Velocidad de secado del carbonato de níquel

ARTÍCULO ORIGINAL Velocidad de secado del carbonato de níquel Drying Rate of Carbonate of Nickel Ing. Aymara Ricardo-RiverónI, MSc. Armando Rojas-VargasII I:Centro de Investigación y Desarrollo del Níquel "Alberto Fernández Montes de Oca", Holguín, Cuba. II:Empresa de Servicios Técnicos de Computación, Comunicaciones y Electrónica "Rafael Fausto Orejón Forment", Holguín, Cuba. RESUMEN En el presente trabajo se estudió experimentalmente el secado del carbonato de níquel a escala de laboratorio. Se muestran los valores de humedad crítica y los gráficos: curva característica de régimen de secado y dependencia de la humedad del tiempo. Se obtuvieron modelos para estimar las pendientes de los periodos: velocidad constante y decadente lineal hasta la humedad de equilibrio, en dependencia de los factores externos: temperatura de secado, humedad inicial y el pH de la pulpa de carbonato. La composición química del carbonato no ejerció efecto estadísticamente significativo sobre la velocidad del secado. Palabras clave: velocidad de secado, pH, carbonato de níquel. ABSTRACT In the present work, the drying rate of carbonate of nickel was studied experimentally at the laboratory scale. The values of critical moisture are shown and the graphics: characteristic curve of drying rate and the moisture dependence of the time. Models ware obtained to estimate the slope of the constant - rate period and to the falling - rate period until the equilibrium humidity, in dependence of external factors: drying temperature, initial moisture and the pH of the slurry. The chemical composition of the carbonate didn't exercise effect statistically significant over the drying rate. 135 Keywords: drying rate, pH, carbonate of nickel. INTRODUCCIÓN Este trabajo se desarrolla en el proceso de extracción de níquel y cobalto por la tecnología de lixiviación carbonato amoniacal (TCA), en la etapa de destilación y obtención del carbonato básico de níquel. El proceso de destilación presenta pérdidas de amoníaco y dióxido de carbono en el efluente líquido, lo que incide sobre la eficiencia metalúrgica y el medio ambiente. Teniendo en cuenta esta problemática, se recomendó implementar el control de la operación por el pH de la pulpa de carbonato de níquel. El control de la destilación por pH consiste en aplicar una "carta de control" en la que se indica operar en un intervalo de pH y de esta forma, disminuir los gastos de operación por consumo de reactivo de precipitación de níquel y pérdidas de amoníaco. La concentración de níquel tiene un comportamiento parabólico en función del pH, y el amoníaco potencial. Se han planteado reacciones químicas explicando la redisolución del níquel, donde la concentración de azufre incide de forma significativa [7]. El propósito de este trabajo fue determinar la influencia de los factores: composición química y fineza del carbonato; pH de la pulpa y sus interacciones, sobre el secado del carbonato de níquel. El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. Las variables de secado se han agrupado como condiciones internas y externa: la temperatura, humedad relativa y velocidad del flujo desecante se les clasifica como variables externas, y como internas; la naturaleza del material, su estructura, composición química, carácter del enlace de humedad, grosor (dimensiones de los trozos y composición granulométrica) y humedad del material sometido al tratamiento [10-13]. Para describir la dependencia de la humedad del tiempo de secado se han propuesto varios modelos como son: para el secado de minerales lateríticos, exponencial [9]; para la madera, del tipo exponencial y polinomial de segundo orden [3]; hollejo de naranja, exponencial [1]; para sólidos porosos y capiloporosos, una función exponencial más compleja que las anteriores, la cual incluye la humedad inicial (X0), crítica (Xc) y de equilibrio del sólido (Xe) [6]; el modelo de Newton, donde se incluye la Xe y se introduce el concepto de humedad reducida (Xr) [4, 5]; y el modelo de Tomas y Skansi que agrega al anterior, el tiempo de secado elevado a la potencia n [8]. La temperatura de secado del carbonato de níquel previo a las determinaciones analíticas es de 60 ºC, se ha planteado que la descomposición sucede a temperaturas superiores. Las reaccionesde descomposición del carbonato y el sulfato de níquel se representan por (1) y (2) [2]. 136 MATERIALES Y MÉTODOS Se tomaron seis muestras de pulpa de carbonato de níquel en la descarga de las columnas de destilación industrial. Se realizó previamente un histograma de frecuencia de concentración de amoníaco, relación r-NH3/CO2 y r-Ni/S en el licor amoniacal de alimentación, y se establecieron los niveles de concentración para la toma de las muestras. Para el secado se aplicó un diseño de experimentos factorial completo, cuyas variables fueron: temperatura de secado y humedad inicial del carbonato. Se empleó una balanza Sartorius, la cual permite fijar la temperatura de secado, leer el valor de humedad y el tiempo de secado directamente del visualizador. El cuarto de secado se mantuvo a una temperatura de 24 ºC. El pH se midió con un pHmetro-mV Philips con precisión 0,001pH/ ºC y los análisis químicos se realizaron por los métodos: volumétrico, gravimétrico, gasométrico y espectrofotometría de absorción atómica. El procedimiento para el secado se describe a continuación: Filtrar la muestra de pulpa de carbonato de níquel. - Secar el carbonato de níquel durante 24 h a 60 ºC, en una estufa. Cada muestra se dividió en porciones de 10 g y se pusieron a secar en vidrios reloj. Homogeneizar. - Pesar el carbonato en la balanza Sartorius y añadir agua destilada hasta lograr la humedad inicial deseada, según el diseño de experimentos. En una hoja Excel se calculó la masa de carbonato por la ecuación (3). La balanza operó con 10 g de muestra. ms=10/(1+X)....(3) donde: ms:Masa de carbonato seco (g). X:Humedad en base seca (gH2O/g sólido seco) - Secar a la temperatura del diseño de experimentos, con las precauciones: precalentar el equipo hasta la temperatura de trabajo y distribuir el sólido correctamente para lograr la misma área de secado y espesor del carbonato en los experimentos. - Tomar lectura directamente de la balanza Sartorius, a intervalos de 2 min. - Tomar lectura Sartorius, a intervalos de 2 min El método para procesar los resultados se muestra en la tabla 1. 137 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los principales parámetros de operación de las columnas de destilación durante la toma de las muestras alcanzaron los siguientes valores expresados como promedio +/- desviación estándar: flujo de licor 74,6 (+/- 2,51) m3/h; flujo de vapor 15,52 (+/- 1,33) t/h; temperatura en el tope 82,8 (+/- 0,95) º C y presión en el fondo 0,138 (+/- 0,11) kgf/cm2. El licor de alimentación a la destilación se caracterizó en cuanto a concentración de (...truncated)