Niquelado; Trituración, tamizado y molienda

INFORME: LABORATORIO DE PROCESOS I

Prctica 1: Niquelado; Prctica 2: Trituracin, molienda y clasificacin

Presentado por: Catalina Camargo 2112545 Julin Cobos 2112881 Jos Daza 2112517 Ana Mara Gmez 2112494 Jenifer Guerrero 2120814 Ramiro Rivera 2092266 Lineth Sanabria 2112493 Mayadir Sandoval 2110025 Jhoan Tellez 2120125

Grupo: A1 Subgrupo: 4

Presentado a: Ing. Daisy Ximena Saavedra Bolivar

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Facultad de Ingenieras Fsico-Qumicas

Escuela de Ingeniera Qumica Laboratorio de procesos I

Bucaramanga Junio 05

2015

TABLA DE CONTENIDO

CAPTULO I: Niquelado ........................................................................................................................ 5

INTRODUCCIN ............................................................................................................................... 5

OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 5

MARCO TERICO ............................................................................................................................. 5

Niquelado .................................................................................................................................... 5

Niquelado Qumico ...................................................................................................................... 7

Niquelado electroltico ................................................................................................................ 9

Tipos de niquelado .................................................................................................................... 11

METODOLOGA.............................................................................................................................. 11

Equipos ...................................................................................................................................... 11

Materiales ................................................................................................................................. 12

Variables .................................................................................................................................... 12

Procedimiento ........................................................................................................................... 12

RESULTADOS Y ANLISIS ............................................................................................................... 15

Balances de masa ...................................................................................................................... 16

Efecto de la variacin de la corriente en la deposicin de nquel............................................. 17

Comparacin de resultados ...................................................................................................... 18

CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 19

RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 19

CAPTULO II: Trituracin, molienda y tamizado ................................................................................ 20

INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 20

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 20

MARCO TERICO ........................................................................................................................... 21

Clasificacin ............................................................................................................................... 23

Forma de las partculas ............................................................................................................. 24

Requerimiento de energa ........................................................................................................ 25

METODOLOGA.............................................................................................................................. 26

Equipos ...................................................................................................................................... 26

Materiales ................................................................................................................................. 26

Procedimiento ........................................................................................................................... 26

RESULTADOS Y ANLISIS ............................................................................................................... 29

Clculo de los dimetros de partcula y requerimiento de energa .......................................... 32

CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 32

RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 32

BIBLIOGRAFA .................................................................................................................................... 34

CAPTULO I: Niquelado

INTRODUCCIN

El niquelado es un proceso usado para mejorar la resistencia de los metales a la corrosin, su acabado y resistencia. En especfico, el niquelado electroltico es un proceso que consiste en hacer pasar una corriente elctrica a travs de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados nodo y ctodo. En este proceso se realiza la migracin de los iones del nodo (Nquel (II), Ni+2) hacia el ctodo (pieza a cubrir), esto permite la formacin de una capa uniforme de nquel sobre el ctodo, lo cual hace que esta pieza adquiera un revestimiento. En esta prctica de laboratorio, en particular, se realiz el proceso utilizando como ctodo piezas de cobre, variando la cantidad de carga en cada proceso y comparando los resultados de cada pieza para determinar as las condiciones ptimas para llevar a cabo este proceso. La trituracin, molienda y clasificacin son operaciones unitarias de gran importancia en la industria debido a que facilitan el manejo y procesamiento de la materia prima a utilizar en cualquier proceso, estas operaciones implican un cambio fsico sin alterar su naturaleza. En este trabajo se emple una trituradora de mandbulas, un molino de bolas y distintos tamaos de tamices para realizar cada una de las operaciones unitarias respectivamente. El proceso nos permiti observar y tomar datos acerca de cada uno de estos procesos para analizar y determinar qu tan ptimos y efectivos son las operaciones unitarias empleadas.

OBJETIVOS

Comparar fsicamente cada una de las placas sometidas a el proceso de niquela y determinar cual posee un mejor acabado, e identificar que variables involucradas en el proceso favorecieron a el resultado ptimo obtenido.

Identificar como afecta la variacin de la intensidad de corriente elctrica en el proceso del niquelado, cuantificando las perdidas en el nodo de nquel e observando el acabado y apariencia de cada una de las piezas sometidas a la prueba de niquelado.

Analizar los datos obtenidos en la prctica de laboratorio e identificar los posibles focos de error en el proceso y proponer formas de reducir estos errores para obtener as resultados ms apropiados.

MARCO TERICO

Niquelado

En la industria, a lo largo de la historia se han buscado tcnicas para evitar el deterioro de los metales aumentando as el tiempo de vida til de estos, y por ende evitando mayores costos en la produccin. Una de estas tcnicas

