UNIVERSIDAD AUTóNOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA

ÁREA DE INGENIERíA QUíMICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERíA DE PROCESOS E HIDRÁULICA

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISEÑO 111

PROYECTO TERMINAL: PLANTA PARA LA RECUPERACIóN DE LOS METALES DEL GRUPO DEL PLATINO A PARTIR DE

CONVERTIDORES CATALíTlCOS DESGASTADOS.

ASES0 /&+f+ f . DRA. GRETCHE T. LAPI S LAVINE.

INTEGRANTES:

CALLEJAS FLORES RUBEN MARTíNEZ INTRIAGO JORGE

ORDOÑEZ BENITEZ GERARD0 M.A.

OBJETIVOS DEL PROYECTO.

1. Diseñar la planta de extracción y recuperación de los metales del grupo del platino contenidos en los convertidores catalíticos desgastados, considerando una parte de la generación de este desecho en el Distrito Federal.

2. Seleccionar las etapas para la recuperación de los metales y el tratamiento de desechos, así como diseñar y evaluar económicamente el equipo involucrado.

2

Desde la introducción de catalizadores para la destoxificación de los gases de las tuberías de escape del automotor, se ha incrementado el uso de los metales platino, paladio y rodio.

Cerca de 500,000 onzas troy de los metales del grupo del platino (MGP) son disponibles para reciclado cada año a partir de convertidores catalíticos de automóviles gastados solo en Norte América. Los MGP contenidos en catalizadores gastados pueden ser extraídos por hidrometalurgia, pirometalurgia o procesos de volatilización en fase gas. Se han examinado y comparado varios procesos investigados para la extracción de los MGP. Se evalúa y diseña una planta para la recuperación de los MGP a partir de los convertidores catalíticos, tomando una parte de éstos generados en el Distrito Federal.

La utilización de convertidores catalíticos para el control de emisiones de contaminantes en los escapes de los automóviles es una de las más nuevas aplicaciones de los catalizadores. Actualmente, en México y en los Estados Unidos de Norteamérica, la mayoría de los autos vienen equipados con un dispositivo catalítico que ha permitido disminuir a niveles bajos la concentración de los contaminantes más usuales producidos durante la combustión de la gasolina sin plomo

Los contaminantes provenientes de los escapes de los automóviles son el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (HC). La composición de los gases de escape depende de la relación aire / combustible = A / F que sea alimentada a la máquina. Básicamente, se requieren dos catalizadores diferentes para la destoxificación de los gases de emisión; uno para el control de (CO) y (HC), es decir, un catalizador de oxidación trabajando en condiciones de exceso de oxígeno; y otro para la remoción de (NOx) que será un catalizador de reducción trabajando en atmósfera rica en combustible.

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Esto dio origen al diseño de un convertidor catalítico Único, que contiene las (tres funciones catalíticas en un solo catalizador). Las tres reacciones que se llevan a cabo son:

Los más comunes de los catalizadores compuestos son: Pt - Rh y Pt - Pd - Rh. Existen varias formas físicas del convertidor catalítico que se encuentra localizado en el escape del automóvil. Sin embargo, entre las más usuales se incluyen los pellets (pequeñas bolitas) y los monolitos de cerámica que sirven como soporte de las partículas metálicas que funcionan como catalizador. .

La única restricción para el uso de este catalizador es que trabaja en una región de la relación aire/combustible muy estrecha y cercana a la relación estequiométrica A / F = 14.5. En la ciudad de México, por ejemplo, situada a una altitud de 2400 m, la atmósfera es pobre en oxígeno lo que hace crítico este problema. Modificaciones en la ingeniería automotriz son por tanto necesarias. Por otra, parte es absolutamente indispensable que la gasolina utilizada esté libre de plomo; ya que éste es un veneno para el catalizador, limitando la vida activo del mismo.

ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS:

En 1993, Kuo-Ying Amanda Wu y colaboradores'", recupero los metales mediante el proceso de lixiviado y compararon la recuperación de platino, paladio y rodio utilizando diferentes agentes lixiviantes y métodos de pretratamiento. Las soluciones lixiviantes usadas incluyeron ácido clorhídrico y ácido sulfúrico, con la adición

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continua o periódica de peróxido de hidrógeno. Los preparamientos empleados incluyen ácido sulfúrico, borohidruro de sodio y gas hidrógeno. Se obtuvo como resultado importante en este proceso una recuperación del 90% o más de rodio.

En este mismo año Mishra (2) presentó un artículo, en donde se exponen tres métodos de extracción los cuales son: procesos hidrometalúrgicos, procesos de volatilización en fase gas y procesos pirometalúrgicos. En la ruta hidrometalúrgico, el catalizador es lixiviado en una solución de ácido clorhídrico conteniendo uno o más oxidantes tales como, ácido nítrico, hipoclorito de sodio, ácido hipoclorico, cloro gas, perclorato de sodio, bromato de sodio y peróxido de hidrógeno. El platino, paladio y rodio son solubilizados en forma de cloruros.

La cementación de metales del grupo del platino a partir de soluciones de cloruros de los mismos puede llevarse a cabo por un número de metales reductores, los más comúnmente usados son: Al, Zn, Cu. Hoffman introdujo una combinación de AI con dioxido de telurio como un reductor general. La cementación y la precipitación se llevan a cabo con mayor eficiencia alrededor 7OoC de temperatura.

(3)

El proceso de volatilización en fase gas está basado en los principios de la clorinación selectiva de platino y paladio, para formar compuestos volátiles que serán condensados en una zona de enfriamiento. Muchas de las reacciones de volatilización se llevan a cabo en un intervalo de temperatura entre 250 y 600 OC. El proceso pirometalúrgico se basa en la fundición del convertidor catalítico y la posterior separación de los metales del fundido.

METALES DEL GRUPO DEL PLATINO (4)

Los seis MGP son Rutenio (Ru), Rodio (Rh), Paladio (Pd), Osmio (Os), lridio (Ir), Platino (Pt). Constituyen la segunda y tercera triada del grupo Vlll de la tabla periódica y pertenecen a las tierras raras. Los rangos de abundancia de estos en la superficie de la tierra están en ppm o, gramos / ton métrica: el Ru: 0.001 - 0.005; Rh: 0.001; Pd: 0.005 - 0.01; Os: 0.001 - 0.005; Ir: 0.001; Pt: 0.005 - 0.2. Todos los metales de este grupo son nobles.

Se conoció el platino por los indios precolombianos de Sudamérica, pero fue hasta mucho después que su identidad, como elemento separado, fue reconocida. Wollastón aisló por primera vez el paladio del platino en 1803. El mismo científico también aisló todo el Rodio. En 1844 Claus reportó el descubrimiento del Rutenio.

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Pocos metales de los MGP se dan como minerales, muchas fuentes son varias aleaciones de metales que se dan como primarios o se encuentran en depósitos.

