Haluros. Diagramas de Ellingham
Haluros. Diagramas de Ellingham
Haluros. Diagramas de Ellingham
CUSCO
INTEGRANTES:
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METALURGIA DE LOS HALOGENOS (HALUROS)
1.0 ANTECEDENTES
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Los haluros alcalinos y alcalinotrreos, cuyos enlaces son en gran parte inicos,
se diferencian de los haluros de metales de transicin (que tienen enlaces en
gran parte covalentes), en que los primeros tienen temperaturas de fusin y
vaporizacin altas, aunque inferiores a las de los xidos correspondientes y
adems son conductores inicos. En la Fig.1, se encuentran trazadas las curvas
de las energas libres de formacin de cloruros de los principales elementos.
Los cloruros son, y a gran distancia, los ms abundantes entre los haluros naturales.
La mayor parte de los haluros que se producen en forma industrial por accin de
agentes halogenantes son tambin cloruros, de ah la importancia especial que
tienen estos compuestos en metalurgia.
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Figura 2 .Diagrama de Ellingham para la formacin de cloruros
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2.1 Cloracin con Cloro Gaseoso
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Esta reaccin es termodinmicamente posible slo si el cloruro formado es
ms estable que el xido. Las curvas de la Fig.2 que representan las energas
libres de la reaccin de cloracin para varios xidos de metales, demuestra que la
cloruracin es posible slo para los xidos de sodio, zinc, plomo, hierro,
manganeso y calcio, que son ms estables que sus respectivos xidos.
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Figura 3. Diagrama de Ellingham para las reacciones de formacin de cloruros a partir
del correspondiente xido y cloro gaseoso
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El empleo de cloro gaseoso hace costoso el proceso, sin embargo como se ver
ms adelante, es posible preparar rutilo sinttico a partir de ilmenita por cloracin
selectiva del hierro con cido clorhdrico gaseoso.
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Las reacciones (5) y (6) se efectan con un buen rendimiento slo cuando la
energa libre estndar de la reaccin (7) es inferior a la de las reacciones (8)
(9). La Figura 2 demuestra que el poder clorurante disminuye desde el AlCl3
hacia el TiCl4, MgCl2, HCl, FeCl2, MnCl2 hasta NaCl.
600C
GoT 43.540 1.98T log T 10.44T(cal) y G 47.57kcal mol HCl
tiene una energa libre estndar positiva hasta cerca de los 2400C. De esta
forma, es posible separar por completo el xido de hierro de la ilmenita y a partir
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de este mineral, abundante en la naturaleza, preparar rutilo sinttico de mayor
valor comercial.
Cuando el metal del xido a clorar tiene dos grados de oxidacin, es posible
producir un cloruro en el cual el metal no tenga el mismo grado de oxidacin
que en el xido inicial. La cloracin se efecta entonces simultneamente con la
oxidacin (o reduccin).
Una cloracin oxidante se efecta con cloro gaseoso o una mezcla de cido
clorhdrico y aire. En el caso del FeO, la reaccin que ocurre es la siguiente:
En igual forma que para los xidos, los cloruros pueden reducirse a metal por
simple descomposicin trmica; por reduccin carbo o metalotrmica; por
reduccin mediante gas o bien por electrolisis. Este ltimo mtodo es
prcticamente la nica forma prctica de obtener los metales alcalinos y el
manganeso a partir de sus cloruros.
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a) Reduccin de cloruros con carbono
El calcio tiene ms afinidad por el cloro que por el oxigeno, por lo tanto la energa
libre de la reaccin (15a) es negativa. En cuanto a la reaccin (15b) tiene una
fuerte gradiente termodinmica y ocurre espontneamente por sobre los 900C.
De esta forma se obtiene cobre lquido, cloruro de calcio que sobrenada como
escoria lquida y CO, que se quema a la salida del horno a CO2 generando calor
adicional.
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parcialmente oxidados. En tales circunstancias, el proceso de segregacin, puede
aplicarse para la extraccin completa del cobre de estos minerales. Este proceso
se puede aplicar igualmente a minerales o concentrados oxidados de nquel o
cobalto.
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GT 25.96 4.7x10 T(cal)
G700C 201.41(cal)
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NiCl2(g) 2H(g) Ni(s) 2HCl( g)
G900C 98.6 kcal
El hecho que el niquel segregado obtenido sea una aleacin con 4 10% de
hierro indica que algo de FeCl2 y/o FeCl3 tambin se forma, el cual es reducido
junto con el niquel formando as una aleacin ferro nquel.
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(Ver Metalurgia Extractiva del Titanio). El proceso Hunter es similar, pero emplea
sodio como reductor en vez de magnesio.
El aluminio puede ser obtenido directamente de la almina por accin del AlCl3, o
bien, el aluminio puede tambin ser refinado a partir del subcloruro AlCl. Este,
como lo indica el diagrama de Ellingham de la Figura 1, es el cloruro ms estable
a alta temperatura mientras que el tricloruro AlCl3 es mas estable a baja
temperatura.
Esta reaccin es del mismo tipo que la reaccin (15) y puede descomponerse en
dos: reduccin de la alumina por el carbono y cloruracin del aluminio por AlCl3:
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Las impurezas de la almina (hierro, titanio y silicio, principalmente) podran tambin
transformarse a cloruros voltiles (TiCl4, FeCl2, SiCl4) y mezclarse con el subcloruro
de aluminio, sin embargo, estos cloruros son muy estables y no se descomponen
a 700C, recirculandolos con el AlCl3 lo que requiere que sean eliminados del
circuito peridicamente.
AlCl 3(g)+ 2 Al ( )=
3 AlCl(g) Aluminio impuro
a refinar
~
= 3 AlCl(g)= AlCl 3(g)+ 2 Al ( )
Aluminio
refinado
Aluminio lquido
Aluminio lquido
a 700 C
a 1000 C
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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