ing. de materiales cerámicos
Diapositiva 1
REACCIONES ENTRE SOLIDOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE INGENIERIA DE
PROCESOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES AREQUIPA,
AGOSTO 2010 RIVALINO GUZMAN [email protected]
REACCIONES POSIBLES
CAPITULO 9: w.d. Kingery Introduction to Ceramic
REACCIONES DE CALCINACION Y DESHIDRATACION
En las curvas TG (Figura 1), obtenidas para la descomposicin al
aire de los carbonatos, se observa que todos presentan un solo paso
de disminucin de masa, aunque en los carbonatos bsicos de nquel y
de cobalto se desprende de las muestras agua y dixido de carbono en
forma de productos gaseososCurvas TG de la descomposicin trmica al
aire. CaCO3 ____,Carbonato bsico de nquel _ _ _ Carbonato bsico de
cobalto _ . _ . _
DISOCIACION DE LA CALIZA (Calcinacin)
Descomposicin del CaCO3 en equilibrio como una funcion de la
temperatura
ASPECTOS FISICOQUIMICOS EN LA CALCINACION DE LA
CALIZARESUMEN
En el presente trabajo se enfoca los aspectos termodinmicos para
determinar las presiones de equilibrio de la disociacin de la
caliza a diferentes temperaturas y luego estimar las presiones de
equilibrio a temperaturas correspondientes a 760 mm de Hg y a 462.5
mm de Hg obteniendo 910 C y 876 C respectivamente. Finalmente se
describe las caractersticas y el considerando el calor necesario,
material de carga y el diseo del horno aspectos que son
fundamentales para el buen funcionamiento del mismo.
IntroduccionCaCO3 CaO + CO2. caliza T cal viva anh.carbonico
CaO + H2O Ca(OH)2 + cal viva cal apagada desprendimiento
calor
La Cal es la ms barata entre los productos alcalinos, por lo que
se utilizada en tratamiento de aguas, neutralizacin de suelos,
concentracin de minerales, refinacin del azcar, limpieza de gases
sulfurosos en la industria metalrgica y otros.
DESCRIPCIN DEL PRODUCTO
Tiene un color blanco o dbilmente gris debido a las impurezas, a
veces presenta un tono rojizo por el contenido de hierro. Tanto la
cal viva como la hidratada son poco solubles en el agua, disminuyen
sus solubilidades al aumentar la temperatura.
Las propiedades de la cal varan segn el grado de disociacin, a
temperaturas elevadas aumenta su densidad y el producto en parte es
sinterizada perdiendo su solubilidad, conviene por lo tanto retirar
a la temperatura lo ms prximo a la disociacin.
PROPIEDADES FISICO QUIMICAS
Si a una temperatura dada, la presin parcial del CO2 es inferior
a la del equilibrio, se descompondr la caliza incrementando la
concentracin del CO2 y por tanto incrementando tambin la presin
parcial.Pparcial > Pequil CaCO3
Con esta consideraciones se calculan la entropa, la energa
interna a temperaturas requeridas y aplicando a ecuacin de
Clausius-Clapeyron se determina la presin parcial del CO2
formado.
DETERMINACION DE LAS CONDICIONES DE DISOCIACION
Mediante la aplicacin del clculo de energas libres en equilibrio
qumico se puede determinar el sentido de la reaccin a una
temperatura dada mediante la siguiente ecuacin.AG = AG + RT ln Kp
Si consideramos la disociacin de la caliza a 876 C donde la presin
de equilibrio del CO2 es 462.5 mmHg.
Equilibrio 3 fases (CaCO3-CaO-CO2)Kp = pCO2 * pCaO/ pCaCO3Kp =
pCO2
En equilibrio se tiene AG = 0
AG = - RT ln Kp
AG1088 = - 1.987x 1,149x ln (0.608) = - 1.987x1,149x(-0.498) =
1,126.46 cal/mol 1,126.46 cal/mol, positivo indica que ha 876 C la
disociacin del CaCO3 no es posible.
En cambio si la presin del CO2 se baja a 400 mmHg manteniendo la
temperatura de 876 C y aplicando la Ec-2 se tiene:
AG1088 = 1,126.46 + 1.987x 1,149x ln 0.53 = 1,126.46 +
1.987x1,149x(-0.64) = 1,126.46 1465.39 AG1088 = - 338.85 cal/mol
Bajo esta condicin la reaccin de la disociacin es posible.
