Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería

Química E Industrias Extractivas

Grupo: 1IV6

Profesor: Horacio Nafate

Materia: Química general

Fecha de entrega: 16 Nov. 2010

Trabajo: Balance de materia

Integrantes del equipo:

Alonso Castañeda Valeria Chimal Cisneros Miguel Ángel

Chombo Kuri Adriana Abigail Fragoso Ocampo Celia

Villagómez Muñiz Edgar

ÍNDICE

Tema No. De página

Definición……………………………………………………………….3

Estructura…………………………………………………………….....4

Propiedades……………………………………………………………...4

Proceso de producción……………………………………………………6

Toxicología……………………………………………………………...6

Efectos ambientales……………………………………………………..6

Usos y aplicaciones……………………………………………………..8

Conclusiones…………………………………………………………..11

Bibliografía…………………………………………………………..13

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Al2O3

La alúmina es un material cerámico muy versátil, sus propiedades la hacen especialmente apta para aplicaciones en donde la temperatura es un factor critico, además de su relativa facilidad para adaptarse a diversos trabajos y usos.

Su dureza ha permitido darle forma a la industria del abrasivo, que es de las más antiguas, y rentables, ya que en el mundo, en un momento determinado, una empresa esta utilizando un abrasivo para dar forma a piezas de manufactura.

DEFINICION

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Alúmina es mejor conocida como oxido de aluminio (Al2O3). Junto con la sílice, es el ingrediente más importante en la constitución de las arcillas y los barnices, impartiéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración.

El oxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón, y de esmeril. Ciertas piedras preciosas, como el rubí, el zafiro, son formas de alúmina coloreadas por indicios de óxidos de metales pesados; se pueden fabricar piedras artificiales por fusión en la llama oxhídrica. La alúmina Al2O3 se halla también en forma de óxidos hidratados que son los componentes de la Bauxita y de la laterita (esta consta principalmente de hidróxidos aluminico y ferrico, sílice y menores proporciones de otros óxidos).

El oxido de aluminio fundido y vuelto a cristalizar es idéntico en sus propiedades químicas y físicas al corindón natural. Solo le superan en dureza al diamante y algunas sustancias sintéticas, concretamente el carborundo o carburo de silicio. Tanto el corindón natural impuro (esmeril), como el corindón artificial puro (alundo) se utilizan como abrasivos. A temperatura ordinaria, el oxido de aluminio es insoluble en todos los reactivos químicos comunes.

TIPO DE MATERIAL Y ESTRUCTURA CRISTALINA

PROPIEDADES

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Los cristales de oxido de aluminio son normalmente a diferencia de los grandes granos mono cristalinos del carburo de silicio. hexagonales y de tamaño diminuto. Los tamaños mayores de los granos se forman de numerosos cristales, Su peso especifico de 3.95; aproximadamente, y la dureza de hasta 2000 Knoop.

La estructura en forma de octaedro de alúmina, en el cual 6 grupos hidroxilos (OH-)

o átomos de oxigeno están dispuestos de tal manera que cada uno forma un vértice de un octaedro que se mantiene unido por un átomo de aluminio en el centro, algunas veces el aluminio es sustituido por fierro en estado ferroso o férrico. Los octaedros se encuentran unidos entre si en una hoja o lamina conocida como hoja de alúmina u octaédrica.

PROCESO DE PRODUCCIÓNLa industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio (se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio).

En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de alúminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son eliminados. Se los conoce comúnmente como "barro rojo". La solución de alúminato de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas de alúmina puras (proceso de siembra), una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego son sometidas a 1100°C en un calcinador, a fin de eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente.

TOXICOLOGÍAEFECTOS PARA LA SALUD

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Los trabajadores expuestos al polvo de aluminio en su trabajo, en las industrias que fabricaban el aluminio y la producción de los fuegos artificiales, explosivos, y los abrasivos de alúmina, pueden desarrollar una enfermedad del pulmón llamada fibrosis pulmonar; éste es un espesamiento del tejido pulmonar y puede conducir a una disnea similar al enfisema.

