Perfil alumbre de amonio

ESTUDIO BASICO DE OBTENCION DE SULFATO DOBLE DE ALUMINIO Y AMONIO (ALUMBRE DE AMONIO) A PARTIR DE VIRUTAS DE ALUMINIO

ESTUDIO BASICO DE OBTENCION DE SULFATO DOBLE DE ALUMINIO Y AMONIO (ALUMBRE DE AMONIO) A PARTIR DE VIRUTAS DE ALUMINIO 1. INTRODUCCIÓN Se conoce como alumbre a un tipo de sulfato doble compuesto por el sulfato de un metal trivalente, como el aluminio, y otro de un metal monovalente. (NH4)Al(SO4)2.12 H2O También se pueden crear dos soluciones: una solución saturada en caliente y una solución saturada en frío. Generalmente se refiere al alumbre potásico KAl(SO4)2·12H2O (o su equivalente natural, la calinita). Una característica destacable de los alumbres es que son equimoleculares, porque por cada molécula de sulfato de aluminio hay una molécula de sulfato del otro metal; y cristalizan hidratados con 12 moléculas de agua en un sistema cúbico. Es utilizado en las valoraciones argentométricas, específicamente en el método de Volhard para la determinación de haluros como cloruros. Los usos del alumbre son innumerables: es uno de los principales ingredientes de que se sirven los tintoreros para dar a los colores más brillo y más vivacidad, consolidándolos sobre la estofa o produciendo el mismo efecto que el agua de goma. Es una especie de mordiente que fija los colores y los une, impidiendo a las partículas más finas evaporarse. Los tintoreros alumbran todas las estofas que quieren teñir, sobre todo en carmesí, sin lo que no reciben bien este color. A la necesidad de una gran pureza del alumbre para ciertos tintes, para la coloración de los marroquíes, etc., es debida en gran parte a lo menos la preeminencia concedida por tan largo tiempo al alumbre de Roma, siendo así que cualquier alumbre bien purificado puede dar los mismos resultados. El alumbre impuro, muy cargado de sulfato de hierro era también muy buscado, principalmente por los curtidores de vaquetas de Moscovia, quienes pretendían que esta variedad daba peso a sus cueros blancos. El alumbre sirve también para obtener casi todas las lacas; para preservar las pieles y los forros de ser atacados por los insectos; para alumbrar el papel de escribir; para endurecer el sebo en la fabricación de velas; para retardar la putrefacción de los cadáveres, etc. El alumbre clarifica todos los líquidos así como todos los licores, pero les comunica cierto gusto que anuncia su presencia; se hace mucho uso de él para clarificar el azúcar de remolachas en las fábricas de este producto. En medicina, antiguamente el alumbre era administrado de numerosas maneras, como astringente poderoso preconizado en un sinnúmero de enfermedades. Externamente, se usaba contra las excrecencias fungosas, las úlceras, los dolores de las encías, las hinchazones, etc. Estos usos se han abandonado, aunque se sigue utilizando como adyuvante en vacunas y como coagulante en sangrado de órganos internos.

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Se usan ampliamente en química en la parte húmeda del proceso de fabricación del papel por su significativo efecto floculante, en el encolado en masa del papel para precipitar la colofonia sobre las fibras celulósicas. Otros alumbres relevantes son: 

Alumbre amónico



Alumbre de cromo



Alumbre férrico



Alumbre sódico



Alumbre de hierro y aluminio



Alumbre de cromo y potasio



Alumbre en polvo

2. ANTECEDENTES En nuestro país el principio ambientalista de desarrollo autosustentable, refuerza la necesidad de la sociedad de recuperar y sustituir los recursos naturales o sus derivados, que han sido colocados a su disposición. Dentro de este marco, el reciclado, la preservación de la energía y la lucha contra el desaprovechamiento son fundamentales. El aluminio, importante metal en la vida de la sociedad contemporánea, tiene características que privilegian esos factores vitales. Este proyecto resalta la importancia del reciclado del aluminio, relacionándolo con los aspectos positivos que hacen impacto en el medio ambiente. Se dará particular importancia al reciclado de las virutas, especialmente en la utilización de aluminio en las denominadas Carpinterías de Aluminio. Pero el material comercial no es Aluminio puro, se alea con otros elementos, principalmente magnesio, manganeso, cobre, zinc y silicio, a veces se añade también titanio y cromo. La primera aleación de aluminio, el popular duraluminio fue descubierta casualmente por el metalúrgico alemán Alfred Wilm y su principal aleante era el cobre. Actualmente las aleaciones de aluminio se clasifican en series, desde la 1000 a la 8000, según el siguiente cuadro. Serie

