• Author / Uploaded
• Olmedo H

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE CERÁMICA II ASIGNATURA: CERÁMICA II (CE – 442) Práctica N°:05

“PREPARACIÓN DE MINERALES NO METÁLICOS PARA LA ELABORACIÓN DE CRISOLES REFRACTARIOS PARA LA FUSIÓN DE MUESTRAS DE MINERALES” DOCENTE DE TEORÍA: Ing. Ybar Gustavo PALOMINO MALPARTIDA DOCENTE DE PRÁCTICAS: Ing. Pedro INGA ZARATE ESTUDIANTES:  GARCÍA PALOMINO, Jhon Elvis  HUYHUA ACEVEDO, Olmedo Aedo  URBANO MIGUEL, Wilber DÍA DE PRÁCTICAS: Viernes

HORA: 4pm -7pm

FECHA DE EJECUCIÓN: 28-05-21 FECHA DE ENTREGA: 04-06-21

AYACUCHO – PERÚ 2021

“PREPARACIÓN DE MINERALES NO METÁLICOS PARA LA ELABORACIÓN DE CRISOLES REFRACTARIOS PARA LA FUSIÓN DE MUESTRAS DE MINERALES” I. OBJETIVOS

▪ Seleccionar minerales no metálicos refractarios. ▪ Preparar minerales no metálicos ▪ Dosificar y preparar pasta refractaria ▪ Conformar crisoles por torneado ▪ Sinterizar crisoles refractarios a 1100 °C II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA CRISOLES REFRACTARIOS: Definición Es un cerámico refractario que se usa como contenedor de una muestra de mineral y fundente. Este recipiente está fabricado de arcilla y chamota que al ser sinterizado a elevadas temperatura alrededor de 1 200 °C se vuelven resistentes a los ensayos al fuego. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES CERÁMICOS La palabra cerámica deriva etimológicamente del griego keramos, que significa arcilla (Gueto, 2005:187). La Sociedad Americana de Cerámica (American Ceramic Society) clasifica los materiales cerámicos en siete grupos diferentes: abrasivos, vidrios, cementos, refractarios, productos estructurales de arcilla, cerámicos blancos y cerámicos avanzados. Cada categoría posee propiedades y retos distintos (Newelll, 2011:198). Los materiales refractarios son componentes importantes en el equipo que se utiliza para la producción, refinación y manejo de metales y de vidrios. Los refractarios deben soportar altas temperaturas sin sufrir corrosión o debilitamiento por el entorno circundante (Donald R. Askeland, 2011:591 Los refractarios suelen clasificarse en tres grupos: ácido, básico y neutro: Tabla 1. Composiciones en porcentaje en peso de refractario comunes

Ácido

Básico Neutro

Refractario Sílice Ladrillo refractario de alta resistencia Ladrillo refractario de alta alúmina Magnesita Olivina Cromita Cromita-magnesita

SiO2 95 a 97

Al2O3

51 a 53

43 a 44

10 a 45

50 a 80

43 3 a 13 2a8

12 a 30 20 a 24

MgO

F2O3

83 a 93 57 10 a 20 30 a 39

2a7 12 a 25 9 a 12

Cr2O3

30 a 50 30 a 50

Por tanto, en C&V INTERNATIONAL se producen crisoles que son cerámicos refractarios, estos crisoles están compuestos de arcilla y chamota que le dan la consistencia y forma de un crisol aptos para los ensayos al fuego. Materias primas principales Existen pastas simples, formadas esencialmente solo por una arcilla, y pastas compuestas, formadas por la adición de varios ingredientes, que se dosifican en una proporción preestablecida y se mezclan uniformemente. En cualquiera de los dos casos, la composición será heterogénea, pues son necesarios tres tipos de materias primas con funciones diferenciadas: 

Agentes plásticos, que posibilitan el moldeo, como las arcillas.



Áridos o desgrasantes, que en crudo compensan el exceso de la plasticidad y en cocción actúan como esqueleto o armazón de la forma, por ejemplo, el cuarzo o la chamota (arcilla cocida, triturada) (Gueto, 2005:70).

