informe solubilidad de sales inorgánicas hidrometalurgia

8/18/2019 Informe Solubilidad de Sales Inorgánicas Hidrometalurgia

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LABORATORIO DE HIDROMETALÚRGIAESCUELA DE INGENIERIA METALÚRGIA Y CIENCIA DE LOS MATERI

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PRIMER INFORME LABORATORIO HIDROMETALURGSOLUBILIDAD DE SALES METÁLICAS INORGÁNICAS

YENNI NAYID SANTAMARÍA BARAJAS

EDUARDO SANTOS

PROFESOR: JHON FREDDY PALACIOS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE MATERIALE

BUCARAMANGA, SANTANDER

27 MAYO 2015


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ÍNDICE.

INTRODUCCION 3

1. OBJETIVOS 42. EQUIPOS MATERIALES Y REACTIVOS 53. PROCEDIMIENTO 64. DATOS

4,11. SISTEMA EN SOLUCIÓN ACUOSA 74,12. SISTEMA EN SOLUCIÓN AMONIACAL 74,13. SISTEMA EN ÁCIDO SULFÚRICO 84,14. SISTEMA EN SULFURO DE NÍQUEL 8

5. ANALISIS5,1. GRÁFICAS RESPECTIVAS

5,11.SOLUBILIDAD DEL AGUA VERSUS TEMPERATURA 95,12.SOLUBILIDAD EN AMONIACO VERSUS pH 105,13.SOLUBILIDAD EN ÁCIDO SULFÚRICO VERSUS %V 115,14.SOLUBILIDAD EN SULFATO DE NÍQUEL VERSOS g/L 11

5,2. ANALISIS DE GRÁFICAS 125,3. ESPECIES IONICAS 145,4. DISCUSIÓN DE VIABILIDAD 155,5. CONSTANTES

5,51. PRODUCTO DE SOLUBILIDAD 155,52. CONSTANTES DE DISOCIACIÓN 16

5,6. SOLUCIONES BUFFER 16

6. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 187. BIBLIOGRAFÍA 19


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INTRODUCCIÓN.

En el primer ensayo que se realiza durante la ejecución de los fenómenos másrelevantes de la hidrometalurgia se lleva a cabo la aplicación de ese concepto

tan fundamental como lo es la solubilidad de sales inorgánicas en diferentesmedios. Para esto cabe resaltar el papel fundamental que juegan la naturaleza decada material en los diferentes estados, tanto para el disolvente como para elsoluto, la cantidad presente de estos, la temperatura, el pH y por consiguiente lapresión. En el disolvente generalmente se analiza el grado de polaridad de este, ypor otro lado si es el soluto se determina de igual modo su grado de afinidad.

Para la metalurgia extractiva es de gran importancia el conocimiento acerca dela solubilidad de compuestos, debido a que una buena información proporcionalos datos más útiles a la hora de analizar factores ambientales, económicos y

volumétricos, con el fin de optimizar las operaciones en la industria, y obtener unosexcelentes resultados.

En el caso particular se trabaja con sulfuro de cobre pentahidratado el cual es deun color vitriolo azul, ésta sal se suele emplear en mineralurgia como reactivoactivador en los métodos de concentración por flotación en los mineralessulfurados, otras importantes aplicaciones son en fabricación de tintas de imprenta,pinturas marinas y de pilas eléctricas, como germicida, fungicida, y conservante demadera. Por esto es importante conocer el solvente que cumpla a cabalidad conlas perspectivas esperadas, que serían de modo económico y de producciónelevada, garantizando al mismo tiempo una protección ambiental propicia.


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1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar la solubilidad del sulfato de cobre en cuatro medios acuosos,como lo son: en agua, en solución amoniacal, en solución de ácido sulfúrico,y en solución acuosa de sulfato de níquel, con el fin de seleccionar elsolvente más apropiado a la hora de lixiviar materiales que contengan elcobre en su composición.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar las diferentes comparaciones entre los cuatro medios acuososanalizados, verificando las distintas temperaturas y concentraciones tenidasen cuenta.

Corroborar los principales factores que afectan la solubilidad del sulfato decobre. Calculas los productos de solubilidad del sulfato de cobre y el sulfato deníquel tenidos en cuenta durante la experimentación.


