• Author / Uploaded
• José AC

Citation preview

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD : De Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica E.A.P.

: Ingeniería Metalúrgica

CURSO

: Pirometalurgia

PRACTICA 1: Análisis de Carbones PROFESOR

: Ing. Daniel Lovera

ALUMNO

: Arroyo Castillo , José Enrique Yupanqui Damas, Astrid Fiorella Peña Lavado, Xavier Kevin Sarmiento Vara , Anthony Padilla Frias, Miguel Alex Obregón Yauricasa ,Erick Licla Quispe, Claudio

2017

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

PRACTICA Nº 1 : ANALISIS DE CARBONES I.) INTRODUCCION En las diversas actividades industriales y especialmente en la obtención de metales a partir de sus minerales por tratamientos posteriores de transformación, en todas ellas se utilizan combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Siendo importante la selección de un combustible que proporcione mayores rendimientos y a costos aceptables como el carbón vegetal las hullas y el coque metalúrgico.

II )OBJETIVO 

Determinar la cantidad de agua libre que contiene la muestra de carbón (la cantidad de humedad inherente y agua de constitución se elimina a temperaturas superiores).



Cuantificar las cenizas (sustancias inorgánicas) que quedan luego de la incineración del carbón, para determinar la calidad en la utilización como combustible especifico

III) TEORIA CARBON ACTIVADO El carbón activado es un derivado del carbón que ha sido tratado de manera de convertirlo en un material extremadamente poroso y por lo tanto posee un área superficial muy alta que torna muy eficiente los fenómenos de adsorción o las reacciones químicas.1 Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores que 2 nanómetros). A causa de su alta microporosidad, un solo gramo de carbón activado posee un área superficial de aproximadamente unos 500 m². El carbón activado se utiliza en la extracción de metales (v. gr. oro), la purificación del agua (tanto para la potabilización a nivel público como doméstico), en medicina, para el tratamiento de aguas residuales, clarificación de jarabe de azúcar, purificación de glicerina, en máscaras antigás, en filtros de purificación y en controladores de emisiones de automóviles, entre otros muchos usos.

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

CARBON MINERAL El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria utilizada como combustible fósil, de color negro, muy rico en carbono. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón se formó durante la era carbonífera (hace 280 a 345 millones de años).

IV ) METODOLOGIA A cada grupo de trabajo se le entregara una muestra de carbón, a la cual debe realizársele un análisis que incluye las siguientes determinaciones:

1.- Porcentaje de humedad 2.- Porcentaje de volátiles 3.- Porcentaje de cenizas Para realizar estos análisis se utilizara el horno eléctrico (mufla), crisoles de porcelana y balanza analítica.

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

Las muestras representativas deben ser aproximadamente 0.3 gramos MATERIALES       

Estufa para secado (110ºC) Mufla Crisoles de porcelana Pinzas Balanza analítica Muestra de carbón (activado y mineral) Bandejas

 Espátulas  Brochas  Guantes V) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Pesamos 2 muestras representativas de carbon activado y carbon mineral de 0.3 gr aprox. Carbón Mineral Peso de la muestra 1 = gr Peso de la muestra 2 = gr

Carbón Activado Peso de la muestra 3 = gr Peso de la muestra 4 = gr

Ponemos cada muestra en un crisol libre de residuos (la limpieza del crisol se realizo con HCl o HNO3)  DETERMINACION DE LA HUMEDAD  Fijamos la temperatura del horno de mufla a 130ºC.  Introducimos la muestra pesada por duplicado en el horno durante 10 minutos.  Finalmente pesamos la muestra residuo y anotamos el resultado.  DETERMINACION DE LA MATERIA VOLATIL  Fijamos la temperatura del horno en 800ºC.  Introducimos la muestra de carbón sin humedad en la zona de máxima temperatura del horno.  Mantenemos la muestra por 10 minutos a esta temperatura, dejamos enfriar evitando que se humedezca y oxide.  DETERMINACION DE LAS CENIZAS  Introducimos la muestra seca por duplicado al horno de mufla . el cual debe elevar su temperatura en forma paulatina hasta (900 – 950 ºC).  Dejamos la muestra por media hora, en ese ambiente se asegura la combustión del carbono, pesamos el residuo final y determinamos la cantidad de cenizas.