Materias primas auxiliares Al tratar de la fluidificación de las arcillas, se ha establecido el carácter de floculante o defloculante de ciertos electrolitos, añadidos en bajísima proporción (1 al 2 por mil), afectando a la viscosidad, trabajabilidad y consistencia (Gueto, 2005:92) Ligante: líquido aglutinante que se emplea en el mezclado de arcillas y chamotas para atraer las partículas y formar una masa compacta que al momento de dar forma es posible ser trabajada en las máquinas de producción de crisoles, ladrillos, etc. Estos puedes ser sales de calcio y magnesio de ácido fuerte, tales como los cloruros o sulfatos. Agua: líquido que sirve para preparar el ligante y dar plasticidad a la arcilla en el mezclado en húmedo. Aceite Industrial: el aceite industrial es usado para mejorar la manipulación del crisol en húmedo en la etapa de prensado.

CHAMOTA EN LA PRODUCCIÓN DE CRISOLES

Este grupo de materias primas está constituido por los materiales más refractarios, carentes de plasticidad, siendo su papel principal actuar como esqueleto, armazón o soporte de la cerámica, pues, aunque algunos materiales se ablanden para obtener un grado de vitrificación. La forma que se imprime a los materiales cerámicos en crudo, ha de sostenerse hasta el final del proceso, aunque con cierta variación de la escala de tamaño (Gueto, 2005:74) En ocasiones solo se pretende atenuar un posible exceso de plasticidad, que dificulta el sostenimiento de los cambios de forma, por acción del propio peso de las zonas de la pieza. Lo más usual, el efecto de la chamota (áridos o desgrasantes) es aumentar la refractariedad, siendo el prototipo de los desgrasantes la sílice o anhídrido silícico (Gueto, 2005:75)

CARACTERÍSTICA FISICO-QUÍMICAS DE UN CRISOLES Las propiedades que debe tener un crisol adecuado para los análisis: 

Soportar altas temperaturas sin ablandarse.



Tener resistencia mecánica para soportar la manipulación y el transporte.



Resistir los cambios de temperatura repentinos sin agrietarse.



Poder resistir la acción química de las sustancias que se funden en Ellos, sin dañarse por la corrosión (SCC Accredited LAB, 2010:17). las propiedades que debe tener un crisol son las siguientes:



Resistencia al ataque de escorias básicas y ácidas, su baja porosidad inhibe la penetración de metales y escoria.



Soportar el mayor número de fundidas, sin contaminar las muestras que se analizan.



Apto para trabajar todo tipo de muestras (duras, blandas, con alto contenido de Cu, etc.).



Soporta temperaturas de ensayo hasta 2 300°F (1 200 °C) y resistencia al choque térmico.

las propiedades que debe tener un crisol son las siguientes: 

Resistir los ataques químicos en ensayos al fuego con presencia de mineral oxidado o sulfurado.



Resistir los ataques químicos generados por el litargirio, nitrato de potasio o nitrato de sodio.



Resistir a los ataques químicos por las escorias.



Soportar altas temperaturas (1 000 °C a 1 200 °C) sin rajarse.



No tener filtración por las paredes en el momento de la fundición.



Ser livianos en peso para su manipulación y transporte de acuerdo al tipo de crisol (crisol de 20 g, 30 g, 40 g o 50 g)



Tener las dimensiones adecuadas (diámetro superior, diámetro inferior y altura).



Resistencia al choque térmico.

III. MATERIALES, EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MAQUINARIAS.

- Balanza - Horno eléctrico cerámico de ensayo de 1200 °C, con tablero de control de temperatura. - Estufa eléctrica de 600 °C. - Conos Seger - Reloj o cronómetro para control de tiempo.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Triturar y pulverizar caolín, arcilla Potter, Salazar a malla fina (M-100 a 200 ASTM, empleado como ligante), Chamota (M-200 ASTM), Chamota (M-80-100 ASTM, como material refractario) media, empleando un mortero de porcelana y tamizar a las mallas indicadas (verificar y anotar el diámetro de las mallas). Ensayar con grafito en polvo (plumbagina) si no hay, reemplazar con MgO u óxido de zirconio u con la adición de 0.2 ppb de plata (pulverizada). 2. Mezclar en seco y luego adicionarle agua de caño poco a poco, hasta obtener una mezcla plástica de ser posible dejar en envejecimiento (envolver con plástico y dejar en la cámara de envejecimiento) durante 1 semana. 3. Porcentaje de materiales a emplear en base a 250 gramos de masa total. MATERIA PRIMA NO METALICAS A EMPLEAR Arcilla Potter, u otra arcilla plástica de cocción blanca a gris Arcilla Salazar, u otra arcilla plástica de cocción blanca a gris Sílice Alúmina, si no hay alúmina reemplazar con caolín Chamota (M-100 ASTM) Chamota (M-80 -100 ASTM) Grafito en polvo (plumbagina) si no hay, reemplazar con MgO u óxido de zirconio.

