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FACTORES INFLUYENTES SOBRE

LA CINÉTICA DE PROCESOSHIDROMETALÚRGICOS

Todos los procesos hidrometalúrgicos se llevan acabo en sistemas heterogéneos, o sea son sistemasmultifásicos y multicomponentes.

La mayoría de los casos se tiene lugar en situacionesde carácter sólido-líuido, líuido-líuido y en algunoscasos sólido-líuido-gas, donde intervienenreacciones de n orden, dependiendo de factoreslimitantes ue intervienen en cada caso

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REACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

Figura

N° 1

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ETAPAS DE UNA REACCIÓN HETEROGENEA

GAS-LÍQUIDO-SÓLIDO

!. "bsorción de gas en el líuido.

#. $ifusión y adsorción de los reactantes hacia lainterfase sólido-líuido

%. &eacción uímica en la interfase.

'. $esorción y difusión de los productos hacia el senodel líuido

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La etapa % ue corresponde a la reacción uímica ela interfase, depende de la velocidad de lareacción, en la mayoría de los procesoshidrometalúrgicos esta etapa es determinante,cuyo control es uímico.

(l modelo Ne!"# , considera ue el control esdifusional )# y '*, asume ue los fenómenosuímicos son rápidos. +or eemplo la reacciónentre un ion único es rápido, ue la concentración

en la interfase es i es peuea, entonces elsistema está controlada por la velocidad dedifusión del reactante.

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/odelo 0ernst para los reactantes en términosde la velocidad.

  )!*

$onde1

v velocidad global de la reacción heterogénea

$ coeficiente de difusión )area2tiempo*

" área de difusión

3 espesor de la capa límite

)-i* gradiente de la concentración entre el líuido )* y la interfase )i*

dn2dt cantidad de reactante difundida por unidad de

tiempo.

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G$d%e"#e de l$ &o"&e"#$&%'" de (od)o! e" l$ &$($l*m%#e

FiguraN° 2

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(n procesos hidrometalúrgicos cuyo control esuímico, la velocidad global está dada por lassiguientes relaciones1

  )'* )'*

)6*

)5*

 es la constante de la velocidad de reacción y n es la

orden de reacción

 

7i la velocidad de reacción uímica tiene el mismomagnitud ue la velocidad difusión de los reactantes,

para primer orden n8!, 

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$e la ecuación )6*, para luego el (o&e!o

d%+)!%o"$l.

 

+ara 1 el proceso es &o"#ol$do (o l$e$&&%'" ,)*m%&$ en la interfase 

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LACINÉTICA HIDROMETALÚRGICA

"nte los cambios ue se producen en la velocidadglobal de ocurrencia, cabe la posibilidad demodificar algunos factores determinantes1

!. Tamao de partícula en el sólido.#. La concentración del reactante.

%. (l grado de agitación.

'. La temperatura del sistema.5. (l uso de catali9adores y

6. "utocatálisis.

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. Red)&&%'" del #$m$/o de lo! !'l%do!

Tanto la reacción uímica y la difusión se favorecencon el aumento de la superficie reactiva disponible,debido a ue disminuyen los recorridos de losreactantes.

(n una reacción general1

(l reactante A  reacciona con B  disolviéndose unaparte de éste pasando a formar como producto C yD  este último es un sólido inerte poroso llamadoceni9a, de esta forma el reactante A  continúadifundiéndose a través de la 9ona del nuevoproducto D0 se muestra en la figura siguiente.

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/odelo del núcleo :sin reaccionar; shri

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+or eemplo en la reacción siguiente1

=aciendo las densidades de fluo del reactante "como QA!, QA, QA& en la superficie de cada una delos radios R0  y & respectivamente , se pueden

asumir dos situaciones1

$.L$ e$&&%'" e" l$ !)(e+%&%e de &o"#$o &0 l$&o"&e"#$&%'" del e$$"#e e" e!e ()"#o !e$CA120 el &o"#ol e! d%+)!%o"$l1

 

