CuSO4 tesis 00002871-1

5/8/2018 CuSO4 tesis 00002871-1 - slidepdf.com

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RESUMEN

1.-INTRODUCCION

1I.- GENERALIDADESA).- EVAPORACION

1.- Metodos de eveporeeion

2.- Mecanismo de 1a eveporscion

3.- Factores que contro1an1a evaporaci6n

B).- CRISTALIZACION

1.- Metodos de cristalizacion

2.- Mecanismo de 1a cristaJizacic5n

3.- Etecto de las impurezas

4.- Recristalizaci6n

C).- SULFATO DE COBRE

111.- EXPERIMENTACION

A.- Caracter;sticasde 1a muestra

B.- Experimentacic5npreliminar

C.- Concentrecion de 1a soluclon por eveporecion

D.- Cristalizaci6n de 1a solucion concentrada

E.- Comprobscion de los datos de cristelizecion

F.- Recrlstelizecion

G.- Cristalizaci6n de Soluciones con diferentes concentra-

ciones en cobre y tierro

H.- Recuperacic5ndel cobre por cemetttecion en los Iicores

madres

IV.- EVALUACION DE RESULTADOS

V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

APENDICE I

BIBLIOGRAFIA

-1-



INTRODUCCION

Para la recuperecion del Cobre de soluciones provenientes de li-

xiviecion, se ha estado apJicando recientemente el proceso de extracciaa

por solvetttes, usando como extractantes compuestos orgenicos selectivos

para este metal.

Estos compuestos extra en el cobre a la vez que pequefias esmi-

dades de Herro, los cuales en tratamiento posterior con soluciones con-

centradas de acido suliurico se recuperen de le lase orgenics, regeneren-

dose esta y forman do una solucion de sulfato de cobre, de la cusl el co-

bre es obtenldo puro por electrodeposicion.

A medida que se va separando el cobre del electrolito, este se va

concentrendo en lierro hasta lJegr a un punto en que ya no es conve-

niente para el proceso de electrolisis ya que interliere con la calidad del

cobre depositado.

Para puri/icar el electrolito se eiectiis un escape de soluci6n en

el sistema reemplezendolo con solucion fresca de sulfato de cobre y la

cantidad necesaria de ecido sulitirico.

Esta fuga de solucion conduce a que se acumulen volumenes consi-

derebles de electrolito impure pudiendose empleer esta soluci6n como

Fuente de obtenci6n de sulfato de cobre por cristalizaci6n, que sen» a la

vez un subproducto en la producci6n de cobre electrolitico de la planta

experimental de extreccion por solventes,

EI presente trabajo tiene por objeto obtener de esta solucion, sul-

fato de cobre grado tecnico, determinando las condiciones 6ptimas de

cristaJizaci6n para obtener las mejores recupereciones.

-3-

1.-GENE;RALIDADES SOBRE EV APORACION



DEFINICION, E IMPORl·ANCIA.- La evaporation es Ia ope-

racion unitaria que consiste en la elirninaclon de un solvente por 1a apli-

cacion de calor y concentrar la solucion hasta que la substancia disuelta

se separe en forma cristalina 0 alcance la densidad deseada (7) .

.~.,La evaporacion ocurre solamente en la superficie libre de un li-

quido sin visible perturbacion de esta y toma lugar solamente abajo de~

pJ;lnto de ebullicion del mismo.

Esta propiedad de los liquidos por virtud de la cual pasan del esta-

do hquido al gaseoso de acuerdo a la temperatura y presion a Ia cual

estan sujetos, es la base de muy importantes procesos industriales para

separar un liquido de otro Iiquido 0 solid os de liquidos, usandose exten-

samente la evaporaci6n para la concentracicn de liquidos, desde produc-

tos qutmlcos tales como iiicalis y acidos hasta productos alimenticios co-

mo leche y jugos de frutas.

EI objetivo de la evaporacion es concentrar una sclucion conslsten-te de un soluto no volat'il y un solvente volati! (9). En la gran mayorta

de los procesos de evaporaci6n el sclvente es el agua, como este es el

unico Iiquido que puede ser obtenido en grandes cantidades puede ser

economico descartarla, por los que los procesos de evaporacion estan

limitados en la practica a soluciones acuosas. (11)

Generalmente en una evaporacion el producto deseado es la solu-

cion concentrada, pero la evaporacion puede ser continuada hasta que la

soluci6n este sobresaturada 0 hasta que el soluto precipite en forma crls-

talina, en este caso la opera cion se llama cristaltaacion.

Bajo condiciones atmosfericas ordinarias la mayorta de los Hqui-

dos sufren evaporaci6n y toma lugar no solamente a una tem eratura si-

en un rango muy amp 10 e temperaturas.

La terminologia industrial distingue tres casos en los cuales la se-

parae ion es realizada utilizando diferencias en la volatiIidad de substan-

cias, estos casos son: (15)

1. Evaporacion, Es la ellminacion por vaporizaci6n de una por-

cion del solvente de una sclucion, cuando el vapor formado es sin valor

en cornparacion al residuo.

