Facultad de Ciencias Naturales y ExactasDepartamento de Química

Análisis Industriales

Diana Hernández Naranjo 0843184; dianacahena@gmail.comCyndi Vanessa Soto 1026052; vanesita1307@hotmail.com

Edwin Orozco 1025396; ewin8911@hotmail.com 13 Abril 2012

DETERMINACIÓN DE HIERRO (III), OXIDO DE ALUMINIO, DENSIDAD APARENTE, MATERIA INSOLUBLE, Y HUMEDAD EN MUESTRA DE BAUXITA

Objetivos:

Establecer los pasos a seguir para efectuar la determinación de humedad (perdida por secado)

describir las operaciones necesarias para determinar el contenido de materiales insolubles

Establecer la densidad aparente de la bauxita por medio del método estándar. Por medio de la espectrofotometría UV-Vis determinar el hierro en el mineral bauxita.

Datos primarios:

Tabla 1, humedad en bauxita: peso de la caja de petri usada para el análisis.

caja petri, g Caja petri mas muestra antes de ser calentado, g

Caja petri mas muestra después de ser calentado, g

76.5777±0.0001 94.2505±0.0001 78.5834±0.0001

Tabla 2, densidad aparente: pesos de la probeta usada para el análisis.

Probeta 10 mL, g Probeta 10 mL mas Muestra, g51.5058±0.0001 65.8383±0.0001

Tabla 3, materia insoluble: peso del Embudo Gosh usado para el análisis.

Embudo gosh, g Embudo gosh + muestra, g31.9259±0.0001 32.2175±0.0001

Muestra, g : 0.5029±0.0001

Tabla 4, peso del reactivo EDTA solido, para la preparación 0.1 M EDTA, y su respectiva corrección de concentración por estandarización.

EDTA Experimental para la preparación de EDTA 0.1 M, g

Molaridad de EDTA corregida, M

3.7231±0.0001 0.0784801878136

Tabla 5, peso del reactivo ZnSO4 solido, para la preparación 0.1 M ZnSO4, y su respectiva corrección de concentración por estandarización.

ZnSO4Experimental para la preparación de ZnSO4 0.1 M, g

Molaridad deZnSO4corregida, M

3.7231±0.0001 0.0431209823152

Tabla 6, Hierro en Bauxita: Concentración de Fe(III), y su respectiva absorbancia.

Concentración de Hierro, ppm Absorbancia20 1.99740 2.03960 2.57380 2.946

100 4.000muestra 0.077

Cálculos:

Tabla 8 Ecuaciones usadas para los posteriores cálculos:

Humedad relativa %Humedad= ABx100 (1)

A=Peso perdido por calentamiento en gramosB=peso de lamuestra engramosDensidad aparente Densidad aparente=Pesoen gramos Probeta10mL−

Pesosen gramos(Probeta¿¿10mL+muestra)VolumenenmL de Probeta10mL

(2)¿

Materia Insoluble % Insoluble=(Peso EmbudoGosh+Muestra Insoluble ) en gramos−Peso EmbudoGosh engramos

Muestraen gramosx100(3)Hierro en Bauxita y=bx+a(4)

Humedad en bauxita:

Véase tabla 8 ecuación (1), se remplaza por los valores de la tabla 1, a continuación el cálculo referente a la humedad en bauxita:

%Humedad= 2.0057 g17.6728 g

x100

%Humedad=11.34902592

Densidad aparente:

Densidad aparente=65.8383g−51.5058 g10.0mL

densidad aparente=1.43325 gmL

Materia insoluble:

Véase tabla 8 ecuación (3), se remplaza por los valores de la tabla 3, a continuación el cálculo referente a la materia insoluble:

% Insoluble=32.2175 g−31.9259g0.5029g

x100

% Insoluble=57.98369457149

Oxido de aluminio en la muestra:

Para el cálculo de Al2O3 , por titulación con EDTA y Sulfato de zinc (titulación por retroceso), debió en el momento del punto final cambiar de color rojo oscuro a azul, para indicar el punto de equivalencia, lo cual nunca hubo un respectivo cambio del mismo, por lo tanto no se puede calcular este punto. Véase discusión. De igual forma, se calculó las respectivas estandarizaciones tanto del EDTA como del ZnSO4.

