Torpedo Hidropp1
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1.-Qué permite establecer el diagrama de Pourbaix. --Las zonas bajo las cuales es posible lixiviar los minerales y las condiciones requeridas para ello. --Las propiedades de las soluciones en las que un mineral metal o compuesto es inestable y debería descomponerse. --Las características de las soluciones obtenidas de un determinado Proceso Hidrometalúrgico y la estructura iónica de las especies disueltas. --Las condiciones de precipitación de un constituyente de solución. Qué significado tiene las líneas de estabilidad del agua. ….Esta nos entrega los límites en donde trabajamos con soluciones acuosas estables y permite saber el rango de pH y eH para que ocurra la reacción. Cond. Oxidantes H2O O2 + 4H + + 4e - E O =1,23V Área Estable bajo 1atm y 25ºC. Cond. Reductoras 2H + + 2e - H2 Eº = 0V Comente la influencia que puede tener la presión y la temperatura en el aspecto cinético de la lixiviación. La presión en la termodinámica de sistemas acuosos no tiene gran influencia puesto que trabaja a 1 atm, aunque si desde el punto de vista cinético, la temperatura influye en la reacción, pero esta debe ser elevada para aumentar la velocidad, pero es un parámetro que no se puede controlar, por su alto costo. Altera la roca provocando movimiento de las moléculas en solución. La temperatura puede influir bastante en el equilibrio de algunas reacciones, siendo necesario construir el diagrama a la temperatura específica de interés. Que influencia tiene el pH y el eH en procesos de lixiviación. Estos sirven para saber si el procesos de lixiviación ocurre o no, sin tener que realizar en cálculo matemático, y el rango donde un mineral estable se puede lixiviar o precipitar. Estos diseñan los diagramas de Pourbaix el cual investigan la influencia del pH y del potencial del electrodo en el equilibrio de las reacciones de interés, es necesario escribir dichas reacciones de manera tal que en la ecuación aparezcan claramente expresados los iones H+ y las cargas eléctricas ê que toman parte de la reacción. La tensión o potencial medirá el efecto de las cargas ê, y el pH medirá el efecto de los iones H+, según Sorensen: pH = - Log (H+). 2.- Nombre y explique brevemente las etapas involucradas en un mecanismo simplificado de lixiviación ++Transferencia de masa en el film del fluido. Transporte y difusión externa del seno de la solución hasta la superficie de la partícula. ++Difusión de A a través del residuo sólido poroso como producto de reacción. Difusión interna en la partícula, por difusión a través de los poros. ++Reacción de A con el sólido en la superficie de reacción. Transformación de los reactivos de A a R en la fase absoluta, le reacción puede ser descomposición (química) o de óxido-reducción (electroquímica). ++Difusión de los productos formados a través del residuo sólido hacia la superficie exterior del sólido Difusión interna y externa de R hacia el seno de la fase fluida a través del residuo sólido hacia la superficie exterior del sólido ++Transferencia de masa de los productos de reacción hacía el seno de la solución. Difusión externa de R, a través de la capa límite que rodea la partícula, transporte de R hacia el exterior Por escurrimiento de la masa del fluido (H2SO4) se mantenga constante en toda la lixiviación. En una reacción heterogenia con qué variables relacionamos lo siguiente: Flujo Forzado : Se relaciona con tipo de reactor, tamaño y forma de las partículas y con el caudal de la fase fluida. Difusión externa : Tamaño y forma de las partículas, velocidad relativa entre el fluido y las partículas y el tipo de reactor. Etapas en el interior de las partículas : Naturaleza física y química del sólido y la composición de las fase fluida, no dependen del tipo de reactor. Difusión interna : Tamaño y forma de las partículas; porosidad, tamaño de los poros, diámetro, longitud de poros y caráct. de moléculas Reacción con la superficie : Composición del sólido y del fluido, características del sólido (tamaño, grano, impurezas, etc. de la presión y temperatura y de la afinidad química de A Y B). 3.- Para el diagrama de Pourbaix, qué se representa. Explique lo siguiente: En qué condiciones se puede obtener la disolución de los óxidos de Cu. La disolución de los óxidos simples de cobre es termodinámicamente posible en el dominio ácido y en presencia de oxidantes. La tenorita (CuO) sólo necesita condiciones de pH, mientras que en esas condiciones, la cuprita (Cu2O) necesita además la presencia de un agente oxidante (iones Fe3+, O2, u otros ). Las reacciones son : CuO + 2 H+ <=> Cu2+ + H2O Cu2O + 2H+ <=> 2 Cu2+ + H2O + 2 e- Ox. + 2 e- <=> Red. Cu2O + 2 H+ + Ox. <=> 2 Cu2+ + Red. + H2O en que Ox. representa un agente oxidante cualquiera. Para esto se requiere un pH < 4 y un E> 0,4 V. En forma inversa, al estar el Cu2+ en solución, y para poder permanecer en ella, necesita de una cierta acidez libre, evitándose de esta manera su posterior precipitación a pH >4. Como es la estabilidad del cobre metálico A través de todo el rango de pH, el cobre metálico es termodinámicamente estable estando en contacto con agua, pero en ausencia de oxigeno (u otro oxidante). A qué potencial es posible reducir el Cu ++ A un potencial E=0,4 V es posible reducir el Cu ++ , además en presencia de H + . Que potencial se requiere para que exista la precipitación electrolítica del cobre La precipitación electrolítica se puede realizar aplicando al cátodo un potencial inferior a 0.34 V. De esta forma el cobre Cu2+ se reduce en el cátodo de acuerdo a : Cu2+ + 2e- <=> Cu° (cátodo) 4.