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2. EQUIPOS MATERIALES Y REACTIVOS

Balanza Vitrina de extracción de gases

Baño termostático Vasos de precipitado

Agitadores magnéticos Vidrios reloj

Termómetro Sulfato de cobre

Sulfato de níquel Agua destilada

Ácido sulfúrico Hidróxido de amonio

Carbonato de amonio

pH metro Sulfuro de níquelAgitadormagnético


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3. PROCEDIMIENTO

SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE COBRE

Variar %vol a 25°C

Medios:

4) SOLUCIÓSULFATO DNÍQUEL

3) SOLUCIÓNDE ÁCIDOSULFÚRICO

2) SOLUCIONAMONIACAL

1) AGUA

25°C30°C50°C

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Variar g/L

Variar TemperaturaVariar pHs

Usa termostatospara mantener latemperaturadeseada

Preparar soluciones de (NH4)2CO3a partir de carbonato de amoniocon una cantidad de NH3 o HNO3para alcanzar los pHs deseados0,5M, USAR NaOH (ESTABILIZAR pH)

La pureza del reactivoes de: 98% densidad:1,84. Hacer cálculos

ara las soluciones

Calcular losgramos/solución sipureza sulfato deníquel: 99,9%

Tomar 25ml de soluciónMedir pH

Pesar 25g de CuSO4(Capsula de porcelana)

Poner lasolución en unagitador

Ir añadiendoCuSO4 hastaque se sature

Medir el pH finalde la soluciónsaturada

Medir elvolumen finalde la solución

Tomar el pesodel sulfato decobresobrante

Por diferencia de pesocalcular el peso desulfato de cobreconsumido

FIN


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4. DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS.

ENSAYOS EXPERIMENTALES

4.11 SISTEMA: EN AGUA

Base 25 ml de agua Peso del crisol: 77.10 g Sulfato de cobre: CuSO 4

Tabla#1 datos tomados en el medio acuoso

Temperatura pH inicial pH final

peso deCuSO4pentahdisuelto

VOLUMEFINAL

EXPERIENCIA #1 25°C 7,58 4,15 9,61g 25,8 m

EXPERIENCIA #2 30°C 7,58 3,58 12,28g 29,5 m

EXPERIENCIA #3 50°C 7,58 3,61 12,9g 29 ml

4.12 SISTEMA: EN SOLUCIÓN AMONIACAL

Solución base: 50 ml de agua con 7.50 g de carbonato de amonio. ( luego se dividióen dos para hacer con los dos PH)

Peso del crisol utilizado en solución con PH 9: 71.46 g

Peso del crisol utilizado en solución con PH 11: 76.3 g

Sulfato de cobre: CuSO4

Tabla#2 datos tomados en medio de carbonato de amonio

pH inicial pH finalPesoinicial Peso final

VOLUMENFINAL

Pesodiluido

EXPERIENCIA #1 9 8,0925g

22,73g 25,8 ml2,26g

EXPERIENCIA #2 11 9,8625g

20,73g 29,5 ml4,27g

4.13 SISTEMA: SOLUCIONES EN ACIDO SULFÚRICO (H2 SO4 )

Base 25 ml de agua Peso del crisol: 76.74 gr Sulfato de cobre: CuSO 4


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Tabla#3 datos tomados en medio de ácido sulfúrico

4.14 SISTEMA 4. EN SOLUCIÓN DE SULFATO DE NÍQUEL

Base 25 ml de agua Peso del crisol: 78,42 gr Sulfato de cobre: CuSO 4

Tabla#4 datos tomados en solución de sulfato de níquelconcentracióng/L

g NiSO4UTILIZADOS

pHinicial

pHfinal VFINAL

Peso CUSOConsumido

EXPERIENCIA#1 1 0,025 6,65 3,89 26 ml 9,41g

EXPERIENCIA#2 2 0,05 6,6 3,99 29 ml 10,69 g

EXPERIENCIA#3 5 0,1251 6,54 3,78 29 ml 11,35g

volumenml deH2SO4

pH(inicial)

pH(final)

Volumenml (inicial)

Volumen ml(final)

Sulfatodecobre(inicial)

Sudecob(fin

EXPERIENCIA#1 1% 0,26 2,3 2,16 25.260 28,8 25gr EXPERIENCIA#2 5% 1.230 1,67 1,9 26.230 29,9 25gr EXPERIENCIA#3 10% 2.600 1,44 1,77 27,6 29 25gr


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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 Realizar los respectivos cálculos y graficar:

5.11 SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE COBRE EN AGUA VS TEMPERATURA

CuSO4.5H2O ======= CuSO4

T1: 25°C 6,1442/0,0258 = 238,1472 g/L

T1: 30°C 7,8512/0,0295 = 266,1423 g/L

T1: 50°C 8,2476/0,0290= 284,4 g/L

Grafica #1. gramos sulfato de cobre disuelto en agua a diferentes temperaturas

SOLUBILIDAD CuSO4: 4

VOL. Final sln con agua (L)

Peso CuSO4=

gCuSO4.5H2O* 159,55gCUSO4

249.55 gCuSO4.5H2O

CÁLCULO DEL PESO DE CuSO4:


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5.12 SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE COBRE EN SOLUCION AMONIACAL VS EL P

CuSO4.5H2O ======= CuSO4

Ph1: 9 1,4449/0,0258 = 56,0 g/L

Ph2: 11 2,730/0,0295 =92,54g/L

Grafica #2. gramos sulfato de cobre disuelto en soL. amoniacal a diferentes pH

SOLUBILIDAD CuSO4: 4

VOL. Final promedio (L)

Para mayorcomprensión de losdatos tomamos lagráfica con el logaritmode la temperatura.