--7-



2. Destilacion, Es la elimlnacion por vaportsacion de un Jiquido de

otro ltquido cuando el vapor es de suficiente valor para garantizar una

recuperacion por condensacion,

3. Secado. Es la eliminacion por vaporiaaclon de un liquido de unsolido cuando la cantidad de Jiquido evaporado en relacion con el solidc

es pequefio,

l).-METODOS DE EV APORACION.- Los diferentes metodos de eva-

poracion empleados en la industria para la concentracion de diferentes

tipos de soluciones pueden ser divididos en las siguientes c1ases (8).

1-Por contacto directo entre el medio de calentamiento y el Ii-

quido.

a) Evaporacion por gases de desperdicio y aire caliente.

b) Evaporacion solar.

2.-Por contacto indirecto entre el medio de calentamiento y el Ii-qui do a travez de superficies metalicas,

a) Evaporaci6n por calor 'directo producido por carbon, gas 0

aceite.

b) Evaporacion por calor indirecto transportado por vapor, agua

caliente, aceite 0 electricidad.

Despues de la evaporacion solar, el metodo de evaporacion por el

calor directo es probablemente el metodo mas antiguo para la concen-

tracion de liquidos. La aplfcacion del calor directo requiere solamente

aparatos muy simples pero la economla del combustible que se utiliza es

muy baja, siendo el calentamiento por el vapor el que da mejor resultado

y el de mayor eficiencia.

2).- MECANISMO DE LA EVAPORACION.- Las mcleculas de un 11-

quido se consideran que estan en un movimiento desordenado constante,

algunas moleculas moviendose con una energia cinetica de traslacion ma-

yor que otras, Para cualquier temperatura hay una cierta velocidad pro-

medio de estas moleculas, pero abajo del punta de ebulltcion del hquido,

esta velocidad no es suficiente para proyectadas fuera de 1a superficie

-9-



libre. Sin embargo hay rnoleculas que pueden haber alcanaado una velo-

cidad de traslacion mayor que la velocidad promedio debido a cheques 0

colisiones de unas moleculas con otras y si estas moleculas se encuentran

cerca de la superficie del liquid 0, venceran la atracci6n mutua ejercidaentre ellas y otras molecules del hquido y pasaran al espacio exterior

que iodea el liquido convirtiendose en moleculas de gas 0 vapor. A me-

dida que las moleculas que poseen energia cinetica en exceso se evaporan

del liquido la energia cinetica media de las moleculas restantes dismi-

nuye y la temperatura desciende, para mantener la temperatura cons-

tante es necesario proporcionar calor al lJquido. De ordinario la evapo-

racion no tiene lugar a volurnen constante sino a presion constante. La

cantidad de energia requerida para evaporar una mole del liquido a pre-

si6n constante se llama calor latente de vaporiaacion . (6, 15)

3).- FACTORES QUE CONTROLAN LA EVAPORACION.- La ra-

pidez de la evaporaci6n esta sujeta a los siguientes factores (2, 11):

1. La evaporacion se incrementa directamente con la temperatura.

2. Se incrementa con la superficie expuesta del Itquido.

3. Es mas rapida dentro de aire seco que dentro de aire que con-

tenga vapor, 0 sea disminuye a medida que la saturacion aumenta.

4. Se incrementa con la rapidez con la cual el vapor es retirado de

La superficie libre.

5. La velocidad de evaporacion se incrementa por una disminucion

de la presion sobre la superficie expuesta del liquido y viceversa.

6. La velocidad de evaporaci6n depende de la naturaleza y con-

centracion de cualquier substancia que este disuelta en el Ilquido.

Si el liquido esta en un espacio en el cual la presion parcial desu vapor es menor que la presion de vapor que posea a esa temperatura,

procedera a vaporizarse y su vapor pasara al espacio exterior. Este cam-

bio de estado esta acompafiado por una absorcion de calor de los alrededo-

res. Si este calor no es agregado desde una fuente externa, la vaporiza-

ci6n continuara tomando el calor necesario del calor sensible del ltquido

con una consecuente reducci6n de temperatura. Esta caida de tempera-

tura estara acompafiada por un correspondiente decaimiento en la pre-

-11-



slon del vapor. Finalmente una temperatura es alcanzada donde la presion

de vapor del ltquido es igual a su presion parcial existente en el espacio

y la vaporieacion cesara. (15)

.. Por 10 tanto, para que la vaporizaci6n continue, dos condiciones de-

ben estar presentes:

1. EI calor necesario para Ia vaporiaaclon debe ser continuamen-

te suministrada.

2. EI equilibrio que se forma entre 1a presion de vapor del liqui-

do y su presion parcial debe ser continuamente destruida.