-Estandarización EDTA:

M EDTACorregida=¿

0.0487 gCaCO3

6.2mLEDTAx

40gCa100.0869gCaCO3

x1molCa40gCa

x1mol EDTA1mol Ca

x1000mL1 L

M EDTACorregida=0.0784801878136

-Estandarización ZnSO4:

Como se aplica factor 1:1, entonces es aplicable la formula de factor de disolución:

5mLEDTA x 0.0784801878136M EDTA=9.1mLZnSO4 xM ZnSO4

Despejando la anterior ecuación, la variable M ZnSO4:

M ZnSO4=5.00mLEDTA x0.0784801878136M EDTA

9.10mLZnSO4

M ZnSO4Corregido=0.0431209823152

Concentración de Hierro en bauxita por espectrofotometría de UV-Vis

Se usa la siguiente ecuación (4), descrita en la tabla 8, se calcula la ecuación de la recta por mínimos cuadrados:

y=0.024 x+1.237

Dondey , es la absorbancia obtenida en el espectrofotómetro, se despeja x, que sería la concentración en ppm de la solución que contenía la muestra a analizar:

x=0.077−1.2370.024

x=−47.2257277 ppm Hierro

Resultados:

Humedad en Bauxita, Densidad aparente Materia insoluble Cuantificación Al2O3

Fe(III) en Bauxita11.34902592% 1.43325

gmL

57.9836945714%

No dio resultado, véase discusión.No dio resultado, véase discusión.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

f(x) = 0.024565 x + 1.2371R² = 0.894922047924306

Concentración de Hierro en Bauxita, ppm

Abso

rban

cia

Figura 1 Curva de calibración, concentración de Hierro, ppm Vs. Absorbancia.

Discusión:

La Bauxita, de color pardo con manchas rojas es un agregado de varios minerales de aluminio, se presenta generalmente en forma de mezcla de Gibsita Al(OH )3 y Caolinita

Al2Si2O5(OH )4, y que se conoce también como boehmita, es la materia prima de la cual se obtiene la alúmina, del procesamiento de esta se obtiene el Aluminio. La bauxita, es una importante mena del aluminio compuesta por óxido de aluminio con varios grados de hidratación. Suele estar mezclada con impurezas, en especial con hierro(Oxidos) y Oxido de Silicio. Entre los minerales con contenido en aluminio de la bauxita están la gibosita, Al(OH )3. http://dartec.wordpress.com/2008/05/05/la-bauxita-materia-prima-del-aluminio/[ref 1 ]

La humedad es aplicada a la muestra, por el simple hecho, que ese 11.349 % representa agua dentro de la muestra, es decir, que al momento de analizar bauxita en la muestra debe tenerse en cuenta este %, ya que representa un peso importante de agua dentro de la muestra.

La materia insoluble lo que indica son los óxidos que son parte de la bauxita que no se diluyen con acido sulfúrico, y en este caso el oxido presente en la bauxita más representativo sería el oxido de silicio que solo se diluye con acido fluorhídrico, por lo tanto el porcentaje obtenido 57.983 % de materia insoluble lo estaría aportando el oxido de silicio en la muestra de bauxita.

El ion Fe+3, son más abundantes e importantes, analíticamente que los del Fe (II). El catión Fe (III) forma complejos con números aniones. Así, el tiocianato de potasio, le otorga el color rojo oscuro, un complejo bastante estable, debido a su coloración, por lo tanto se usa para su posterior cuantificación (catión Fe III), se le agrega la sal de permanganato de potasio para darle así más estabilidad y prolongación al complejo Fe (CNS )++¿¿ , la longitud de onda el cual el catión del Fe (III) tiene su mayor absorbancia es aproximadamente a 465 nm. AYRES, gibert h.

