicas de ' difracci6n ,los electrones que los producen ,al incidir sobre un 1 blanco metilico deben tener energi a relativamente altas ; tcorrespondiante a un alto voltaje de aceleraci6n). Dichos electrones producen.dos tipos distintos de rayos X ,el primero 8s una rrdiaci6n d4bil (blancaj,caracterizada pot- la lonaitud de onda minima; este tipo de rayos X se origina debido a la disipaci6n discreta de enaergla a1 brincar los electrones de niveles de mayor a
, menor energla en &tomos del metal.El segundo tipo de radiaci6n i "característica ".que consiste en rayos con longitudes de ondas cortas ~ y altos valores, de intensidad.Se tienen rayos X caracteristicos K ,ti. , ,L y - I ;las cuales se forman dependiendo del nQmero de saltos d e niveles electr6nicos involucrados en la interacci6n.
t Cualquier red tridimensional posee un nfimero infinido de serie de planos de igual espaciado,por lo que cualquier radiaci6n difracteda
' puede considerarse como refleJado-por- un conjunto de planos siempre y cuando de satisfaga la ley.de bragg,cuya e:<presi6n matematica es :
I nA = 2 d sen o
n = orden de difracci6n (solo puede tomar valores enteros )
A = longitud de onda de radiacibn. d = espaciaqio interplaner . o = ingulo que forma la radiacidn incidente.
De los diverkos tipos de tdcnicas de difracci6n por- medio de rayos X ,la mis usual es el dtodo de polvos ,es el cual una radiacidn monocr-omitica de rayos X ,despu+s d e pasar por u colimador , incide sobre la muestra finalmente pulverirada.Debido a que existe una gran variedad de orientaciones de los cristales contenidos en polvos,la difracci6n solo se llevara acabo en aquellos que cumplan la ley de br-agg .
1
Los rayos difractrdos resultrnt@c se registran ya rea,por medio de una I
placa fotografica en la cual se obtiene el patrdn de difracci6n o bren kor mea10 de un ditracthetro se registran las intensidades relativas de los picos de di+racci6n en funci6n de los Angulos a los cuales se I 1
llevan cabo.Estas cartas son características para cada sustancia cristalina ,por medio de la ley de Eragg es posible determinar la estrutura cristalina de una substancia o bien identificar alguna I
muestra,para la cual se recurre a los patrones de la A.S.T.M . \
GNGLISIS TERMOGRAVIMETRICO (T G A )
La termogravimetrfa es una tdcnicn de anilisis t6rmico en el cual,por medio de un aparato conocido comno termobalanza,se puede detectar y r glsitrar- los cambios de masa de una sustancia siendo calentada ,e 1 funci6n de la temperatura y del tiempo ,o tambidn en el caso de que la sustancia se mantenga ieot~t-mlcamente,como funci6n del t lempo.
2
.
r.
I1
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1
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- .
ANrlLfSIS DE RAYOS A TjE LFi MUESTk4 5
I "
"
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"
-. 3 . 4.35
5.14
I -
F'.F't-rncipals
I
-r h k l
T hkL
SULTAISOS DE LOS A N A L I S I S DE RAYOS X DE LCI MUESTRA 5 5% 7.18x 4.36. 4.13? 2.4Zd 2.404 4.44. 3.44s i4-&06
" i i !
I
d A1*Si=Cts (OH)4 Nacr-ite 7.1& 3.39 4.3a 7.18 i i
1 - 1/11
e f Bailey. Am .Min 4& 1196 -1209 (19631 i had Cuke Fi 1 ter Did 114.6 mm Cut off 1 / 1 visual
Aluminum Hydroxide Silicate 100 80 80 100
1 SYS Monoclinic S.G Cc (9) j
I
a0 8.909 bo5.146 co 15.697 r9 1.731 C 3.050 a /3 113.42 Y 2 4 DX 2.582 '
Sample from Tracy Mine,Michigan, USk ~
d Go hk 1 I / IC d &* hkl 1/14 4.44 1 1 1 30 4 -36 31 1 6b 2= 2.247 2733 202. 1 10 80
3-633 3.94
40z L l. 97'0 Z(-JZ 2tj 3. oá j 400,117 2 l. 996 119 8 3.12
i (j24 6 2.071 2oz 2 o 3.48 I 316 & 2 . 692 004 80 3.59
222,402 2 2.179 1 1 1 2 o 6 220 2 2.111 113
3.41 312,224 8 2. ir39 112 2(:J !
r
2.929
O25 16 1 . 898 020.132 1 0 2.571 22'5,311+ 16 1.917 115 2 2.675 222,208 4 l. 937 113 1 0
1.818 1 6 313 2.518 1 . 797
22& 6 1.774 022.314 60 2.432 223 ci L
2.
2.321
2o
206,31is+ 2 l. 749 11L 1 6
021,
2 . 404 008 & 1 . 755 310,006 40
ESULTADOS DEL ANALISIS DE RCiYOS X ,5b. 7 . 1 8 ~ 1 . 4 9 ~ 2.3% 4 . 4 b 2-37. 2.- 2 .3%
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k<aOlin clay from Fugu, Tanganyika. Also electron,optical and Differencial Thermal data and chemical analysis given.
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