CONCEPTOS GENERALES TERMODINAMICA Nos permite predecir la posibilidad de que una determinada reaccin ocurra. SISTEMA Pueden ser: -Abiertos (intercambia materia y energa). -Cerrados (no intercambia materia y s energa). -Aislados (no intercambia ni materia ni energa). Propiedades Intensivas: capacidad calorfica Propiedades Extensivas: presin temperatura volumen Fase: cada una de las partes diferenciadas y homogneas de un sistema que puede separarse de otras por medios mecnicos Componente: cada una de las unidades composicionales arbitrarias que sirven para definir un sistema. Conviene que haya el menor nmero posible. Capacidad calorfica: cantidad de energa que hace variar en 1C la temperatura de un cuerpo --- Un sistema se define como termodinmicamente en equilibrio si mantiene un equilibrio trmico, mecnico, de fase y qumico. 1ra LEY, conservacin de la energa H: cantidad de energa que est metida dentro de un sistema (energa que se gasta) -Endotermico (energa que viene del exterior del sistema): +H mayor 0 -Exotermico: -H menor 0 2da LEY Posicin de la energa en el sistema, Si hay motivacin es espontaneo Si no hay motivacin es no espontaneo S: grado de desorden relacionado con la espontaneidad, direccionamiento de la energa dentro del sistema. Espontaneo, Reaccion va la derecha, mayor 0 No espontaneo, reaccin hacia la izquierda, menor 0 Equilibrio, no hay trabajo, 0 a veces 1 Todos los procesos espontneos son irreversibles.Todos los procesos reales son irreversibles. Para que un proceso no-espontneo ocurra se debe realizar trabajo sobre el sistema. 3ra LEY La entropa de una sustancia cristalina pura a la temperatura del cero absoluto es cero En general, la Entropa aumenta cuando: Se forman gases a partir de lquidos y slidos. Se forman lquidos o soluciones a partir de slidos. Aumenta el nmero de molculas de gas. Aumenta el numero de moles G = H TS Si un proceso es o no factible G menor a 0 es espontaneo G mayor a 0 es no espontaneo METALES Y SUS PROPIEDADES AL ESTADO LQUIDO ESTRUCTURAS 1 ESTRUCTURA DE LOS METALES PUROS AL ESTADO LQUIDO Un metal pasa al estado lquido cuando su estructura cristalina sufre modificaciones en su ordenamiento, los paquetes cristalinos se desordenan y adquieren posiciones al azar. Para determinar la estructura de los metales lquidos, se requiere hacer la medicin de difraccin de los neutros y electrones, por medio de rayos X, um = IRD Intensidad de radiacin difractada. Se mide la presencia de tomos en un determinado volumen. *NUMERO DE COORDINACION Numero de tomos que se relacionan entre celda y celda cristalina Numero de tomos en un paquete cristalino (dispersin y distribucin de atomos) Movilidad de tomos difiere de solido al liquido. 1.1 EFECTO DE LA TEMPERATURA sobre los patrones de difraccin. Reducir y ensanchar los puntos mximos de empaquetamiento 2. ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES AL ESTADO LQUIDO Las distancias interatmicas muestran una difraccin similar a la de los metales puros, cuando el contenido del aleante es bajo. 3. ESTRUCTURA DE LAS SALES FUNDIDAS 3.1 SALES HALOIDEAS Los cationes de sales fundidas forman iones, los que estn formados de aniones. 3.2 OXIDOS, SULFUROS Y OTROS El grupo de xidos mas importante al estado liquido s aquel que tiene enlace covalente y tiene al oxigeno obligado a formar una red tridimensional. PROPIEDADES 4. PROPIEDADES DE LOS METALES LIQUIDOS4.1 DIFUSIVIDAD Nivelacin de concentracin de las molculas de cualquier sustancia en el espacio, condicionada por el movimiento catico de las molculas. Difusin G L S Difusin en lquidos: a que las molculas estn ubicadas ms cerca entre s, y la fuerza de atraccin mutua que existe es mayor que en los gases y esto frena la difusin. 