desarrolladas a lo largo del tiempo se desarrolla depositando una delgada capa de otro material ms resistente a las condiciones del medio que las del material original. El niquelado consiste en la aplicacin de una delgada capa de nquel sobre la superficie de un objeto de otro material. El nquel por sus caractersticas es un buen material para revestimiento ya que es resistente al aire, el agua, los cidos y bases diluidos. El niquelado le proporciona a la pieza una mayor resistencia a la corrosin y un mejor acabado debido al aspecto del nquel, es por esto que otro motivo por el cual se realiza este proceso es por fines decorativos. Para realizar el niquelado existen dos formas de aplicar el revestimiento de nquel. El mtodo ms comn es el niquelado electroltico, el cual consiste en preparar depsitos metlicos que se adhieran correctamente sobre un sustrato y presenten una serie de propiedades determinadas. El metal o la aleacin depositada se obtienen mediante la reduccin de los correspondientes iones metlicos utilizando energa elctrica. El otro proceso empleado para recubrimientos es el niquelado qumico, que se realiza a travs de reduccin qumica, sin el uso de corriente elctrica. Ofrece unas soluciones tcnicas excepcionales por sus inmejorables cualidades de dureza, resistencia al desgaste, al rozamiento, a la abrasin, a la corrosin. Sustituye a los tratamientos electrolticos convencionales cuando se recubren piezas de formas complicadas, huecas, irregulares, etc. donde hay zonas que no son accesibles a las lneas de corriente (Vzquez et al, 2001). En cuanto a las propiedades ms profundas el nquel es un metal duro, maleable y dctil, que puede presentar un intenso brillo. Tiene propiedades magnticas por debajo de 345 C, y se emplea como protector y como revestimiento ornamental de los metales, en especial de los que son susceptibles de corrosin, como el hierro y el acero. Tal resistencia a la corrosin est ligada a medios: reductores o moderadamente oxidantes, gracias a la proteccin otorgada por una pelcula de xido. Las propiedades fsicas ms relevantes del nquel son (Snchez et al, 2010):

Nmero atmico: 28

Nmero de masa: A=58.7 g/mol

Temperatura de fusin: 1440C

Densidad: 8890 km/m3

Coeficiente de dilatacin lineal (hasta 100C): 13.3*10-6 K-1

Conductividad trmica: 74 W/mK

Niquelado Qumico

Los procesos qumico-catalticos empleados para recubrir partes y materiales, se caracterizan por una reduccin selectiva de los iones metlicos en la superficie de un sustrato cataltico, sumergido en una solucin acuosa, y por la deposicin continua sobre ese sustrato, a travs de la accin cataltica del mismo (Vzquez et al, 2001). En el niquelado qumico, se emplea un agente reductor que provoca la reduccin de una sal de nquel que se encuentra en una solucin acuosa, generalmente caliente y de este modo, se deposita nquel (y fosforo) sobre una superficie cataltica. Un niquelado qumico requiere los siguientes componentes: a. Una sal que suministre el nquel (comnmente un sulfato o un cloruro). b. Un agente reductor

Se cuentan con el borohidruro de sodio, diversos compuestos de boro, hidrazina y el ms empleado que es el hipofosfito de sodio. Este ltimo es ms usado debido a sus grandes ventajas como mayor resistencia a la corrosin, mayor velocidad de deposicin, mayor estabilidad de la solucin y un menor costo.

c. Agentes complejantes, para controlar la cantidad de nquel disponible para la reaccin

d. Un regulador de pH Industrialmente se emplean baos de tipo acido (pH 4.5 y 6) y de tipo alcalino (pH 7.5 y 10), aunque se prefiere en tipo acido ya que a un pH alto se producen fuertes prdidas de amoniaco, provocando inestabilidad en el bao.

e. Estabilizadores Se emplean debido a que los baos son susceptibles de descomposicin, agregndose por esta razn un compuesto que aumente el periodo de estabilidad del bao.

f. Aceleradores Son compuestos que se necesitan cuando la velocidad de produccin del recubrimiento es baja.

g. Una superficie adecuadamente preparada, de modo que resulte cataltica Las superficies deben ser limpias, sin presencia de partculas de xido, remover residuos de grasas, aceites, etc. As, obtener una superficie activada, funcionando como un catalizador eficiente de la reduccin de iones de nquel.

h. Una temperatura apropiada La velocidad de deposicin est relacionada con la temperatura de forma exponencial. Como se puede observar en la grfica a partir de una temperatura de 65 C es que se empieza a dar la deposicin, mientras a una mayor temperatura (80C-95C) se da el mayor crecimiento. No obstante al aumentar la temperatura la solucin alcanza el punto de ebullicin por lo que empieza a perder estabilidad esta.

Hay varios tipos de nquel qumico, este se clasifica segn el porcentaje de fosforo: Bajo contenido en fosforo (entre 2- 4%); medio contenido en fosforo (entre 6-8%), en la cual ya presenta una elevada dureza, buena resistencia a la corrosin, gran resistencia al desgaste y a la abrasin; y alto contenido en fosforo (10-14%). Algunas de las ventajas del niquelado qumico son:

Espesor uniforme Deposita cualquiera que sea el perfil o la complejidad de las piezas a tratar.

Proteccin anticorrosiva Proteccin anticorrosiva en todas las zonas de la pieza recubierta. A diferencia del recubrimiento electroltico en que sta deposita espesores muy diferentes de un punto a otro de la pieza.

Resistencia al desgaste y la abrasin Los sistemas qumicos de niquelado proporcionan caractersticas ideales de resistencia al desgaste para aplicaciones de automocin como frenos, sistemas de combustible y componentes de direccin. Los depsitos de nquel qumico pueden aplicarse sobre la mayora de metales: cmo fundiciones, aceros al carbono y aleados, aceros inoxidables, aluminio, cobre, cobalto, monel, nquel y aleados, oro, plata, uranio, etc, incluso ciertas materias plsticas termoestables como la baquelita, melanina, cermica, vidrio, siempre y cuando se aplique sobre su superficie una adecuada preparacin. No pueden recubrirse directamente el zinc, cadmio, plomo, bismuto, antimonio y estao porque estos metales impiden el depsito de nquel por lo que se recubren con otro metal (ej.: cobre electroltico) para su posterior niquelado. El nquel qumico compite con el cromo duro en que no es necesario su posterior rectificado, pero podemos asociarlo utilizndolo como bajo-capa, o sea, dando una

Figura 1: Velocidad de deposicin vs. temperatura. Fuente: Vsquez et al, 2001.

primera capa de nquel y seguidamente otra de cromo; el conjunto gana entonces en regularidad de espesor y conserva las excepcionales cualidades superficiales del cromo duro (Morales et al, 2008).