Designación

Aleante principal

Principales en la aleación

Serie 1000

1XXX

99 % al menos de aluminio

-

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compuestos

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Serie 2000

2XXX

Cobre (Cu)

Al2Cu - Al2CuMg

Serie 3000

3XXX

Manganeso (Mn)

Al6Mn

Serie 4000

4XXX

Silicio (Si)

-

Serie 5000

5XXX

Magnesio (Mg)

Al3Mg2

Serie 6000

6XXX

Magnesio (Mg) y Silicio (Si)

Mg2Si

Serie 7000

7XXX

Zinc (Zn)

MgZn2

Serie 8000

8XXX

Otros elementos

-

Las series 2000, 6000 y 7000 son tratadas térmicamente para mejorar sus propiedades. El nivel de tratamiento se denota mediante la letra T seguida de varias cifras, de las cuales la primera define la naturaleza del tratamiento. Así T3 es una solución tratada térmicamente y trabajada en frío. 

Serie 1000: realmente no se trata de aleaciones sino de aluminio con presencia de impurezas de hierro o aluminio, o también pequeñas cantidades de cobre, que se utiliza para laminación en frío.



Serie 2000: el principal aleante de esta serie es el cobre, como el duraluminio o el avional. Con un tratamiento T6 adquieren una resistencia a la tracción de 442 MPa, que lo hace apto para su uso en estructuras de aviones.



Serie 3000: el principal aleante es el manganeso, que refuerza el aluminio y le da una resistencia a la tracción de 110 MPa. Se utiliza para fabricar componentes con buena mecanibilidad, es decir, con un buen comportamiento frente al mecanizado.



Serie 4000: el principal aleante es el silicio.



Serie 5000: el principal aleante es el magnesio que alcanza una resistencia de 193 MPa después del recocido.



Serie 6000: se utilizan el silicio y el magnesio. Con un tratamiento T6 alcanza una resistencia de 290 MPa, apta para perfiles y estructuras.

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

Serie 7000: el principal aleante es el zinc. Sometido a un tratamiento T6 adquiere una resistencia de 504 MPa, apto para la fabricación de aviones.

El compuesto a obtener en este proyecto, denominado Sulfato Doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio) y que entre otros tiene uso como aditivo alimentario, es uno de los miembros de una familia de sales que se designa con el término general de alumbres, familia a la que pertenecen también otras sales dobles que contienen iones trivalentes de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ga, In, Rh e Ir, en lugar de AI(III). Los alumbres "de aluminio" tienen fórmula general MAl(SO4)2·12H2O, pudiendo ser M prácticamente cualquier catión monovalente (excepto el Li+). Todos ellos se caracterizan por formar cristales de gran tamaño al precipitar. El procedimiento experimental para la obtención de este producto se da a conocer en el siguiente diagrama:

ALUMINIO EN VIRUTAS COLOCAR LAS VIRUTAS EN NA SOLUCION DE AGUA Y NaOH

AÑADIR ACIDO SULFURICO SE MANTIENE LA DISOLUCION CALIENTE Y AGITANDO SE AÑADIO ACIDO SULFURICO

HERVIR

FILTRA R

AÑADIR NH4OH A LA DISOLUCION FILTRAR CONCENTRAR LA DISOLUCION POR EVAPORACION APROXIMADAMENTE A LA MITAD DE VOLUMEN DEJAR ENFRIAR LENTAMEBTE

CRISTALES DE SULFATO DOBLE DE ALUMINIO Y AMONIO

Las reacciones químicas que estarán en estudio son:

