universidad autonoha metropolitana
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UNIVERSIDAD AUTONOHA METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
C B I
CARACTERIZACION DE CAOLINES Y DISmO DE UN SECADOR ROTATORIO CONTINUO
A S ~ S D R DE PROYECTO: Ing...URiEL ARECHIGA. REALIZADO POR:
I N D I C E
I.
11.
111.
IV.
V.
VI.
GENERALIDADES
PARTE EXPERIMENTAL
CINETICA DE REACCION DE PERDIDA DE AGUA
3.1 Cinética Quhica
3 .2 &todo integral de anfiisis de datos
3 .3 Modelo experhntal
3.4 Energía de activación
CARACTERIZACION DE WS CAOLINES
DESCRIPCION DEL PROGRESO
(XLCüLO Y SELECCION DE EQUIPO
6 .1 C6la.110 del secador
6 .2 Selección del resto del equipo
a3NCLUS IONES
PAG.
2
7
9
9
9
10
24
26
29
33
33
39
BI BL IOGRAFIA
i . ..... . .X -. . ---.-.- .
- .
It I N T R O I) U C C I O N "
Dentro de los abundantes recursos naturales de México se encuentran las
a r c i l l a s , pero debido a que las industrias procesadoras de este mineral son
de ba ja producción, e l país tiene necesidad de importarlas.
J
E l presente trabajo comprende un estudio de varios caolines caracterizados
por difractogramas de rayos X y por espectroscopia infrarroja . Además del
diseño de un secador rotatorio para calcinar caolín, para su empleo en l a ob-
tención de alúmina. Este equipo es de bajo costo y f á c i l diseño.
La planta deberá local izarse cerca de l a zona de minas, ya que siendo un
mineral con a l to contenido de humedad, e l costo de transporte a l a planta debe
ser reducido. La fac i l idad para contar con transporte y energía es muy impor
tante, e l lugar que asegura dichas condiciones es e l estado de HIDALGO, además
de que a l l í se encuentran grandes minas de caolín.
I-.-
_. .-
2
C A P I T U L O I
G E N E R A L I D A D E S
E l cao l ín es una a r c i l l a compuesta de cao l in i t a , d i c r i t a y nacr i ta , pero
e l compuesto p r inc ipa l es l a cao l in i t a de fórmula A12032Si022H20.
La mayor pa r t e de los caol ines son originados comunmente por super f i c i es
desgastadas con e l tiempo u originadas por aguas ca l i en tes (hidrotermales),
mediante l a a l t e rac i ón de feldespatos u ot ros alumino s i l i c a t o c . La c a o l i n i t a
se forma por desgaste en un ambiente oxidante ba j o condiciones ácidas y en un
ambiente reductor cuando se han remorido bases como e l c a l c i o , magnesio, los
á l c a l i s y f ierro (11). Es esenc ia l remover l a s bases en l a formación d e l cao l ín
La cao l in i ca c r i s t a l i z a en e l sistema t r i c l i n i c 0 como p lacas hexagonales,
s u estructura c r i s t a l i n a es ta compuesta por una p laca de coordinación tetra-
hédr ica de S i con O, y una placa de coordinacíón octahédrica de A l con O y OH.
Estructura de l a cao l in i ta . O, oxígeno; í3, (OH); a , s i l i c i o ; O , Aluminio.
TRANSFORMACIONES TERMICAS DE LA CAOLINITA.
E l cao l ín p i e rde agua alrededor de l o s 550 'C por una reacc ión d e l t i p o
H20 + O OH +'OH -------_--
y los só l i dos resu l tantes tienden a mostrar ba ja c r i s t a l in idad en l o s diagramas
de rayos X para polvos.
A temperaturas de 650 "C y menores l a deshidrox i lac ión no se l l e v a a cabo
totalmente quedando e l 10% de OH res iduales aun a tiempos l a r gos de calcinación.
A 7-m.C l a deshidrox i lac ión t o t a l se l l e v a a cabo en t r e 120 y 150 min. ocu-
r r i endo cambios en e l mecanismo de reacción. A la temperatura de 750 O C o supe-
3
r i o r e s l a deshídroxi lac ión se l l e v a a cabo totalmente en un tiempo de 50 min.
o menos, pero ocurren transformaciones estructurales que tienden a r e f r a c t a r i z a r
e l mater ia l y por l o tanto a i n s o l u b i l i z a r parcialmente l a alumina.
La pérdida por calc inación, representa e l por c i ento de pérdida de peso que
sufre e l cao l ín después de someterse a un calentamiento de 600 a 750 OC. La
sustancia que se pierde es agua, é s t a s e encuentra presente en l a caol ini ;a ,
l e cual contiene dos moléculas de e s t e compuesto.
Por medio de l a espectroscopia i n f r a r r o j a vemos como se modif ica l a estructur:
c r i s t a l i n a d e l cao l ín a l perder agua, o sea como disminuye e l p i c o de los O-H a l
ca lc inar e l cao l ín , hasta que desaparece e l pico.
E l aná l i s i s de rayos X nos ayuda a caracter i zar e l cao l ín ya que por los es-
tudios rea l i zados por Henris sabemos que l a c ao l i n i t a debe dar un p i c o a un es-
pacio de 4.18 y 4.13 );* como una indicac ión de c ao l i n i t a b i en c r i s t a l i z ada .
E l s i gu i en t e diagrama muestra un espectro electromagnético.
LONGITUD DE ONDA
4
ESPECTRO DE RAYOS X
La emisión de rayos X se produce cuando un átomo es bombardeado con partícu-
l a s de energía de kiloelectrón vo l ts , entonces e l electrón puede ser expulsado
de un núcleo de l orbital.
Cuando l a emisión se l leva a cabo sobre un compuesto que tiene una estructura
cr is ta l ina , esta estructura es dividida y una fase de l a celda unitaria esta s i -
tuada en e l plano dividido.
Entonces en l a difracción ocurre como s i e l plano dividido fuera activado co-
mo un espejo, fenómeno de reflexión de Bragg. Los rayos X de longitud de onda
son difractados como s i se re f le jaran a un ángulo 8 de e l plano dividido donde
O esta dada por l a ley de Bragg.
n = 2d Sen 8
donde d es l a distancia entre planos sucesivos.
Este espectro es explorado por l a rotación del c r i s ta l , e l detector existente
se mueve simultáneamente en un círculo, centrado en e l cr is ta l , a una velocidad
angular dos veces l a del c r i s ta l .
Un difractómetro de rayos X que mide l a intensidad de l a difracción de rayos
X a un ángulo dado, puede ser usado para investigar l a estructura del c r i s ta l .
