Cinética heterogénea de reacciones de cloración de óxidos de hierro y titanio

Abstract

El presente trabajo de tesis consta de una introducción que trata la problemática de las reacciones de carbocloración como una de las etapas de los procesos de extracción de metales, como Ti y Zr. No obstante, el trabajo no está orientado a la temática industrial de dichos procesos sino a los aspectos cinético-químicos y termodinámicos de las reacciones de carbocloración de Fe2O3-TiO2 con el objeto de esclarecer el mecanismo de estas reacciones. A la introducción le siguen 9 capítulos. En el primero se presentan los conceptos básicos de la cinética de las reacciones sólido-gas, mientras que en el segundo se presentan los procedimientos y fundamentos experimentales. En el capítulo 3 se presentan los resultados obtenidos en el estudio cinético y termodinámico de la cloración de Fe2O3 y se propone un modelo de reacción que describe el comportamiento de la velocidad de reacción en función de la temperatura. En el capítulo 4 se muestran los resultados obtenidos en el estudio de la cloración de la mezcla Fe2O3-TiO2 y se discuten los mismos para determinar los regímenes controlantes de la velocidad y su correlación con las interacciones que ocurren en el sistema. La información reunida en estos dos capítulos condujeron a estudiar en detalle la interacción entre cloro y T1O2 en presencia de Fe2O3 (capítulos 5, 6 y 7). En el capítulo 5 se presenta un estudio del efecto de diferentes atmósferas (aire, argón y cloro) y de la temperatura sobre las interacciones entre Fe2O3 y TiO2, el cual permite proponer un mecanismo para la interacción entre los óxidos en cada atmósfera. La formación de un compuesto en el sistema Fe-Ti-0 tanto en argón como en cloro, condujo a estudiar la cinética de la cloración de dicho compuesto para determinar su reactividad frente al cloro y los mecanismos controlantes de la velocidad (capítulo 6). A partir de este estudio se desarrolla un modelo de reacción. En el capítulo 7 se estudia el efecto del Fe2O3 sobre la transformación de anatasa a rutilo en el T1O2 empleando diferentes atmósferas (aire, argón y cloro) y se determina la naturaleza de los procesos que ocurren. Finalmente en los capítulos 8 y 9 se presentan las mediciones experimentales e interpretaciones relativas a la carbocloración de Fe2O3 y de la mezcla Fe2O3-TiO2, respectivamente. En el capítulo 8 se determina por un lado el efecto de la temperatura, de la geometría del crisol y del contenido de carbono sobre la velocidad de reacción de cada uno de los procesos observados, y por otro la contribución de la cloración directa de Fe2O3 respecto de la carbocloración de Fe2O3. El estudio de la carbocloración de la mezcla Fe2O3-TiO2 (capítulo 9) involucra la observación y la interpretación del efecto del caudal gaseoso, la temperatura y la geometría del crisol sobre la velocidad de reacción y las condiciones termodinámicas y/o cinéticas que favorecen la separación selectiva de Fe de la mezcla Fe2O3-TiO2. El trabajo finaliza con las conclusiones generales y un anexo en el que se presentan copias de las primeras páginas de los trabajos publicados relacionados con el presente trabajo.