Niquelado electroltico

En el niquelado electroltico se emplea la electrodeposicin, la cual, es el mtodo de cubrir objetos con una pelcula fina de otro metal. La electrodeposicin implica la reduccin (disminucin del estado de oxidacin; ganancia de electrones) de un compuesto metlico disuelto en agua y una deposicin del metal resultante sobre una superficie conductora. El principio que rige este fenmeno es de la electrlisis. (Daz et al, 2008). Electrlisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energa elctrica se emplea para producir cambios qumicos; mediante una reaccin redox no espontnea, donde se hace pasar una corriente elctrica. Un proceso electroltico consiste en hacer pasar una corriente elctrica a travs de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados nodo y ctodo. Donde los cambios ocurren en los electrodos. El principio fundamental de la electrolisis lo constituye la ley de Faraday. Con la ecuacin de esta ley se puede calcular la cantidad de metal que se ha corrodo o depositado uniformemente sobre otro, mediante un proceso electroqumico durante cierto tiempo. La ley de Faraday expresa que: La cantidad de cualquier elemento (radical o grupo de elementos) liberada ya sea en el ctodo o en el nodo durante la electrlisis, es proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la solucin (Daz et al, 2008). La ley de Faraday se representa mediante la siguiente ecuacin:

(Daz et al, 2008)

Dnde: W = cantidad de metal que se ha corrodo o depositado [g] I = corriente [A] T = tiempo que dura el proceso [s] M = masa atmica del metal [g/mol] n = valencia del metal

F = constante de Faraday = 96500 [A.s/mol] Cuando se conectan los electrodos con una fuente de energa, el electrodo que se une al polo positivo del generador es el nodo y el electrodo que se une al polo negativo del generador es el ctodo.

Una reaccin de electrolisis puede ser considerada como el conjunto de dos medias reacciones, una oxidacin andica y una reduccin catdica.

En el niquelado electroltico los elementos que intervienen en la celda electroltica son un nodo de nquel y un ctodo que puede ser de cualquier tipo de metal segn se desee (este es el material que se va a recubrir), en presencia de un electrolito. Lo que ocurre en esta celda, es que se una fuente o generador crea una corriente elctrica que pasa entre los dos electrodos. Se realiza la migracin de los iones del nodo (Nquel (II), Ni+2) hacia el ctodo (pieza a cubrir). Lo que ocurre es que los iones metlicos en solucin (Ni++) se reducen a Ni metal en la superficie del ctodo de la celda, y van depositndose micra a micra hasta producir un depsito continuo.

Figura 2: Elementos que intervienen en un proceso electroltico. Fuente: Daz et al, 2008.

Figura 3: Celda electroltica. Fuente: Daz et al, 2008.

REACCIONES EN EL CTODO:

++ + 2

++ + 4 + + + 22 + 2

2 + 2

Por lo que se produce 2

REACCIONES EN EL NODO:

++ + 2

2 2 2 +1

22 + 2

Por lo que se produce 2

Tipos de niquelado

De acuerdo al uso del material a niquelar se aplica un tipo de niquelado, estos tipos varan en la forma de aplicar el proceso y en las adiciones que se emplean en el electrolito para obtener un niquelado con cierto propsito, los tipos de niquelado ms comunes son:

Niquelado Brillante: Se realiza con un bao de composicin idntica al anterior al que se le aade un abrillantador que puede ser sacarina, por ejemplo para obtener la calidad espejo la placa base tiene que estar pulida con una muy buena calidad.

Niquelado de mate: Se realiza para dar capas gruesas de nquel sobre hierro, cobre, latn y otros metales es un bao muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decmetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesas capas de nquel en tiempos razonables (Morales et al, 2008).

METODOLOGA

Equipos

Balanza electrnica

Calibrador digital

Micrmetro

Fuente de voltaje

Cronmetro

Agitador magntico

Termocupla

Plancha de calentamiento

Materiales

Lija de dos tamaos de nmeros diferentes

Pinzas

Vasos de precipitado de 1000 mL y de 50 mL

nodo de nquel

Cuatro (4) placas de cobre

Alambres conductores

Etanol 70%

Bao electroltico con pH=4,5

Variables

Son los parmetros que sern evaluados antes, durante y despus del proceso de niquelado, y son relevantes para el xito de la operacin.

Operacin Respuesta

pH

Temperatura

Amperaje

Voltaje

Distancia entre los electrodos

Tiempo

Agitacin

Composicin del bao electroltico

Peso de las placas

Dimensiones de las placas (Ancho, largo y espesor)

Apariencia (Brillo)

Procedimiento

Bao electroltico En el laboratorio de procesos ya se encuentra la solucin de sulfato de nquel, cloruro de nquel, cido brico, sacarina y lauril sulfato de sodio, con pH ajustado en 4,5. Se utilizar un volumen de 1000 mL.

Compuesto Concentracin [g/L]

Sulfato de nquel Cloruro de nquel

cido brico Sacarina

Lauril sulfato de sodio

412,5 45

550 2,18 0,73

Figura 4: Bao electroltico. Fuente: Los autores.

Tabla 1: Variables del proceso. Fuente: Los autores.

Tabla 2: Componentes del bao electroltico. Fuente: Silva et al.

Montaje El montaje se hizo sobre una placa de calentamiento con agitacin magntica a 200 rpm. Se ajust la temperatura a 45C y se dej calentar mientras se prepararon las placas, y se regul utilizando una termocupla conectada al controlador de la placa de calentamiento. Se utiliz un soporte universal al cual se ajustaron dos varillas con pinzas para los electrodos provenientes de la fuente de corriente, con separacin entre ellos de 4 cm.