- Explique el fenómeno de difusión en hidrometalurgia y relaciónelo con la 1 ra ley de Flick. La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción hidrometalurgica. Básicamente, la difusión es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de concentración dentro de la fase. Cuando empieza una reacción (por ejemplo consumo de un reactante en la superficie de un sólido), un perfil de concentración se desarrolla poco a poco cerca de la interfase sólido – líquido. En reacciones de disolución o precipitación de un sólido, la difusión a través de una zona adyacente a la interfase sólido - líquido puede ser controlante de la velocidad. En condiciones de agitación constante, el espesor de esta zona permanece constante y pronto se obtiene una condición de estado estacionario en la cual la cantidad de material que entra en la zona es igual a la que deja la zona. La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una dirección perpendicular a un plano de referencia de área unitaria con el gradiente de concentración de este: J : Flujo de material a través de un plano de referencia. [ moles cm-2 s-1 ] C : Concentrac. de la especie disuelta [ moles cm-3 ] X : Coordenada de posición (medida perpendicularmente al plano de referencia) D : Coeficiente de difusión de la especie considerada en solución acuosa. En el sistema CGS, D tiene las dimensiones [cm2/s]. En la mayoría de los sistemas hidrometalúrgicos se introduce poco error al considerar el coeficiente de difusión constante e independiente de la concentración. ( Valor aprox. = 10-6 cm2/s ) 5.-Explique como se puede determinar el orden de una reacción. Considere tiene información a partir experimentación de una prueba de cinética. La expresión que nos permite calcular la velocidad a la que ocurre reacción y relacionar la velocidad con las concentraciones de los reactivos se llama Ley de Velocidad. v = k [A] m [B] n Donde k:constante de velocidad, m y n: ÓRDENES PARCIALES DE LA REACCIÓN: “m” con respecto al reactivo A y “n” con respecto a B. La suma de “m+n” nos da el ORDEN TOTAL DE LA REACCIÓN. El método más simple para determinar los órdenes parciales de reacción consiste en el método de las velocidades iniciales. Para determinar los órdenes parciales, se mide la velocidad inicial de la reacción (variación de concentración en función al tiempo) al variar las concentraciones iniciales de los reactivos, a cierta temperatura. Utilizando la fórmula de arriba y los datos del experimento haciendo una comparación entre los datos. 6.-Explique como se puede determinar la energía de activación indicando la importancia de dicho valor encontrado, Considere tiene información a partir experimentación de una prueba de cinética.
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1.-Qué permite establecer el diagrama de Pourbaix.--Las zonas bajo las cuales es posible lixiviar los minerales y las condiciones requeridas para ello.--Las propiedades de las soluciones en las que un mineral metal o compuesto es inestable y debería descomponerse.--Las características de las soluciones obtenidas de un determinado Proceso Hidrometalúrgico y la estructura iónica de las especies disueltas.--Las condiciones de precipitación de un constituyente de solución.
Qué significado tiene las líneas de estabilidad del agua.….Esta nos entrega los límites en donde trabajamos con soluciones acuosas estables y permite saber el rango de pH y eH para que ocurra la reacción.Cond. Oxidantes H2O O2 + 4H+ + 4e- EO=1,23VÁrea Estable bajo 1atm y 25ºC.Cond. Reductoras 2H+ + 2e- H2 Eº = 0V
Comente la influencia que puede tener la presión y la temperatura en el aspecto cinético de la lixiviación.La presión en la termodinámica de sistemas acuosos no tiene gran influencia puesto que trabaja a 1 atm, aunque si desde el punto de vista cinético, la temperatura influye en la reacción, pero esta debe ser elevada para aumentar la velocidad, pero es un parámetro que no se puede controlar, por su alto costo. Altera la roca provocando movimiento de las moléculas en solución. La temperatura puede influir bastante en el equilibrio de algunas reacciones, siendo necesario construir el diagrama a la temperatura específica de interés.