)>*

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(l fluo molar del reactante es constante, pasa lamisma cantidad de moles a través de todos los radios

hasta rc, el coeficiente de difusión es $, luego ladensidad de difusión del reactante " es1

 )?*

)@*

)!4*

)!!*

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La velocidad de la ecuación )!!* corresponde paraun radio & dado, eAisten tres variables )t, 0", yrc*

+ara el sólido B  (12

)C", es la densidad molar )moles de B2dm%* sólido,D es volumen de sólido en dm%

 

(13

)

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&eempla9ando valores1

 

(14

)

 

(15

)

+ara una reacción global1

(16

)

 

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b. aso de control por reacción uímica, es decir ue la  velocidad de la reacción es lenta, asumiendo ue la

reacción es de primer orden, por lo ue no se forman  gradientes de concentración entre & y rc.

 

(19

)

 (20

)

 

(21

)

 (22

)

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+ara una conversión total1

)#%*

 

)#'*

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3. E+eo de l$ &o"&e"#$&%'" del e$$"#e

$e la ecuación )%*, la concentración de losreactantes determina directamente el gradientede la difusión, asimismo en los casos en ue ladifusión de los productos de la reacción sean loscontrolantes del proceso.

La velocidad dela reacción es directamenteproporcional a la concentración del reactante,elevado al orden n, ecuación )'*.

(n la figura 0E' muestra la tendencia de lavelocidad de óAido de cobre )cuprita* con elácido sulfúrico, la velocidad aumenta a mayorconcentración.

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FiguraN° 4

4elo&%d$d de d%!ol)&%'" de '5%do de &o6e &o" 7&%do !)l+8%&o

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9. E+eo del :$do de $:%#$&%'"La agitación es aplicado a partículas finas yalgunos casos es proveer de oAígeno al sistema,cuya presencia favorece al proceso. (sto esposible si la difusión controla el mecanismoglobal, el aumento de la velocidad de reacción es

proporcional a la velocidad de agitación1

 

(l valor de a se determina eAperimentalmente yvaría de 4 a !.4, cuando a84, entonces lavelocidad de reacción es independiente de laagitación y si a8! la velocidad es directamenteproporcional a la velocidad de agitación.

)#'*

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4elo&%d$d de d%!ol)&%'" de C) me#7l%&o &o" !ol)&%'" $mo"%$&$l e"(e!e"&%$ de o5*:e"o

FiguraN° 5

!. ontrol uímico, la velocidad de disolución es constante#. ontrol difusional, la velocidad de disolución crece con la

agitación.

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D%!ol)&%'" de &o6e &o" $mo"%$&o e"(e!e"&%$ de o5*:e"o ;m:

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La reacción de la cementación de cobre con 9incmetálico en una solución de sulfato diluida, ue se

reali9a en un disco rotatorio, cuya reacción es1 

7e reuiere calcular el coeficiente de transferencia

de masa para una velocidad de agitación de ?44 rpma la temperatura de #5E.

 

Sol)&%'"

F 8 4.?@ cp 8 ?@ g2s-cm )viscosidad másica*G 8 4.44?@ cm2s )viscosidad cinemática* $8>.%(-6 cm#2s )coeficiente de difusividad de cationcobre* 

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La velocidad del agitador )ω*

Luego el coeficiente de transferencia de masa

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?. E+eo de l$ #em(e$#)$(n la gran mayoría de los procesos el suministrode la energía de activación de las moléculasreaccionantes está relacionada al aumento de latemperatura.

7i las reacciones son endotérmicas, reuieresuministro de calor para promover la ocurrenciadel proceso.

7i las reacciones son eAotérmicas, pueden

presentarse dos casos1a. (l calor generado proporciona el aumento de

la energía de activación, del cual depende lavelocidad de reacción.

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FiguraN° 6

De#em%"$&%'" de E$ $ ($#% de d$#o!e5(e%me"#$le!

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FiguraN° 7

E+eo de T !o6e l$ !ol)6%l%d$d de o5*:e"oe" $:)$ $ P1 $#m

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Figura

N° 8

E+eo de P @ T !o6e l$ !ol)6%l%d$d de O3 e" H3O