4.1.1 FUNDAMENTOS Fenmeno que ocurre cuando una sustancia penetra en otra o es penetrada por esta. Asociados a un gradiente de concentracion Se realiza de M concentracin a m concentracin.Mdiferencia de concentraciones = M difusividad *MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA Molecular: Movimiento molecular fortuito, debido a uan diferencia de [] Convectiva: Movimiento global del fluido (laminar o turbulento) 4.1.2 DIFUSION TEMPERATURA MDifusividad = Mtemperatura 4.2 VISCOSIDAD Propiedad de un fluido cuando tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. 4.2.1 VISCOCIDAD DINAMICA Rozamiento interno desarrollado, cuando una partedel fluidose mueve relativamentea una parte adyacente (1 a4 cp) 4.2.2 VISCOSIDAD - TEMPERATURA m Viscosidad = M Temperatura de F = M Fluidez M Temperatura de F = M Energia de activacin (E) signo (+) 4.2.3 VISCOSIDAD DIFUSIVIDAD (LEY DE STOKES EINSTEIN) Cuando: radio atmico = radio cristalogrfico, al estado solido 4.2.4 VISCOCIDAD DIFUSION - PRESION M Viscosidad = M Presin = m Difusin 4.3 TENSION SUPERFICIAL Es la atraccin mutua entre las molculas de los lquidos, cuando esta atraccin es en una molcula de la superficie y no existe una fuerza que la atraiga hacia fuera, entonces la fuerza atrae al interior a las molculas del exterior, tiendea reducir su superficie. Se manifiesta como una fina membrana. *CAPILARIDAD: se puede explicar por la tensin superficial y por el valor de la relacin entre el mdulo de fuerza de adhesin L-S y cohesion del L Moja: M adhesion molecular No Moja: m adhesion molecular (descender el menisco) Los metales tienen alta tensin superficial, por lo tanto no mojan. Presin es mayor que la TS, puede producir penetracin, al bajar la viscosidad. 4.3.1 T SUP TEMPERATURA mT Sup = M Temperatura T Sup = 0 (temperatura critica) licua un gas Ec Etvos Ec Ramsay - Shields 4.4 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Capacidad de un cuerpo de permitir pasar electrones a travs de si, facilidad con que los electrones pueden pasar por el. Los metales conducen fcilmente la corriente elctrica en solido o lquido, ya que los e- se desplazan con facilidad. Se debe a la presencia de una banda de valencia de electrones no saturada en la estructura atmica o que tiene una banda superiores vacas; esto hace que los electrones fluyan de un tomo a otro por efecto de un campo magntico. MConductividad = m Temperatura: Porque el proceso de difusin baja una gradiente de potencial y requiere alguna forma de energa de activacin. Se da por migracin directa de tomos y/o electrones a travs del seno del liquido, bajo la influencia de una gradiente de potencial, esta conduccin se debe mas que nada a a vibracin. 4.5 CONDUCTIVIDAD TERMICA Capacidad de transferir energa cintica de sus molculas a otras adyacentes o sustancias que est en contacto. En los metales lquidos los electrones quedan libres para moverse dentro de la configuracin, cuando estn excitados a un nivel superior de energa dentro de la banda. Si la banda mayor esta vaca, los electrones desde un nivel de energa inferior puede ser excitado por una cantidad de energa muy pequea porque orbitales vacantes se encuentran justo por encima de los orbitalesocupados de mayor energa. 5. PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES, SALES Y OTROS 5.1 DIFUSIVIDAD Se pueden medir los coeficientes de difusin D* y los coeficientes de interdifusion mediante la ecuacin de Darken 5.2 VISCOSIDAD La viscosidad varia con la composicin, en el caso de aleaciones que forman compuestos de fusin las isotermas de viscosidad puede mostrar un mximo ms o menos la secuencia de la composicin de la aleacin. Por lo general el valor de la viscosidad se acerca a la del metal puro y cuando se acerca a la temperatura eutctica el valor de viscosidad es el mnimo respecto a toda la aleacin. Peritectico: viscosidad mayor Eutectico: viscosidad menor 5.3 TENSION SUPERFICIAL La tensin superficial disminuye marcadamente