Si cualquiera de estas dos condiciones son despreciadas, la evapo-

rizaci6n se retardara 0 en su defecto se detendra, (2, 15)

a).- INCREMENTO DE LA CONCENTRACION: ELEV ACION DELPUNTO DE EBULLICION.- Una propiedad muy importante durante la

evaporizaci6n de un liquido es el aumento de su concentracion. Aun cuan-

do la solucion que se va a evaporar puede ser 10 suficientemente dilulda

para tener muchas de las propiedades fisicas del agua, a medida que eI

solvents se va evaporando el contenido solido va aumentando y la solu-

cion adquiere propiedades particulares. La densidad y viscosidad se in-

crementan a medida que el contenido solido aumenta, hasta que la sclucion

llega a ser sobresaturada. El punto de ebulticion de la solucion puede au-

mentar considerablemente a medida que el contenido solido aumenta, de

tal modo que la temperatura de ebullici6n de una solucton iconcentrada

puede ser mucho mas alta que la de sol vente puro a la misma tempera-

tura. Este incremento en el punto de ebulliclon sobre el solvente puro

se llama elevacion del punto de ebullicion de la solucion, (7)

Este aumento es pequefio para soluciones diluidas pero puede Ile-

gar a ser muy grande para soIuciones concentradas de sales inorgani-

cas. (17)

Debido a Ia disociaci6n, la elevacion del punto de ebullrcion de

soluciones de electrolitos es mas grande que las de no electrolitos. (7)



b).- EVAPORACION EN ESPACIOS LIMITADOS E ILIMITA-

DOS.- Cuando un liquido es evaporado en un recipiente 'de dimenciones

limitadas el vapor que se desprenda va lIenando e1 espacio que rodea

e1 liquido. A medida que 1a evaporacion continua e1 numero de molecu-

las ~n el estado de vapor aumenta y causa un incremento en la presionejer~'ida por el vapor contra las paredes del recipiente.

Cuandoalguna de estas moleculas golpea la superficie del liquido

puede ser atraida hacia el interior formando parte del hquido otra vez.

Este fen6meno, el reverso de la evaporacion, es lIamado condensacion.

Por 10 tanto, cuando un liquido se evapora en un espacio limitado, dos

fuerzas contrarias estan actuando: e1 proceso de evaporaci6n tiende a

cambiar el liquido al estado gaseoso y el proceso de condensacion tiende

a cambiar el vapor que se esta formando al estado llquido. Llegara un

memento en que la velacidad de condensaci6n sea igual a la velocidad de

evaporaci6n y un equilibrio dinamico se habra establecido y la evapora-

cion cesara, (12)

•En este estado de equilibrio el espacio que rodea el liquido se dice

que esta lleno con vapor saturado mientras que en cualquier otro estado

antes que se alcance el equilibrio, se dice que el vapor esta no saturado.

La presion ejercida por el vapor en equilibrio con el liquido sobre las pa-

redes del recipiente, es llamado presion de vapor de liquido a 1a tempera-

tura existente.

Cuando e1 espacio en e1 cua1 la evapcracion se efectua es Ilimite-

do, hay un flujo continuo de moleculas de 1a superficie del liquido a1

espacio exterior diatribuyendose en la atmosfera sin regresar a1 liquido.

Las condiciones de equilibrio, por 10tanto, no se pueden lograr y. la eva-

poracion continuara a una velocidad uniforme mientras la temperatura

sea mantenida constantemente y el Jiquido pasara indefinidamente a1 es-

tado de vapor hasta que desaparezca totalmente. La evaporacion en estos

casos se suspen.de cuando 1'3.solucion ha alcanzado e1 grado de saturaci6n

deseado 0 se puede continuar hasta que se efectue la cristalraacion. La

velocidad a la cual es formado el vapor dependera de·la temperatura a

Ia cua1 esta sometida la soluci6n. (12)

Un incremento en la temperatura del liquido es equiva1ente a au-



mentar la energia cinetica de traslaci6n. de sus moleculaa y por 10 tanto

aumentara su habilidad para veneer las fuerzas de atracci6n con otras mo-

leculas.

La elevaeion de la temperatura del liquido resultara en un aumen-

to d. numero de moleculas que eseapan de la superficie libre del liquido

y por 10 tan.to, la evaporacion se efectuara mas rapidamente.

La energta cinetica y por consiguiente la tendencia a escapar de

las moleculas es una funci6n directa de la temperatura. (12)

II •.L. GENERALIDADES SOBRE CRISTALIZACION



CRISTALIZACION

La cristalizaci6n es una operacron unitaria que consiste en Ia for-

macion de una substancia cristalina, a partir de soluciones 0 de masas

fundidas. (16)

,~,Esta operacion es de gran importancia en 1a industria debido a la

. gran cantidad de productos que se venden en el mercado en 1a forma de

cristales. Su extenso uso se debe a que los cristales formados a partir

de una solucion impura son relativamente puros, al mismo tiempo que

proporcionan un metodo practice para obtener substancias quimicas en

una forma atrayente al consumidor y en un estado aproplado para rnani-

pularlas, empaquetarlas y almacenarlas. (9)

1).-METODOS DE CRISTALIZACION

La criatalizacion de un soluto partiendo de una solucion puede efectuar-

se por tres diferentes metodos: (8)

1. Cristalizacion por expulsion del disolvente. Por este metodo la

eliminaci6n del solvente puro es lograda generalmente por una evapora-

cion cambiando de esta manera la ccmposicion de la solucion hasta que

Ilegue a ser sobresaturada y la eriatalieacion tome lugar uti lizandose ge-

neralmente para concentrar soluciones diluidas.