ESPECTROS DE INFRARROJO ( I R )
La espectroscopia infrarroja (IR) se divide generalmente en tres regiones:
I R medio
I R cercano IR lejano
12000 4000 200 10 -1 -1 -1 -1 cm cm cm cm -
' - _ e
La región del infrarrojo lejano está relacionada con los movimientos de rota-
ción pura' ie l a s moléculas. Debido a l a s di f icultades para l a producción y de-
tección a frecuencia bajas, e l I R lejano se u t i l i z a raramente en espectroscopia
5
química.
E l índice de refracción, n, se define por l a ley de refracción de Snell.
n = sen 8 / Sen x
donde (4 es e l ángulo de incidencia sobre l a superficie de separación entre ex
vacío y e l medio y X es e l ángulo por e l cual son refractados los rayos en e l
medio.
La absorvencia, e , es e l factor en e l exponente de l a ley de Lambert-Bouguer,
que describe l a atenuación de l a radiación en e l medio absorbente en función
de l a distancia.
-0cX Ta = e
donde Ta es l a transmitancia.
Al incidir unrayo a través de una molécula dicha molécula puede exitarse
o su f r i r cambios de un electrón a un nive l de mayor energía, en e l caso de que
l a absorción de luz ultravioleta sea a l t a en energía. En e l caso de radiación
infrarroja no es a l ta
les más a ltos , solamente absorbe l a energía suficiente para aumentar l as ampli-
tudes de las vibraciones de - los átomos enlazados.
l a energía para promover cambios de electrones a nive-
La longitud de onda depende de esta amplitud de l as vibraciones por l o que
diferentes tipos de enlaces absorben radiación infrarroja a diferesntes longi-
tudes de onda.
Un enlace de una molécula puede experimentar diferentes tipos de oscilación
por l o que dicho enlace puede absorber energía a más de una longitud de onda.
Un enlace O-H absorbe energía en e l rango de 3,000 - 3,700 a n -1 una radiación
con esta longitud de onda, produce un aumento en l as vibraciones de alargamien-
to del enlace O-H.
Un espectro de infrarrojo de un compuesto es una representaci6n grá f ica de
l a longitud de onda o de frecuancia contra
c i a (A).
X de transmitancia (XT) o absorban-
- ..-
6
- 1
La absorción de radiación a una longitud de onda dada produce una disminu-
ción en e l X de transmitancia dando un pico o banda de absorción en dicha lon-
gitud. La porción del espectro donde X T es 100 o cerca de 100 se llama linea
base en e l espectro de infrarrojo.
'I.-
7
C A P I T U L O I 1
PARTE EXPERIMENTAL
2.1 Materiales
Se uti l izaron s iete muestras de caolines, proporcionados por e l Fideicomiso
de Minerales no Metálicos, clasificados como: caolín Kevit, caolín Zacatecas,
caolín Jalisco, caolín Hichoacán, caolín Puebla, caolín Huayacocotla ( l a lucerna)
y caolín Huayacocotla (dos mojoneras).
2.2 Desarrollo experimental
En se i s crisoles pequeños previamente lavados, secados (en una estufa) y pesados
en una balanza se colocó 1 gr. de muestra, lyego se secó durante una hora, se
volvió a pesar y después se metieron los seis crisoles en una charola a una mu-
f l a en e l momento en que esta controló a l a temperatura de operación.
E l experimento se rea l izó a varios tiempos se sacó e l c r i so l a un tiempo dado-
y se metio en un desecador para que se enfriara hasta l a temperatura ambiente
después se peso e l c r i so l en l a balanza para a s í obtener l a pérdida de peso, se
procedio de igual forma con los demás cr isoles a diferentes tiempos.
2.3 Espectros de Rayos X
E l difractograma de rayos X se l levó a' cabo en las s i e te muestras de caolines
mencionadas antes y s e identificaron con base en los resultados obtenidos
Henris.
por
Se formó una pas t i l l a con e l polvo y se colocó en una placa donde se hizo in-
c id i r e l rayo. La muestra va girando desde un ángulo de 0' hasta 90' sin que se
mueva e l rayo incidente. Se uso una potencia de 1,200 watts y un vo l ta je de 20
voltios.
Se obtuvieron los espectros de difracción de rayos X de l a s muestras de caolín
originaTw--y de l as muestras de caolín calcinadas a diferentes temperaturas y a
un tiempo d? una hora. --
8
2 . 4 Espectros de infrarrojo
I Este estudio se aplicó a todos los caolines calcinados y s in calcinar.
Se mezclaron 3 mg. de muestra y 0.1 gr. de KBr, esta mezcla se molió bien en
un mortero agata y luego en un pastil lador se hace l a past i l la .
E l aparato utilizado fue un espectrofotómetro de IR . NICOLET mud.
Se sacaron espectros a los caolines originales y a los caolines calcinados
hasta e l momento en que desapareción e l pico de OH.
9
C A P I T U L O 1 1 1
CINETICA DE REACCION DE PERDIDA DE AGUA
3.'1 Cinética Química
Es importante conocer l a ecuación de velocidad o l a cinética de l a reacción
para hacer un diseño satisfacctorio del aparato en e l que se efectúa, a
técnica. Así como conocer l a forma en que l a velocidad cambia con los parámetros
de operación, siendo los más importantes, l a temperatura, l a presión y l a compo-
sición de l a mezca reaccionante.
escala
La cinética química se encarga del estudio de l a velocidad y mecanismo, rnE
diante los cuales unas sustancias pueden transformarse en otras bajo condiciones
apropiadas.
La velocidad es 1:Oa masa en moles, de un producto formado o de un reactivo
consumido por unidad de tiempo. E l mecanismo indica todos los procesos indivi-
duales de colisión o elementales en los que intervienen moléculas (o átomos ra-
dicales o iones) que se ver i f ican simultánea o consecutivamente, produciendo l a
velocidad global observada.
Los datos experimentales para l a obtención de l a cinética química se obtuvie -
ron en un reactor por lotes (Batch), este reactor consiste de un recipiente que
opera isotérmicamente y a volumen constante, e l cual contiene a los reactivos y
solamente se determina e l avance de l a reacción a diferentes tiempos. E l expe-
rimento se hizo midiendo l a pérdida de peso del caolín a diferentes tiempos, man-
teniendo l a temperatura constante.
3.2 Método integral de aná l i s i s de datos.
Los resultados experimentales se analizaron por e l método integral . Este mé -
todo consiste en comparar los datos calculados de l a concentración en función
de l tien$U, se integra l a ecuación de velocidad para predecir l a relación de
cj-::e&er.a.-.-t, y s i e l ajuste no es satisfactorio se sugiere otra ecuación ciné-
tics. E l procedimiento general de cálculo es como sigue:
10 1.- En un sistema de volumen constante l a reicción química es función de -
l a concentración de reactivós y productos, y de l a temperatura.