La enfermedad del riñón puede tener varias complicaciones producto del envenenamiento por aluminio. Los riñones son esenciales en quitar lo que de aluminio ha sido absorbido a través de la zona digestiva; la mayoría de las complicaciones severas han ocurrido en los pacientes que experimentaban la diálisis del riñón (la filtración de la sangre en una máquina externa para quitar los productos inútiles y tóxicos que son quitados normalmente por los riñones). Mientras que el aluminio se acumuló en los riñones una enfermedad progresiva del cerebro desarrolló demencia llamada de la diálisis. La enfermedad es caracterizada primero por las interrupciones del discurso, seguidas por desórdenes de la memoria, de los cambios en personalidad, de la capacidad de razonar deteriorada, y de la desorientación; eventualmente convulsiones y seguidamente la muerte. Con el descubrimiento en los años 70 que el aluminio era la causa de la enfermedad, el agua usada para la diálisis fue filtrada para quitar el aluminio, previniendo de tal modo en gran parte la enfermedad. Otros problemas de la acumulación del aluminio en pacientes riño- deteriorados incluyen los huesos fácilmente fracturados; interrupciones del calcio, del magnesio, del fósforo, y del metabolismo del fluoruro; y varias formas de anemia, las altas concentraciones de aluminio en el cerebro y provocan un desorden neurológico similar al Alzheimer. Los animales de experimento inyectados con aluminio también desarrollan los mismos síntomas de las características que los pacientes de Alzheimer.

El aluminio puede actuar interfiriendo con el metabolismo normal de las células del nervio, haciéndolas eléctricamente silenciosas e incapaces de conducir las señales del nervio. El hecho de que las acumulaciones de aluminio gradualmente hayan concluido un curso de la vida, causando cambios metabólicos lentos, corresponde con el hecho que la enfermedad de Alzheimer se desarrolla en la gente mayor. Alternativamente, el aluminio puede interrumpir las estructuras delicadas dentro de las células del cerebro. Sin embargo, no se ha demostrado que el aluminio pueda ser una causa del Alzheimer; su acumulación podía simplemente ser otro efecto de la enfermedad, más bien que su causa. La última investigación demostró que una mutilación en un gene responsable de producir una proteína determinada del cerebro (amiloide) es producto de la acumulación de aluminio, conduciendo lentamente a la muerte de la célula del nervio. No se sabe actualmente, con certeza si el aluminio es el causante. En algunos pacientes de Alzheimer esta proteína del portador falta.

EFECTOS AMBIENTALESDe las regiones del mundo que se han visto afectadas por la lluvia ácida, están particularmente, Canadá del este, y los Estados Unidos del noreste. Las concentraciones de aluminio del agua de superficies han aumentado sobre niveles naturales. El agua acidificada de los lagos y de las secuencias también disuelve el aluminio de los sedimentos inferiores.

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ESTATUS REGULADORLos niveles de aluminio en el aire en general o en el agua potable no se regulan. Los limites recomendados en exposiciones ocupacionales del aire a los varios compuestos de aluminio han sido sugeridos por la conferencia americana de higienistas. La industria gubernamental EPA ha establecido los criterios medioambientales de la calidad del agua para la protección de la vida acuática.

PROTECCIÓN Y PREVENCIÓNAunque no se ha demostrado que causa enfermedad en individuos sanos, la reducción de la ingestión del aluminio es prudente por varias razones. Primero: los desórdenes neurológicos con los cuales el aluminio es asociado ocurren en vieja edad y pueden representar así la exposición de la acumulación, concluido un curso de la vida. La reducción de la exposición puede retrasar o prevenir el inicio de desórdenes como estos. Segundo: el tratamiento de la enfermedad del riñón requiere a veces el uso de las drogas. Tercero: el aluminio puede causar daño adicional a los riñones ya debilitados en los ancianos. Para reducir el consumo del aluminio, se deben seleccionar los alimentos con ingredientes que están libres del aluminio.

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Las altas concentraciones de aluminio (normal de hasta diez veces), junto con la alta acidez, han causado muertes masivas de peces. Todos los lagos en muchas regiones son desprovistos de vida de peces, y de la variedad de microorganismos. Una vez que pasa esto, es prácticamente imposible de restablecer poblaciones de peces, debido a la química del agua y la ausencia cambiantes de las fuentes del alimento.

USOS Y APLICACIONES DE LA ALÚMINA

Alúmina como catalizador y portador de catalizadores

La alúmina tiene usos importantes como catalizador y portador de catalizadores, y para este fin se emplean diversos tipos, según las características que se deseen.