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Al + NaOH + H 2 O→ NaAlO2 + H 2 NaAl ( S O 4 )2 + H 2 S O4 → Al 2 ( S O4 )3 ∙ H 2 O+ Na 2 S O4 Al 2 ( S O 4 )3 ∙ H 2 O+ N H 4 OH → N H 4 Al ( S O 4 )2 ∙ 12 H 2 O 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La recolección diversificada de la basura (reciclaje) es una alternativa para bajar el alto índice de residuos sólidos, 485 toneladas generadas en la ciudad cada día, asegurando ampliar el ciclo de vida del relleno sanitario que tiene sólo 5 años más de utilidad. Conforme a declaraciones de Supervisión de Calidad Ambiental del Sistema de Regulación y Supervisión Municipal (SIREMU), la tarea de buscar que baje la generación de basura día a día sólo puede realizarse a través del reciclaje de materiales. Explicó, que el Programa de “Control Ambiental” y principalmente del Servicio de Regulación y gracias a la creatividad y “necesidad” de muchas familias paceñas se ha iniciado de manera artesanal en el reciclaje de elementos de los residuos en los hogares. Es así como el reciclaje es un método de tratamiento que implica la transformación total o parcial de los residuos sólidos urbanos, transformación que significa un nuevo producto, con uso similar o diferente al material que le dio origen, pero nunca mantiene las cualidades del producto original, así es como nace plantear el reciclaje de las virutas de aluminio que se desechan de la fabricación de estructuras y perfiles para poder obtener Alumbre de Amonio de modo que este nuevo producto tenga nuevos beneficios y aplicaciones. Las exportaciones de desperdicios de acero y aluminio se incrementaron un 62% los últimos cinco años (2010-2014) con una venta de $us.68 millones por 247.000 toneladas en ese período. Lo que significa que el negocio de la chatarra viene en ascenso, es por eso que sugieren que todo el material sea procesado e industrializado en el país para ofrecerle un valor agregado. De acuerdo a los datos del Instituto Boliviano de Comercio Exterior (IBCE), la exportación de desperdicios de acero y aluminio en 2010 fue de $us.10 millones, monto que se elevó a $us.16,2 millones la pasada gestión, es decir que hubo un incremento del 62% en su valor en ese período. Mientras que en el volumen las ventas crecieron de 40.100 toneladas en 2010 hasta las 53.300 toneladas en 2014, lo que significa un crecimiento del 33% en dicho lapso. Asimismo, los tres principales países destino para las exportaciones de estos productos en 2014 fueron: Perú con una participación de 57% sobre el total del valor exportado, seguido de Brasil con un 16% y Estados Unidos con un 7%. Hasta abril de este año la exportación de chatarra alcanza la suma de $us.4 millones (un 34% de lo registrado en todo el 2014), por la compra de 12.700 toneladas. En este marco, las importaciones bolivianas de desperdicios de aluminio y acero son ínfimas comparadas a las exportaciones que se realiza de estos productos, en 2013 casi GABRIELA MICHEELL MAMANI GUTIERREZ

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se llegó al millón de dólares en importaciones de acero, sin embargo en 2014 las importaciones apenas llegaron a $us.7.000, Bolivia se ha convertido en proveedor de este producto. 4. OBJETIVOS DEL PROYECTO 4.1 OBJETIVO GENERAL 

Estudiar el proceso de la Obtención de Sulfato doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio) a partir de Virutas de Aluminio.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4.2.1. Caracterizar la procedencia de la materia prima involucrada en el proceso. 4.2.2. Establecer el Diseño Experimental y la Cinética de la Reacción para el proceso de producción. 4.2.3. Realizar el estudio, el desarrollo y las condiciones óptimas para la cristalización en el proceso de obtención de Alumbre de Amonio. 4.2.4. Realizar análisis sobre el producto obtenido para verificar las propiedades físicas y químicas, de acuerdo a la ficha técnica del producto. 5.

JUSTIFICACION 5.1.

JUSTIFICACION AMBIENTAL

La disminución de material de desecho, es un problema muy grande para casi la mayoría de los países, es por eso que este proyecto está dirigido a la obtención de un producto nuevo de desechos o desperdicios de otro, creando un nuevo producto capaz de satisfacer necesidades en diferentes campos, creando así una nueva utilidad para un recurso natural no renovable.

5.2.