2. Cristalizacion por enfriamiento de soluciones saturadas. Este

metodo involucra un cambio de temperatura para producir condiciones

de baja solubilidad y consecuente saturacion y cristalizacion.

3. Metodos especiales. La crlstallaaclon puede efectuarse haciendo

un cambio en la naturaleza del sistema, por ejemplo, sales inorganicas

pueden inducirse a cristalizaci6n a partir de soluciones acuosas por la

adtclen de alcohol. Otros procesos industriales involucan la cristaliza-cion por 1a adicion de un material mas soluble el cual posee un ion en

comun con er soluto original.

La crlstallsacion pOI' enfriamiento de soluciones saturadas conti-

nua siendo el metodo predominante y el de mas extenso uso. Las solu-

ciones sobresaturadas empleadas para la cristalieacion pueden proceder

de Ia disolucion de materias brutas 0 de evaporacion de soluciones dilui-

das.



2).- MECANISMO DE LACRISTALIZACION

Cualquier operaci6n de cr istalizacion debe de reunir los siguientes tres

pasos basic os : (10)

1. Sobresaturacicn de la solucicn

2. Formaci6n de nucleos cristalinos

3. Crecimiento del cristal

1-SOBRESATURACION (10) Una solucion la cual esta en equilibric

con la fase solida se dice que esta saturada con respecto al solido. Sin

embargo, es relativamente fadl preparar una sclucion que contenga mas

solido disuelto que el representado por la condicion de saturaci6n, en este

caso se dice que la solucion esta sobresaturada.

EI estado de sobresaturacion es un rasgo caracteristico de todas

las operaciones de cristalizaci6n.

La sobresaturaci6n de un sistema puede ser logrado por enfria-

miento, evaporacion, Ia adicion de un agente precipitante 0 un agente

diluyente 0 como resultado de la reaccion qulmica entre dos fases homo-

geneas, siendo Ia practica mas cormin para lograr una sobresaturaci6n

someter una solucion diIuida a una evaporaci6n.

Tanto la formacion de los cristales como su crecimiento tienen

una misma fuerza impulsora que es la sobresaturaci6n de la solucion.

La scbresaturacion necesaria en ciertos casos es tan pequefia que dificiI-

mente podra medlrse, 0 blen puede ser tan grande que Ia solucion este

en alto porcentaje mas concentrado que 10 que exige la curva normal de

solubiIidad.

La Figura No. 1 representa el diagrama de solubiltdad-sobresolu-

bilidad para un sistema cualquiera, La linea inferior representa la curva

normal de solubllidad. La temperatura y concentraci6n a la cual crista-

Iiaacion toma lugar espontaneamente esta representada por Ia linea su-

perior 0 curva de solubilidad. Los terminos labil y metastable se refieren



a soluciones sobresaturadas en las cuales la cristalizaci6n espontanea de

la fase solida en ausencia de nucleos cristalinos, puede 0 no puede ocurrir

respectivame.nte. (10,16)

'" EI diagrama puede dividirse en tres zonas:

1. La zona estable 0 saturada donde la cristalizaci6n no es posible.

2. La zona metastable sobresaturada entre las curvas de solubi'li-

dad y sobresolubilidad donde no es posible la cristalizaci6n espontanea

a menos de que se agreguen nuclecs cristalinos 0 sea efectuar una siem-

bra de la soluci6n.

3. La zona sobresaturada inestable 0 labil donde la cristalizaci6n

espontanea es probable pero no inevitable.

c'

(Fig. 1) Temperatura



Si una soluci6n representada por el punto A es enfriada sin perdida de

solvente (linea ABC) cristalizaci6n espontanea ocurrira solamente cuan-

do se alcance el punto C ,en este punto la cristalizaci6n puede ser es-

pontanea 0 inducirse por nucleos agregados, agitaci6n 0 impactos meca-

nicos ..~.,Sobresaturacion puede alcanzarse tambien por elirninacion de par-

tes del solvente por una evaporaci6n. La linea A, B' C', representa esta

operaci6n llevada a una temperatura constante, casi rara vez se alcanza

la region labil porque la superficie del liquido en la cual ocurre la eva-

poracion esta mas sobresaturada que la mayor parte de la solucion 10 cual

puede originar crisralizacion local, cayendo los cristales dentro de la so-

lucien y sembrandola antes de que las condiciones representadas por C'

sean alcanzadas.