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5.13 SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE COBRE EN SOLUCION DE ÁCIDO SULFÚRICOCONCENTRACION DEL ÁCIDO

%v1: 1% 5,7861/0,0288 = 200,9 g/L

%v2: 5% 4,96136/0,0299 = 165,93 g/L

%v3: 10% 4,501/0,029 = 155,206 g/L

Grafica #3. gramos sulfato de cobre disuelto en soL. H2SO4a diferentes %V

5.14 SOLUBILIDAD DEL SULFATO DE COBRE EN SOLUCION DE SULFATO DE NÍQLA CONCENTRACIÓN DE LA SAL DE NÍQUEL

1g/L 6, 01629/0,026 = 231, 3957 g/L

2g/L 6, 83466/0,029 = 262, 8715 g/L

5g/L 7, 2566/ 0,029 = 250, 2276 g/L


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Grafica #4. Gramos sulfato de cobre disuelto en solución de sulfato de níquel adiferentes concentraciones

5.2 De acuerdo con los resultados obtenidos y la bibliografía específica consultadasobre el tema, realizar una discusión sobre las diferencias y similitudes obtenidasrespecto a la solubilidad del sulfato de cobre en las soluciones de los diferentessistemas experimentales

Cuando un soluto se disuelve, es porque la red cristalina se rompe,venciendo así las fuerzas de atracción que mantienen unidos a los iones. Asíque es necesario superar la energía de red, lo cual se consigue con la

hidratación (atracción de moléculas de agua con los iones). Ya que engeneral la energía de red es mayor que la energía de hidratación, esteproceso de disolución es exotérmico. Entonces, para disolver una sal hayque romper los enlaces iónicos venciendo así la energía reticular de la sal.Para ello se tiene en cuenta la entalpía de hidratación de los iones, y cuantomayor sea el (∆Hf) y menor la energía reticular, más soluble será la sal.

Un análisis respectivo de las gráficas obtenidas, nos muestra inicialmentepara el caso de la solubilidad del sulfato de cobre en el agua que a medidaque aumenta la temperatura también aumenta considerablemente la

máxima cantidad de CuSO4 que se puede disolver en un volumen de 25 mltomado inicialmente, esto se puede explicar desde el punto de vista de laenergía de red, debido a que al aumentar la temperatura aumenta eldesorden de los átomos es decir la entropía y por consiguiente la hidrataciónse ve favorecida. Estos datos concuerdan en gran medida con otrosanalizados con anterioridad tal como lo señala por ejemplo la revista demetalurgia csic en su artículo “una contribución al estudio de la solubilidad


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del CuSO4 en medio acuoso”. De este modo, se encuentra que la relaciónlineal del ensayo realizado es:

Para detallar la segunda parte de la práctica realizada es importanterecordar el sistema dos donde se variaba el pH en un medio de solución deamoniaco, se nota un aumento en la solubilidad a medida que el medio esmás básico. En este caso y con respecto a la teoría consultada los ácidosdébiles ionizaran y, por tanto, solubilizaran mejor en soluciones básicas,mientras que las bases débiles lo harán en soluciones acidas, en este caso,como tenemos un medio básico:

2Cu+2 + SO 4 2- + 2NH 3 + 2H 2 O Cu 2 SO 4 (OH) 2 + 2 NH 4 +

Cu 2 SO 4 (OH) 2 + 8NH 3 2Cu(NH 3 ) 4 2+ + SO 4 2- + 2 OH -

Por otro lado, observando el comportamiento de la solubilidad del sulfatode cobre en un medio de ácido sulfúrico tanto en un medio con sulfato deníquel y de acuerdo a la experimentación, podemos observar que estadisminuye a medida que las respectivas concentraciones aumentan.Aunque cabe resaltar que en el sulfato de níquel, se presentó un elevadoaumento inicial que luego desapareció. En este punto juega un papel muyimportante las leyes de Le´Chatier que indica que al haber mayor cantidadde ion sulfato disuelto el sistema tiende al equilibrio precipitando el sulfatode cobre.Si hacemos una comparación en lo que respecta a los distintos medios seobtiene la mayor solubilidad en el medio acuoso, arrojando un dato de 284,4g/L a una temperatura de 50°C, seguida por la solución de sulfato de níquelcon 2g/L concerniente a 262,87g/L, luego por el ácido sulfúrico al 1% con unvalor de 200,9g/L, finalizando con la solución amoniacal con un pH de 9respaldada por tan solo 92,54g/L.Es de gran importancia resaltar que independiente a cualquier factor quese analice, siempre se va a determinar un valor tope por encima del cual, lasolubilidad tenderá a cero, teniendo en cuenta que las soluciones se saturany no reciben más soluto.