JUSTIFICACION ECONÓMICA

El material que se usa en distintas ramas se considera a los desechos de aluminio para ser reutilizado, este proceso está en función de algunas características importantes, entre ellas: valor agregado de chatarra (valor de venta), economicidad del proceso de reciclado y aplicabilidad de la materia prima obtenida, tecnología del proceso, técnica de recolección y volumen a ser recuperado.

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En nuestra ciudad la chatarra de aluminio se vende a Bs.5 el Kilo, de ahí que casi todo lo recuperado se envía a otros países hace falta emprendimientos que se dediquen al procesamiento de estos desperdicios, ya que se cuenta con bastante materia prima para abastecer la industria generando valor agregado y fuentes de empleos, dando cuenta que un país se fortalece cuando sus exportaciones son de productos con valor agregado 5.3.

JUSTIFICACION ACADÉMICA

Para la realización de este proyecto se aplicaran los conocimientos adquiridos en diferentes materias de la carrera, todos estos dados en la formación académica en la carrera de Ingeniería Química. 6. METODOLOGIA A EMPLEAR La metodología a emplear para la Obtención de Sulfato doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio) a partir de virutas de Aluminio se formara en su totalidad de acuerdo al desarrollo de cada uno de los objetivos específicos, para que de este modo se logre de mejor manera el objetivo principal. OBJETIVO ESPECIFICO 4.2.1 ACTIVIDAD: La recolección de datos de diferentes carpinterías de aluminio y empresas que recuperan desechos de aluminio, mediante una encuesta a Empresas, Carpinterías que utilizan Aluminio en la elaboración de sus productos, para de este modo definir los datos de cuanto (en peso) de este desecho (virutas) se podría disponer para este proyecto, teniendo en cuenta el precio y disponibilidad. OBJETIVO ESPECIFICO 4.2.2 ACTIVIDAD: Se realizará un Diseño Experimental del proceso, para obtener un mayor rendimiento, se debe tomar en cuenta las siguientes variables: 

Concentración de los reactivos



Temperatura de reacción



Tiempo de reacción

Una vez definidas las variables se procederá a la producción de Sulfato doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio) que se realizara por reacciones químicas de acuerdo al procedimiento, planteado en los antecedentes. Se debe hacer una primera solución con el Aluminio e Hidróxido de Sodio, para luego reaccionar con Ácido sulfúrico, Hidróxido de Amonio y agua.

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La rigurosidad al verter y preparar los reactivos juega un papel fundamental o determinante para obtener buenos resultados, pues esto demarca cuan eficiente o rendidora será la reacción que generará nuestro producto. Para el estudio de la Cinética de la Reacción que se presenta en el proceso, se debe titular un volumen de muestra con una solución de NaOH a determinada concentración cada determinado tiempo, para analizar la variación de la concentración de la solución del proceso respecto al tiempo y así también calcular la velocidad de reacción, la constante de reacción y demás datos, se debe tener los registros en orden.

Al 2 ( S O 4 )3 ∙ H 2 O+ N H 4 OH → N H 4 Al ( S O 4 )2 ∙ 12 H 2 O La ecuación de la velocidad es: α

r=k [ Al 2 ( S O 4 )3 ∙ H 2 O ] [ N H 4 OH ]

β

Al llevarse a cabo el proceso se obtendrá la solución final y se analizaran los datos (concentraciones, temperaturas, tiempos, etc.) obtenidos en el desarrollo del proyecto. OBJETIVO ESPECIFICO 4.2.3 Al obtener la solución resultante, se debe de realizar la cristalización por enfriamiento, esta solución de Sulfato doble de Aluminio y Amonio, se debe dejar enfriar la solución a temperatura ambiente y con agitación leve, registrar todos los datos, es esencial prevenir el crecimiento excesivamente rápido ya que contribuye a la formación de múltiples cristales en vez de un mono cristal. Se deberá realizar la cristalización a diferentes parámetros de temperatura y velocidad de agitación para definir las mejores condiciones de obtención de Sulfato doble de Aluminio y Amonio, después de la cristalización se procese a filtrar y secar los cristales, se pesa la cantidad obtenida y se registra para analizar los resultados. OBJETIVO ESPECIFICO 4.2.4 Teniendo ya los datos del proceso establecidos se procederá a analizar las propiedades físicas y químicas del producto de acuerdo a la ficha técnica, del producto que ofrecen otros países. De este modo se podrá verificar los siguientes aspectos:   