En la practica una combinacion de evaporacion y enfriamiento es

empleada, tal operaci6n esta representada por la linea A', B", C".

EFECTO DE LA SOBRESATURACION SOBRE LA CRISTALIZA-

CION

La sobresaturacicn de la solucion es una variable que puede afec

tar el tamafio, forma y pureza del cristal asl como el rendimiento.

A medida que el soluto cristaliza, el solo precipitante puede a-

parecer como un nuevo micleo 0 depositarse sobre los cristales ya existen-

tes, La masa representada por nuevos nuclos es insignifieante con res-

peeto a la masa total, perc si un gran numero de nucleos se han formado

a expensas de una alta sobresaturacion, el solido disponible para cada

nucleo sera pequefio y para un crecimiento dado el producto final con-

sistira de pocos cristales grandes y muchos cristales pequefios. (9)

La alta sobresaturaci6n conducira a una alta velocidad de produc-

cion de cristales y estes seran de un tamaiio pequefio y no uniforme a la

vez que retendran cantidades considerables de licores madres al sepa-

rarse de la so1uci6n 10que origina que los cristales obtenidos no sean muy

puros.



A menudo, los cristales que se originan en condiciones de sobre-

saturacion altas, adoptan formas dentriticas 0 arborecentes, esta forma

permite un crecimiento cristalino rapido ya que los extremos de las den-

tr itas estan cerca de lugares relativamente mas saturados que el resto

de I&<clucion,

Empleando soluciones con bajas sobresaturaciones, resultara una

baja velocidad de produccion de cristales y estos seran grandes y unifor-

mes reteniendo una proporcion minima de los Iicores madres al separarse

de la soluci6n, 10 que conduce a obtener un producto cristalino relati-

vamente puro.

Cuando la soluci6n sobresaturada alcanza el nivel de saturaci6n

la cristalizaci6n cesa, a menos que se siga evaporando el solvente por

evaporaci6n natural 0 por la ayuda de calor Ia cristalizaci6n continuara.

En la Figura No. 2 esta graficada la velocidad de crecimiento y la

velocidad de nucleacion con respecto a la sobresaturaci6n. La linea A

muestra que la velocidad de crecimiento se incrementa uniforrnernente a

medida que se incrementa la sobresaturacion. La curva B es la velocidad

de nucleacion la cual es muy lenta al principio aumentando un poco en

la regi6n metaestable y crece rapidamente al Begar a la region labil, Se

observa que el crecimiento pre domina sobre la nuc1eaci6n a bajas sobre-

saturaciones pero la nucleacion predomina sobre el crecimiento a altas sa-

turaciones. (9)

Generalmente el objetivo de la cristalizaci6n es obtener un maxi-

mo de crecimiento con un valor de nucleacion bajo, esto se logra operan-

do en un promedio de sobresaturacion mas bajo que el que corresponde a

una rapida nuc1eaci6n, sacrrficandose por esto el rendimiento por la re-

ducci6n de la sobresaturaci6n. (9)



Fig. '2.

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2.- FORMACI ON DE LOS CRISTALES

La preparacion de 1a materia cristalina partiendo de una solucion

comprende dos etapas: primero tienen que formarse los cristales y des-

pues crecer alrededor de micelos, por consiguiente 1a teoria puede divi-

dirse en dos partes: (16)

a.- Nucleaci6n 0 formacion de nucleos cristalinos.

b.- Crecimiento result ante de los mismos.

NUCLEACION

La condicion de sobresaturacion no es factor sufic.iente para queun sistema empiece a cristalizar. Antes que los cristales puedan crecer

debe de existir en 1a solucion un numero de s6lidos pequefitsimos conoci-

dos como centros de cristalizaci6n, semillas, embriones 0 nucleos. (16)

La nucleacion es 1a formaci6n espontimea 0 inducida de los prime-

ros cristales de soluto 0 puede definirse como la generacion espontimea



o inducida dentro de una fase metaestable de una fase mas estable en 18

cual un cristal es capaz de crecer. (16)

La nucleacion puede ocurrir espontaneamente 0 puede ser induci-

da artificialmente refiriendose respectivamente a una nucleacion homo-

g e n e s . y heterogenea,

Exactamente como se forma un micleo de un cristal dentro de un

sistema liquido no es conocido con certeza. Probablemente el mecanis-

mo de nucleacion es como sigue : pequeiias estructuras son formadas, pri-

mere por la colision de dos moleculas, luego el choque de otra con el par

formado y as! sucesivamente hasta formar pequeiios nucleos (5), estos

micleos pueden existir momentaneamente porque, ademas de las fuerzas

atractivas y repulsivas entre las moleculas, existe otra fuerza destructi-

va de las moleculas del solvente sobre los micleos formados. (5) EI proce-

so de construccion, el cual ocurre muy rapidamente solamente puede

continuar en regiones locales de muy alta concentracion, muchos de es-

tos nucleos se redisuelven debido a su extrema inestabilidad, sin embar-

.,,"0. """n~n ""tn.. ".;..l"n..."l .."n..,," .,.. ,.........:" ,... 7.. " ~",~. _ L ,,~

y el proceso de desarrollo de cristal continua alrededor de elIos. (5)

La nucleacion espontanea ocurre cuando durante el enfriamien-

to de una solucion el sistema alcanza la region labil (Fig. 1).