ASPECTOS CINETICOS
La fuerza de penetracin del calor al ncleo de la caliza como la
velocidad de reaccin o formacin del xido de calcio. Bajo este
enunciado se considera la siguiente ecuacin t = I AHr r2 / 6 ks (ts
tc) Donde I = Densidad molar del material AHr = Calor de reaccin r
= radio del material ks = Conductividad trmica del material tc =
temperatura en el frente de reaccin ts = temperatura de
superficie
EL HORNO CALERO
Es un cilindro vertical con un revestimiento interior
refractario, en el cual se mantiene una columna descendente de
slidos y a travs de las cuales se impulsa una corriente ascendente
de gases calientes. La carga slida se alimenta a medida a que se
forme un vaco en la parte superior del horno o tragante, a causa de
la descarga a intervalos de tiempo. Los gases se impulsan a travs
de los slidos por el efecto de tiro inducido por una chimenea.
Los principales factores que afectan en el funcionamiento del
horno son:
Cantidad de calor necesarioLas caractersticas del material de
cargaCaractersticas del diseo del hornoCalculo de la altura del
hornoCantidad de calor necesario
Tericamente el calor necesario para calcinar la caliza es: de
1,248 Kcal / kg de CaO Precalentamiento de la caliza a 898 C478
Kcal Calor de disociacin de la caliza1200C..673 Kcal
Poscalentamiento de la cal a 1315 C97 Kcal Calor
totalconsumido1,248 Kcal
Las caractersticas del material de carga El tamao y la forma de
las partculas de la carga, deciden la superficie y los vacos para
el paso de los gases para la efectiva transmisin del calor, A
medida que disminuye el tamao de las partculas aumenta el rea
superficial de las mismas y al mismo tiempo disminuye la
profundidad de penetracin del calor. Estos dos factores tienen
mucha importancia en el funcionamiento del horno.
Caractersticas del diseo del horno Son determinantes la altura y
el dimetro, tiro aplicado que hace que los gases circulen a travs
de la carga, la naturaleza de la carga y descarga, el tiempo de
residencia en el horno, etc. Es importante considerar el dimetro,
porque este debe permitir la adecuada transmisin del calor dentro
el lecho, para el efectivo aprovechamiento del calor recomiendan
que la altura debe entre 6 a 10 veces la altura de la zona de
reaccin.
Calculo de la altura del hornot = I AHr r2 / 6 ks (ts tc)
t = 2,000* 428.64 * 0.0036 / 6 * 4.2 * 60t = 2 HrEjemplo:
Capacidad 100 ton/ mes de cal ; 180 ton/mes de caliza. 6 ton de
caliza/da 12 operaciones/da c/u de 500 Kg Densidad aparente de la
carga 1,500 Kg/ m3 Dimetro del horno 0.90 m
V = Pi *D*D*h/4 Ec 6 h = 0.52 h tot = 8*0.52 = 4.20 m Entonces
la altura ser 4.20 m, valor que coincide con los datos empricos que
sugieren 4.5 veces el dimetro.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Es posible la disociacin de las calizas a bajas temperaturas
conociendo la presin parcial de los gases de disociacin de la
caliza.Es muy importante el diseo de la chimenea para lograr una
evacuacin adecuada de los gases generados.El diseo de los
quemadores forma otro aspecto importante, deben ser de la potencia
necesaria como para cubrir la capacidad del horno.
COLADA DEBARBOTINAS EN MOLDES DE YESO
Crystals of wet-calcined gypsum plaster before grinding.
(Scanning electron micrograph, original magnification 3,000.)
CRISTAL DE YESO
MOLDES DE YESO
COLADA DE BARBOTINAPRODUCTO FINAL
El transporte de agua por capilaridad de la solucin en suspensin
hacia el molde de yeso y su velocidad del flujo de agua esta
limitada por la capa compacta de arcilla que se forma en las
paredes del molde conforme aumenta el espesor.
El flujo de agua es proporcional al gradiente de la presinK =
coeficiente de permeabilidad, depende del tamao de partcula de la
arcilla, el grado de empaquetamiento y la viscosidad de la
solucin.La presin del agua en la solucin (Ps) es 1 atm y en el
molde (Pm), ello esta determinado por capilaridad P = Ps Pm 2 /r La
tensin superficial () es una funcin de los agentes de defloculacion
usados, cuando los capilares se saturan de agua, P es
aproximadamente constante, y el flujo puede estar relacionado al
cambio del espesor dx/dt de la pared formado.
Fundamento
Donde es la densidad de la capa formada y k es el factor de
conversin del volumen del agua removida de partculas de arcilla
depositada, integrando la ecuacin (a)
X = (Kt) 1/2
Donde x es el espesor de la pared y varia en funcin de la raz
cuadrada del tiempo
(a)