Los minerales importantes son: Sperrilita Pt As2 con un contenido de Pt entre 52 y 57 %; Cooperita PtS con un 80 - 85 % de Pt; Braggita ( Pt, Pd, Ni ) S, con 58- 60 % de Pt, 18-20 % de Pd y 2-4 % de Ni; Miquinerita o Froodita PdBi2. El platino nativo puede contener de 70-90 % de Pt con pequeñas cantidades de otros MGP y fierro.

Los primeros granos de Pt se descubrieron en los montes Urales en Rusias 1820; y desde entonces es una de las principales fuentes del mundo. Los depósitos se encuentran en otras partes del mundo por ejemplo: Alaska, produce Pt crudo. El sperrilita fue descubierto en una mina de Cu - Ni en Sudbury Ontario, Canadá, en 1875, pero la cantidad de este metal era muy pequeña. Las grandes cantidades de mineral que se procesaron en estas minas, junto con el factor inherente de concentración en procesos electrolíticos de refinamiento, hizo que esta cantidad fuera apreciable.

Las minas no han podido ser trabajadas económicamente por su contenido de Pt debido a su poca demanda en comparación con el Cu - Ni. El país actualmente con mayor producción de estos metales es Sudáfrica, donde son trabajados independientemente del nivel del mercado de Cu - Ni. La recuperación de los MGP secundarios es la parte más importante del mercado total.

USOS PRINCIPALES DE LOS MGP.

Muchas de las aplicaciones de los MGP se derivan de su nobleza, por ejemplo; los efectos catalíticos y su resistencia a la corrosión y. Se limita su empleo por su escasez y su alto costo.

El Pt y Pd son los más abundantes y más utilizados, tanto puro ó en aleaciones. El Pt es usado por su resistencia a la corrosión y su habilidad de recubrir metales base. El acero con una capa de Pt, como recubrimiento, baja los costos de los materiales debido a que este ya no se corroe. Muchas reacciones químicas son llevadas a cabo con platino o reactores revestidos de platino, esto es indispensable en laboratorios para material y equipo, ánodos electrolíticos y otros.

La actividad catalítica de los MGP pronto se reconoció; el Pt y Pd son los más usados, pero otros tienen aplicaciones específicas y, frecuentemente, cuando son aleados con dos o más metales se tiene una mejor actividad, por ejemplo: la aleación Pt - Rh empleada en la oxidación de amonio a gases nitrosos con ácido

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nítrico como producto final. Los catalizadores son usados en muchas reacciones químicas que incluyen la producción de ácido cianhídrico, por la reacción entre el metano, amonio y aire, en la refinación de petróleo y en otras síntesis orgánicas. Sin embargo, el empleo mayor es en mecanismos catalíticos para llevar a cabo la total combustión de los gases emitidos en máquinas de combustión interna con el fin de satisfacer los requerimientos ambientales.

El Pt y Pd son utilizados en joyería, siendo su resistencia a la corrosión la razón practica. En el campo de la tecnología de alta temperatura, los MGP, ya sea solos o aleados, tienen muchos usos, tales como en termopares de Pt / Pt-Rh y Rh-Ir / Ir. Se utiliza el Pt en vidrio de alta calidad. En aplicaciones similares, son empleadas para la formación de cristales para láseres o aparatos ópticos análogos. Varias aleaciones son usadas para hileras empleadas en la producción de rayón por procesos viscosos.

El Rh se usa principalmente como aleación con Pt en un 10%. De los seis metales es el más utilizado en electroplatinado como un decorado final no corrosivo y por su reflectancia en espejos, linternas, etc.

Se presenta un resumen de los usos de platino, paladio y rodio en orden de consumo en la tabla I.

TABLA 1 USOS PRINCIPALES DE PLATINO, PALADIO Y RODIO

PLATINO

Catálisis de ácido acético Aleaciones dentales Medicina contra el Convertidores catalíticos Convertidores catalíticos Convertidores catalíticos

RODIO PALADIO

Crisoles Termopares Capacitores de multicapas

Equipo de laboratorio Revestimiento para temperaturas de Recubrimiento

elevadas Radiotecnia Catálisis de Forro de vidrio

crisoles

vinil acetato (transistores) Catálisis de cianuro de

eléctricos dental hidrógeno Resistencias y contactos Prótesis

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Catálisis de depósitos electrolíticos eléctricas isomerización

Revestimientos de Resistencias

Joyería Relojería y joyería Catálisis de ácido nítrico

Reforming catalítico Odontología Termopares

J. Mc. Ketta, 1979, Encvclopedia of chemical Processing and Design., Elsevier, 38, pp 406.

CONSUMIDORES PRINCIPALES.

A continuación se presenta una lista de las principales industrias consumidoras de los metales del grupo del platino:

TABLA II. PRINCIPALES CONSUMIDORES DE LOS MGP (‘l.

INDUSTRIAS RODIO (Kg.) PALADIO(Kg.) PLATINO (Kg.) Automotriz

190 1,925 2,425 Química 1,190 4,890 18,700

Eléctrica 3,895 17,355

21 o 180 41 8 Joyería y 180 180 1,130 Vidriera 270

Dental y médica 1 8,425 635

J. Mc. Ketta, 1979, Encvclopedia of chemical Processina and Desinn., Elsevier, 38, pp 405.

VOLUMEN ACTUAL Y POTENCIAL DEL MERCADO.

El volumen actual y potencial del mercado de interés para este estudio corresponde principalmente a la industria automotriz en el D.F., por lo cual solo

contemplamos la producción de vehículos que contienen convertidor catalítico, de los años 1990 a 1997.

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TABLA 111. PROYECCIóN DE VENTA DE AUTOMóVILES

I AUTOM~VILES AUTOM~VILES AÑO

S. Ostolaza, Articulo Mundo Automotriz de la Revista Economía Nacional (1992) pp 18-21

CAPACIDAD DE LA PLANTA:

Debido a que los autos de lujo por lo general tienen sus distribuidores de convertidores catalíticos, los cuales también se encargan del cambio y reciclaje de los mismos cuando se desgastan, no se incluyen en el análisis. En el presente caso se toma para el proceso de reciclaje solo un promedio de la producción de automóviles compactos a lo largo de los años 1990 a 1997, estimando que la capacidad de la planta será del 90% del total de los convertidores catalíticos de los autos compactos, esto representa un volumen de:

convertidores / año = (201,754)(0.9)

= 181,579 unidades / Año

= 84 ton / año

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PROCESOS EXISTENTES PARA LA OBTENCI~N DE LOS MGP.

A continuación se muestran 2 diferentes procesos para la recuperación de los MGP.

PROCESO HIDROMETALÚRGICO PARA LA RECUPERACIóN DE LOS MGP

iHUMEDEClMlENTO1 I H2SO4

ALUMINIO DIOXIDO DE I /TELURIO I

CEMENTACION 'M.G.P

I I

I

CI2 Pb I PbCI21 REMOCION

FUENTE: REFERENCIA (7).

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PROCESO PIROMETALÚRGICO PARA LA RECUPERACIóN DE LOS MGP

I CATALIZADOR I MEZCLADO I Limadura

I PREPA~ACIONK-

400-5OOOC ESCURlAS

''-1 CLARIFICADO^

I ATOMIZACION 1

M. G. P 32

c u c o 3

NaSQ i "Y

PREClPlTAClON (P¡,Pd,Rh)( FILTRADO CONCENTRADO CON Cu

FUENTE: REFERENCIA (7).