por la sustancia ms activa en la superficie. El C eleva la tensin superficial 5.4 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Al hacer circular corriente elctrica en una aleacin el componente de mayor resistividad en estado puro se concentra en el nodo y el de resistividad ms baja en el Ctodo Metal ms ligero se concentra en el ctodo *En los xidos: Oxido enlace inico M conductividad Oxido enlace covalente mconductividad *En los sulfuros: Mconductividad = M contenido de S ESCORIAS 1. INTRODUCCION 2. CONCEPTO Es el producto del proceso pirometalurgico que rene todo el material estril o desperdicios o material no valioso. Es una mezcla de compuestos simples y complejos formados por xidos y silicatos metlicos que pueden contener fosfatos, boratos y otras sales. 3. FUNCIONES a. Recolectar lo no valioso o estril b. Proteger al bao fundido de la atmosfera del horno c. Disolver los reactivos reactantes utilizados para tratar el metal liquido Requisitos: -Peso especfico: Menor al de otras fases. -Punto de fusin: menor o ligeramente mayor a las otras fases-Viscosidad: Cercano menor a la del metal producido m viscosidad = M recuperacin y eficiencia-Tensin superficial: Menor a las otras fases (100 dinas de diferencia minima) -Conductividad: Menor posible mconductividad = M eficiencia -Corrosividad: qumicamente inertes, totalmente estables (escoria abitica = sin vida) 4. ESTRUCTURA 4.1 ESTRUCTURA DE LOS OXIDOS Determinada por el nmero de coordinacin, la forma geomtrica como se distribuyen los aniones y cationes; debe existir una relacin Rc/Ra Rc es menor a Rc/Ra = estructura inestable 4.2 ENLACE METAL OXIGENO En funcin de los cambios de energa cuando dos tomos se aproximan. Se formara un enlace entre s. Puede ser de tipo electrovalente, ionico y covalente. Ley de coulumb determina la fuerza de atraccin entre metal y oxgeno. F = 2 Z^2/(Rc+Ra)^2 4.3 TIPOS DE OXIDOS Compuestos binarios formados por combinacin de un elemento con el oxgeno. 4.3.1 OXIDOS BASICOS Alta capacidad de ionizacin Modifican la estructura de la escoria 4.3.2 OXIDOS ACIDOS Baja capacidad de ionizacin Forman la estructura de la escoria 4.3.3 OXIDOS ANFOTEROS 4.3.4 OTROS 4.4 CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA SILICE Silicio es tetravalente que forma enlace covalente. a.Iones simples b.Comparte 1 tomo de oxigeno c.Comparte 2 tomos de oxigeno d.Comparte 3 atomos de oxigeno e.Comparte 4 atomos de oxigeno f.Capas tetraedricas 4.5 ESTRUCTURA DE LA SILICE AL ESTADO LQUIDO Se pierde la red rigida de tetraedros, los cuales persisten como SiO4-4 en forma ionica Bajo O2: Iones forman cadenas, anillos o capas Alto O2: son rotos 4.6 INFLUENCIA DE ADICION DE OXIDOS BASICOS A LA SILICE Rompe los enlaces de oxigeno entre los tetraedros, al mismo tiempo que se forman iones metlicos del oxido bsico(Si-O-Si + MO = 2Si-O + M+2) 4.7 ESTRUCTURA DE LA ESCORIA LIQUIDA Estructura ordenada Los tetraedros de la slice se unen en un plano de estructura bidimensional o laminar Los enlaces entre aniones y cationes se rompe A mayor temperatura la estructura del silicato desaparece. 5. PROPIEDADES5.1 VISCOSIDAD Determina la separacin de fases y con ello se logra el % de recuperacin de metales. M Fluidez = m Viscosidad = ms ptimo y eficiente la separacin de fases y alta recuperacin. Ox Basico: menor viscosidad Ox Acido: Mayor viscosidad, porque polimerizan, forman estructuras 5.1.1 VISCOSIDAD TEMPERATURA Arrenhius: MTemperatura = mViscosidad 5.1.2 VISCOSIDAD COMPOSICION MOx Basicos = mViscosidad 5.1.3 VISCOSIDAD VELOCIDAD DE SEDIMENTACION Ley de Stokes MViscosidad = MVelocidad (demora) 5.2 BASICIDAD (Iones O libres) 5.2.1 TIPOS DE ESCORIAS a. Basica: Ceder iones O, modificadores de reda. Acida: Captar iones O, formadores de reda. Neutra: Equilibrio 5.2.2 SISTEMAS DE MEDICION a. Actividad del ion O-2.