Alúmina como abrasivo y refractarios

La alúmina calcinada ordinaria que resulta del proceso de Bayer tiene muchos usos como abrasivos. Sus propiedades su pueden modificar variando la temperatura de calcinación y el tamaño de partícula. Ciertas calidades se emplean en el acabado de metales, particularmente de superficies duras de acero inoxidable y chapado de cromo.

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La alúmina empleada como portador de catalizadores puede modificar notablemente la función del catalizador aunque por si misma tenga poca actividad respecto de la reacción catalizada. Es necesario escoger el tipo adecuado de alúmina para determinada aplicación. Además es preciso determinar la cantidad de agente activo que ha de sostener la alúmina, considerando debidamente la actividad, estabilidad y el costo de la composición.

La alúmina fundida de pureza ordinaria producida en horno de acero eléctrico tiene muchas aplicaciones como material abrasivo y para preparar materiales refractarios. Hay dos tipos principales de abrasivos artificiales: el carburo de silicio y el oxido de aluminio, que se complementan en los usos y, en general no compiten entre si.

Por ejemplo, por su gran fragilidad, el carburo de silicio se usa para desgastar materiales de baja resistencia a la tracción, como la fundición de hierro y aluminio, y los abrasivos de alúmina en virtud de su gran tenacidad, se usan sobre materiales de gran resistencia a la tracción, como el acero. Por muchos años la producción de abrasivos de alúmina fundida ha sido por termino medio dos o tres veces mayor que la del carburo de silicio. La mayor parte del abrasivo artificial que se fabrica en el continente americano se hace en Canadá, y casi todo se envía en estado impuro a las plantas matrices en los Estados Unidos para su ulterior tratamiento.

Para ciertas operaciones de esmerilado, en particular las que requieren corte en frió, se necesita alúmina fundida especial, algo mas pura y quebradiza que la ordinaria. El titanio, que da tenacidad al producto no se puede eliminar económicamente durante la producción de la alúmina fundida, y, por consiguiente, la materia usada es un polvo blanco de alúmina pura producida por el proceso Bayer.

Se puede aumentar la porosidad añadiendo a la carga carbonato sódico. El análisis del producto da mas de 99% de oxido de aluminio. El consumo de energía es 50 a 60% del consumo para la calidad ordinaria, y el rendimiento es grande.

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La producción de alúmina fundida especial es aun mas complicada que la calidad ordinaria. Se emplea la misma clase de horno, pero se necesitan electrodos de grafito para no introducir impurezas. Es esencialmente un proceso de fusión, en el cual se introduce rápidamente la alúmina. La sobre reducción origina la formación de carburo de aluminio que produce efecto perjudicial en el material acabado; este tiene color casi blanco y multitud de diminutos poros y perforaciones formados por pequeñas cantidades de vapor procedente del álcali que se usa en la preparación de la materia prima.

También se ha usado corindón natural puro como materia prima para este proceso, pero dado que contiene más impurezas que la alúmina obtenida por el proceso de Bayer, la operación es intermedia entre la ordinaria y la especial arriba

Escrita. Se emplean virutas de hierro y cocque con adiciones para contrarrestar la sobre reducción y la formación de carburo de aluminio.

Mediante el enfriamiento debidamente regulado de la mezcla fundida se separa la alúmina en cristales de gran pureza, que crecen hasta adquirir tamaños diversos en el intervalo de los tamices 10 y 200. Estos cristales están incluidos en una matriz que contiene sulfuro y se descompone por la acción del vapor o el agua.

Los cristales de alúmina en forma de granos son separados, lavados con acido, secados, tamizados, y entonces ya se pueden usar. Estos cristales sin poros son fuertes, ásperos y aguzados. Por razón de su eficiencia abrasiva mayor que la del grano que se produce triturando lingotes de alúmina fundida, el material es particularmente eficaz para las ruedas que sirven para esmerilar aceros de gran resistencia.

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Un proceso reciente de reducción con carbono comienza con bauxita y emplea adiciones de sulfuro de hierro y cal para formar la mezcla fundida. Esta, además de alúmina, contiene sulfuros de aluminio, hierro, calcio y magnesio que obran como disolventes de la alúmina y de impurezas indeseables.

CONCLUSIONES PERSONALESAlonso Castañeda Valeria

A través de la solución de problemas y ejercicios de balance de materia, el alumno puede conocer y observar de manera más real como es que en un proceso y en sus reacciones no todo lo que se agrega de reactivas reacciona, llevándonos a una a una práctica lo más cercana a la realidad.