Los procesos existentes para la recuperación de los MGP, no satisfacen los objetivos planteados para este proyecto. En el proceso hidrometalúrgico se utiliza ácido sulfúrico lo cual provoca la disolución del soporte catalítico. Otro aspecto importante es que se lleva a cabo la extracción de plomo, la cual implica un aumento significativo en el consumo de energía. Por otro lado, el proceso pirometalúrgico se lleva acabo a temperaturas extremadamente altas. Estas temperaturas pueden exceder los 2000 OC, llevándose acabo la fundición del soporte con los metales. Debido a estos factores, se propone un proceso alternativo.

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DESCRIPCIóN DEL PROCESO:

LIXIVIACI~N:

En esta parte del proceso se hace una disolución oxidativa de los MGP del convertidor catalítico, tal como viene en el automóvil, utilizando peróxido de hidrógeno como oxidante y ácido clorhídrico y bromuro de sodio como agentes complejantes.

El procedimiento empleado en la lixiviación es el siguiente:

Se mezcla un volumen de solución para lixiviar un peso de soluto, el 10% de sólidos en un reactor con agitación.

Como la lixiviación se lleva a cabo en ebullición, se utiliza un condensador para reducir la evaporación de la solución.

Durante el tiempo de reacción se tomaron muestras con el fin de determinar la rapidez de la reacción.

Se analizaron las muestras utilizando espectrometria de adsorción atómica (ver apéndice Ill) y se determinaron la cantidad de metal lixiviado. También se analizan los residuos para determinar el porcentaje de metales extraídos.

Las principales reacciones que se llevan a cabo para la lixiviación de los MGP, a partir de los convertidores catalíticos son:

2 Hz02 + Pt + 6 HCI ---------> H2[Pt Cle] + 4 H20.

2 Hz02 + Pd+ 6 HCI ---------> H2[Pd CIS] + H2O.

312 H202+ 6 NaBr + Rh+ 6 HCI --------- > H3[Rh Br6] + 6 NaCl + 3 H20.

SEPARACIÓN SÓLIDO/LíQUIDO:

Se efectúa una separación física de sólido y líquidos provenientes de la lixiviación, el soporte del convertidor catalítico. Es removido del proceso, dejando únicamente la solución lixiviante.

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Se precipitan los metales platino, paladio y rodio por medio de una cementación la cual es una precipitación redox con aluminio en polvo. A continuación se proponen las siguientes reacciones para la cementación (precipitación) de los MGP:

3 H2[Pt CIS] + 4 Al ----------> 3 Pt + 4 Av3 + 6 HCI + 12 CI- ............. ( IV)

3 H2[Pd c16] + 4 AI ---------- > 3 Pd + 4 Av3 + 6 HCI + 12 CI- ........... (V)

FILTRADO.

Se filtran en esta parte el sólido obtenido como producto de la cementación, el cual contiene los metales más el aluminio sin reaccionar.

TRATAMIENTO:

En esta parte se tratan las aguas residuales del proceso con una solución 1 M de hidróxido de sodio para neutralizarlas.

Aquí se evapora el agua contenida en la solución neutralizada y se recircula al reactor de lixiviación, por una parte para ahorrar agua en el proceso y por otra para calentar los reactivos que entran al reactor.

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PROCESO PROPUESTO: PLANTA PARA LA RECUPERACIóN DE LOS METALES DEL GRUPO DEL PLATINO A PARTIR DE LOS CONVERTIDORES CATALiTlCOS

DESGASTADOS I

AlRE

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Comentario : Este proceso se seleccionó debido a que uno de los objetivos fijados es no disolver el soporte del catalizador (alúmina), si es posible. Por esta razón no se utiliza el ácido sulfúrico. Esto ayuda también a la optimización del uso de los reactivos, así como el costo del proceso.

Otra razón importante es que debido a que el proceso es de reciclaje, se trata de no crear desechos contaminantes, únicamente productos y subproductos reutilizables.

FASE EXPERIMENTAL

OBJETIVOS DE LA EXPERIMENTACI~N.

1 .- Adquirir información sobre la cinética de lixiviación de los metales del grupo del platino por diferentes métodos, cambiando algunos parámetros de la solución tales como concentraciones, y proporción sólido-líquido.

2.- Determinar la eficiencia del proceso de cementación.

3.- Determinar el requerimiento de insumos para la neutralización de las aguas residuales del proceso.

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PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

PREPARACIóN DE LAS DIGESTIONES PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE MGP EN LOS SóLIDOS DE LlXlVlAClÓN

Se preparó una solución de Agua Regía, adicionando 1 parte de HNO3 y 3 partes de HCI, para efectuar las digestiones de la muestra de convertidor catalítico desgastado.

Digestión 1. 200 ml de Agua Regia 2 gr. de convertidor catalítico desgastado

Digestión 2. 150 ml. de Agua Regia 50 ml. de H2SO4 concentrado 2 gr. de convertidor catalítico desgastado

Digestión 3. 200 ml. de Agua Regia 0.1 gr. de NaBr 2 gr. de convertidor catalítico desgastado

Las anteriores soluciones se ponen a temperatura de ebullición y agitación constante durante aproximadamente 2 hrs., excepto la digestión 2 que se efectúo durante aproximadamente 7 hrs.

La mezcla resultante de la digestión se disuelve en agua desionizada y se aforan a 100 ml.

LIXIVIACIÓN DEL CONVERTIDOR CATALiTlCO DESGASTADO

A continuación se describe el procedimiento, para la lixiviación del convertidor catalítico desgastado:

Se colocaron en un reactor tipo lote con agitación constante:

500 ml. de una solución I M de HCI 1 ml. de Hz02 0.10 gr. NaBr 50 gr. de convertidor catalítico desgastado.

Las lixiviaciones se llevaron a cabo durante 6 hrs. para la primera lixiviación y 8 hrs. para las dos restantes lixiviaciones, a temperatura de ebullición, tomando una muestra de 1 ml. cada hora.

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Las muestras de 1 ml. se disuelven en agua desionizada aforando a 100 ml. Para estas muestras se analizan en el espectrómetro de adsorción atómica, los siguientes elementos químicos Pt, Pd,Rh,Pb y AI.

DIGESTIóN DE LOS RESIDUOS

El procedimiento experimental para el análisis de los residuos de las tres lixiviaciones para determinar el contenido no lixiviado de los metales Pt, Pd y Rh, fue el siguiente:

Se colocaron los residuos sólidos de las lixiviaciones en 500 ml. de agua regia y 0.1 gr. de NaBr se calentaron y se mantuvieron en ebullición durante 2 horas.

CEMENTACI~N

Para llevar acabo las pruebas de cementación se preparó una solución típica a partir de las soluciones patrón con el siguiente contenido:

100 ppm de Paladio 10 ppm de Platino 5 ppm de Rodio 100 ml. de HCI 1 M 0.1 gr. de NaBr 1 ml. de H202

Se llevaron distintas cementaciones adicionando 0.15 A12 ó 0.5 Al, con y sin la adición de 0.01 gr. de NaF.