Acondicionamiento de las placas Mientras se garantiza la temperatura de la solucin en la celda electroltica, se prepararon y acondicionaron las cuatro placas de cobre: En un primer momento se lijaron utilizando una lija de tamao de grano mediano hasta hacer todas las superficies homogneas, sin puntas, para evitar puntos en donde el recubrimiento no se adhiera. Posteriormente, se utiliz una lija de tamao de grano pequeo para pulir las superficies.

Una vez conseguidas unas superficies completamente uniformes y lisas, se procede a limpiar las piezas de impurezas y trazas de grasa que puedan interferir en el proceso sumergindolas dentro de etanol al 70% con la ayuda de unas pinzas. Para finalizar la limpieza se secan bajo una corriente de aire.

Figura 5: Montaje experimental. Fuente: Los autores.

Figura 6: Placas de cobre. Fuente: Los autores.

Figura 7: Limpieza de las placas. Fuente: Los autores.

Caracterizacin inicial de las placas La caracterizacin inicial de las placas correspondi a medir sus dimensiones, largo y ancho, con la ayuda de un calibrador digital. El espesor se midi utilizando un micrmetro. Se pesaron con una balanza electrnica de alta precisin.

Electrodeposicin del nquel en las placas Para iniciar el proceso de electrodeposicin de nquel, se ubic en la pinza con polaridad negativa el electrodo de nquel previamente pesado y se sumergi en la solucin. La primera placa de cobre se sostuvo con la pinza roja de polaridad positiva y se introdujo tambin en la solucin.

Se ajustaron el voltaje y el amperaje, variando para cada una de las placas amperajes entre 0,3 y 1 A. El tiempo transcurrido para cada proceso fue de diez minutos. Al finalizar la electrodeposicin con cada placa fue necesario pesar el electrodo de nquel para conocer la cantidad liberada de ste en cada paso.

Figura 10: Introduccin de los electrodos. Fuente: Los autores.

Figura 8: Micrmetro. Fuente: Los autores.

Figura 9: Balanza electrnica. Fuente: Los autores.

Caracterizacin final de las placas Al finalizar el tiempo de electrodeposicin se extrajeron del bao electroltico las piezas de cobre recubiertas, se lavaron con agua y se calcularon las mismas dimensiones iniciales: peso, ancho, alto y espesor. La caracterizacin se hizo de la misma forma que al principio.

RESULTADOS Y ANLISIS

Se niquelaron cuatro placas de cobre, para medir la ganancia de masa en cada una, a partir de una corriente suministrada. El proceso de niquelado se realiz en las siguientes condiciones:

Temperatura: 45 C

pH: 4,5

Agitacin contina por medio de un agitador magntico, operando a 200 rpm.

A continuacin se presenta la tabla de datos, la cual contiene la informacin de los estados de las placas y el electrodo; antes y despus del recubrimiento; con el respectivo amperaje para cada placa.

PLACA DATOS ANTES DESPUS

1 Voltaje 2,2

Amperaje [A] 0,3

Peso electrodo [g] 32,4585 32,4334

Peso [g] 5,2853 5,3342

Ancho [mm] 19,88 19,89

Largo [mm] 20,54 20,67

Figura 11: Fuente de corriente a diferentes amperajes (rojo) y voltajes (verde). Fuente: Los autores.

Figura 12: Placas de cobre niqueladas. Fuente: Los autores.

Espesor [mm] 1,49 1,5

2 Voltaje [V] 2,8

Amperaje [A] 0,5


Peso [g] 5,0618 5,1525

Ancho [mm] 19,84 19,89

Largo [mm] 20,04 20,04

Espesor [mm] 1,49 1,515

3 Voltaje [V] 3,2

Amperaje [A] 0,7


Peso [g] 5,2858 5,4154

Ancho [mm] 20,26 20,34

Largo [mm] 20,4 20,5

Espesor [mm] 1,489 1,52

4 Voltaje [V] 0,41

Amperaje [A] 1


Peso [g] 5,2094 5,391

Ancho [mm] 20,14 20,23

Largo [mm] 20,22 20,16

Espesor [mm] 1,48 1,53

Balances de masa

En la siguiente tabla se presentan los diferentes cambios de masa que ocurrieron despus del niquelado:

Placa Amperaje

[A]

Masa perdida del electrodo de nquel

[g]

Masa ganada por la placa de cobre

[g]

Masa no depositada de

Nquel [g]

1 0,3 0,0251 0,0489 -0,0238

2 0,5 0,0284 0,0907 -0,0623

3 0,7 0,2437 0,1296 0,1141

4 1 0,2454 0,1816 0,0638

En la tabla se encuentra el amperaje al que se someti cada placa. En seguida, se muestra la masa perdida por electrodo, la masa ganada por cada placa y la masa no depositada de nquel; es decir la diferencia entre la masa perdida de nquel con

Tabla 3: Mediciones antes y despus de cada prueba. Fuente: Los autores.

Tabla 4: Balance de masa para cada placa y electrodo, respecto a una intensidad de corriente

especfica. Fuente: Los autores.

la masa ganada de la placa. Se puede deducir, segn los resultados, que la placa nmero cuatro es la que gano ms masa de nquel con una corriente de 1 [A] y en donde el electrodo perdi ms masa.