- Conclusin: la basicidad de la escoria est en funcin del # de iones oxigeno libres Si: Escoria Neutra Escoria Acida Escoria Bsica *En esta frmula se asume que los xidos tienen una ionizacin total de acuerdo a la fuerza metal oxigeno; pero en realidad en el CaO va haber un porcentaje de iones O-2 que no va a ser liberado y se queda como CaO, Tambien: SiO2 = SiO4-2 SiO7-6 b. La afinidad de los xidos bsicos por la slice. CaO SiO2Na2OMediante laG FeO SiO2 + CaO =SiO4Ca SiO2 + Na2O=SiO4Na2 SiO2 + FeO=SiO4FeO Reaccin qumica, primero se calcula la constante de equilibrio y luego G para la formacin de la escoria no es una reaccin qumica, sino que es una reaccin de solubilidad (forma una fase en funcin de una solubilidad) c. ndice de basicidad. Es la razn de los porcentajes en peso de los xidos bsicos al porcentaje en peso de los xidos cidos. Toma como base la composicin de las escorias y dice: n0x basicosn0x aciuos nCa0 nNa0 nSi0 n0 Escoiia Neutia *El ndice de silicatacin (IS) es el inverso al IB. 5.3 DIFUSIVIDAD Esta en relacin a la movilidad, tipo de enlace yde la fuerza de enlace metal-oxigeno Mayor Silice = menor difusividad Mayor iones de Ox metlicos= mayor difusividad Mayor estabilidad = menor difusividad Ley de Arrenhius: Mayor temperatura = mayor difusividad. 5.4 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Mayor conductividad cuando se adiciona oxidos metlicos, Mayor conductividad = menor slice 5.5 CONDUCTIVIDAD TERMICA Baja conductividad debido a que la transferencia de calor en las escorias es por conveccin. Esto facilita que las prdidas de calor en un bao metlico a travs de las escorias es mnimo. 5.6 PESO ESPECFICO Esta determinado por el contenido de Fe Fe2O3-CaO-FeO-SiO2La slice reduce la densidad y la TS 5.7 CORROSIVIDAD 5.8 PUNTO DE FUSION Mezcla proporcionada de los oxidos de tal manera que forme eutecticos de bajo punto de fusin. El punto de fusin de una escoria se determina por las isotermas de composicin en los diagramas de formacin de escorias. 5.9 TENSION SUPERFICIAL Capacidad de la escoria en penetrar por los poros de los refractarios y la miscibilidad de este componente con la fase metlica 5.10 PODER OXIDANTE Y REDUCTOR Depende de la actividad del oxido de fierro y el oxgeno disuelto en el bao 6. ACTIVIDAD 6.1 TEORIA IONICA 6.1.1 TEMKIN Las escorias son soluciones perfectamente ionizadas o disociadas en iones pero que se encuentran en total desorden y que no interactan entre los iones de la misma carga, y que se encuentran en un desorden absoluto. CaO se ioniza:Ca+2 y O-2 SiO2 forma oxi-ionSiO4-4 Ambos estn en total desorden, no hay un ordenamiento, los iones O-2 y los iones SiO4-4 no interactan porque tienen misma carga. *La capacidad de ionizacin no es del 100%*Los oxidos que ms ionizan son los de metales alcalinos (lo mximo de ionizacin es de mas o menos 30%)6.1.2 FLOOD Toma la teora de Tomkim, pero dice que los constituyentes de la escoria adems de ionizar tienen una capacidad de interactuar y relacionarse con iones de otras fases. *En las 2 teoras se asume que ionizan totalmente, pero no es as. 6.2 TEORIA MOLECULAR Dice que cuando la escoria y xidos forman solucin al estado lquido ya no forman iones, forman molculas. Schenck: Dice que cuando solubilizamos una escoria los constituyentes de la escoria forman molculas de diferente especie y que estas molculas actan entre si para formar especies moleculares complejas y que el comportamiento de cada oxido depende de su actividad con otros xidos. 6.3 TEORIA EXPERIEMENTAL Un metal va a formar oxido:Me + O2 = MeOCa + O2 = CaO Por lo tanto la actividad de este oxido depende de la actividad de sus constituyentes. Sievert: Dice que definitivamente que cualquier gas y el O2 en particular que forme parte de una solucin es el que va a determinar el grado de saturacin del xido y por lo tanto determina el comportamiento