Posteriormente se llevó acabo la cementación de las distintas lixiviaciones.

PRUEBAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

Para la neutralización de la solución lixiviante, después de remover los MGP se preparó una solución de 1 M NaOH. Se titularon 50 ml. de la solución lixiviante, con la solución 1 M de NaOH gastando para neutralizarse aproximadamente 50 ml. de solución de 1 M de NaOH.

RESULTADOS Y DISCUSIONES.

Para determinar el mejor medio de digestión se probaron 3 diferentes soluciones: 1. Agua regia . 2. Agua regia + H2SO4 3. Agua regia + NaBr

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ANALISIS DE LAS DIGESTIONES

ppm totales de convertidor = 20,000

DIGESTI~N (gr. All convertidor) (gr. Pff (gr. Pdl (gr. Pbl

1 o. 002

0.01 1 0.000043 0.0025 0.001 3 0.101 O. 00027 0.001 o o. O0009 2 0.010 0.00004 0.0015

convertidor) convertidor) convertidor)

Los resultados mostraron que para paladio, la mayor cantidad que reporta la solución se logra con agua regia y bromuro de sodio, mientras que para plomo, aluminio y platino la mezcla de agua regia y ácido sulfúrico resulta la mejor.

CANTIDADES DE METALES EN EL CONVERTIDOR CATALiTlCO

METAL AI Pb Rh Pt Pd 919 de 0.002 0.00 0.00027 0.0025 0.10

convertidor

ANALISIS DE LAS LlXlVlAClONES

Condiciones de experimentacih: 1 atm , Temperatura de ebullicih (89-90 "C)

Lixiviación I

Lixiviación II

Tiempo ( hr. ) PH YO extracci6n % extracci6n % extraccih Pt

0.0 0.0 80.0 27.02 4 0.0 0.0 78.0 23.15 3 0.0 0.0 63.0 19.30 2 0.0 0.0 48.0 11.57 1

Rh Pd

18

5

0.0 0.0 88.0 30.88 8 0.0 o. o 86.0 30.88 7 0.0 0.0 88.0 23.15 6 0.0 0.0 85.0 27.02

Lixiviación 111

I I

Se observa a partir de los resultados anteriores que la extracción de paladio se puede efectuar con una eficiencia del 91% aproximadamente después de ser lixiviado el convertidor durante 7 horas, la extracción de platino se hace con una eficiencia del 41.6% y como se puede ver la extracción de rodio fue nula en las tres lixiviaciones, por lo anterior se concluye que la lixiviación puede efectuarse durante 6 horas con buenos resultados.

PRUEBAS DE CEMENTACI~N

1 (hr.) 50 ml sol. la Lix + 0.5 Omo1 g- NaF y 0.5 g. AI 0.15 g. AI % 0.15 g. Al % Cementación

Cementación g. AI

Pd 75.8

0.0 0.0 0.0 0.0 Rh 93.0 64.0 63.0 83.0 Pt 94.0 10.0 68.4

% Cementación % Cementación

Se observa que la cementación resulta con muy buena eficiencia para la precipitación de platino y paladio, utilizando solo 0.15 gr. de aluminio, en 50 ml. de la solución patrón. Por otro lado la cementación resulta casi en un 100% efectiva utilizando 0.5 gr., de aluminio, esto para la solución de lixiviación empleada en el proceso. La cementación con fluoruro de sodio y aluminio se nota que es muy poco eficiente para la precipitación de los metales.

PRUEBAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Para llevar acabo el tratamiento de las aguas residuales se tomó una muestra de 50 ml. de solución lixiviante teniendo un pH de 1.97 a la cual se le agregó paulatinamente, una solución de 1M NaOH, hasta llevarla a un pH aproximado de 7.0.

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ANALISIS ECON~MICO

PROYECCI~N ECON~MICA DE LOS MGP: *

La estimación del valor del producto, a partir de 1996 y hasta el año 2000, se efectuó considerando una inflación en los EUA de 7%, suponiendo que esta es constante y la economía de dicho país se desarrolla en condiciones normales. Dado que el producto del proceso es una mezcla de los MGP más aluminio metálico se piensa vender a una planta que separa y purifica los metales a un 80 % de su valor como metal puro.

SUSTITUTOS Y SUCEDANEOS.

Debido a que se requiere recuperar únicamente los metales de MGP a partir de los convertidores desgastados, el Único sustituto seria los metales puros, pero la principal extracción de estos se debe al reciclaje, con lo cual hace del proceso aquí en desarrollo una de las fuentes principales de producción de los MGP.

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COSTOS DE EQUIPO DE PROCESO

COSTO

Gastos de fabricación

KGS POR AÑO $ USDIAÑO $ USDlKG

Directos I

21

Materias Primas 421.491 I I I I I

I I I Supervisibn y Mano de Obra de Oficina (1 5% de Mano de Obra de Operaci6n) I 10.386,OO 0,150 1.558

I I I Servicios 82

I

I ".""u("" U

Mantenimiento y Reparaciones 250.449,OO 0,060 15.027 (6% Capital Fijo) I

I

I I Suministros de Operacibn

(15% de Mano de Obra de Operacibn) 7.558 O, 150 10.386,OO Cargos de laboratorio

(1 5% Mantenimiento y Reparaciones) 2.254 0,150 15.026,94

I I I I

Total, ADME (Gto Manufactura Directo) 450.798 I I I

I I I

Total, ADME (Gto Manufactura Directo) I I I

I

Indirectos

I I I I I

Total, AME (Gto. Manufactura Indirecto) I 1 27.797

To%/, AME (Gasto Manufactura Total) (No se incluye la depreciacih)

477.989

(1 0% CaDital Fiiol I 25.045 o, 1 O 0 250.449,OO Total, ABD (Depreciación)

I I

Gastos Generales I

I I

Costos administrativos I (25% de Gtos Grles nomina y planta)

4.046 0,250 16.182,50

I I I I

Gastos de Distribución y Venta

(5% Gasto Manufactura Total ) 23.599 0,050 471.989,44 Investigacibn y Desarrollo

(1 0% Gasto Manufactura Total) 47.199 o, 1 O 0 471.989,44

I

ITotal, AGE (Gasto General Total) I I I 74.8441

I Total, A TE (Gasto Total Anual) I I I I

INGRESOS I I Total, AS (Ingresos por Ventas) 949.787

Platino 838.195 4.352 192.60 Paladio 11 1.586 11.200 9,96

. "

- - Total, ANP (Ganancia Anual Neta) 377.902

I I I Immestos Sobre Inaresos, AIT I k35% Ganancia Anual Neta) I I I I I

Total, ANNP (Ganancia Anual Neta I 245.631 Descontando Impuestos)

Tasa de Retorno Descontado Impuestos

( i ) = ((ANNP + ABD)/CTC)IOO 94%

I

23

II ESTADO DE RESULTADOS II 11 DEL O 1 DE ENERO AL 31 DE DICIEMBRE DE 1997 1) ll EN DOLARES U.S.A. I I

/OTROS LASTOS PRODULTOS 2% 23.599

24

ESTADO DE POSICION FINANCIERA AL 31 DE DICIEMBRE DE 1997

EN DOLARES U.S.A.