R = f (C,T)
La expresión para l a desaparición de uno los reactivos es
- d c - k f ( C ) d t
2.- Se separan variables resultando
f (C) solamente ha de contener concentraciones de sustancias que pue--
den expresarse en función de un sólo componente.
ecuación puede hacerse analítica o gráficamente,
%," = "It O dt
3.- Esta función de l a concentración es proporcional
La integración de l a
para dar:
a l tiempo, por l o t-
to ha de conducir a una recta de pendiente K para esta ecuación cinétk
ca particular.
4 . - A par t i r de los datos experimentales se calculan los valores numéricos
de l a integral y se presentan frente a los correspondientes tiempos.
5.- S i los datos se distribuyen sobre una recta que pasa por e l origen; PO,
demos decir que l a ecuación cinética ensayada se ajusta a los datos.
3 . 3 MODELO EXPERZMENTAL
En un sistema a volumen constante tenemos que l a velocidad de reacción, -- suponiendo una cinética de primer orden, en e l equi l ibr io , es de l a siguiente - forma:
R = - = k (W - We). , . . . . . . . (1) a t
haciendo un cambio de var iable .
Z - U - W e
Zo = - We
dz = dw
- .
11
Sustituyendo en l a ecuación (1) y rearreglando l a ecuación tenemos:
dz - kdt z
Integrando desde 20 hasta 2 y de o a t.
Sustituyendo e l valor de Z y 20
In W - We = kt
-We
In W - We = kt
-We
+ I] = kt ln [ - we
Las tablas 1 , 3 y 5 muestran l a pérdida máxima de peso obtenida experimental-
mente para los diferentes caolines. La pérdida de peso teórica de agua es de 0.1395
1 2
2 4 5 6 8
10 12 15 20 25 30 40 so 60 90
120
TIEMPO, PARA BL CAOLW KEZiF CALCINADO A 600 O C ,
650 oc, 700 .C Y 750 oc.
2.15 12.83 34 .5s
57.7 68.67 74. o5 76.41
78.2 79.57 81.65 81 . 72
82 82.15 82. 29 87 -45 88.17
'Expresada en f
PERDIU DE PESO A 650 O(
2 28.81 59 .3s
72.4 77.63 80.78 81.79 84.37 86. ió 86-74 87.09 87.24 87. 67 91.54 94.40 97.13
PEBDIDA Dl3 fES0 A 700 .C
6.09 69.17 75.98 BO. 78 84.66 85.16 89.17 87.24 89.96 92.76 95.34
101.15 104.01 103.44 104.73 106.38
PERDIM DE FE30 A 750 O C
~
6.95 70.68 82.5
88.74 91.54 95.62 96.77
102.22 105.37 106.45 107.31 108.24 108.67 108.38 109.32 111.97
13
'- I 1 1 0
lo0
90
m 70
QD
rn
40
33
10
0
CAOLIN KEViT
o 2 4 s a s 10 12 14 20 2s 90 40 so 430 90 1 3 3
TIEMm (mh) T=8[30 C + T=8W C 6 T=7C10 C B T = 7 S C
. __ . . . . . i +-*.. -.I-- . . . ., . .-
t (min)
14
cr8a DIRL TIBMPO, PARA XL CAOLXN KEVIT CALCLRAPC, A
600 O C , 650 *c, 700 oc T 750 oC.
O 2 4 5 6 8
10 12 15 20 2s 30 40
‘*__ _. .-
Q 0.026
. 0.17 0.547 1.225 1.835 2.369 2.736 3.158 3.617 7.654
-in (I-W/WE) 650 O C
O O. 023
* 0.403 1.153
1.8 2.256 2.683 2.867 3.608
4.9
-In (I-üfm) 700 O C
O 0.06
1.093 1 . 307 1 . 499 1 . 681 1.707 1 . 946 1 . 824 2.001 2.213 2.471 3.587
0 0.066 1.072 1.464 1 . 749 1.917 2.216 2.321 3.044 3.976 . 4.836
. - . . - . - - - . . - . - .
8
7
h
5 4 I
I 3 c
W
15
GRAFICA DE LA CINETICA
-1 I I I I I I I 1 I
8 I O 12 1s 20 25 O 2 4 5 6
TlEMFICl (MIN)
- - FIGURA No* 2
_ _ _ _ _ _*_ - -- - .-
._" " . -_ .
-1 ! I I I I I I I I o* 2 4 6 a 8 10 12 15 20
TlEMPO (MIN) FZGURA No. 3
6
f L I c W
5
16
GRAFICA DE LA CINDICA
3.4
3
2.5
2
1.4
1
0.s
O o 2 4 5 % 8 10 12 14 20 28 30
TIEMPO (M IN)
FIGURA Bo. 4
o
GKAFICA OE LA CINETICA mrr cuitam A =o c
I
t (min)
10 5
15 20 25 30 40 50 60 90
120
-
17
PERDIDA DE PERDIDA DE PnDIDA DE PERDIM DE FESO (JAL.) PESO (MICK) PBSO (PITE.) PESO (ZAC.)
67.81 86.73 78.85 65-44 85.8 92.47 90.32 86.02
86.16 93.69 95.84 86.23 86.23 94.4 99.71 88.02 87.88 94.33 102.86 87.52 87.45 94.77 105.44 88.03 86.74 1 o0 120.93 87.09 88.17 101 . 79 128.38 88.03 88.6 101.93 138.92 89.1 88.6 101.64 152.9 91.04
89.03 101 . 86 171 . 39 91 . 97 -.
TAñLA No. 3 SECUEJJCSA DE U PERDIDA I S PESO' Elti FUNCION DEI;
TImPO, PARA LOS CAOLINBS JALS9C0, MICBOACAH,
PUEBLA T WCATBCAS CALCINADOS A 700 OC.
- t (wtn)
5 10 15 20 25 30 40 50 -, 60.. .- 90
-.I
'Bxpresada en $
TABLA IO. 4 DATOS DB LA VELOCIDAD DE DESRIDROXILACIOI EN F W -
CIOB DEL TIEMPO, PARA LO9 CAOLINBS JALISCO, MI-
CHOACATI, PUEBLA Y WCATBCAS . - CALCINADOS A 700 O C .