Que influencia tiene el pH y el eH en procesos de lixiviación.Estos sirven para saber si el procesos de lixiviación ocurre o no, sin tener que realizar en cálculo matemático, y el rango donde un mineral estable se puede lixiviar o precipitar.Estos diseñan los diagramas de Pourbaix el cual investigan la influencia del pH y del potencial del electrodo en el equilibrio de las reacciones de interés, es necesario escribir dichas reacciones de manera tal que en la ecuación aparezcan claramente expresados los iones H+ y las cargas eléctricas ê que toman parte de la reacción.La tensión o potencial medirá el efecto de las cargas ê, y el pH medirá el efecto de los iones H+, según Sorensen: pH = - Log (H+).
2.- Nombre y explique brevemente las etapas involucradas en un mecanismo simplificado de lixiviación++Transferencia de masa en el film del fluido.Transporte y difusión externa del seno de la solución hasta la superficie de la partícula.++Difusión de A a través del residuo sólido poroso como producto de reacción.Difusión interna en la partícula, por difusión a través de los poros.++Reacción de A con el sólido en la superficie de reacción.Transformación de los reactivos de A a R en la fase absoluta, le reacción puede ser descomposición (química) o de óxido-reducción (electroquímica).
++Difusión de los productos formados a través del residuo sólido hacia la superficie exterior del sólidoDifusión interna y externa de R hacia el seno de la fase fluida a través del residuo sólido hacia la superficie exterior del sólido ++Transferencia de masa de los productos de reacción hacía el seno de la solución.Difusión externa de R, a través de la capa límite que rodea la partícula, transporte de R hacia el exterior Por escurrimiento de la masa del fluido (H2SO4) se mantenga constante en toda la lixiviación.
En una reacción heterogenia con qué variables relacionamos lo siguiente:Flujo Forzado: Se relaciona con tipo de reactor, tamaño y forma de las partículas y con el caudal de la fase fluida.Difusión externa: Tamaño y forma de las partículas, velocidad relativa entre el fluido y las partículas y el tipo de reactor.Etapas en el interior de las partículas: Naturaleza física y química del sólido y la composición de las fase fluida, no dependen del tipo de reactor.Difusión interna: Tamaño y forma de las partículas; porosidad, tamaño de los poros, diámetro, longitud de poros y caráct. de moléculasReacción con la superficie: Composición del sólido y del fluido, características del sólido (tamaño, grano, impurezas, etc. de la presión y temperatura y de la afinidad química de A Y B).
3.- Para el diagrama de Pourbaix, qué se representa. Explique lo siguiente:
En qué condiciones se puede obtener la disolución de los óxidos de Cu.La disolución de los óxidos simples de cobre es termodinámicamente posible en el dominio ácido y en presencia de oxidantes. La tenorita (CuO) sólo necesita condiciones de pH, mientras que en esas condiciones, la cuprita (Cu2O) necesita además la presencia de un agente oxidante (iones Fe3+, O2, u otros ). Las reacciones son : CuO + 2 H+ <=> Cu2+ + H2O Cu2O + 2H+ <=> 2 Cu2+ + H2O + 2 e- Ox. + 2 e- <=> Red. Cu2O + 2 H+ + Ox. <=> 2 Cu2+ + Red. + H2O en que Ox. representa un agente oxidante cualquiera. Para esto se requiere un pH < 4 y un E> 0,4 V.En forma inversa, al estar el Cu2+ en solución, y para poder permanecer en ella, necesita de una cierta acidez libre, evitándose de esta manera su posterior precipitación a pH >4.
Como es la estabilidad del cobre metálicoA través de todo el rango de pH, el cobre metálico es termodinámicamente estable estando en contacto con agua, pero en ausencia de oxigeno (u otro oxidante).
A qué potencial es posible reducir el Cu++
A un potencial E=0,4 V es posible reducir el Cu++, además en presencia de H+.
