MODELO CINÉTICO PARA EL PROCESO DE OXIDACIÓN DEL ZINC A ALTAS TEMPERATURAS J.F. García a, , S. Sánchez a y R. Metz b * a Dpto. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales, Universidad de Jaén, 23071 Jaén, España. b Laboratoire Hydrazines et Procédés, FRE CNRS 2397, UCB Lyon 1, 43 Boulevard du 11 Novembre 1918, Villeurbanne Cedex, France. La cinética de la oxidación completa del zinc ha sido estudiada mediante medidas termogravimétricas bajo condiciones isotérmicas de operación, en el rango 973-1123 K, con el fin de formular un modelo capaz de predecir el fenómeno en función de la temperatura. Tres muestras distintas han sido empleadas: zinc en polvo comercial, zinc granular comercial limado y zinc obtenido por atomización mediante la técnica conocida como DOPA (oxidación directa de una aleación precursora). Una vez tamizadas las muestras, el tamaño de partícula elegido ha sido el comprendido entre 63 y 80 μm. La oxidación de las muestras ha sido llevada a cabo a temperaturas superiores al punto de ebullición del zinc puro (692,6 K), sin producirse coalescencia de las partículas. Este fenómeno está ligado a la presencia de una delgada capa de óxido de zinc que envuelve al metal durante el proceso. A partir de la ley de Fick y teniendo en cuenta la difusión de las moléculas de oxígeno a través de la capa de óxido en formación, se ha desarrollado un modelo ya propuesto en trabajos anteriores 1,2 , y que, en nuestro caso, conduce a la siguiente expresión para la constante de velocidad: e B A A 2 A B 0 ν D C k = t ν 2ρ r donde A B ν , ν = coeficientes estequiométricos del oxigeno y del zinc, respectivamente. A D = Coe ficiente de difusión del oxí gen o. e A C = conc entración de oxíg eno en estado d e equilibr io. B ρ = densidad del zinc. r 0 = radio inicial del zinc. t = tiempo. obteniéndose un valor medio de energía aparente de activación de 134 kJ/mol. Este valor de (E a ) ap indica que se trata de una reacción moderadamente sensible a la influencia de la temperatura. Para verificar el modelo, se han ensayado diferentes ecuaciones empíricas 3 . La que ajusta mejor los resultados experimentales conduce a un valor medio de energía aparente de activación de 135 kJ/mol, verificando, pues, el modelo propuesto. Sin embargo, se detectan diferencias entre los valores de k de las distintas muestras para una misma temperatura, lo cual parece indicar que los elementos en cantidades traza determinados en la composición de las muestras (Al, Cd, Fe, Li, Mg, Pb) afectan al proceso de oxidación. 1 Bucher, O. L’Oxydation Directe d’un Alliage Précurseur (ODAP); Nouvel accès aux céramiques semi- conductrices à base de monoxyde de zinc. Tesis Doctoral. Universid ad Lyon I, Francia, 1992. 2 Machado , C.; Aidel, S.; Elkhatib, M.; Delalu H.; Metz, R. Solid State Ionics. 2002, 149, 147. 3 Kubasch ewski, O.; Hopkins, B.E. In Oxidation of metals and alloys. Butterworth Ed. 1962; pp 35-39.

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MODELO CINÉTICO PARA EL PROCESO DE OXIDACIÓN DEL ZINC A ALTASTEMPERATURAS

J.F. García a, , S. Sánchez a y R. Metz b*

a Dpto. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales, Universidad de Jaén, 23071 Jaén, España.b Laboratoire Hydrazines et Procédés, FRE CNRS 2397, UCB Lyon 1, 43 Boulevard du 11 Novembre

1918, Villeurbanne Cedex, France.

La cinética de la oxidación completa del zinc ha sido estudiada mediante medidas termogravimétricas

bajo condiciones isotérmicas de operación, en el rango 973-1123 K, con el fin de formular un modelocapaz de predecir el fenómeno en función de la temperatura. Tres muestras distintas han sido empleadas:

zinc en polvo comercial, zinc granular comercial limado y zinc obtenido por atomización mediante latécnica conocida como DOPA (oxidación directa de una aleación precursora). Una vez tamizadas las

muestras, el tamaño de partícula elegido ha sido el comprendido entre 63 y 80 μm. La oxidación de lasmuestras ha sido llevada a cabo a temperaturas superiores al punto de ebullición del zinc puro (692,6 K),sin producirse coalescencia de las partículas. Este fenómeno está ligado a la presencia de una delgada

capa de óxido de zinc que envuelve al metal durante el proceso. A partir de la ley de Fick y teniendo encuenta la difusión de las moléculas de oxígeno a través de la capa de óxido en formación, se hadesarrollado un modelo ya propuesto en trabajos anteriores1,2, y que, en nuestro caso, conduce a la

siguiente expresión para la constante de velocidad:e

B A A

A B 0

ν D Ck = t

ν 2ρ r

donde

A B ν , ν = coeficientes estequiométricos del oxigeno y del zinc, respectivamente.

AD = Coeficiente de difusión del oxígeno.

AC = concentración de oxígeno en estado de equilibrio.

Bρ = densidad del zinc.

r 0 = radio inicial del zinc.t = tiempo.

obteniéndose un valor medio de energía aparente de activación de 134 kJ/mol. Este valor de (Ea)ap indicaque se trata de una reacción moderadamente sensible a la influencia de la temperatura. Para verificar el

modelo, se han ensayado diferentes ecuaciones empíricas3. La que ajusta mejor los resultadosexperimentales conduce a un valor medio de energía aparente de activación de 135 kJ/mol, verificando, pues, el modelo propuesto. Sin embargo, se detectan diferencias entre los valores de k de las distintas

muestras para una misma temperatura, lo cual parece indicar que los elementos en cantidades trazadeterminados en la composición de las muestras (Al, Cd, Fe, Li, Mg, Pb) afectan al proceso de

oxidación.

1Bucher, O. L’Oxydation Directe d’un Alliage Précurseur (ODAP); Nouvel accès aux céramiques semi-

conductrices à base de monoxyde de zinc. Tesis Doctoral. Universidad Lyon I, Francia, 1992.2Machado, C.; Aidel, S.; Elkhatib, M.; Delalu H.; Metz, R. Solid State Ionics. 2002, 149, 147.3Kubaschewski, O.; Hopkins, B.E. In Oxidation of metals and alloys. Butterworth Ed. 1962; pp 35-39.