# I 1
-In ( i -~jm) -in (~-w/wE) -in (~-/wB) (JALISCO) (YICH. ) i (ZAC. )
1 . 539 5.31 6.24
1 . 901 2.3ó7 2.514 2.604 2.594 2.646 3.963 5.978
O. 616 O. 748 0. 44
0.418 0.917 O. 955 1 . 223 1 . 383 1 . 638 2.228
1 . 361 3.752 3.907
I I_ -*-
18
E B!
s W a
6
n K w W
X
I 1 I I 1 I I I 1 I
0 s 10 1s 20 25 30 40 50 60 90 I#)
TImm (rnin)
FIGURA No. 6 PERDIDA DE PESO EN FVNCION DEL TIEUPO. __ _ _ _ _ _ _ - __ -. - _- ___-
GRAFICA DE LA CINETICA
5
I I I I I I I I I I
o § I O I S 20 25 30 40 SO 80 90 120
Tiam (min)
FIGURA BO. 8 PERDIM DB PESO 3 N FUNCIOR DISL TImPL).
20
CAOLIN PUEBLA thidrcdo a 700 C
lm 170-
la-
1 s -
140-
130- 120-
110 - 100-
I I 1 I 1 1
0 5 10 l e 20 ze 30 40 eo 430 90 120
TIEMW (rnin)
FIGURA NO. 10 PERDIDA D16 PESO EX FVNCIOñ DEL TIEMPO.
I
W O
10
21
CAOLl N ZACATECAS ~a l a r r adc i a 7ciO C
O
TImW (rnin)
FIGURA Bo. 12 PERDIDA DE PESO FÑ mrÑCIOlp DEL TfEhtíPO.
4 .5
4
1
__I_--- -- _-.e
ci
FIGURA BO. 13
22
,
TARLA No. 5 SECTJFRCU DE LA PEBDIM DE PESO’ XN F”CIOR DEL
TIDdPO, PARA LOS CAOLIIJES DE HIJAYACOCOTIA LA LU-
CERNA Y LAS DOS MOJOIEIUS CAL6IRADoS A 700 OC.
t (min)
5 10 15 20 25 30 40 50 60 90
120
PERDIM DE PESO
(LA LUC-A)
61 .O7 66-81 68.74 68.81 68.02
68.1 74.34 75.69 75.26 75.84 77.06
PERDIM PESO
(LAS Dos MOJ.)
29.67 33.9
31.46 34.48 34.74 36.34 47.24 48.17 47.52 48.17 48.88
‘Bxpresada en $
CAOLIN HUA$&3XOTLA LA LUCERNA
W O
80
a W
W O
a
dn
I I I I I I I 1 1 I
o 8 10 1s 20 2s 30 40 50 80 90 I20
X
I I I I I I I 1 1 I
o 8 10 1s 20 2s 30 40 50 80 90 I20
FIGURA no. 14 PERDIM DE PESO mTioCIOrJ DEL TIEMPO-
CAOLIN HUAYACOCOTLA LAS DOS MOJONERAS
I I I I I I I I I 1
O B 10 1s 20 2s 30 40 so eo 90 1
Timm (rnin)
D
2 4
3.4 Energía de activación
Con los valores de k (constante cinética) obtenidos de las pendientes de - las rectas de l as gráficas de cinética química para e l caolín Kevit calcinado - a diferentes temperaturas podemos obtener l a energía de activación.
La dependencia de l a expresión de l a velocidad en función de l a temperatu-
r a se representa mediante l a constante de velocidad a través de l a ecuación de
Arrhenius :
-E/RT K = A e
DONDE :
A es e l factor de frecuencia y tiene l as mismas unidades que k
E es l a Energía de activación.
A l graf icar In k frente a 1/T se obtiene una recta de pendiente grande s i E
es grande, y pendiente pequeña s i E es pequeña.
Las reacciones con energía de activación grande son muy sensibles a l a tem-
peratura; l a s reacciones con energía de activación pequeñas son muy poco sensi--
b les a l a temperatura. Además e l efecto de l a temperatura sobre una reacción es
mucho mayor a temperatura baja que a temperatura a lta .
Arrhenius observó que l a energía de activación se trata de l a cantidad de - energía que sobrepasa e l n ive l de energía promedio que deben tener los reactivos
con e l f i n de que se desarrolle l a reacción.
Sacando I n a ambos lados de l a ecuación tenemos:
I n k = In A -E - RT
Donde l a pendiente es -E_ R
25
TABLA Bo. 7 DATOS DE LA CQNSTANTGi CINmICA EH FUNCIOR DE
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no. 16 GRAFICA DE LA-EHRRGU DE ACTIVACIOR PARA ñ i ~ CAOLIR XEVIT.
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2 6
C A P I T U L O I V
CARACTERIZACION DE CAOLINES
CAOLiN W I T
Por medio de los difractogramas de rayos X, f i g . 17 vemos que e l caolín kevit
da un pico característico bien definido a una distancia de 4.187 A’ correspon-
diente a caolinita bien cristalizada. Con e l difractograma de rayos X para este
mismo caolín f i gs . 18, 19, 20 y 21 , calcinado a diferentes temperaturas y a un
tiempo de una hora, observamos que queda Únicamente e l pico característico para
l a identificación de caolinita, comprobando con esto que a l calcinar e l caolín
se pur i f i ca quedando Únicamente caolinita.
Los espectros de I R f i g s . (de l a 34 a l a 62) nos muestran cómo va desapareciendo
e l pico de los OH en e l rango de 3000 a 3700 an-’ a l aumentar e l tiempo de calci-
nación. Además a l aumentar l a temperatura desaparece más rapidamente e l pico de
OH , ya que e l caolín calcinado a 600 O C e l pico desaparece a los 10 min. de cal-
cinado, a 650 OC, 700°C y 750 OC desaparece a los 8 min., a los 5 min., y a los
4 min. respectivamente.
S i comparamos l a disminución de l pico con l a gráf ica de pérdida de peso f i g .1
y tabla No.1 observamos que l a banda desaparece en e l momento en que l a pérdida
de peso l l e ga a l equilibrio. A s í para este caolín, en un rango de 70 a 80X de
pérdida de peso, es cuando desaparece e l pico a las diferentes temperaturas.
Este caolín muestra una cinética de primer orden para l as diferentes tempe-
raturas de calcinación ajustándose satisfactoriamente a l modelo propuesto f i gs .
2 , ‘ 3 , 4 y 5.
CAOLiN ZACATECAS
E l difractograma de rayos X para este caolín f i g . 28 da un p.ico caTacterístico
. a una dlstancia de 4.171AO correspondiente a caol inita ; y e l difractograma de -.-
* * rayos X y una hora de tiempo, sigue dando este pico característico a esa distan-
c i a f i g . 29.
2 7
En e l espectro de I R f i g . 63, 64 y 65 e l pico desaparece muy rapidamente,
a los primeros 10 min; pero en l a tabla No.3 de pérdida de peso vemos que a
los 10 min. ya esta en e l equi l ibr io en un rango de 86 a 88% aproximadamente,
es por esto que e l pico desaparece muy rapidamente. O
S i decimos que e l caolín Kevit con un pico de intensidad de 9 .9 cm correspoz
de a l 13.95% de agua entonces e l caolín Zacatecas contiene e l 11.974: de agua
or ig in a l .
