Procesos de oxidacion avanzados

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MÉTODO RÁPIDO PARA LA DETERMINACION DEL ÓXIDO DE FIERRO (Fe203) EN CRUDO, CLlNKER y CEMENTO PORTLAND

Yu Xiao, Ming; Villanueva, Hugo; Vásquez, Rosaura
Cementos Rioja S.A.



Resumen


El método de ensayo consiste en el ataque de la muestra mediante el ácido orto-fosfórico, aprovechando su fuerte acción disolvente a temperaturas elevadas. Posteriormente el fierro se reduce al estadoferroso con aluminio metálico y se titula con una solución estándar de dicromato de potasio. .


Fundamentación Teórica

Se aprovecha la fuerte acción disolvente del ácido orto-fosfórico (H3PO4) en el ataque de las muestras de ensayo. La selectividad de disolución permite descomponer la mayoría de los minerales que contengan silicatos, por ejemplo: silicatos de hierro, olivino, cromita,arcillas, caolín, etc.

El ácido orto-fosfórico puro al ser calentado a 213°C empieza a convertirse en ácido fosfórico anhidro: .

[pic]

Si la pureza del ácido orto-fosfórico no es del 100% (generalmente las soluciones concentradas presentan 85% de concentración en peso y g. esp. de 1.7), al ser calentado por encima de los 150°C empieza a perder humedad y se convierte en ácido fosfórico anhidro(H4P2O7) Si el calentamiento persiste se convierte en ácido fosfórico fundido (HPO3).

El ácido orto-fosfórico y el ácido fosfórico anhidro, forman varias fases que se pueden combinar con los silicatos y convertirlos en [SiO(PO3)2] , y además reaccionan con el fierro para producir el Fe4(P2O7)3; ambos compuestos son solubles facilitando su determinación analítica.

La propiedad de disolventemineral del ácido fosfórico y su función combinante es mayor en el caso del ácido fosfórico anhidro. Esto se puede observar en los valores de las constantes de disociación respectivas.



Acido Orto-Fosfórico (H3PO4)

K1 = 7,6 x 10-3
K2 = 6,3 x 10-6
K3 = 4,4 x 10-13

Acido Fosfórico Anhidro (H4P2O7)

K1 = 3,0 x 10-2
K2 = 4,4 x 10-3
K3 = 2,5 x 10-7
K4 = 5,6 x 10-10

Además, paraaumentar la capacidad disolvente otro factor importante es la temperatura de disolución de la muestra.

Después de la disolución de la muestra el fierro en solución (Fe+3) se reduce al estado ferroso (Fe+2) mediante la adición de láminas de aluminio metálico, en presencia de ácido clorhídrico. Finalmente se titula con una solución estándar de dicromato de potasio usando un indicador rédox.

Lasreacciones químicas involucradas son las siguientes:

Reducción del fierro:

[pic]

Titulación rédox:

[pic]

La adición a la solución de titulación de una mezcla de ácido sulfúrico y ácido orto-fosfórico, permite el proceso de conversión del Fe+3 en Fe(PO4)2-3 incoloro, facilitando la observación del punto final de la titulación, pues el Fe+3 podría oxidar el indicador enmascarando elinstante del cambio de color. Cuando se agrega el ácido orto-fosfórico reacciona con el Fe+3 formándose iones Fe(PO4)2-3, disminuyendo el potencial rédox del par Fe+3/Fe+2 y evitando así la acción oxidante del Fe+3 sobre el indicador. Asimismo, el papel del ácido sulfúrico es mejorar la observación del cambio de color durante la titulación.

El indicador sulfonato difenilamina de sodio en solucionesácidas, sólo presenta la forma difenilamina sulfonato de sodio cuando reacciona con un elemento oxidante. Se oxida en difenilamina incoloro, luego se transforma en difenilamina de color violeta, de acuerdo al mecanismo de reacción siguiente:




Al agregar la solución estándar de dicromato de potasio (K2Cr207) se titula el ión Fe+2 y luego de alcanzar el punto final de la titulación, la gotaadicional oxida la solución indicadora de sulfonato difenilamina de bario, cambiando la solución de coloración desde el incoloro hasta el color violeta indicando el punto final de la titulación.

Parte Experimental

Reactivos

- Ácido orto-fosfórico (H3PO4), 85% de concentración en peso.
- Aluminio en láminas de 0,1 mm de espesor y 99% de pureza (cortar láminas de 20 x 20 x 20 cm,...
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