[CU*+2] = 138,24logT + 52,135


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5.3 Investigar en cuales especies iónicas se puede disolver el cobre en las diferentessoluciones de los 4 sistemas experimentados

5.4 de acuerdo a los resultados y la bibliografía consultada, realizar la discusiónsobre cual o cuales sistemas de los utilizados en la práctica es más ventajoso ydesventajoso para la disolución de cobre, teniendo en cuenta

De acuerdo con los resultados analizados con anterioridad y verificando lainformación recopilada en la respectiva bibliografía se observa que aunque elagua a una temperatura de 50°C es la que obtiene la mayor solubilidad, sinembargo es una de las más costosas a la hora de lixiviar sulfuros de este tipo debidoa la gran cantidad de energía que se consume para alcanzar dicha temperatura.

Por otro lado si se comparan los valores a temperatura ambiente de la solubilidaden el agua y en el ácido sulfúrico y en la solución de sulfato de níquel la diferenciaentre la cantidad de gramos de CuSO4 que es capaz de disolver por litro desolución es mínima, de este modo y de forma monetaria vamos a tener otro factorpor el cual se puede fiar una empresa a la hora de producir cobre por estos medioshidrometalúrgicos.

H+ OH-

Cu++[HSO4]-

5.31 especies iónicas en agua

[HSO4]-

Cu++

5.33 especies iónicas en H2SO4

Ni++ Cu++

SO4-

Cu++ [ 3 ]+ [ 3 ]2+

[ 3]3 + [ 3]4 + [ 3]5 +

5.32 especies iónicas en amoniaco

5.34 especies iónicas en NiSO4


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A temperatura= 25°C CuSO4 Cu++ + SO4-[Cu++]*[SO4-] = Kps

S= 238, 14 gCuSO4/L * (1mol/159,55g CuSO4) = 1,4925MKps= s*s= 2, 22755

A temperatura= 25°C NiSO4 Ni++ + SO4- concentración=1g/L

[Ni++]*[SO4-] = Kps

S=1gNiSO4.5H2O/26*10*-3) *(158gNiSO4/248gNiSO4.5H2O)*(1mol/158g NiSO4) = 0.1551M

Kps= s*s= 0.024056

5.52 las constantes de disociación del ácido sulfúrico y del amoniaco

Las constantes de ionización son aquellas que permiten tener una idea de que tanionizable es la molécula en solución, en el caso de ácido sulfúrico se le consideraun ácido fuerte debido a que se disocian por completo, es decir, la totalidad delos iones H+ u OH- están en forma libre, y su concentración dependerá de laconcentración del ácido o de la base de donde provienen

%disociación= acido o base disociado*100Concentración inicial

Para el ácido sulfúrico teóricamente Kp=1.02x10*-2H2SO4 H+ + SO4-

Para el amoniaco teóricamente Kp= 5.70x10*-10

NH3 [NH 4+ ]


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5.6 mediante consulta bibliográfica indicar cual serían las posibles soluciones(buffer) para mantener los pHs de experimentación del sistema 2

Las soluciones buffer son sistemas que tienden a mantener constantes los pHs de lassoluciones así varíe la concentración de iones H+ U OH- al agregar ácidos o bases

Estas soluciones se preparan con un ácido débil o una sal del mismo ácido, o unabase débil y una sal de la misma base

Para el amoniaco la recomendada es la sal de amonioEl amoniaco es una base débil de fórmula química NH3, por otro lado la sal deamonio es NH4+ de este modo una base débil es aquella que acepta condificultad los H+ y sólo está protonada parcialmente. De acuerdo a la informaciónencontrada de la universidad del salvador dispuesta en pdf enri.ues.edu.sv/4562/1/Alfaro%20Dub%C3%B3n,%20Susana%20A%C3%ADda.PDFdonde se hizo un estudio de las soluciones buffer amoniaco-amonio para pH desde8,2 hasta 10,5 se logra descatar:

En esta tabla se muestra el comportamiento de la solución buffer con respecto altiempo que se les dió y las distintas temperaturas partiendo de un pH inicial de 10,5;de esta manera se puede observar que las variaciones no representan cantidadesrepresentativas, pero que sin embargo esta aumenta con el tiempo, cabe resaltarque las soluciones fueron sometidas añadiendo ácido sulfúrico.

http://ri.ues.edu.sv/4562/1/Alfaro%20Dub%C3%B3n,%20Susana%20A%C3%ADda.PDFhttp://ri.ues.edu.sv/4562/1/Alfaro%20Dub%C3%B3n,%20Susana%20A%C3%ADda.PDF


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