Este caolín también se ajusta a una recta o sea a una ecuación de primer
orden para e l modelo propuesto, fig.13
CAOLINES DE MICHOACAN Y JALISCO
E l difractograma de rayos X f i g s . 22 y 24 para estos caolines dan un pico
característico bien definido a una distancia de 4.133 A' que corresponde a cao-
l i n i t a . E l difractograma de rayos X a una hora de calcinación para e l caolín
Jal isco f i g . 23, sigue dando e l pico característico de l a caolinita como Única
señal, pero e l caolín Michoacán no da ninguna señal, f i g . 25.
De l o s espectros de IRvemos que desaparecen ambos picos a un tiempo de
10 min; de calcinación y comparados con las gráficas de pérdida de peso f i gs .
6 y 8 y tabla No.3 observamos que e l equi l ibr io l o alcanzamos a ese tiempo en un
rango de 85% para e l caolín Jalisco y 93% para e l caolín de Michoacán, aunque
este l l e ga a perder más de l 100% de agua. Comparados con e l caolín Kevit e l
caolín de Michoacán tiene 9.44% de agua or ig ina l y e l caolín de Jalisco tiene
10.28% de agua or ig inal . ( f igs . de l a 66 a l a 72).
Ambos caolines se ajustan a una cinética de primer orden f igs .7 y 9.
CAOLIN PUEBLA
Para este caolín e l difractograma de rayos X f i g . 26 da un pico característico
a una distancia de 4.077 Ao l o cual sugiere que se trata de a r c i l l a parcialmen-
te caolinizada pero no de caolinita y e l difractogrqma de rayos X f i g . 27 del
caolín caicinado a 7OO0C y una hora dan un pico a l a misma distancia.
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28
E l p i c o desaperece a los 10 min. en los espectros de I R f i g s . 73, 74, 75 y
7 6 , en este punto e l rango de pérdida
este cao l ín no parece alcanzar e l e qu i l i b r i o , aunque su comportamiento s i se
a justa a una c iné t i ca de primer orden f i g . 11.
de peso es de 90% y l l e g a hasta e l 170%,
Comparando con e l cao l ín Ke v i t l a intensidad d e l p i c o de OH para este cao l ín
da 9.58% de agua or i g ina l .
CAOLINES DE HLJAYACOCOTLA LA LUCERNA Y DOS MOJONERAS
E l difractograma de rayos X f i g s . 30 y 32 dan un p i c o ca rac t e rO i s t i co a una
d is tanc ia de 4.077 A' para l a lucerna y 4.031 A" para l a s dos mojoneras, pero
esto no es cao l i n i t a s i no a r c i l l a parcialmente caol inizada, l o s difractogramas
de rayos X f i g s . 31 y 32 a una hora de calc inación dan un p i c o a l a misma dis-
tanc ia como única señal.
E l comportamiento en l a s g r á f i c a s de pérdida de peso f i g s . 14 y 15 t tab la
No.5 no es muy constante, primero parecen haber alcanzado e l e q u i l i b r i o en un
rango d e l 68% para l a lucerna y 37% para l a s dos mojoneras, y después pierden
más agua hasta un rango de 77% y 49% respectivamente, donde alcanzan e l e q u i l i b r i o
finalmente. .-.-
En l o s espectros de I R f i g s . de l a 77 a la 82 vemos que e l p i c o desaparece
a los 10 min. en un rango d e l 67% para l a lucerna y 34% para l a s dos mojoneras.
La intensidad de es tos p icos e s de 10.42X . d e agua o r i g i n a l para l a lucerna y
7.18% de agua o r i g i n a l para l a s dos mojoneras.
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2 9 - I
C A P I T U L O V
DESCRIPCION DEL PROCESO
Principales pasos, objetivo y equipo utilizado
Minado.- Después que se han analizado las muestras de l a mina y éstas tienen
l a s propiedades f í s i ca s y quhicas necesarias, se procede a su explotación.
Los caolines son extraidos por minado de c ie lo o por método de túneles
e l
Por l a extensión de l a s minas y por los recursos económicos de l a explotación, j
método a ut i l i za r es e l de cie lo abierto. Se ut i l izan medios manuales, debido
b I
a que l a humedad de l depósito es t a l que presenta un estado pegajoso que impo-
s i b i l i t a l a ut i l ización de equipo mi,,nero.
Después que e l material ha sido removido, se trasladan en camiones hasta
l a planta donde sera secado, molido y clasificado. E l material de l a mina se
coloca en un lugar exclusivo de los patios para que se mezclado en proporción
a sus características con los materiales de otras minas,
elabore un producto que tenga pocas variaciones con sus propiedades f í s icas y
químicas.
para que l a planta
Trituración.- Como e lmate r i a l de l a mina no es homogéneo, ya que de l a mis-
ma sa le a un tamaño de 20 a 5 cm o menos, es pasado por un molino de martillos
que l o reducirá para f a c i l i t a r e l proceso de secado. E l tamaño máximo de l mate-
r i a l que sale de l molino debe ser de 4 cm.
Secado.- Con un elevador de cangilones e l material ya triturado es alimentado
a l secador.
E lmater ia l de l a mina tiene 25 a 30% de humedad
reducido a l máximo de 1% de humedad ( Base Húmeda )
( Base HÚmeda ) y debe ser
para que pueda molerse fi -
namente, además que a l disminuir e l X de humedad aumenta l a producción.
Ho&sda.- E lmate r i a l ya secado se alimenta a un molino de bolas donde se
reduce e; polvo, pero s i no es homogéneo en tamaño es enviado a un clasificador. r. .-
30
Clasificación.- Se ut i l i za un clasificador neumático para separar.el material
en dos fracciones, cuya finura dependerá d e las características mecánicas del
clasificador. Una de las fracciones, l a de finos se envia a tolvas y s i los ; l a
otra llamada "retorno" se envia a l molino donde volverá a ser molido. Este sis-
tema de molienda se llama continuo de circuieto cerrado.
Materias primas.- Por l a variación en cuanto a composición, deberán ser mez-
cladas proporcionalmente para conseguir un producto homogéneo, ya que de l o con-
t rar io provocaría cambios en los procesos de los materiales a que se destina e l
caolín.
Las variaciones de dureza en e l caolín dará como resultado que en l a clasi-
ficación e l retorno aumenta,.ya que aumentarán los gruesos en l a molienda.
Esto deberá corregirse, modificando l a composición de los rechazadores en e l
clasificador. Para aumentar l a f inura del producto, se aumentará e l número de
rechazadores ( Whizzer ).