%

ACTIVO

CIRCULANTE A CORTO PLAZO

CAJA Y BANCOS 308.250 58% PROVEEDORES

$

PASIVO

%

37568 7%

TOTAL CIRCULANTE 308.250 58% TOTAL PASIVO 37.568 7%

FIJO

MAQUINARIA Y EQUIPO DEPRECIACION

CAPITAL CONTABLE 250.449 47%

25.045 5% SOCIAL UTILIDAD EN EL

250.449 47% 245.637 46% ~~

EJERCICIO TOTAL FIJO 225.404 42%

TOTAL CAPITAL 496.086 93% CONTABLE

SUMA ACTIVO 533.654 100% SUMA PASIVO Y 533.654 100% CAPITAL

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DISEÑO DEL EQUIPO DE PROCESO

BASES PARA EL DISEÑO DEL REACTOR

181,579 convertidores (0.461 5 Kg. / convertidor) = 83,799 Kg. / Año.

(83,799 Kg. / 300 días ) (1 día / 24 hr) = 11.64 Kg. / hr.

El proceso tarda 8 hrs. de las cuales 6 hrs. corresponden a la lixiviación de los convertidores catalíticos gastados y 2 hrs a carga y descarga de estos.

mreacc = ( I 1.64 Kg. / hr) (8 hrs) = 93.1 O Kg. / carga

Se calculo un volumen aproximado de 100 Kg. de convertidores por carga.

v total reacci6n = v lixiviante v convertidor

= 1,000 Its + (100 Kg.) (I It / 3.99 Kg.)

= 1,025 Its

Tomando un espacio vacío de un 30%, se tiene

V aprox. = 1,332.58 Its = I .332 m3

Para un cilindro h = (4 V) / (d2 x)

Diámetro óptimo para tanques D = 0.74 V

D = 0.814 m

h = 2.558 m

Para la lixiviación de los convertidores catalíticos se diseño un reactor (tanque Pachuca) utilizado ampliamente en las industrias metalúrgicas. Para esta operación unitaria se tuvo que diseñar una canastilla como soporte para sumergir los convertidores catalíticos dentro del reactor tal como se muestra en la figura.

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TANQUE PACHUCA

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero vidriado

DIÁMETRO ÓPTIMO 1.5 mts VOLUMEN 1.332 m3

ALTURA OPTIMA 0.75 mts ÁNGULO DE INCLINACIóN 60 O

PRESIóN DE TRABAJO 1 atm TEMPERATURA DE REACCIÓN 90 O c

I Gnía para levantar la canastilla I

Canastilla para sumergir los

Entrada de aire n

$ $ *e

11

Salida de sdlidos

Chaqueta de

Convertidores

catalíticos

-

\ calentamient

Estos tanques pueden construirse de madera, metal, concreto o acero vidriado, se lixivia el plomo con H202 y HCI

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La agitación se lleva acabo pasando aire a través de la suspensión: las burbujas de aire ascienden a través del tubo central y causan el flujo ascendente de líquido y del sólido suspendido en el tubo; en consecuencia, provocan la circulación vertical del contenido del tanque. Después de terminar la lixiviación, el burbujeo se detiene, el sólido se deja sedimentar en la canastilla y se remueva esta.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Debido a que en este proceso se requieren el almacenamiento de materias primas en fase liquida, se diseñaron varios tanques de almacenamiento que contienen HCI, H202, NaBr, Hz0 y NaOH.

Estos tanques se diseñaron para diferentes condiciones que requiere cada sustancia, evitando principalmente la resistencia a la corrosión, así como su costo más bajo de adquisición.

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TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARA ( HCI )

(Cilíndrico)

ESPECIFICACIONES

Material de construcción Volumen Diámetro óptimo Altura optima

Acero Vidriado 739.584 Its. 0.67 mts 2.102 mts

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TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARA (H202)

(CILíNDRICO)

ESPECIFICACIONES

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero inoxidable

DIÁMETRO ÓPTIMO 0.364 mts VOLUMEN 102.1 Its

ALTURA OPTIMA 1 .O85 mts

30

TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARA (HzO)

(CILíNDRICO)

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero inoxidable

DIÁMETRO ÓPTIMO 1.42 mts VOLUMEN 7.08 m3

ALTURA OPTIMA 4.440 mts

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TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARA (NaOH)

(CILíNDRICO)

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero inoxidable

DIÁMETRO ÓPTIMO 0.39 mts VOLUMEN 0.15 m3

ALTURA OPTIMA 1.24 mts

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TANQUE DE CEMENTACI~N

Este equipo se diseño para sedimentar la suspensión proveniente del reactor de lixiviación.

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero vidriado

DIÁMETRO ÓPTIMO 1.5 mts VOLUMEN 1.3035 m3

ALTURA OPTIMA 0.73 mts

Tapa -

33

TANQUE DE TRATAMIENTO DE AFLUENTES

Este tanque es requerido en el proceso, para el tratamiento del afluente de la purga que es del 1 % proviene de la cementación.

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero vidriado

DIÁMETRO ÓPTIMO 0.25 mts VOLUMEN 0.0128 m3

ALTURA OPTIMA 0.2620 mts

Y

S Salida

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EVAPORADOR

Este equipo se diseño porque es necesario para evaporar el agua proveniente del tratamiento de aguas, obteniendo por una parte vapor de agua, el cual se recircula al tanque de mezclado de reactivos y por otra parte se obtiene sólidos y cloruro de sodio que son subproductos del proceso.

COMPRESOR

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Este equipo auxiliar se diseño con la única finalidad de proporcionar aire para pasarlo hacia la suspención del reactor (tanque Pachuca) y llevarse acabo la agitación durante la lixiviación de los convertidores catalíticos.

TI PO Reciprocante de desplazamiento positivo carcazas de cigüeñal sencillo.

FLUJO DE AIRE 0.17 m3 / min. PRESIóN DE SUCCIÓN 1 atm PRESIóN DE SALIDA 2 atm POTENCIA 0.5 HP

Cilindro de alta presión

Cilindro de baja presión

El compresor reciprocante puede suministrar gas a presiones de 35000 lb / pI2 las características de estos equipos son las mismas que tienen las bombas reciprocantes. Un pistón, un cilindro con válvulas adecuadas de entrada y salida y un cigüeñal con un impulsor. Puede operar en una sola etapa o en multietapas usando por lo general cilindros de doble acción.

El gas que comprime entra y sale del cilindro a través de un conjunto de válvulas que actúan cuando la diferencia de presión entre el contenido del cilindro y las condiciones externas es la deseada. La operación del compresor se concibe idealmente como reversible y adiabática por lo que las eficiencias se reportan en relación con esta base. La eficiencia total de la mayor parte de los compresores reciprocantes es de 65-80 %.