Chimal Cisneros Miguel Ángel

Mediante este tipo de problemas podemos notar lo importante que es realizar el balance de materia ya que con esto se pueden obtener datos sobre la reación y cuanto se debe de utilizar de reactivos para no desperdiciar, lo que tienen las aplicaciones en la industria ya que así no habrá desperdicios y es una forma práctica de conocer los resultados o la cantidad de productos que se van a obtener de una reacción.

Por lo cual son buenos los problemas de este tipo ya que con estos se pueden ver o más bien apreciar como funcionan las reacciones no en forma teórica sino que también en ellas hay un residuo y no toda la reacción es perfecta.

Chombo Kuri Adriana Abigail

En conclusión, a través de la investigación de la alúmina, se pudo apreciar que a pesar de que los procesos por los cuales es tratada la alúmina, que en la mayoría de las ocasiones llegan a ser complicados y costosos, el resultado final es benéfico para aquellas industrias que trabajan dicho material, pues sus usos son diversos y rentables, pero el más común y rentable de ellos, es su uso como abrasivo, lo cual es manejado en grandes industrias, convirtiéndose en uno de los productos más producidos, especialmente en los países de Estados Unidos de América y Canadá.

En cuanto al desarrollo del problema de balance de materia, se le permitió al alumno apreciar de una manera más real lo que se lleva a cabo en un proceso de producción de éste material. Así como se puede observar y verificar la importancia de este clase de planteamientos dentro de las grandes industrias, pues al tener conocimiento de la cantidad de reactivos que se utilizarán y de productos que se obtendrá, se puede aumentar la eficiencia de las reacciones lo más cercano a un proceso ideal, evitando así que la industria haga un gasto innecesario de su materia prima y por ende reduciendo los costos de su producción.

Fragoso Ocampo Celia

El óxido de aluminio es importante, ya que se adapta a diversos trabajos y se le dan diferentes aplicaciones. Su uso es importante como catalizador, y también se utiliza como abrasivo artificial pues tiene gran tenacidad y puede utilizarse en materiales de gran resistencia a la tracción, como el acero. Cabe destacar su uso para constituir arcillas y esmaltes. Y sus usos más importantes son como complemento de los

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aislantes térmicos para las cubas electrolíticas, también es utilizada para el secado del aire comprimido ya que tiene la propiedad de adsorber el agua, en el área sanitaria de las prótesis dentales, se utiliza como base de la estructura de coronas y puentes proporcionando gran dureza y resistencia, ligereza y translucidez, en molinos de esmaltes cerámicos como piedras de molienda.

Villagómez Muñiz Edgar

Mediante la práctica y desarrollo de los ejercicios de balance de materia, así como la investigación de nuestro producto a desarrollar pudimos observar de manera cercana como es que se lleva a cabo un proceso dentro de una industria, aún cuando es de manera teórica nuestro desarrollo, se puede concluir que el desarrollo de balances dentro de la industria es lo que conlleva a crear un proceso con la máxima eficiencia alcanzable, pues ningún proceso logra ser ideal, lo que quiere decir que no alcanzará una eficiencia del cien por ciento pero si cercana a ella, permitiendo a las industrias que manejan la alúmina u otro producto reducir costos dentro de su producción y por lo tanto obtener una ganancia mayor.

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Bibliografía y cibergrafía

http://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAmina

http://books.google.com.mx/books?id=u5-qOuAAS9YC&pg=PA100&lpg=PA100&dq=alumina+toxicolog%C3%ADa&source=bl&ots=FGvqyFHckf&sig=r8V0R0bswvdd-pY2OathWwzYEQA&hl=es&ei=-y_qTNamLZT4swOan4mxCw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CB4Q6AEwAQ#v=onepage&q&f=false

http://www.google.com.mx/url?sa=t&source=web&cd=9&ved=0CFUQFjAI&url=http%3A%2F%2Fwww.winklerltda.com%2Fficha_new.php%3Fid%3D1425&rct=j&q=oxido%20de%20aluminio%20da%C3%B1os%20a%20la%20salud&ei=RzbqTJrBD5TAsAOe16GxCw&usg=AFQjCNHM8IC96neLH6WGJJHDX5RESMMXyg

Química

Primera edición

Editorial: Éxodo

Autor: Antonio Romero Gómez

Página 240

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