NUCLEACION INDUCIDA

El segundo tipo de nucleacion que puede ocurrir es la inducida la

cual puede ser el resultado de uno 0 mas de los siguientes factores: (7,11)

r-rrmero. Impactos mecanicos producidos por una agitacion vi

gorosa.

Segundo.- Efecto catalitico de cristales ya existentes de crista-

rizaciones anteriores.

Tercero.- Variaciones locales de concentracion,

Cuarto.- Nucteos agregados a la solucion en forma de semillas

que pueden ser del mismo material del soluto.



Quinto.- Nucleos que provengan del exterior como puede ser pol-

vo suspendido en el aire, basura, etc.

3.- CRECIMIENTO DEL CRISTAL

S o '

Tan pronto como un nucleo estable, 0 sea partlculas mas gran des

. que el tamafio critico han side formados en un sistema sobresaturado,

empiezan a crecer en la forma de cristales de tamafio visible. (5)

Basicamente el crecimiento del cristal consiste de dos pasos : Dih ..-

sian de los iones 0 moleculas a la superficie del cristal en crecimiento y

la deposicicn de estas iones sobre 1a superficie. (16)

El crecimiento del cristal es un proceso difusional modificado po-

el efecto de la superficie salida sabre la cual ocurre el crecimiento. Las

moleculas 0 iones del soluto llegan a las caras en desarrollo del cristal

par difuslon a travez de la fase liquida. Cuando llegan a la 'superficie

las moleculas 0 iones deben ser aceptadas por el cristal y organizados

dentro del enrejado. (16)

La reaccion ocurre en la superficie a una velocidad definida y e;

proceso total consiste en dos pasos en serie: los pasos difusional y el in-

terfacialn.o se Ilevaran a cabo si no existe en el sistema las condiciones

de sobresaturaci6n.

3).-EFECTOS DE LAS IMPUREZAS SOBRE LA CRISTALIZACION

Las impurezas tienen infIuencia en el desarrollo del cristal mas

prominentemente sobre el habito cristalino del solido que se est& sepa-

rando, (11). EI habito de un cristal puede definirse como el tipo de for-

ma f''ltt ....n", 1 ", . . .11.,,1 .." ..,,1+.. rl.. t.•_ A.~&. ._ _. '.!I . lit: Ut::>ClrrouaOf'

las caras del cristal, (16). Son muchos los factores que afectan el habito

cristalina los cuales puedan ser: el tipo de solvente, el pH de la solucion,

la presencia de impurezas, el grado de sobresaturacion, velacidad de en-

friamienta, temperatura de cristalizaci6n, etc., (5).

Algunas veces el pH de una solucion tiene una infIuencia sobre el

tipo de cristal que esta creciendo, Por ejemplo, el sulfato decobre cris-

-35-



taliza normalmente en la forma de. gran des granulos, pero puede crista-

lizar en la forma de hojas delgadas desde una solucion acida (5) sin em-

bargo, el pH no es uno de los principales factores que afectan el habito

de un cristal siendo la causa mas comun de la modificacion la presenciade impurezas en la solucion. Pequefias impurezas 0 de otros componentes

aparte del soluto y el solvente pueden influir fuertemente sobre Ia cris-

talizaci6n afectando la nucleacion y el crecimiento.

Iones trivalentes, tales como ion ferr'ico, pueden actuar como un

activo modificador del habito cristalino; esta modificacion es esencial-

mente un Eenomeno de superf icie, las molecules de impurezas 0 iones

son atrapados en las caras del cristal y flsicamente absorbidas en la su-

perficie.

~)._:_TAMA~O DEL CRISTAL Y PUREZA

Un factor de importanCia que hay que considerar en un proceso

de crlsralizacion es el tamaiio y la forma del cristal obtenido ya que al-

gunas veces se requiere que el crista! sea de un tamaiio uniforme para

que su aspecto sea satisfactorio, para impedir que se formen terrones, pa-

ra faciIitar su lavado y para que su comportamiento sea uniforme al

usarlo. (11)

No bay ninguna ventaja real justificada en relacion con el tama-

no del cristal ya que los cristales grandes no son necesariamente mas

puros que los pequeiios cristales.