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CALDERA

Este equipo se diseñó para suministrar calor, a los diferentes equipos como son: reactores de lixiviación y evaporador, con el fin de mantener a la temperatura optima que requiere cada equipo.

TI PO

SUPERFICIE DE CALEFACCI~N

PRESIÓN FLUJO DE VAPOR

TEMPERATURA DEL VAPOR COMBUSTIBLE LONGITUD ANCHO ALTURA

Doble hogar bajo volumen de agua

35 kg / m2 superficie de caldeo 16 m2 470 kg / hr 12 atm 190 O c Gas Natural 14.61 mts 3.25 mts 2.1 mts

La caldera se construye cuidadosamente empleando materiales de primera calidad y satisfaciendo, además a diversas exigencias prácticas que dan lugar a problemas cuya diversa resolución origina los varios tipos existentes, que es necesario agrupar según sus

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características más importantes los elementos más comunes en los tipos de calderas son: - Superficie de caldeo o de calefacción

- Intensidad de vaporización: - Resistencia a la transmisión entre los gases calientes y la pared de la caldera. - Resistencia a la conducción a través de la pared metálica; - Resistencia a la transmisión entre la pared y el agua.

- CÁMARA DE AGUA

La magnitud de la cámara de agua determina el volumen de este líquido que contiene la caldera y tiene como limite inferior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua durante la marcha.

- CÁMARA DE ALIMENTACIóN

Es aquella parte de la capacidad de la caldera que durante el funcionamiento se encuentra ocupada alternativamente por vapor y por agua.

- CÁMARA DE VAPOR

En ella el vapor debe de separarse del agua que lleve en suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente la distancia del nivel del agua y la válvula de toma de vapor.

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FILTRO PRENSA

Se diseñó el equipo de filtración para los MGP proveniente de la cementación, tomando como factores relacionados con el proceso: el ciclo continuo, la finura de la separación, los materiales adecuados de construcción y el costo.

TI PO Placas y marcos MATERIAL DE FILTROS Polipropileno (85% de

DIMENSIONES DE LAS PLACAS 20 cm x 20 cm

polipropileno)

PRESIÓN DE OPERACI~N 101.325 Pa ESPESOR DE LOS MARCOS 3.0 cm

L" Tela de filtración

Estos filtros son un montaje alternado de placas cubiertas en ambos lados con un medio filtrante que, por lo general, es tela, y marcos huecos proporcionando el espacio necesario para la acumulación de la torta durante la filtración. En los marcos existen agujeros para la alimentación y el lavado, en tanto que las placas tienen agujeros para el drenado del filtrado. Durante la filtración los marcos y placas están colgados en un par de barras de apoyo horizontales formando un cierre a prueba de agua entre las dos placas terminales también la prensa se

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puede cerrar manualmente, en forma hidráulica o por medio de un motor. Existen varias disposiciones para la alimentación y la descarga del filtrado, diferentes elementos de la prensa desembocan en un múltiple a través de algunos de los agujeros que están en las cuatro esquinas de cada uno de los marcos y placas para formar canales longitudinales continuos desde la placa terminal estacionaria hasta el otro extremo del filtro prensa. En forma opcional, el filtrado se puede drenar de cada placa por medio de una válvula y un grifo para descarga abierta o un tubo para descarga cerrada. La alimentación por la parte superior y la descarga por el fondo de las cámaras proporcionan recuperación máxima del filtrado y el secado máximo de la torta.

En la mayor parte de los precipitados, la alimentación por la parte interior y la descarga de filtrado por la superior permiten un rápido desplazamiento del aire produciendo una torta más uniforme.

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TANQUE DE COMPENSACIóN Y TANQUE DE MEZCLADO DE REACTIVOS

El tanque de mezclado se diseñó, para el mezclado de las materias primas antes del suministro de éstas hacia el reactor de lixiviación, considerando la resistencia a la corrosión, así su costo más bajo de adquisición y el volumen adecuado.

MATERIAL DE CONSTRUCCI~N Acero vidriado

DIÁMETRO ÓPTIMO 1.5 mts VOLUMEN 1.332 m3

ALTURA OPTIMA 0.75 mts ÁNGULO DE INCLINACIóN 60 O

PRESIóN DE TRABAJO 1 atm TEMPERATURA DE REACCIÓN 90 O c

Entrada

Salida

Í h

Drenado

I

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APÉNDICE I

PROPIEDADES FíSICAS Y QUíMICAS DE LOS MGP.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MGP

Muchos óxidos, hidróxidos, sales y mezclas de sales reaccionan con los MGP; peróxidos fusionados, hidróxidos y nitratos del grupo IA, óxidos del grupo II A, mezclas de hidróxidos y carburatos o nitratos del grupo IA, álcalis y ciánidos fusionados atacan los metales. Fósforo, arsénico, silicio, azufre, selenio, telurio y carbono, atacan los metales al rojo vivo.

PROPIEDADES FíSICAS DE LOS MGP.

En la tabla se presenta un resumen de las principales propiedades físicas de los MGP.

PROPIEDADES FíSICAS DE LOS MGP

Fuerza de tensión I 77 I 16.8 I 14 Kg/mm2 I I

Elongaci6n % 30 I 24 - 30 25 - 40 Peso molecular (g/mol) 1 102.91 106.7 195.23 ccc: cara central cúbica.

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PROPIEDADES QUíMICAS DE LOS METALES.

PLATINO (Pt)

Es el más abundante y el más estudiado de los MGP. Sus principales valencias son 2 y 4. En forma compacta es inerte a todos los ácidos minerales excepto agua regia. Los halídos hidratados, carbonatos y sulfatos casi no tienen efecto. El ácido sulfúrico concentrado caliente, los cianuros fundidos, los álcalis y los sulfuros fundidos atacan al metal finamente dividido. El cloro a temperaturas elevadas reacciona vigorosamente con platino. En agua regia o ácido clorhídrico conteniendo cloratos o peróxidos (H202) el metal se disuelve, dando una solución de ácido hexacloroplatíno (IV), HZ (PtCkj), muchas veces llamado ácido cloroplatínico o cloruroplátinico. El hidróxido de platino (11) se forma por adición de KOH a una solución de cloruro de platino (11). El polvo negro es inestable y fácilmente oxidado por aire; en álcalis calientes o HCI es desplazado a platino (VI)

Cuando una solución de H2(PtCl6) es hervida por un largo tiempo con NaOH, todos los iones (CI-) son reemplazados por Na+, dando un hexahidroxiplatinato (IV) de sodio, Na2Pt (OH)6; este es soluble en soluciones alcalinas pero en la adición de CH3COOH precipita como ácido hexahidroxiplatínico (IV), H2Pt (OH)6. Cuando este es disuelto en ácido, los OH- son reemplazados por los aniones del ácido empleado. Cuando el platino es calentado a 500 O C en presencia de cloro, un cloruro de platino (11) insoluble verde-amarillo es formado, este es soluble en HCI formando ácido tetracloroplatínico (11). Muchas de estas sales son solubles en agua. Algunas de esas sales pueden hacerse por reducción de una solución caliente del correspondiente hexacloroplatinato(1V) con ácido oxálico o S 0 2 .