En las placas 1 y 2 se observa en la grfica 1, que la masa no depositada, presenta resultados negativos. Esto sucede porque en la solucin electroltica hay masa disuelta de nquel que no se deposit en el momento que fue desprendida del electrodo, acumulndose as al final en la misma. Por lo tanto las primeras placas se beneficiaron de estas impurezas (masa acumulada de nquel), resultando ms masa en las placas de cobre de lo esperado. Algunas razones por las que no se deposit completamente la masa a la placa:

Lijado de las placas regular: Mientras no est completamente lijadas las placas, lo que no permite que se adhiera la masa de nquel a la placa.

Incorrecta agitacin: Los iones formados no migran correctamente a travs de la solucin.

Efecto de la variacin de la corriente en la deposicin de nquel

En la grfica 1, se observa la intensidad de corriente que se trabaj en cada placa, presentndose a un mayor amperaje, una mayor masa liberada de nquel y mayor deposicin de ste en las placas. Sin embargo, el anterior hecho no indica que la placa que se trabaj con mayor corriente, sea la placa ms ptima, pues hay otras caractersticas (criterios) que se estudian a la placa, no slo la ganancia de masa.

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Co

rrie

nte

[A

]

Masa [g]

Grfica 1: Efecto de la intensidad de corriente en el niquelado

Masa del electrodo de niquel Masa ganada por la placa de cobre

Masa no depositada de Niquel

Fuente: Los autores.

Comparacin de resultados

Ahora, se lleva a cabo una comparacin de los resultados obtenidos en la prctica experimental respecto a los que se esperara tericamente por medio de la Ley de Faraday. Los clculos se realizaron con la ecuacin de la Ley de Faraday, presentada anteriormente. En donde vara slo el valor de la corriente inducida. Cada prueba tom un tiempo de 10 minutos. Luego para comparar los resultados, se halla el error porcentual para cada placa.

% =

Placa Amperaje

[A] Masa Terica

[g] Masa Experimental

[g] Error porcentual

%

1 0,3 0,05475544 0,0489 10,69380571

2 0,5 0,091259067 0,0907 0,612615682

3 0,7 0,127762694 0,1296 1,438061172

4 1 0,182518135 0,1296 28,99335718

Para una mejor apreciacin de los resultados, se presentan tambin mediante una grfica, en la cual se evidencia que se presenta mayor error en algunas placas que otras; pero aun as no se alcanzan valores ideales mediante la prctica experimental.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,3 0,5 0,7 1

Mas

a [g

]

Corriente [A]

Grfica 2: Masa ganada por la placa

Masa Teorica Masa Experimental

Tabla 5: Comparacin de resultados experimentales y tericos. Fuente: Los autores.


CONCLUSIONES

Para un proceso de niquelado electroqumico, la intensidad de corriente es directamente proporcional a la masa desprendida por el nodo.

Al comparar los resultados experimentales con la ley de Faraday, se estima una incertidumbre de error, los cuales se pueden deber a errores en las mediciones y a las impurezas acumuladas en la solucin electroltica.

La placa con mejor recubrimiento fue la tercera, obtenida con un amperaje de 0,7 [A]. A pesar de que la cuarta pieza recubierta obtenida con 1 [A] adquiri mayor masa, tambin se tuvo en cuenta la apariencia, siendo mejor la tercera por su brillantez y acabado.

RECOMENDACIONES

Es importante reconocer el hecho de que se hacen varias pruebas variando el amperaje en la celda electroltica para determinar cul es el valor ptimo en este proceso, pero, durante el procedimiento se libera nquel proveniente del nodo que no se adhiere al electrodo de cobre y por tanto queda libre en la solucin. Esta situacin puede ocasionar que el nquel libre en el bao se adhiera a electrodos que son sumergidos posteriormente y con diferentes valores de corriente, y as crear inconsistencias debido a que el nquel ganado por la placa de cobre ser ms que el perdido por el electrodo.

Lijar las piezas a recubrir correctamente, para que se realice un niquelado uniforme, a travs de toda el rea de las placas.

La limpieza previa de las placas para eliminar rastros de grasa e impurezas es elemental, pues de no ser as, el recubrimiento puede no adherirse totalmente a la superficie.

CAPTULO II: Trituracin, molienda y tamizado

INTRODUCCIN

En la industria, la necesidad de manejar ms fcilmente las materias primas ha hecho cobrar gran importancia a las operaciones unitarias que se encargan de hacer cambios fsicos en los materiales sin afectar su naturaleza. Estas operaciones pueden ser por ejemplo: lavado, reduccin, homogenizacin, clasificacin y concentracin. La operacin de reduccin consiste bsicamente en dos etapas separadas: trituracin y molienda, conocidas como conminuicin, en donde se reduce el tamao del mineral para continuar con la clasificacin (MINMINAS, 2002).

Figura 13: Diagrama de flujo del proceso.

Fuente: Los autores

OBJETIVOS

Conocer la importancia de las operaciones unitarias trituracin, molienda y clasificacin. Y as mismo conocer que tipos de equipos se pueden emplear en el desarrollo de las mismas.

Identificar las variables relevantes en cada una de las tres operaciones unitarias a tratar y mediante los resultados obtenidos analizar cmo afecta cada una de ellas a su operacin respectiva.

Determinar y analizar los principios fsicos que rigen a cada una de las operaciones unitarias trabajadas en esta prctica de laboratorio.