Periódicamente deberán real izarse anál is is del material de las minas, ya que
es f ac t ib le que su composición cambie, por l o menos en cada semana de explotación.
Producto.- Durante e l proceso deberán obtenerse muestras cada hora para efec-
tuar un control de l a producción; además de que e l producto antes de ser embar-
cado deberá ser muestreado para cer t i f i ca r que se encuentra dentro de las normas
de calidad que se impongan.
i) Calcinado.- Deberá efectuarse control de temperatura, ya que no debe ser
mayor de 750" C porque se l l evar ía aT cabo un cambio estructural en e l caolín.
---
I
E l porciento de humedad del sólido en l a entrada (30% maximo B. H.) y en
l a sa l ida (1% máximo B. H.) deberán ser controlados, de l o contrario produci-
rán trastornos en l a molienda.
ii) Finura.- Las normas de control de calidad en cuanto a finura se r e f i
eren, dependera del tipo de producto, ya sea fino o medio. Se utilizarán tami - ces de 200 mallas/pulg2.
Color.- En e l fotocolorhetro se obtienen valores numéricos de blancura
de muestras diversas que constituyen estandares, y que luego por comparación- \
directa servirán para
cación.
obtener e l resultado de color de l a molienda y c las i fk
Captación de polvos.- Con e l f i n de evitar riesgos y peligros para l a sz
lud de los trabajadores y para l a ecología de l lugar, es necesario que l a - - planta cuente con un sistema de captación de polvos.
Aunque se procure que l a velocidad másica del a i re que pasa a través de l
secador sea t a l que no arrastre polvos, su aumento será necesario cuando l a - humedad de l material de entrada exceda de l límite. Por l o tanto, e l a ire de -
sa l ida deberá entrar a una cámara donde por efecto de l a gravedad, a l reducir
su velocidad, se deposite e l polvo.
Pueden usarse ciclones solo que por e l tamaño de partícula de l polvo, es-
tos estan expuestos a l a abrasión; debido a l a gran cantidad de polvo despren - -dido, es necesario prevenir las enfermedades incapacitantes, como l a silico--
s h , que aunque.de evolución gradual (diez a quince años) ésta produce l a mu-
e r te por insuficiencia cardíaca o as f ix ia , neumonía o tuberculosis.
Se recomienda instalar un f i l t r o Hersey de sacos.
Los sacos f i l t r a t e s son de lana, que soportan una temperatura de traba-
j o hasta de 113°C. Este tipo de f i l t r o tiene un a l to rendimiento (99.9%).
L g v i d a de los sacos var ía según l a frecuencia con que se sacuden y l a - naturaleza de l polvo, y puede durar de seis meses a dos años.
I
- .
32
1
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CLASIPTCACIOIS .
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CLASIPTCACIOIS .
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d -
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3 3
C A P I T U L O V T
CALCULO Y SELECCION DE EQUIPO
Dentro del equipo a u t i l i z a r ocupa un lugar preponderante e l secador, ya que
en é l se l l eva a: cabo transferencia de masa y de calor. Las dimensiones del
secador varían de acuerdo a su capacidad, humedad de los materiales y del medio
de secado, sus temperaturas, etc . , por l o que hace indispensable su diseño. E l
resto del equipo, según su acapacidad puede ser hallado en e l mercado, pero es
necesario tener en cuenta ciertas características que se derivan del conocimieg
to práctico de su manejo.
Las consideraciones para l a selección del secador:
1.- Debe ser de bajo costo
2.- Facilidad para su preparación y bajo costo de reparación
3.- Capacidad de secado de 3000 kg/h, para cubrir las 21,600 toneladas a l
necesaria de caolín calcinado para l a año, para sat is facer l a cantidad
obtención de alúmina.
E l tipo de secador que reúne dichas características es e l secador rotatorio
directo con circulación a contracorriente. Este consiste en un cilindro que g i ra
sobre soportes y está ligeramente inclinado respecto a l a horizontal.
Para e l secado se ut i l i zan gases de combustión de petróleo o gas, y estos c i r
cu lm en sentido contrario a l material. Los gases calientes son obligados a en-
trar en e l secador, utilizando un ventilador impulsor y un aspirador.
Cálculo de l secador.
La mayoría de los caolines contienen una humedad promedio menor de 30%, pero
se considera como un máximo de 30% (base húmeda), debiendo s a l i r de l secador
para s;,aQlienda con un máximo de 1% (base húmeda).
34 1.- Cálculo de l a humedad (base seca) del sólido
En un kilogramo de caolín hbedo, 0.300kg son de agua,
a l a entrada de l secador.
X1= 0.30 = 0.428 0.43 kg agua 1 - 0.30 kg caolín seco
En un kilogramo de caolín húmedo, 0.010 kg son de agua,
a l a sa l ida de l secador
X2 = 0.,01 = 0.010 kg agua 1 - 0.01 Kg caolín seco
2.- Cantidad de material hÚmedo que debe íntroducirse a l - secador por hora
a.- Cantidad de agua que contiene e l sólido f ina l
3 O00 x 0.01 = 30 kg
b.- E l agua evaporada en una hora
w = s (X - X*) = 3 O00 - 30 (0.43 - 0.01) W = 1247.4 kg agua evap/h
donde S es l a cantidad de producto completamente - seco
'1.-
c.- Alimentación a l secador = 3000 + 1247.4 A = 4247:4 kg/h
3.- Cálculo de l a humedad del a i re
a.- Presión atmosférica
- 0.0342 Ph = Po x e T
donde Po; presíón'normal, 760 d g ; T : temperatura - - ambiente, Ok; h: metros sobre e l n ive l de l mar, Ph: pre -
siÓn atmosferica a l a altura h.