Las impurezas pueden ser atrapadas en los cristales el momenta

de estar creciendo 0 pueden incorporarse dentro de la estructura cris-

talina 0 bien quedar absorbidas en la superficie especialmente si La ve-

locidad de crecimien.to es alta y los cristales grandes. (16)

Por otro lado si cristales pequefios son producidos la cantidad de

impurezas producidas puede ser grande tambien, debido a la gran su-

perficie que presentan pequefios cristales. (5)

Si el tamafio es de importancia, altas saturaciones conduciran a una

alta velocidad de produccion y los cristales obtenidos seran pequefios,



en estos casos la alta velocidad de. formaci6n del cristal puede conducir

a que queden ocluidos dentro del cristal impurezas 0 licores madres, (16)

Para bajas sobresaturaciones la velocidad de producci6n de cristales es

baja y generalmente conduce a obtener cristales grandes.

'"'La unica generalizaci6n segura es que los cristales de la mas alta

pureza son obtenidos a expensas de un crecimiento lento partiendo de

dna solucion la cual es agitada lentamente (5). Las siguientes conside-

raciones pueden aplicarse para obtener cristales relativamente puros, (5,9)

1. Mientras mas alta sea la.pureza de los licores madres, menor can-

tidad de impurezas entraran en el cristal.

2. La separaci6n de los cristales de los licores madres debera ser

tan completa como sea posib1e, asimismo e1 lavado debera ser efectivo.

3. La mayor pureza puede obtenerse por un crecimiento cristalino

ordenando con una velocidad de desarrollo lenta a expensas de una baja

sobresaturaci6n.

b).- LAVADO. (11,5)

Los cristales producidos en un cristalizador despues de que han

sido separados de los licores madres pueden retener adheridas a su su-

perficie parte de estos licores los cuales al secarse resultara una masa

cristalina relativamente irnpura, Estas impurezas permaneceran en el

cristal a menos que algun metodo sea empleado para eliminarlas. La

practica mas cormm es lavar los cristales una 0 varias veces con disolven-

te nuevo 0 puede efectuarse el lavado usando una soluci6n frta, casi so-

bresaturada de la substancia pun en el disolvente. Si los cristales son

muy solubles en el solvente empleado, otro liquido puede ser utilizado

en el cual la substancia sea relativamente insoluble.

En una operaci6n de lavado, siempre se corre el riesgo de disol-

ver parte del material que se esta lavando, 10 que conduce a bajar el ren-

dimiento de la cristaIizaci6n. Estos licores de lavado contaminado puede

ser recirculado al sistema 0 utilizarse para otros fines. En principio este

metodo puede dar un producto de cualquier pureza deseada, siempre y

cuando las impurezas no eaten ocluidas dentro de la estructura crista-

Una.



La eficiencia de una operacion de Iavado dependera de la forma

y tamafio del cristal, facilitandose cuando los cristales son grandes.

La recristalizaci6n puede ser usada tambien para incrementar la

pureza del producto, sin embargo, un huen lavado de cristales es 10 mas

com~n. y satisfactorio.

··4).- RECRISTALIZACION

Una sola operaci6n de recristaIizaci6n de una solucion produce ge-

neralmente un producto cristalino puro. Sin embargo. puede suceder que

las impurezas esten presentes dentro del cristal en grandes cantidades.

Para obtener un producto mas puro se puede practicar una recristaliza-

cion 0 sea repetir una 0 varias veces la cristalizaclon, Esta es una tecnica

de purificacion muy 6til y extensamente empleada, si la operaci6n es

repetidaalgunas veces, muy altos grados de pureza pueden ser obteni-

dos. (10)

La recristaHzaci6n hace posible Ia vellminacion de impurezas de

una mas cristaJina por una redisolucion de los cristales en una pequefia

cantidad de solvente nuevo caliente. y-enfriando la solucion para obte-

ner cristales mas puros permaneciendo las impurezas en la so1uci6n (5).

Estos pasos tienen que repetirse muchas veces antes de que los

cristales obtenidos sean de la mas alta pureza. Un esquema de un re-

cristaHzaci6n esta representada en la Figura No.3:

s

1AS

s

1----> X I

s

1----:> X 2 ----> X 3

v

1Iv

L 2v

L 3

FIG. 3.- RECRISTALIZACION SIMPLE

_A1



Una masa cristalina impura AB (A es el componente puro, B es la

impureza) es disuelto en la minima cantidad de solvente caliente S y

luego enfriado, los cristales obtenidos que los hacen Xl contendrim me-

nos impurezas que la mezcla original, pero si el grado de pureza que sedesea no se ha alcanzado el procedimiento puede repetirse. Los cristales

Xl ton disueltos en mas solvente fresco S y recristalizados para obtener

el producto X2 y as! sucesivamente. Ll, L2, L3 representan los Iicores rna-_;" ,

'n",,,,.

En. lasucesion de operaciones anteriores la perdida del componen-

te A puedeser considerable y la cantidad final de cristales puros puede

ser solo una pequefia fraccion de la mezcla inicial AB.

Tiempo de .Cristalizacion.