MINERAL

Conminuicin

Clasificacin

Trituracin

Molienda

MARCO TERICO

El objetivo de la reduccin de tamao mediante la trituracin y la molienda es producir pequeas partculas a partir de otras ms grandes debido a que las partculas ms pequeas son ms deseadas por su gran superficie, por su forma, tamao y nmero. (McCabe et al, 2007). La preparacin de los materiales mediante la este mtodo es esencial para poder garantizar condiciones ptimas de trabajo facilitando el transporte del material, las operaciones fsicas y qumicas, y permitiendo que las reacciones qumicas en procesos posteriores se optimicen debido al aumento en la superficie de contacto cuando el material se encuentra particulado. La trituracin y molienda de minerales se efecta normalmente por compresin simple, fracturndolos en el momento en que alcanzan su lmite elstico, para lo cual requieren de una fuerza que permita sobrepasarlo (Espinosa et al, 1984). Como no existe una diferencia clara entre estas dos operaciones, se habla de trituracin cuando las partculas poseen tamaos superiores a 1 pulgada (1) o 2.54 centmetros, y de molienda cuando las partculas a fragmentar tienen tamaos inferiores a este. Existen gran variedad de equipos para llevar a cabo las operaciones de molienda y la trituracin, para cada una se emplean equipos adecuados que en este caso se denominan molinos y trituradoras. Una trituradora es una mquina utilizada para procesar materiales con la finalidad de obtener trozos ms pequeos de los mismos. Las trituradoras tienen mltiples usos, por ejemplo en el campo de la agricultura se pueden usar trituradoras que se encarguen de triturar, procesar y machacar plantas, frutos y hierbas recogidos en el campo. En el rea de la minera, las trituradoras se utilizan para triturar piedras y dems materiales slidos. Una de las principales trituradoras utilizadas en la minera y en el procesamiento de minerales es la trituradora de mandbula. Esta trituradora es una mquina utilizada en la trituracin llamada de primer nivel. La trituracin de primer nivel es una trituracin gruesa y media y las partculas trituradas que se obtienen no son tan finas como resultaran de otro proceso de trituracin. El campo que ms utiliza a las trituradoras de mandbulas es el de la produccin mineral e industrial. Estos procesos requieren de una trituracin media o gruesa y se aplica a materiales de hasta 320 Mpa de compresin. La trituradora de mandbula recibe su nombre del movimiento que realiza su placa de trituracin, similar a una mandbula al masticar (QumiNet, 2011). Figura 14: Trituradora de mandbula.

Fuente: QuimNet, 2011.

En cuanto a los molinos son mquinas que se encargan moler y pulverizar los materiales usando una energa. Un molino comnmente usado es el molino de bolas. Este molino es una mquina horizontal que tiene una instalacin rotativa en forma de tubo dentro de la cual se encuentran esferas de diferentes tamaos este funciona por el giro del cilindro con bolas de acero. As molen la materia prima hasta la fina necesaria. La rotacin suele ser de 4 a 20 revoluciones por minuto, dependiendo del dimetro de la planta. Estos molinos de bola son movidos por una transmisin de correas trapezoidales y engranajes de mando o una reduccin (Equitec S.A.)

El mineral en su paso por el molino, puede ser fracturado mediante dos formas: Ciclo de cascada, el tipo de fractura es va impacto preferencialmente. Cizalle (interior), el tipo de fractura es va abrasin o atricin. As los materiales menos resistentes se fracturan al interior del molino o se desgastan paulatinamente hasta su desgaste, debido a los repetidos impactos y el desgaste al cual estn sometidos. En estos molinos el tamao y cantidad de las bolas depende del material que se desee moler. En el molino de bolas se debe tener en cuenta que existe una velocidad de rotacin ms all de la cual un elemento de la carga (las bolas) tendr la suficiente fuerza para adherirse a esta, lo que significa que las bolas de adhieren a las paredes del molino y por ende el sistema no cumplir su funcin. Esta velocidad que evidentemente no se debe alcanzar, es la velocidad crtica (Nc, Vc) y depende del dimetro del molino. Para poder estimar esta velocidad es necesario realizar un balance de fuerzas del cual se obtiene la relacin de velocidad de rotacin crtica.

Figura 15: Molino de bolas. Fuente: Formats Construction Machinery Co., Ltd.

D: dimetro [m]

En un molino de bolas, la velocidad ptima se ubica entre 65% a 80% de la velocidad crtica en metros por segundo, en molienda seca se sita hacia el lmite menor (lvarez G.).

Clasificacin

Corresponde a separar los componentes de la mezcla de partculas de acuerdo a su tamao, siendo cada grupo ms uniforme debido a que el tamao de las partculas se hace similar. En la industria se clasifican los minerales y materiales tratados con una serie de tamices de agujeros de diferentes dimetros (granulometra) que son ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el tamiz de mayor dimetro, se agrega el material original (suelo o sedimento mezclado) y la columna de tamices se somete a vibracin y movimientos rotatorios intensos en una mquina especial. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se desensamblan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno de ellos y que, en su suma, deben corresponder al peso total del material que inicialmente se coloc en la columna de tamices (Ley de conservacin de la masa). Un tipo de escala de tamices es mostrado a continuacin:

Figura 16: Molino de bolas. Fuente: lvarez G.

Forma de las partculas

La forma de una partcula original se puede expresar convenientemente de la siguiente manera:

(

) =

6

(Dp)0.5

Tabla 6: Escala de tamices. Fuente: McCabe et al, 2007.

Donde D [=] dimetro nominal de la partcula S [=] rea superficial de una partcula V [=] volumen de la partcula El tamao promedio de las partculas de una mezcla se puede calcular teniendo en cuenta las distribuciones de estas, segn las siguientes expresiones: Dimetro promedio de Sauter: Es el dimetro promedio volumen por superficie

=1

Dimetro promedio msico:

=

Dimetro promedio por volumen:

=1

((

))13

Requerimiento de energa

Teora de Bond: Esta teora propuesta por bond, propone que le trabajo requerido para formar partculas de una tamao Dp a partir de una alimentacin muy grande es proporcional a la raz cuadrada de la superficie al volumen del producto Sp/VP como:

(

) =

6

(Dp)0.5

Entonces:

=

()0.5

Donde Kb [=] Constante que depende del tipo de mquina y del material que se tritura.