3 5
-0.0342 1200 P = 760 x e 285
P = 658 mmHg
b.- Presión pa r c i a l d e l vapor de agua en e l a i r e , Pv
Hr x Ps 1 O0 Pv =
50 x 10.52 1 O0 Pv =
Hr: humedad r e l a t i v a
Ps: presión de vapor d e l
agua a 12°C
Pv = 5.26 mmHg
c.- Humedad absoluta d e l a i r e
y = - Mv Pv Mv: peso molecular d e l vapor Mg P - Pv Mg: peso molecular d e l gas
Y 2 = 0.00499
Y 2 = 0.005 kg agua
kg a i r e seco
4.- Cálculo de l a cantidad necesar ia de a i r e y s u humedad de s a l i da
2 a.- Entalp’ia d e l a i r e de entrada i
i =. (0.24 + 0.46Y2)t2 + 597.2 Y2 2
donde t2 es l a temperatura de entrada de l o s gases
Debido a que e l cao l ín no debe ser sometido a una temperatura mayor de -
1 OOO°C, ya que cambiaría estructuralmente y que e l combustible u t i l i z a d o - - (combustóleo) con P.C.I. de 9 662k cal/kg t i e n e una temperatura de f l ama - i d ea l
de 2 100OC; es necesar io disminuir la construyendo una cámara de combustión s s
parada, para que penetren a l secador solo los gases ca l i en tes y e v i t a r que e l
combustible no quemado contamine al producto.
i2 = (0.24 + 0.46 x 0.005) 700 + 597.2 x 0.005
i2’= 172.79 kcal/kg
z - . -
_. .-
36
b.- Entalpía d e l a i r e de s a l i da
i
Donde:
= ( 0.24 + 0.46 Y1 ) tl + 597.2 Y1 1
t es l a temperatura de los gases de s a l i da que
debe ser mayor que l a temperatura de ebu l l i c i ón
d e l agua.
i
1
= 28.8 + 652.4 Y1 1
c.- Entalpía d e l s ó l i d o a l a entrada
H = ( C + Y C 1 ) T
H, = ( 0.224 + 0.43 x 1 ) 12
S
A.
H1 = 7.848 Kcal/Kg
Donde:
C capacidad S
C capacidad 1
c a l o r í f i c a d e l s ó l i d o 0.224 Kcal
c a l o r í f i c a d e l l í qu ido 1 Kcal Kg O C
Kg O C
d.- Entalpía d e l s ó l i d o a l a s a l i da
H2 = (0.224 + 0.01 x 1) 140
H2 = 32.76 Kcal/Kg
e.- Humedad f i n a l d e l a i r e
Por un balance de mater ia
G ( Y1 - Y2
Donde :
= Gs ( X1 - X2>
G: f l u j o de gas, Kg/h; Gs: f l u j o d e l s ó l i d o Kg/h
G ( Y1 - 0.005 ) = 3000 ( 0.43 - 0.01 )
Por un balance de en ta lp l a
G ( i 2 - i l ) = G s ( H 2 - H 1 )
se considera una pérdida de c a l o r d e l 10%
G ( 172.79 - 28.8 - 652.4 Y1 ) = 3000 (32.76 - 7-85)
I
+ 0.10 G 173
~ . . . . . . .-.I.-
, - c 37
Resolviendo
Y1 = 0.201 Kg agua& a i r e seco
f . - Cantidad necesaria de a i r e
-.-
G - G s x 1 - x ,= y1 - y2
G = 6,428.57 Kg/h
5.- Cálculo d e l diámetro d e l secador
a.- Es necesar io considerar l a velocidad másica d e l a i r e que
no debe ser tan a l t a que arrastre los polvos d e l mater ia l .
Siendo un dato p rác t i co se recurr ió a l as plantas de p roce
so pareido, tomando e l v a l o r promedio de: g f 2,500 Kg/m -h 2
b.- Diámetro
G d = - 6,428.57 - 0.785 g 0.785 X 2,500
d = 1.80 m
6.- Longitud d e l secador
La longitud d e l secador es un f a c t o r importante en e l rendimi-
ento térmico d e l mismo. Los secadores con una r e l ac i ón e levada
de l a longitud a l diámetro t ienen un rendimiento más a l t o que
los de una r e l a c i ón baja. La longitud d e l secador debe ser en t r e
cuatro a d i e z veces su diámetro, por l o antes expuesto se consi-
dera
L = 18.0 m
l a longitud d e l secador como d iez veces s u diámetro.
7.- Velocidad de rotac ión d e l secador
Se recomienda para secadores que l a re lac ión ve loc idad - dig-
metro sea en t r e siete y d iez . Como a menor ve loc idad mayor
e f e c t i v i d a d en e l secado, se toma e l va l o r menor.
= 3.87 4 rpm 7 N D = 7 N = 1.8
38
8.- Cálculo de l a inc l inac ión del secador
8.- Mater ia l re ten ido en e l secador. Se efectuaron cálculos
en base a l a s recomendaciones que l a b i b l i o g r a f í a es-
tab lece (3 a l 10% d e l v o l h e n t o t a l d e l secador), es-
tableciendo e l 32, ya que é s t e da un tiempo de permanen-
c i a d e l mater ia l en e l secador semejante a l de plantas
con proceso parecido.
VolÚmen d e l secador = 0.785 D L
V = 45.78'm
2
3
VolGmen d e l mater ia l re ten ido = 1.373 m 3
peso e spe c í f i c o d e l cao l ín seco = 1,000 Kg/m 3
peso e spe c í f i c o d e l cao l ín húmedo = 1,760 Kg/m 3
peso e spe c í f i c o promedio = 1,380 Kg/m 3
b.- Peso d e l cao l ín re tenido
m.r. = V x p. esp. = 1.373 X 1,380
m. r . = 1,895.3 Kg
c.- Tiempo de permanencia d e l mater ia l en e l secador O
= 0.63 h m. r. - - O = G 3,000
O = 37.9 min.
d.- Inc l inac ión d e l secador (S)
0.10 X 18.0 0.19 L
N D X O 7 x 37.9 = S =
S = 0.013 m/m
9.- Aspas o a l e t a s
El secador puede e s t a r equipado con a l e t a s en l a supe r f i c i e
i n t e r i o r para e l e v a r y e sparc i r e l m a t e r i a l húmedo. Se rece-
mienda de 6.5 a 11 veces e l diámetro. Para f a c i l i t a r l a re-
paración no deberá contar con demasiadas aspas.
Número de aspas = 6.5 X 1.8 = 11.7 Las aspas no deberán exceder en long. a 1/8 de l a d e l diámetro
-.-
12
3 9
10.- Peso del secador con carga
2 La lámina para e l secador de grueso de 1/4 p lg pesa 4 .6 Kg e l p ie , pa-
r a un área de 101.5 m, e l peso total es 5,020.0 Kg. Además, 10% para - l a construcción de las aspas.
Es necesario que l e tabique refractario cubra l a totalidad de l a super-
f i c i e inter ior , para l o cual se utilizarán 4,613.6 tabiques con un peso
promedio de 3 Kg, dan un total de 13,840.8 Kg.
Aumentando 790 Kg de l peso de las l lantas de rodamiento y e l peso del
material retenido 1,895.3 Kg; e l peso total de l secador es 22,048 Kg. 1(
11.- Cálculo de l a potencia de l motor secador
M R N - 22,048 X 1.00 X 4
8,710 8,710 HP = -
donde:
M es e l peso del secador con carga
R es e l radio de l a catarina.de1 secador
N es e l número de rpm del secador
HP = 10.1 (teórico)
HP práctico = HPt/r x
r = reductor de velocidad
x = eficiencia de l motor
EIP = 10.1/0.30 X 0.80
HP = 42.0 P
P Selección de l resto de l equipo
Trituradora: Dentro de los tipos de trituradoras se pre f iere l a machacadora
de martil los, que puede modíficarse según sea e l tamaño de l material alimentado.