Pureza: La pureza se puede determinar por el punto de fusión de la sustancia. Densidad: pesar los cristales y calcular el volumen de estos por diferencia de volumen en un líquido no soluble, para calcular la densidad de los cristales. Solubilidad: se debe poner una cantidad en gramos de Sulfato doble de Aluminio y Amonio con 100 gramos de agua a determinada temperatura, la solubilidad es esa cantidad que pudo disolverse en agua antes de que la solución se sature. La solubilidad de Alumbre se encuentra disponible en manuales de datos fisicoquímicos. La figura muestra la solubilidad del alumbre en agua en función de la temperatura.

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7. EJECUCION DEL PROYECTO Inicialmente la recopilación de datos de la materia prima se ejecutara tomando datos directamente de las fuentes proveedoras, tomando datos de cada una de estas y elaborando una base estimada de cantidad de materia prima disponible. Dado el origen y cantidades de la materia prima se sigue con el proyecto que se realizará en las instalaciones del Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos (IIDEPROQ), donde se dispondrá de todos los equipos y reactivos necesarios para la obtención del Alumbre de Amonio. Para la determinación de las características físicas y químicas del producto, se realizarán las pruebas ya explicadas en las instalaciones del mismo instituto, contando ahí con todo el equipamiento necesario para ese fin. 8. CRONOGRAMA DE EJECUCION

ACTIVIDAD

1er MES

2do MES

3er MES

4to MES

5to MES

SEMANA 1 2 3 4

SEMANA 1 2 3 4

SEMANA SEMANA SEMANA 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

RECOLECCION DE DATOS SOBRE LA MATERIA PRIMA DISEÑO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCION DE PRODUCTO ESTUDIO DE LA CINETICA DE LA REACCION PARAMETROS PARA LA CRISTALIZACION POR ENFRIAMIENTO ANALISIS DE CONDICIONES OPTIMAS PARA EL PROCESO GABRIELA MICHEELL MAMANI GUTIERREZ

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CARACTERIZACION FISICA Y QUIMICA DE EL PRODUCTO FINAL ANALISIS DE RESULTADOS DE LAS CARATERISTICAS DEL PRODUCTO

9. INDICE TENTATIVO CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Antecedentes 1.2 Justificación 1.2.1. Justificación económica 1.2.1.1. Análisis de la obtención materia prima 1.2.2 Justificación ambiental 1.2.2.1. Gestión de Residuos 1.2.3. Justificación Académica 1.3 Estudio de Mercado 1.4 Objetivo General 1.4.1 Objetivos específicos CAPITULO II MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL 2.1. Introducción 2.2 Descripción del proceso de obtención de Sulfato doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio). 2.3 Descripción teórica del escalonamiento del proceso de obtención del producto. CAPITULO III PROCESO QUIMICO 3.1 Introducción 3.2 Diseño experimental del proceso 3.3 Cinética de la Reacción 3.4 Cristalización, cristalización por enfriamiento 3.5 Caracterización de propiedades físicas y químicas de Sulfato doble de Aluminio y Amonio (Alumbre de Amonio) CAPITULO IV ANALISIS DE RESULTADOS 4.1 Rendimiento del proceso de obtención 4.2 Rendimiento de la Cristalización por enfriamiento 4.2 Evaluación y análisis del producto obtenido CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS 10. BIBLIOGRAFIA

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

William F. Smith (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Madrid: Editorial Mc Graw Hill.



Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores S.A.



Manual del Aluminio. [Coca, Pedro] tr. (2ª edición edición). Barcelona: Editorial Reverté, S.A.



"Un estudio de la actividad antibacteriana de algunas sales de aluminio complejo". Revista de la asociación farmacéutica americana. Asociación Americana de farmacéutico.



Alumen y las diversas variedades de la misma; Treinta y ocho remedios., Plinio el viejo, La historia Natural. Biblioteca Digital Perseus La Universidad de Tufts.

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