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

DATOS EXPERIMENTALES Carbón Mineral Peso de la muestra 1 = gr Peso de la muestra 2 = gr

Carbón Activado Peso de la muestra 3 = gr Peso de la muestra 4 = gr

Determinación de la humedad Peso inicial

Peso sin humedad

Muestra 1 = gr Muestra 3 = gr

Muestra 1 = gr Muestra 3 = gr

% humedad muestra 3 = (0. gr – 0. gr) x100 = 17.323% 0.gr

% humedad muestra 1 = (0. gr – 0. gr)x100 = 11.175% 0. gr

Determinación de materia volátil Peso inicial

Peso sin materia volátil

Muestra 2 = 0.515 gr Muestra 4 = 0.505 gr

Muestra 2 = 0.188 gr Muestra 4 = 0.215 gr

% de materia volátil muestra 2 = (0.515gr – 0.188gr)x100 = 63.495% 0.515gr % de materia volátil muestra 4 = (0.505gr – 0.215gr)x100 = 57.426% 0.505gr Determinación de las cenizas Peso inicial Muestra 1 = 0.519 gr Muestra 2 = 0.515 gr Muestra 3 = 0.508 gr Muestra 4 = 0.505 gr

Peso de las cenizas Muestra 1 = 0.093 gr Muestra 2 = 0.062 gr Muestra 3 = 0.116 gr Muestra 4 = 0.004 gr

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

% de cenizas muestra 1 = 0.093gr x 100 = 17.92% 0.519gr % de cenizas muestra 1 = 0.062gr x 100 = 12.04% 0.515gr % de cenizas muestra 1 = 0.116gr x 100 = 22.83% 0.508gr % de cenizas muestra 1 = 0.004gr x 100 = 0.79% 0.505gr

CUESTIONARIO 1.- Explicar la estructura cristalina de los carbones Carbones naturales Los carbones que se hallan en la naturaleza se originaron por carbonización de vegetales en distintos estratos del subsuelo. Dependiendo de su edad geológica se distinguen los siguientes: La antracita: es el más rico en carbono 98% y posee de 5 a 6% de materias volátiles, siendo el de mayor potencia calorífica. La hulla: posee de 70 a 90% de carbono y llega a tener u 45% de materias volátiles y es desde el punto de vista industrial, el carbono más interesante. De la hulla, por destilación en ausencia de aire, se obtienen: gases combustibles, gases amoniacales, alquitrán y un 20% de coque. Destilando el alquitrán se obtienen una gama enorme de productos que tienen aplicaciones como disolventes, colorantes, plásticos, explosivos y medicinas. Los lignitos y turbas: son de menor contenido de carbón y en consecuencia tienen usos más restringidos.

El carbón activado El carbón activado, o carbón activo, es un material de carbón poroso. Un material carbonizado que se ha sometido, a reacción con gases oxidantes (como CO2 o aire), o con vapor de agua; o bien a un tratamiento con adición de productos químicos como el H3PO4, durante (o después) de un proceso de carbonización, con el objeto de aumentar su porosidad. Los carbones activados poseen una capacidad de adsorción elevada y se utilizan para la purificación de líquidos y gases. Mediante el control adecuado de los procesos de carbonización y activación se puede obtener una gran variedad de carbones activados que posean diferentes distribuciones de tamaño de poros.

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con una gran cantidad de recovecos y de grietas. A niveles más bajos se encuentran zonas donde hay pequeñas superficies planas tipo grafito, separadas solamente por algunos nanómetros, formando microporos. Estos microporos proporcionan las condiciones para que tenga lugar el proceso de adsorción. La evaluación de la adsorción se hace generalmente mediante la adsorción nitrógeno gaseoso a 77 K bajo alto vacío.

2.- Hacer una descripción de las ocurrencias mineralográficas de los carbones naturales. Se conocen cuatro formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito, diamante, fulerenos y nanotubos. El 22 de marzo de 2004 se anunció el descubrimiento de una quinta forma alotrópica (nanoespumas) La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín.

Disposición geométrica de los orbitales sp2

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp2 y el cuarto en el orbital p. Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30% de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y ésta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C. Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

Disposición geométrica de los orbitales sp3 A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp3, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal. El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes sólo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Fulereno C60 Los fulerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

de fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980. A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología. Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del grado de carbonificación que haya experimentado la materia vegetal que originó el carbón. Estos van desde la turba, que es el menos evolucionado y en que la materia vegetal muestra poca alteración, hasta la antracita, que es el carbón mineral con una mayor evolución. Esta evolución depende de la edad del carbón, así como de la profundidad y condiciones de presión, temperatura, entorno, etc. en las cuales la materia vegetal evolucionó hasta formar el carbón mineral. El rango de un carbón mineral se determina en función de criterios tales como su contenido en materia volátil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorífico etc. Así, a mayor rango, mayor es el contenido en carbono fijo y mayor el poder calorífico, mientras que disminuyen su humedad natural y la cantidad de materia volátil. Existen varias clasificaciones de los carbones según su rango. Una de las más utilizadas divide a los carbones de mayor a menor rango en: antracita, bituminoso bajo en volátiles, bituminoso medio en volátiles, bituminoso alto en volátiles, sub-bituminoso, lignito y turba. La hulla es un carbón mineral de tipo bituminoso medio y alto en volátiles. En cuanto a los parámetros de rango estos también pueden variar de una clasificación a otra, aunque unos valores promedio podrían ser los que figuran en la siguiente Tabla.

C fijo RANGO (%)

Humedad Materia Poder Volátil calorífico ( %) ( %) (MJ/kg)

Antracita

86 - 98