Los maftsllos pivotados están montados sobre un e j e horizontal y l a trituración
tiene lugar por e l choque entre dos martil los y l a s placas rompedoras, debajo
una r e j i l l a que no de ja rá pasar e l material hasta que alcance su tamaño adecuado.
.-
40 1$
Trituradora Jeffrey de martil los. Jeffrey Mfg. Co. Tipo B Máquina 914 mm x
610 mm. para alimentación de 15 a 20 an.
Molino: Dependiendo de l tipo de material a moler y de las necesidades de ca-
l idad de l producto se pref iere e l tipo de mol<,go. Con un material blando con 14 -
mites de alimentación de 4 an. a 0.5 cm para un producto de 0.076 mm a 0.01 mm,
l a molienda puede real izarse en un molino de tubo. E l molino de tubo es un ci-
l indro de construcción fuerte que g i ra sobre un e j e Horizontal y que ut i l i za
bolas de acero como medios moledores, cuyo tamaño está determinado por l a finu-
r a de l material que se muele.
D i = K D P Db = diámetro de las bolas
D
K = constante de mobilidad
= tamaño del material más grueso P
E l inter ior del molino está formado por tapas planas provistas de
pestañas de acero, para aumentar e l efecto de las bolas sobre e l material. Dg
be uti>izarse un molino de tipo continuo en los que e l caolín se introduce por
muñones huecos en e l extremo del molino de igual manera que l a descarga en e l
extremo opuesto.
Este molino de bolas se l e llama de tubo ya que es más largo en relación a su
diámetro que otros molinos, en una proporción máxima de L = 4.5 D.
Clasificador: E l molino de bolas trabajará en circuito cerrado con un clasi-
ficador exterior neumático, que consiste en dos conos con un espacio anular entre
e l los . Un e j e vert ica l hueco que desde l a parte superior l l e ga hasta dentro del
cono inter ior depositando sobre una placa distribuidora e l material producto de
l a molienda. La placa g i ra a gran velocidad y lanza e l material radialmente hasta
que pen-ra en l a corriente ascendente de l a ire . Los finos son lanzados contra
l a pared inter ior de l cono exterior y se descargan a l fondo de l cono. Los más grus
cos caen a l fondo d e l cono inter ior y salen de l c lasi f icador como resfduos que
vuelven a l molino para continuar su molienda. La
dificando e l nLumero de rechazadoras y l as
finura se puede controlar mo-
aspas del ventilador.
E l clasificador Whizzer de Raymond Pulverizer Division, Combustion Engineering
Co. proporciona productos finos que e l 99.9% pasa por un tamlz No.400.
Se recomienda un clasificador Whizzer de tamaño de s iete pies de diámetro con
motor de cinco caballos.
Los motores y e l equipo accesorio que se requiere dependerá del equipo princi-
. pa l de l proceso.
Para e l movimiento del material en .E l proceso es necesario contar con tres
elevadores de cangilones con sus respectivos motores de 1 HP cada uno. Para
los gases, un ventilador para su impulsión y otro para su extracción.
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42 #
EQUIPO NECESARIO
ELAVE NOMBRE DEL PROCESO Y EQUIPO
Trituración
1 trituradora de martillos
2
3 elevador de cangilones
4 motor para elevador de cangilones 1 HP
motor para la trituradora de martillos 10 HP
Secado
secador rotatorio horizontal
motor del secador rotatorio 50 HP
ventilador para impulsión de gases 1 HP
ventilador para extracción de gases 1 HP
elevador de cangílones
motor para elevador de cangilonec 1 HP
Molienda
molino de tubo para molienda conthua
motor para molino de tubo 7 HP
15
16
elevador de cangilones
motor para elevador de cangilones 1 HP
Clasificación
clasificadoneumático Whiizzer
distribuidor de alimentación al clasificador
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IG I il
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" C O N C L U S I O N E S "
Mediante l a observación de los difractogramas de rayos X de los diferentes
dan un pico carac- caolines, apreciamos que los caolines de Michoacán y Jalisco
te r í s t i co a l a misma distancia 4.133 A', e l caolín Kevit da un pico caracterís-
t i co a una distancia de 4.187 A. , comparando estos resultados con los obteni-
dos por Henris sobre caolinita que considera que las reflexiones en los espacios
4.13 y 4.18 A' corresponden a caolinita bien cristalizada. Sin embargo los cao-
l ines de huayacocotla ( la lucerna), Huayacocotla (dos mojoneras) y Puebla dan
un pico característico a una distancia de 4.077 A', 4.013 A' y 4.022 A' respec-
tivamente, l o cual sugiere que se trata de caolinita parcialmente caolinizada.
En los espectros de infrarrojo l as bandas de absorción de OH que se encuentran
-1 a una longitud de onda en un rango de 3000 a 3700 cm disminuyen a l aumentar
e l tiempo de clacinación, hasta desaparecer l a banda de absorción. S i com-
paramos estas bandas de absorción con las .grá f icas de pérdida de peso a cada una
de l as temperaturas observamos que l a banda de absorción desaparece cuando l a
pérdida de peso l l ega a i equi l ibr io - - concluyendo de esta forma que en e l eqúi-
l i b r i o ya se perdió toda e l agua posible a dicha temperatura.
Del valor obtenido en l a energía de activación podemos darnos cuenta que dicha
energía no se ve afectada por l a temperatura, en e l intervalo de temperatura a l -
cual trabajamos.
En cuanto a l a planta, esta deberá producir 21,600 toneladas anuales y l a
calidad de l producto estará dentro de los términos de l mercado, ya sea nromal
o clasificado, según l a capacidad que marca e l secador. E l equipo principal
de l a planta es e l secador, que dejara un contenido de humedad en e l producto
de 1 X B-iY, E l resto del equipo es adquirido según l a capacidad que marca e l _. .-
e secador. .
- .
B I B L I O G R A F I A
QiANG, Raymond. Principios Básicos de Espectroscapia, trad. del in-
glés por Dr. I. Katime Amashta, Madrid, 1977.
KIRK RAMND, E., Othmer Donald F. Enciclopedia de Tecnología Q u h -a
t-1, Mkxico, 1961.
Robert H. Marrual del Ingeniero Qufmico, Sa. Ed., Mc Graw-Hill,
M6xic0, 1982.
Ivan. - Radiaci6n Infrarro ja, Reverte, &xico, 1968