PORCENTAJE % 30 25 08 04 20 10 03

4. Armar el torno eléctrico con el molde de escayola para el crisol, adicionar la pasta la cantidad necesaria y tornear con tarraja, acabarlo y dejar secar al ambiente (durante 4 a 5 días), puede acelerar empleado la estufa eléctrica. 5. Cargar al Horno cerámico de ensayo y quemar a 1200 °C, si el horno no llega a esta temperatura quemar a la mayor temperatura que soporte el horno. 6. Enfriar y evaluar organolépticamente el crisol refractario.

Fig. Diagrama de producción de crisoles V. OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS EXPERIMENTALES Datos técnicos Crisol N° 20 30 40 50

Diámetro superior D (mm) 80 81 82 84

Diámetro inferior: d (mm) 52.0 54.0 56.0 58.0

Altura H (mm)

Peso (g)

Capacidad (cm3 )

105 115 143 153

300 370 480 600

204 224 300 357

Dimensiones

vasos

barriles

jofainas

VI. EVALUACIONES

TIEMPO HORAS 0.00 1.23 3.68 5.75 6.75 8.86 9.92 13.51

CICLO DE COCCION 1000 (°C )

1050 (°C )

1100 (°C )

1150 (°C )

21 269 667 1000 1000 600 550 23

21 269 667 1050 1050 600 550 23

21 269 667 1100 1100 600 550 23

21 269 667 1150 1150 600 550 23

Gráfica tiempo versus temperatura en el proceso de cocción de Crisoles 1400 1200

5.75 5.75 5.75 5.75

TEMPERATURA °C

1000

6.75 6.75 6.75 6.75

800 3.68 600

8.86

9.92

400 1.23 200 13.51, 23

0

0 0

2

4

6

8

TIEMPO (h)

10

12

14

16

Fig. de repositorio de elaboración de crisol en la planta piloto UNSCH. VI. CONCLUCIONES

 Se determinó mediante la caracterización química de los materiales empleados tienen naturaleza arcilla poter un contenido al 30 % , arcilla Salazar, u otra arcilla 25%,sílice 08, alúmina 4%,chamota 20%.  los crisoles de 204 (cm3 son obtenidos mediante presión en moldes quemados a altas temperaturas después de la cocción presentan una contracción lineal, pérdida de peso, absorción aparente.  las dimensiones de los crisoles son diámetro exterior, interior y altura respectivamente. VII. RECOMENDACIONES

 Comprobar la eficiencia de aglomerantes cerámicos como: aglutinantes, alquitrán, resinas, entre otros para la formación de materiales refractarios.  Investigar sobre nuevos materiales como arcilla que se pueden adicionarse en los refractarios y obtener nuevos productos.  Desarrollar otras alternativas tecnológicas que permitan reducir los costos por procesamiento.

VIII. CUESTIONARIO. 1.

Defina que entiende por material refractario Crisoles refractarios) y cuáles son sus propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas.

El término de material refractario se refiere a la propiedad de ciertos materiales de resistir altas temperaturas sin descomponerse. Los materiales refractarios deben mantener su resistencia y estructura a altas temperaturas Propiedades: 

2.

Elevadas temperaturas de funcionamiento.



Física y químicamente estables a altas temperaturas.



Resistentes al fuego, permiten ser calentados a fuego directo.



Buena conductividad térmica.



Muy buenas propiedades de choque térmico.



Flexibles y resistentes a la expansión térmica.



Alta resistencia mecánica.