La insolubilidad de las sales de potasio se utiliza para la determinación del platino. El platino forma un tetrafloruro no volátil, un pentafloruro y hexafloruro volátil. Cuando el azufre y el platino en esponja son quemados, algunos sulfuros de platino (11) son formados; esto ocurre en la naturaleza como el material cooperita. El sulfur0 de platino (IV) puede hacerse calentando el hexacloroplatinato (IV) de amonio o platino con azufre a 650 OC. Cuando el precipitado de H2S forma ácido cloroplatínico, el compuesto tiene la fórmula de PtS2H2S.

PALADIO (Pd)

En algunos aspectos el paladio es similar al níquel y la plata y algunas veces al platino. Este es el metal menos refractario de los MGP, se disuelve rápidamente

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en agua regia y lentamente en ácido clorhídrico. Cuando es dividido finamente se disuelve en todos los ácidos fuertes. En aire al rojo vivo, el PdO se forma con cloruro y fluoruro a partir de diálidos. El sulfuro de hidrógeno no tiene efecto.

El cloruro de paladio (11) se forma cuando una solución del metal en HCI es evaporada. Cuando se adiciona una solución de yoduro de potasio se precipita el diyoduro insoluble. El cual es soluble en un exceso de yodo con la formación de un complejo de tetrayodo. El paladio bivalente forma algunos complejos con numero de coordinación (IV). Cuando una solución de cloruro de paladio (11) es oxidada con clorito o clorato, el paladio cuatrivalente se forma con un número de coordinación (VI). La adición de cloruro de amonio da un complejo precipitado de hexacloropaladato (VI).

La adición de sulfuro de hidrógeno a una solución de sal de paladio (11) forma sulfuro de paladio (11) como un precipitado café.

Muchos complejos de paladio son de importancia analítica en los procesos de refinamiento. Como el níquel, este forma una cantidad de compuestos insolubles con dimetilglioxima, el ion paladio (11) tiene de gran afinidad para los ligandos que contienen nitrógeno.

RODIO (Rh).

El rodio compacto es prácticamente insoluble en todos los ácidos a 100 O C

incluyendo agua regia. Cuando se divide finamente se disuelve lentamente en ácido sulfúrico concentrado caliente y cuando se alea con 90% o más de Pt se disuelve con agua regia. Este es atacado por bisulfatos fundidos, su solubilidad en plomo fundido es la base del método clásico de separación de rodio e iridio. El Rh tiene valencias 2, 3, 4 y 6, pero 3 es el más estable. AI calentarlo en aire forma una película de oxido; Rh203 puede ser preparado por calentamiento del metal finalmente dividido o su nitrato en aire . El hidróxido de Rh (Ill) es amarillo y precipita por la adición de una cantidad estequiométrica de hidróxido de potasio de una solución de cloruro de rodio (111). Es soluble en exceso de álcali y en ácidos. Cuando se precipita ligeramente Rh (OH)3 , se disuelve en HCI con un pH controlado. La solución formada primero contiene un complejo catiónico Hz0 - CI. Cuando la solución es hervida con exceso de HCI se forma el ancón hexaclorodato (I I I).

Cuando se calienta el Rh en NaCl fundido y tratado con cloruro el compuesto Na3RhCle es formado. Cuando el metal se trata simplemente con cloruro se forma el Rh CIS.

El sulfato de rodio (Ill) como el cloruro y otras sales, existe por lo menos de dos formas. Si el hidróxido de Rh (111) se disuelve en H2S04 frío el producto es iónica

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amarilla. Si la solución se evapora con HCI caliente, el producto que se forma es una red no iónica.

El Rh y el floruro a 500 o 600 C reaccionan formando RhF3 que es casi insoluble en agua o en HCI concentrado, HNOS, H2S02 o HF, o NaOH.

Cuando la solución de RhC13 se trata con NaN03 se forma una solución muy soluble de hexanitro rodato de sodio (Ill), Na3Rh (NO& Esta sal es soluble en solución alcalina y se usa para refinamiento, porque sus metales básicos son precipitados como hidróxidos bajo esas condiciones.

Las sales de potasio y amonio correspondientes son relativamente insolubles. El hidrosulfuro negro Rh (SH)2, se forma cuando el sulfito de hidrógeno se pasa a una solución de una sal de Rh trivalente a 100 'C. El precipitado es insoluble en sulfito de amonio. El Rh forma muchos complejos con amonio aminas, cianuros, cloruros, bromuros y muchos agentes quelantes polinitrógeno y polioxígeno.

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APÉNDICE II

PROPIEDADES FíSICAS Y QUíMICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS.

Ácido clorhídrico (HCI)

FíSICAS.- El ácido clorhídrico es un gas incoloro, de olor picante, un poco más denso que el aire, bastante fácil de licuar y muy soluble en el agua. Las soluciones forman una mezcla azeotrópica, es decir, de líquidos que hierven a una temperatura fija, conservando una composición constante, y las que están suficientemente concentradas desprenden cloruro de hidrógeno en forma de humo, por lo que se llama a esta solución saturada de ácido clorhídrico fumante. Puede presentar un color amarillo debido a trazas de hierro, una solución concentrada contiene aprox. 38% de HCI. Peso molecular 36.5 g/mol. Una solución de 83 ml. de HCI concentrado en 1 It. de agua tiene una concentración aprox. 1 .O N. El pH de una solución 1 .O N es 0.10. El índice de refracción para una sol. 1.0 N es de 1.3468, d (sol. 39%)= 1.20 g/ml., punto de fusión (sol. 39%) = - 25.4 OC, punto de ebullición (30%)= 108.58 'C.

QUíMICAS.- Es un compuesto cuyas reacciones son exotérmicas, es estable, fuerte y sólo se disocia a temperaturas muy elevadas. Se descompone con los metales, el flúor y el oxígeno. La reacción con este último únicamente se verifica al rojo y se establece el equilibrio.

Reacciona con los metales, excepto el oro y el platino. El silicio y el boro se fijan el cloro y liberan el hidrógeno. Forma ésteres al combinarse con los alcoholes.

TOXICIDAD.- I) Contacto externo: soluciones concentradas causan severas quemaduras, daño visual permanente, dermatitis y fotosensitización si el ácido es de uso industrial. II ) Inhalación: puede causar tos, inflamación y ulceración del tracto respiratorio. 111). Ingestión: causa corrosión de las membranas mucosas, esófago, estómago, también causa disfagia, nauseas, vómito, ardor intenso, diarrea, colapso circulatorio y la muerte.

USOS.- Producción de cloruros, refinamiento de minerales metálicos, producción de latón y tantalio, neutralización de bases, extracción de metales y pulido.

Bromuro de sodio (NaBr).

