cinética de precipitación de hierro en autoclave desde soluciones

CINÉTICA DE PRECIPITACIÓN DE HIERRO EN AUTOCLAVE DESDE
SOLUCIONES DE SULFATO FERROSO
Daniel Castillo
Universidad de Concepción.CHILE
RESUMEN
En el siguiente trabajo de tesis se estudia la precipitación de hierro en reactor autoclave
desde soluciones que contienen sulfato ferroso. Para esto las soluciones son calentadas
en un rango comprendido entre los 160 a 220 ºC; una vez alcanzada la temperatura de
trabajo se le aplica una determinada sobrepresión de oxígeno durante tiempos que van
desde cero hasta los 60 minutos. Además se estudia el efecto de otras variables en la
precipitación de hierro como son: la agitación, acidez, concentración de hierro.
A continuación se muestra la figura Nº1 donde se aprecia el efecto de la presión de
oxígeno en el porcentaje de precipitación de hierro:
% pp Fe vs tiempo (180ºC)
100
90
80
70
% pp Fe
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Tie m po (m in)
15 p.s .i.
45 p.s .i.
90 p.s .i.
El gráfico anterior muestra el resultado para soluciones de trabajo que contenían 5 gpL de
hierro inicial y 1 gpL de ácido sulfúrico, los puntos en azul corresponden a experiencias
realizadas con una presión de oxígeno de 15 p.s.i., los rosa a pruebas con 45 p.s.i. y en
amarillo a 90 p.s.i. de oxígeno. El tiempo representa el período de reacción al que fueron
sometidos.
La cinética de precipitación de hierro en presencia de oxígeno se sabe que contempla dos
reacciones:
Primero, la oxidación del ion ferroso a férrico, cuya reacción es:
1
2 Fe 2 + + O2 + 2 H + = 2 Fe 3+ + H 2 O
2
(1)
y la hidrólisis del ion férrico para generar óxidos de hierro, como por ejemplo:
2 Fe 3+ + 3H 2 O = Fe 2 O3 + 6 H +
(2a)
2 Fe 3+ + 4 H 2 O = 2 FeO ⋅ OH + 6 H +
(2b)
Al analizar las reacciones (1) a (2b), se observa que la precipitación será posible en la
medida que haya ion férrico en el sistema, con lo que hay que analizar como afectan las
variables de temperatura, acidez y agitación en la generación de hierro trivalente en la
solución.
El siguiente gráfico muestra como afecta la presión de oxigeno aplicada la transformación
de ion ferroso a ion férrico:
1/[Fe + 2] vs tie m po
900
800
700
R 2 = 0,9954
1/[Fe+2] (l/mol)
600
500
400
300
R 2 = 0,9871
2
200
R = 0,9926
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Tie m po (m in)
15 p.s .i.
45 p.s .i.
90 p.s .i.
Al concluir las experiencia se ajustará un modelo cinético para la precipitación de hierro
desde soluciones de sulfato ferroso en medio ácido sulfúrico, en que estará en función de
las variables antes mencionadas(agitación, temperatura, presión de oxígeno,
concentración de Fe(II) y Fe(III) y concentración de ácido sulfúrico.
Una vez obtenido el modelo cinético en función de las variables antes mencionadas, se
podría evaluar la posibilidad de incorporar este proceso en la purificación de soluciones
provenientes de lixiviación de cobre, por ejemplo, ya que ellas contienen hierro en
solución y deben ser sometidas a etapas de extracción por solventes u otras similares con
el fin de eliminar el hierro. Hay que recordar que el ion ferroso y férrico tienen alta
importancia en electro-obtención, por disminuir la eficiencia de corriente del proceso.