Que potencial se requiere para que exista la precipitación electrolítica del cobreLa precipitación electrolítica se puede realizar aplicando al cátodo un potencial inferior a 0.34 V. De esta forma el cobre Cu2+ se reduce en el cátodo de acuerdo a : Cu2+ + 2e- <=> Cu° (cátodo)
4.- Explique el fenómeno de difusión en hidrometalurgia y relaciónelo con la 1ra ley de Flick.La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción hidrometalurgica. Básicamente, la difusión es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de concentración dentro de la fase. Cuando empieza una reacción (por ejemplo consumo de un reactante en la superficie de un sólido), un perfil de concentración se desarrolla poco a poco cerca de la interfase sólido – líquido.En reacciones de disolución o precipitación de un sólido, la difusión a través de una zona adyacente a la interfase sólido - líquido puede ser controlante de la velocidad. En condiciones de agitación constante, el espesor de esta zona permanece constante y pronto se obtiene una condición de estado estacionario en la cual la cantidad de material que entra en la zona es igual a la que deja la zona.La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una dirección perpendicular a un plano de referencia de área unitaria con el gradiente de concentración de este:
J : Flujo de material a través de un plano de referencia. [ moles cm-2 s-1 ] C : Concentrac. de la especie disuelta [ moles cm-3 ] X : Coordenada de posición (medida perpendicularmente al plano de referencia) D : Coeficiente de difusión de la especie considerada en solución acuosa. En el sistema CGS, D tiene las dimensiones [cm2/s]. En la mayoría de los sistemas hidrometalúrgicos se introduce poco error al considerar el coeficiente de difusión constante e independiente de la concentración. ( Valor aprox. = 10-6 cm2/s )
5.-Explique como se puede determinar el orden de una reacción. Considere tiene información a partir experimentación de una prueba de cinética.La expresión que nos permite calcular la velocidad a la que ocurre reacción y relacionar la velocidad con las concentraciones de los reactivos se llama Ley de Velocidad. v = k [A]m[B]n
Donde k:constante de velocidad,m y n: ÓRDENES PARCIALES DE LA REACCIÓN: “m” con respecto al reactivo A y “n” con respecto a B. La suma de “m+n” nos da el ORDEN TOTAL DE LA REACCIÓN.El método más simple para determinar los órdenes parciales de reacción consiste en el método de las velocidades iniciales. Para determinar los órdenes parciales, se mide la velocidad inicial de la reacción (variación de concentración en función al tiempo) al variar las concentraciones iniciales de los reactivos, a cierta temperatura.Utilizando la fórmula de arriba y los datos del experimento haciendo una comparación entre los datos.
6.-Explique como se puede determinar la energía de activación indicando la importancia de dicho valor encontrado, Considere tiene información a partir experimentación de una prueba de cinética.
La constante de velocidad ( k ) de cualquier reacción puede ser expresada por la ecuación de ARRHENIUS :
Ea : Energía de activación de la reacciónR : Constante de los gases (8.314 J/molK)T : Temperatura absoluta (K)A : Constante relacionada con la frecuencia de colisiones delas especies en solución.Experimentalmente, el valor de Ea de una reacción puede ser determinado en un diagrama log k versus 1/T, calculando la pendiente de la recta ( Ea/R )
7.- Explique el proceso de lixiviación in situ, indicando las condiciones de las diferentes variables involucradas.Consiste en lixiviar los minerales residuales de una mina que se ha dejado de explotar, o la aplicación de solución de una solución lixiviante directamente al cuerpo mineralizado en profundidad. La solución se introduce en la mineralización y se deja percollar por gravedad, en niveles más bajos, mediante una red de drenaje, se colecta la solución rica, la cual se bombea a la superficie.Variables: La permeabilidad del cuerpo es un factor importante, pero este se puede incrementar mediante la formación de fracturas (explosivos, hidro-fracturas, etc.) debe ser una zona estratificada, en donde el estrato más bajo debe ser impermeable para que la solución no se escape o pase a aguas subterráneas. Esta recolección también se puede hacer por galerías. Es de muy bajo costo, ya que hay muy poco gasto en explotación. La desventaja es que hay bajas recuperaciones, lenta cinética y baja concentración del metal.
8.- En un sistema Hidrometalúrgico, cómo son las condiciones termodinámicas y las condiciones cinéticas y por qué aspectos termodinámicos son muy favorables.Implican una gran disminución de la energía libre asociada a la reacción considerada. Todos los minerales son lixiviables termodinámicamente, la limitación es normalmente el aspecto cinético, ya que es cuánto tiempo demorará en ocurrir la reacción.Temperaturas bajas (en el proceso) velocidad de reacción baja.
Si un proceso es controlado por transferencia de masas y se tiene una lixiviación por agitación …...- Las etapas a) y b) son procesos de difusión en film líquido y pueden ser descritos por las siguientes ecuaciones:JA = - DA A b - A s AJM = DM M s - M b Men donde:JA y JM = flujos en moles /cm2 segDA y DM = coeficientes de difusión, cm2/segAb y As = concentraciones respectivas en el seno de la solución y en la interfase mineral/solución, mol/cm3
A y M = espesor del film líquido en la que se tiene un gradiente lineal de concetración, cm.JA y JM están relacionados por la estequiometría de la reacciónValores de A y M pueden no ser iguales y están determinados por el transporte en la fase acuosa.< Flujo difusivo < aumentando la agitaciónPor lo tanto en procesos controlado por transferencia de masa la velocidad de reacción aumenta al aumentar la agitación.También para aumentar velocidad de reacción, bajo control por transferencia o difusión homogénea se puede aumentar concentración de reactivoJA AbPero puede cambiar el control por transferencia a control químico, ya que: Velocidad de Difusión > Velocidad de Reacción Química