Durabilidad y usabilidad.



Acristalamiento.



Muy buena resistencia química, a la oxidación, corrosión.



Superficies uniformes que previenen la erosión por fundido.



Elaborados con materiales de alta pureza. Material inerte. Materiales de alta calidad para aplicaciones de alta tecnología.

Explique en detalle la utilidad que presta estos crisoles refractarios fundamentalmente en la industria minera.

El crisol es un recipiente refractario generalmente de porcelana que se utiliza para colocar en su interior muestras y compuestos químicos que se calientan a temperaturas muy altas. Su función es principalmente calentar, fundir, quemar y calcinar sustancias. En el área de los análisis químicos los crisoles se emplean en las determinaciones gravimétricas cuantitativas (análisis midiendo la masa de la sustancia a analizar). Con los crisoles más comunes un residuo o precipitado resultante de un método de análisis puede ser recolectado y filtrado con algún elemento o solución libre de cenizas, como puede ser un filtro de papel. El crisol y el elemento se pre-pesan con mucha precisión en una analítica gravimétrica 3. El contenido de sílice y alúmina en una pasta para la elaboración de crisoles refractarios como contribuye en la resistencia al fuego y en la resistencia mecánica. Estos elementos contribuyen en su resistencia a los choques térmicos por ser químicamente inertes, presentar una baja conductividad térmica y un bajo coeficiente de dilatación. Por ello suelen utilizarse para hacer crisoles.

4. En la resistencia al fuego del crisol refractario para la fusión de muestras de minerales polimetálicos como influye la chamota, el óxido de magnesio, óxido zirconio, y las pequeñas cantidades de oro y plata en la composición del material y que características le da al crisol refractario.

La chamota influye en la resistencia al fuego y actúa como esqueleto, armazón o soporte de la cerámica aunque algunos materiales se ablanden para obtener un grado de vitrificacion. En ocasión solo se pretende atenuar un posible peso de plasticidad, que dificulta el sostenimiento de los cambios de forma, aporta más resistencia mecánica al cuerpo cerámico, mejora la resistencia al choque térmico. 5. Cuale son las razones por las cuales estos crisoles refractarios soportan los cambios térmicos durante la fusión de las muestras metálicas. El término refractario se refiere a la propiedad de ciertos materiales de resistir altas temperaturas sin descomponerse. Los refractarios son materiales inorgánicos, no metálicos, porosos y heterogéneos, compuestos por agregados minerales termoestables, un aglomerante y aditivos. Las principales materias primas empleadas en la elaboración de estos materiales son óxidos de: silicio, aluminio, magnesio, calcio y circonio; y algunos refractarios no provenientes de óxidos como los carburos, nitruros, boratos, silicatos y grafito. Los materiales refractarios deben mantener su resistencia y estructura a altas temperaturas, resistir los choques térmicos, ser químicamente inertes, presentar baja conductividad térmica y bajo coeficiente de dilatación. Los óxidos de aluminio (alúmina), de silicio (sílice) y, magnesio (magnesita) son los materiales refractarios más importantes. Las propiedades de mayor peso en los refractarios son: composición química, estabilidad dimensional, porosidad, densidad, resistencia a la compresión en frío, cono pirométrico equivalente, refractariedad bajo condiciones de alta temperatura, deformación por fluencia lenta a alta temperatura, estabilidad volumétrica a alta temperatura (expansión y contracción) y conductividad térmica. Normalmente, los refractarios no tienen una temperatura de fusión específica. Sin embargo, llega a una temperatura en donde el material empieza a reblandecerse. El cono pirométrico equivalente se refiere a la cuantificación de la transición de fase que tiene lugar dentro de un intervalo de temperaturas en donde se lleva a cabo dicho fenómeno. Este es medido a partir de la caída de la punta de un cono elaborado de material refractario sometido a incrementos controlados de temperatura; la caída se expresa en grados 10 y 12. IX. BIBLIOGRAFÍA

 https://www.insst.es/documents/94886/161971/Cap%C3%ADtulo+82.+Metalurg%C3 %ADa+y+metalisteria  https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052012000100012  https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/104110/03.PETRILLO_3de9.pdf?sequenc e=3&isAll