Estudio de la reacción de cloración de la circonia en presencia de carbono: desarrollo de un sistema termogravimétrico especialmente adecuado para el estudio cinético de reacciones de cloración de óxidos

Abstract

El objetivo de este Trabajo de Tesis fuá desarrollar un Sistema Termogravimétrico, adecuado para el estudio de reacciones de cloración, y aplicarlo al estudio de la cinética de la reacción de CI2 con C y ZrO2; reacción que conduce a la formación de ZrCI4; producto de interés en la industria nuclear. El diseño, construcción y calibración del Sistema Termogravimétrico, construido sobre la base de una electrobalanza Cahn 2000, fue una parte muy importante de la Tesis. En la construcción del Sistema Termogravimétrico se realizó: el diseño; el montaje propiamente dicho; la calibración, con vistas a aplicarlo al estudio cinético de la reacción a estudiar y el acoplamiento con un sistema de adquisición de datos. En este aspecto, las calibraciones y su aplicación a estudios de cinética química significaron una contribución original a las técnicas termogravimétricas. La cloración de óxidos metálicos en presencia de carbono se conoce con el nombre de reacciones de carbocloración y se aplica fundamentalemnte a la obtención industrial de los cloruros de titanio y circonio. Una característica del sistema de reacción propuesto para este estudio, es la escasa información bibliográfica sobre el mismo, o sobre sistemas similares. Esta escasa información previa hizo necesario la realización del estudio de los sistemas de interacción parciales : CI2-C y CI2-ZrO2. La interacción CI2-C se estudió por termogravimetría. Se realizó también mediciones complementarias por espectrometría de masa de haz modulado. Por otra parte, el sistema Cl2-ZrO2 fue estudiado, fundamentalmente, por difracción de rayos X y por microscopía electrónica de transmisión. Una vez realizados los estudios mencionados se estuvo en condiciones de iniciar el estudio de la reacción de carbocloración, que involucra a ambas interacciones parciales, además de la reacción quimica misma. Los resultados obtenidos en estos estudios permitieron proponer un mecanismo para la metaestabilidad de la fase tetragonal de la circonia y un mecanismo para la interacción CI2-C; pusieron en evidencia que la carbocloración de circonia ocurre por dos mecanismos de reacción diferentes y permitieron proponer un mecanismo de reacción para cada una de las etapas de reacción.

The kinetics and mechanism of selective iron chlorination of an ilmenite ore

“…17 The suitable procedure to determine exactly the reaction zero time in the chlorination of solids using the TG system of this study has been described elsewhere. 18 The ilmenite mass, as it was chlorinated, was thermogravimetrically monitored at regular time intervals of 1 s. The mass loss, DM, was determined from these measurements as follows: DM5M i 2M t , where M i and M t refer to initial ilmenite mass and ilmenite mass at time t respectively. The conversion degree a was defined as…”

“…15,16 It is well known that the rate of a chemical reaction involving a solid and a gas tends to be less influenced by mass transfer processes at lower temperatures, small sample amount and high flowrates. 15,18,19 The purpose of this paper is to study the reaction stages of the chlorination of a Venezuelan ilmenite, in order to determine the pathways and kinetics parameters. Reaction temperatures ranging from 600 to 950uC were chosen for studying the direct chlorination of ilmenite.…”