“Análisis Químico Cuantitativo”. Ediciones El Castillo S.A., 2ª Edición. España, 1970. P, 351.[ref 2 ]

Al momento de cuantificar el hierro por el método de calibración, se encontró el valor de la absorbancia de la muestra de hierro se encontraba fuera del rango de la curva de calibración construido en el laboratorio, se debió a un error humano, ya que al momento de la preparación de los estándares y muestra, se cuadro el espectrofotómetro a 475 nm, pero al momento de tomar las medidas, la longitud de onda cuadrada previamente fue cambiada por un compañero externo al grupo de trabajo sin previo aviso(lo dejó en 400 nm), influyendo de manera perjudicial en el resultado del análisis, conllevando al resultado de la absorbancia de la muestra por fuera del rango de concentración, debido al que el ion Fe(III) no absorbió lo suficiente para entrar en la curva de calibración). HARRIS, daniel c. Análisis Químico Cuantitativo. Editorial Reverte S.A.,

3a edición (sexta edición original), 2007. p, 134[ref 3 ]

Las valoraciones de EDTA por retroceso se realizan para evitar la precipitación del analito debido a que el ion Al+3 tiende a formar a pH 7 en ausencia de EDTA el Al(OH)3 que es la forma más estable del aluminio a condiciones normales, la solución se trabaja acondiciones de acides a pH 7-8 con acetato de sodio debido a que la solución no fue calentada para favorecer la separación de los de los iones en la solución y facilitar el acomplejamiento del ion por el quelato expresado por la segunda ley de la termodinámica (mayor ENTROPIA del sistema ) para favorecer la reacción con el EDTA y por el de Principio de Le Châtelier.

Al+3+EDTA+T ↑→Al (EDTA)−¿ ¿

Si un sistema químico que en principio esté en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, en la temperatura, en el volumen o en la presión parcial, variará para contrarrestar ese cambio. Una variación en los reactivos me va a favorecer la formación del producto un complejo estable y soluble, lo cual se genero el efecto contrario dando a la formación del precipitado del analito Al(OH)3 lo cual a realizarse la valoración con la solución estándar de ZnSO4 no dio ningún cambio por que no había ningún acomplejamiento del analito la cual el Zn se quelato con el exceso de EDTA presenta una solución incolora, sin dar un cambio en el viraje del indicador de naranja de xileno debido a que el acomplejamiento de los dos iones metálicos le daban un pH de 5.8-6 y el indicador daba un cambio de color en esta región de pH de incoloro a amarillo-verdoso por lo cual dio que el procedimiento se efectuó con errores dando ningún resultado. HARRIS, daniel c. Análisis Químico Cuantitativo, 3a EDICION (sexta edición original),

editorial Reverte S.A 2007. p, 275, 276. [ Ref 4 ]

Conclusión:

Al obtener un buen porcentaje de la humedad en la bauxita lo cual era lo optimo para poder extraer toda la humedad de la muestras así se podía utilizar en los diferentes métodos utilizados dando resultados descontaminados al exponer la muestra a estas altas temperaturas aun así la muestra todavía contiene algo de humedad. rango optimo 10-12% de humedad para poder tener buenos resultados en los equipos a utilizar.

Al utilizar el tren de vacio utilizando el filtro Gosh se obtuvo un mejor filtrado.

Se trituro la muestra de la bauxita con la que se trabajo debido a que se deben emplear partículas pequeñas para obtener buenas reacciones y un mejor manejo.

Se debe tener en cuenta que la bauxita no solo está en proporción importante el aluminio sino otros compuestos tales como el hierro y el silicio.

Se debe tener sumo cuidado a la hora de la titulación por retroceso para la determinación de Oxido de aluminio, debido a que condiciones como la temperatura aseguran la realización de una correcta titulación.

Bibliografía:

[1 ]HARRIS, daniel c. Análisis Químico Cuantitativo. Editorial Reverte S.A., 3a edición (sexta edición original), 2007. p, 134, 275, 276.

[2 ]AYRES, gibert h. “Análisis Químico Cuantitativo”. Ediciones El Castillo S.A., 2ª Edición. España, 1970. P, 351.

[3 ]BURRIEL F.; LUCENA F.; ARRIBAS S.; HERNANDEZ J.; “química analítica cualitativa” .Editorial parafinfo S.A., 13° Edición. España, 1989. p, 586, 587.

[4 ] http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/melweb18.htm Consultado 10 Abril 2012

[5 ] http://www.amtex.com.mx/docs/AMTEX-Humedad.pdf Consultado 10 Abril 2012

[6 ]http://dartec.wordpress.com/2008/05/05/la-bauxita-materia-prima-del-aluminio/ Consultado 09 Abril 2012