Kb=0,1

Wi: ndice energtico del material (KWh por tonelada necesarios para reducir un material desde un tamao infinito hasta que el 80% pase por el tamiz de 100 (10-6 m).

Wi aterial = 14.83 /n

METODOLOGA

Equipos

Trituradora de mandbula

Molino de bolas

Cernidor elctrico

Balanza

Tamices de diferentes tamaos

Materiales

Gravilla

Bolsas

Procedimiento

Trituracin Se grada la mandbula de la trituradora y se introducen rocas de diferentes tamaos en ella. Se enciende y se mantiene en funcionamiento hasta obtener 500 gramos de muestra, que sern pesados dentro de una bolsa en la balanza.

Figura 17: Carga de la trituradora de mandbula y muestra extrada. Fuente: Los autores.

Molienda La muestra proveniente de la trituradora se moler dentro del molino de bolas. Sern utilizadas nueve cuerpos moledores de hierro (bolas) de tres tamaos diferentes: Grandes, medianas y pequeas.

Antes de poner en marcha el equipo, es necesario caracterizar los cuerpos moledores midiendo su dimetro y peso. Para esto se utiliz la balanza y un calibrador.

Se carga el molino con la muestra y los cuerpos moledores y se cierra. Se da inicio a la molienda durante una hora (60 minutos) con el equipo a 46 rpm.

Figura 18: Cuerpos moledores de hierro de tres tamaos. Fuente: Los autores.

Figura 19: Caracterizacin de los cuerpos moledores. Fuente: Los autores.

Figura 20 y 21: Carga y puesta en marcha del molino de bolas. Fuente: Los autores.

Finalizado el proceso de molienda, se extrae la muestra por la compuerta inferior del molino, cuidando de no sacar las bolas de hierro. Se seleccionan 200 gramos de muestra.

Tamizado Antes de iniciar el tamizado en el cernidor elctrico, es necesario pesar cada uno de los seis tamices y la base metlica.

Posteriormente, se ubican de tal forma que arriba quede el de menor nmero y abajo el de mayor nmero, y la base metlica en el fondo. La muestra proveniente del molino se deposita en el primer tamiz y se tapa. Los tamices organizados se ubican en el cernidor elctrico y se pone en funcionamiento durante 30 minutos. Al finalizar el proceso de tamizado se pesan cada uno de los tamices y la base, y as, con los pesos de los tamices vacos se conoce la cantidad de muestra retenida y la correspondiente a cada uno.

Figura 22: Muestra proveniente del molino de bolas. Fuente: Los autores.

Figura 23: Caracterizacin de los tamices. Fuente: Los autores.

RESULTADOS Y ANLISIS

Se hicieron las correspondientes mediciones de las variables involucradas en la prctica. Inicialmente se tritur cierta cantidad de muestra de un mineral en la trituradora de mandbula, obtenindose 500 g de sta. Procedente se lleva la muestra al molino de bolas, con tres tamaos diferentes de bolas, que para una clasificacin, en la tabla dos se mencionan de grande a pequea. El proceso de molienda tard una hora a 46 rpm.

Bola Tamao

dimetro [mm]

Dimetro promedio

[mm] Masa [g] Masa promedio [g]

Grandes 28 27 194,2 195,9

Nmero de tamiz

Malla [m]

Peso malla [g]

Peso malla con muestra retenida

[g]

Peso muestra retenida [g]

45 355 395,7 403,5 7,8

60 250 381,1 433,57 52,47

70 212 384,3 450,52 66,22

80 180 379,3 410,7 31,4

100 150 371,2 389,3 18,1

120 125 370,8 375,9 5,1

Base 0 405,1 422,1 17

Tabla 7: Medidas de los tamices y muestra retenida. Fuente: Los autores.

Figura 24: Cernidor elctrico. Fuente: Los autores.

27 195,8

26 197,9

Medianas

15

15

62,79

62,76

15 62,9

15 62,6

Pequeas 9

8,67

29,48

28,24

9 27,62

8 27,58

A partir de las mediciones realizadas en la prctica, se determina el dimetro promedio de las partculas con la escala de tamices Tyler, para las distintas aperturas de las mallas utilizadas. El dimetro promedio se obtuvo con siguiente expresin:

= 20,25

La abertura de la malla fue tomada de la tabla (mostrada en el marco terico) de la escala de tamices Tyler, de acuerdo al nmero del tamiz. Respecto a la fraccin de la masa retenida se hall:

=

+

A continuacin se presentan los resultados de cada tamiz, en relacin al peso retenido de la muestra y el dimetro de partcula promedio en cada una:

Tamiz

Peso retenido [g]

Dimetro promedio partcula [mm]

Fraccin de masa Retenida

Fraccin de masa

acumulada

45 7,8 0,2951 0,01933 0,01933

60 52,47 0,2102 0,12101 0,14034

70 66,22 0,1765 0,14698 0,28733

80 31,4 0,1488 0,07645 0,36378

100 18,1 0,1252 0,04649 0,41028

120 5,1 0,1042 0,01356 0,42385

Base 17 0,04027 0,46412

Tabla 8: Medidas de las variables del proceso de molienda. Fuente: Los autores.

Tabla 9: Mediciones de la muestra aurfera. Fuente: Los autores.