Durante un proceso de criatalisacion es necesario esperar cierto

tiempo para que se formen los primeros cristales de solute y empiece

la crlstalisacion, 0 tambien, cuando se trata de soluciones concentradas

cahentes, para que el sistema vaya gradualmente disminuyendo su tem-

peratura y la recristalizacion se efectue. (10)

El rapido enfriamiento de una sclucion concentrada seguida es cau-

sa de que el cristal se desarrolle en una direccion particular, conducien-

do la formacion de agujas. (5)

El tiempo que dure la cristallaaclon en un cristalizador depende

generalmente del grado de sobresaturacion ya que una alta sobresatura-

cion puede conducir a una rapida cristalizaci6n aunque la solucionsea

enfriada muv lentamente.

CRISTALIZACION EN TANQUES ABIERTOS

La practica comun de produccion de cristales consiste en preparar

soluciones calientes casi sobresaturadas y dejarlas enfriar en tanques

rectangulares abiertos a temperatura ambiente. Estos tanques permiten

una area de gran superficie de solucion que esta en contacto con la at-

mosfera. La solucion caliente concentrada de soluto es vaciada dentro del

tanque donde es enfriada por conveccion natural y evaporacicn por de-



terminados pertodos de tiempo, generalmente unos pecos dias. Pocas ve-

ces se intenta cebar con cristales estos tanques porque la nucleacion ge-

neralmente ocurrerapidamente debido a la presencia de po1vo en 1a at-

mosfera 0 fragmentos cristalinos de cristalizaciones anteriores. A ve-

ces se cuelgan varillas en los tanques para proporcionar a los cristales

una 'Area suplementaria sobre la que puedan crecer y para mantener una

parte por 10 menos del producto, alejada de los sedimentos que puedan

. depositarse en e1 fondo. Cuando los tanques se han enfriado 10 suficien-

te, los licores madres son drenados y los cristales recogidos a mano. (11)

La evaporaci6n superficial desarrolla en la superficie de la 8011<-

cion una sobresaturacion local que tiende a producir nucleaclon en ella,

los crista1es al adquirir un peso considerable caen al fondo donde conti-

nuan creciendo. La nucleacion puede producirse tambien cerca de la pa-

reddel cristalizador porque siempre se trasmite algo de calor a travez

de las paredes al medio ambiente. (10)

Para produccion pequefia de cristales del grado comercial el me-

toda de cristaIizacioll ell tanques abiertos puede resultar el mas econ6mlco.

En el laboratorio y en operaciones a gran escala los primeros sig,-

nos de nucleaciones aparecen en una region dada del recipiente, gene-

ralmente en regiones dode hay un alto grado local de sobresaturaciones.

como puede ser cerca a 1a superficie de enfriamiento 0 en la superficie

del liquido, pudiendo aparecer tambien en pequefias grietas 0 irregula

ridades de recipiente 10 cual induce a una nucleacion, (10)



RESUMEN HISTORICO.- El sulfato de cobre fue conocido desde la

antiguedad por los griegos y rornanos. Plinio cita la precipitacion de co-

bre mediante el fierro, procedimiento que fueaplicado mas tarde en la

edad media para beneficiar el cobre de sus minerales. La primera rna-

terla-para preparar el sulfate de cobre en la antiguedad fue el agua de lasminas de Chipre y Espana.

Van Helmont en 1644 y Glauber en 1648 dieron procedimientos

para prepararlo artificialmente, el primero calentando largo tiempo co-

bre yazufre y lixiviando despues el producto formado y el segundo ata-

cando el cobre con el acido.

ESTADO NATURAL.- El sulfato de cobre lIamado tambien caparrosa

vitriolo azul, vitriolo de Chipre 0 Piedra Lipis y en mineralogta chal-

cantita 0 cianosa se encuentra en la naturaleza formando el compuesto

CuS04 5H20, en las aguas de cementacion de las minas de cobre y en la

forma de sulfatos baslcos en los minerales langita y bronchantita

(2CuS04 - SCu (OH)2.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS.- El sulfato de cobre hi-

dratado con S moleculas de agua cristaliza de soluciones acuosas en la

forma de cristales tricIinicos azules y transparentes, los cuales eflorecen

lentamente en el aire y se desintegran por una exposicion prolongada a

la atmosfera con perdida parcial de agua, tomando un color blanco.

PROCEDIMIENTOS DE OBTENCION.- El sulfate de cobre se ob-

tiene tratando el cobre rnetalico mediante el acido sulfuricc caliente y el

acido nttrico segun la ecuacion :

Cu +'H2S04 + 2HN03 2N02 + 2H20 + CuS04

El ataque del cobre por el acido sulfiirico s610 se efecttia a tempe-raturas elevadas y con lentitud. pero la presencia del acido nitrico per-

mite Flue se haga con rapidez.

En la industria se obtiene partiendo de los sulfuros naturales de

cobre y fierro, estos se calientan ligeramente para que se oxiden parcial-

mente y se transformen en sulfatos, los cuales se lixivian despues con

agua.

CuSO4 tesis 00002871-1

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