FíSICAS.- Peso molecular 102.91 g/mol, Br 77.65%, Na 22.35%. Producido comercialmente por adición de un exceso de bromo a hidróxido de sodio en solución, formando una mezcla de bromuro y bromato. Los productos de la reacción son evaporados y secados, para luego ser tratados con carbono para reducir el bromato a bromuro. Cristales blancos, gránulos o polvo salinos. absorbe humedad del aire, pero no es delicuescente, d=3.21 g/ml., punto de

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fusión 55 OC , volatiliza a altas temperaturas, 1 gr. se disuelve en 1.4 ml. de agua, 10 ml. de alcohol, 6 ml. de metanol. La solución acuosa es prácticamente neutra, pH = 6.5-8.0.

En agua a temperatura ambiente el NaBr cristaliza con 2 moléculas de H20 en forma de cristales incoloros. Se usa en fotografía.

Aluminio (AI).

El aluminio es el tercer elemento más abundante de la corteza terrestre y el metal más difundido. Se encuentra en estado natural combinado con oxígeno y con silicio para formar el feldespato, la mica y caolín.

FíSICAS : Metal de color plateado, hierve a 2270 O C y funde a 659.8 O C número atómico es 13 y peso molecular es de 26.98 g / mol, Valencia ( + / - ) 3. Después del magnesio, el más ligero de los metales más comunes. En aleación con otros metales se vuelve muy tenaz. Entre los 100 y 150 O C puede ser laminado y forjado. La conductividad del aluminio viene a ser los 2/3 de la del cobre, o sea es buen conductor de calor.

QUíMICAS: El aluminio en el aire se oxida con facilidad formando una fina capa impermeable de óxido, capa que protege al AI, dándole estabilidad. No reacciona con la mayoría de los compuestos orgánicos, pero si lo atacan los ácidos inorgánicos y los hidróxidos.

TOXICIDAD: El polvo de aluminio puede causar aluminosis o pneumoconiosis alumínica.

Peróxido de hidrógeno (H202).

FíSICAS: Peso molecular 34.02 g./mol. H 5.94%, O 94.06%. Preparado por tratamiento de peróxido de bario con ácido. Incoloro, líquido inestable, sabor amargo, destilable al alto vacío, las impurezas causan violentas explosiones al ser destilado. d= 1.438 g/ml., punto de fusión = -0.43OCI punto de ebullición = 152OC, miscible con agua, soluble en éter, insoluble en éter petróleo. Se vende como una solución 3-90% p/p.

QUíMICAS: Soluciones en agua deterioradas son estabilizadas por la adición de acetanilida o solventes orgánicos. Los metales u otras sustancias aceleran su descomposición. Se descompone en soluciones orgánicas. Rápidamente reacciona con álcalis y metales finamente divididos. La presencia de un ácido mineral le da más estabilidad.

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TOXICIDAD: Cáustico para la piel, causa quemaduras de piel y membranas mucosas.

USOS: La solución al 90% es usada en propulsión de cohetes, es también altamente oxidante.

Hidróxido de sodio (NaOH).

FíSICAS: Peso molecular 40.01 g/mol, H 2.52% , Na 57.48%, O 40.0%. Se produce por reacción de hidróxido de calcio con carbonato de sodio o por cloruro de sodio en electrólisis, a partir de sodio metálico y vapor de agua a baja temperatura.

Sólidos fundidos o fusionados con cristales fracturados, absorbe rápidamente bióxido de carbono y agua del aire, en presencia de humedad solidifica como hojuelas o pellets. El grado usual contiene 97-98% de NaOH. punto de fusión = 318 OC, d=2.13 g/ml, 1 gr. se disuelve en 0.9 ml. de agua, 0.3 ml. de agua caliente, 7.2 ml. de alcohol absoluto, 4.2 ml. de metanol, también en glicerol. Genera considerables cantidades de calor mientras se disuelve o cuando la solución es mezclada con un ácido., pH ( sol. 0.05%) = 12.

TOXICIDAD: Corrosivo para los tejidos de la piel y mucosas. Por ingestión causa vómito, prostración, colapso. La inhalación del polvo causa daños en el tracto respiratorio.

USOS: La solución de NaOH se usa para neutralizar ácidos y hacer soluciones salinas.

48

APÉNDICE 111

TÉCNICAS ANALíTICAS EMPLEADAS

ESPECTROMETRIA DE ABSORCI~N AT~MICA.

La técnica de análisis por absorción atómica que se utilizó para el análisis de los metales en el proceso se fundamenta en tres principios básicos (9):

1) Todos los átomos pueden absorber luz. 2) La longitud de onda absorbida por un elemento químico en particular es

3) La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de átomos absorbidos en determinados rangos.

específica y conocida para cada uno.

La relación entre la luz absorbida y la concentración del compuesto analizado esta definida por la ley de Beer-Lambert:

lo = It exp(abc)

donde :

lo, It

b a

C la radiación incidente y transmitida, respectivamente. la concentración de los átomos que se absorben. constante de la absorción. coeficiente de absorción (absorbancia).

El espectrómetro empleado para el análisis del contenido de metales en el convertidor catalítico es el Varían SpectrAA 20, cuyo funcionamiento se basa en la ley arriba mencionada. La determinación de la absorbancia y la constante se lleva acabo mediante el empleo de estándares, los cuales son soluciones de concentración conocida. Los estándares se eligen de tal forma que las composiciones buscadas estén contenidas dentro del intervalo contenido por ellos, ya que el factor exponencial produce un error muy grande en la lectura de una concentración fuera de este rango. El procedimiento desarrollado es el siguiente:

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La muestra sólida se digiere con agua regia y se afora hasta obtener una solución homogénea y libre de sólidos suspendidos que podría modificar la lectura. Esta muestra recibe el nombre de solución problema.

El solvente empleado, en este caso agua desionizada, en la dilución anterior se le considera como el "blanco" y este mismo se emplea para preparar las soluciones estándar que se usa en la calibración, como diluyente.

Los estándares y el blanco son atomizados en el espectrómetro para poder medir la respuesta de ellas. Con las respuestas se obtiene un gráfico (absorción vs. concentración) de los estándares, que se utiliza para interpolar la respuesta (absorción) de la muestra problema. La solución problema se atomiza y se lee la respuesta que, referida a la gráfica anterior, dará a conocer la concentración en ella.

ANALIZADOR DE PLASMA 400

El Plasma 400 es un espectrómetro de emisión, que incorpora varios de los rasgos más importantes por emisión atómica ICP (plasma inductivo acoplado). Este equipo utiliza para el análisis de trazas de metales en una solución técnicas basadas en la espectrometría atómica, las cuales involucran radiación electromagnética (luz), que es absorbida y/o emitida por átomos en una muestra.

En general , la información cuantitativa de la cantidad de metales presentes en la muestra (concentración), es relacionada con la cantidad de radiación electromagnética que es emitida o absorbida. Por otro lado, la información cualitativa esta relacionada con la longitud de onda en la cual la radiación es absorbida o emitida.

El equipo utilizado es el espectrometro de emisión Plasma 400 , en la cual la muestra es sometida a temperaturas elevadas causando no solo la disociación de los átomos, sino también una cantidad enorme de colisiones y (ionización) entre los mismos.

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