Para analizar mejor los resultados, se presentan las siguientes grficas:

En la grfica uno podemos ver qu tanto retena cada tamiz, segn su apertura de malla. Encontramos que ocurre mayor retencin de masa en las primeras mallas, siendo el tamiz nmero-70, con apertura de malla de 212 micrmetros, el que retiene mayor masa, equivalente a 31% del total la muestra; mientras que en las posteriores mallas ya se alcanza una menor retencin. En el mismo orden de ideas, podemos observar que en la grfica dos, se presenta un comportamiento similar, evaluando ahora el dimetro promedio de cada malla.

Malla #45

Malla #60

Malla #70

Malla #80

Malla #100 Malla #120

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 50 100 150 200 250 300 350 400

[]

Grfica 1: Fraccion de masa acumulada vs Apertura de la malla

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

[mm]

Grfica 2: Fraccion de masa acumulada vs Dimetro promedio



Ya que se dijo que el tamiz nmero-70 tom mayor parte de la muestra, este cuente con un dimetro promedio de 0,1765 milmetros.

Clculo de los dimetros de partcula y requerimiento de energa

Mediante las expresiones mencionadas en el marco terico, es posible calcular diferentes dimetros de partcula, en funcin de la fraccin msica retenida y del dimetro medio en el incremento, que consiste en el promedio aritmtico entre la abertura de una malla y la de la anterior. Respecto al requerimiento de energa se trabaja con la Teora de Bond, por cual, podemos conocer el trabajo que necesitan las partculas para ser demolidas a un tamao especfico. A continuacin se presentan los resultados de energa para para dimetro promedio: Volumen superficie (Sauter), de masa y de volumen.

Dimetro Promedio

Dimetro Partcula

[mm] Energa [kWh/ton]

Sauter 0,40187 7,397767243

Masa 0,02527 29,50074383

Volumen 0,73795 5,459183028

CONCLUSIONES

Las primeras mallas retuvieron mayor masa que las del fondo, en donde la

mayor parte de la muestra alcanzo un dimetro medio de 0,1765 [mm], debido a las condiciones del molino, como la velocidad de rotacin, cantidad y tamao de los cuerpos moledores.

La potencia requerida en este proceso, es proporcional a la masa alimentada, pero inversamente proporcional al dimetro de partcula obtenido.

RECOMENDACIONES

Para esta prctica en especial, es de suma importancia la utilizacin de equipo completo de proteccin personal, incluyendo adems de una bata manga larga, un tapabocas y gafas de seguridad debido a que se liberan rastros de material particulado de diferentes tamaos que pueden ocasionar lesiones graves.

Tabla 10: Energa requerida segn el dimetro de aplicacin. Fuente: Los autores.

Para tener una eficiencia mayor en la molienda, la velocidad del molino debe ser prudente, al incrementar esta velocidad, el material dentro del molino se puede quedar adherido a las paredes del molino evitando que la muestra entre en contacto con los cuerpos moledores.

Cumplir con los tiempos requeridos para cada etapa del proceso: trituracin, molienda y tamizado.

BIBLIOGRAFA

1. LVAREZ G. Equipos rotatorios: Molino de bolas. [En lnea] Disponible en:

[Consulta: Junio 2015]

2. ARDILA N., MARTINEZ., VALBUENA. Manual de trituracin, molienda y tamizado. Laboratorio de Operaciones Unitarias II, Universidad Industrial de Santander. 2003.

3. DIAZ DEL CASTILLO F. Laboratorio de tecnologa de materiales. Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Mxico. Cuautitln Izcalli, 2008.

4. ESPINOSA L., LOPEZ V. Teora y prcticas de trituracin y molienda. Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma de Mxico. 1984.

5. EQUITEC S.A. Molinos de bolas. [En lnea] Disponible en:


6. FORMATS CONSTRUCTION MACHINERY Co., Ltd. Funcionamiento de

molino de bolas. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Junio 2015]

7. McCABE W., SMITH J., HARRIOT P. Operaciones Unitarias en Ingeniera

Qumica. Sptima edicin. McGraw Hill. Mxico, 2007.

8. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGA DE COLOMBIA, MINMINAS. Gua Minero Ambiental: Beneficios y transformacin. 2002. P. 35-37. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

9. MORALES J., ROSAS J., SUREZ E. Obtencin y caracterizacin de

sistemas proyeccin trmica nquel qumico sobre aceros de bajo carbono. Universidad Nacional Autnoma de Mxico. P. 8-22. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

10. Nquel qumico. Elhco, Empresa de recubrimientos galvnicos. [En lnea]

Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

11. Nquel qumico. Tecnocrom Industrial S.A. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

12. QuimiNet. Caractersticas de los molinos de bolas. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Junio 2015]

13. SNCHEZ M., CAMPOS I. Tecnologa de materiales. Mxico. Trillas, 2010. P. 296-297.

14. SERVICIO GEOLGICO MEXICANO, SGM. Beneficio y transformacin de

minerales. 2014. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

15. SILVA, C., CALLEJAS, L., PEREZ J., BARRERA L. Informe de laboratorio:

Niquelado. Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Laboratorio de procesos.

16. Sistemas de partculas. [En lnea] Disponible en:


17. Trituracin. Facultar de Ingeniera, Universidad de Buenos Aires. [En lnea] Disponible en: [Consulta: Marzo 2015]

18. TODT F. Corrosin y proteccin. Madrid. Aguilar, 1999. P. 523-527

19. VZQUEZ A., DAMBORENEA J. Ciencia e ingeniera de la superficie de

los materiales metlicos. Madrid. CSIC. 2001. P. 261-265

Niquelado; Trituración, tamizado y molienda

Documents

Transcript of Niquelado; Trituración, tamizado y molienda