Control y corrección del crudo^^ jkwr medio de un espectrofotómetro di absorción atómica y un minfcomputador

Transcripción

1 Materiales de Construcción Vol. 23, nº 152 Octubre, noviebre, diciebre de 1973 **í^ y 0^ Control y corrección del crudo^^ jkwr edio de un espectrofotóetro di absorción atóica y un infcoputador lose M.» GARCIA GIL y ANTONIO PAMPLONA ROCA 1. INTRODUCCIÓN En las dos fábricas de Ceentos del Cinca, S. A. se produce el clinker en hornos verticales por el procediiento del "crudo negro", en el que el carbón se dosifica y uele junto con las otras prieras aterias. En este procediiento, al realizar el control y corrección del crudo ediante la calcietría clásica, el hecho de que sea forzoso corregir la cantidad de carbón entrada, con alguna frecuencia enascara los resultados de aquélla, y la existencia de tres a cuatro coponentes, adeás del carbón, hacía difícil y coplicada para el personal del laboratorio la correcta dosificación. Estas razones nos ovieron a establecer un control y corrección del crudo por edio de análisis copletos por Absorción Atóica y cálculo de las dosificaciones por un inicoputador, solución ucho ás econóica, desde el punto de vista de la inversión, que otra cualquiera dedicada al iso fin. El espectrofotóetro de que disponeos es un Perkin Eler, odelo 290-B, y el inicoputador un Olivetti, Prograa PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS Y ANÁLISIS 2.1. Toa de uestras y preparación De la uestra acuulada cada hora en el toa-uestras continuo del olino se toa una cantidad fija que, junto con cantidades iguales de las uestras sucesivas, se irá hoogeneizando en el ezclador de laboratorio Análisis Cada 2 horas se realiza un análisis por absorción atóica de esta harina y una deterinación por vía quíica del carbón contenido en la isa. 41

2 En el análisis por A. A. se deterinan habitualente los contenidos en SÍO2, AI2O3, Fe^Og y CaO. Se utilizan coo soluciones-patrón las preparadas con una harina de características análogas, dentro de árgenes de diferencias uy estrechas, usando los isos reactivos que se van a usar en la uestra-problea y epleando agua destilada y desionizada. Al tener el patrón y la uestra prácticaente la isa atriz, los efectos de las posibles interferencias son idénticas en abos casos. La gran proxiidad de las concentraciones de cada eleento en el patrón y en el problea hace que las señales puedan sin error sensible considerarse coo linealente proporcionales a las concentraciones. El análi3is se realiza según las siguientes noras: Peso de la uestra a analizar 650 g. Se quea el carbón contenido en horno de crisol durante 10 inutos. Se funde con una ezcla copuesta de 0,75 g de tetraborate sódico y 2,25 de carbonato sódico durante 12 inutos en crisol de platino y horno de ufla eléctrico a l.ooo^'c. Se disuelve la uestra en ácido clorhídrico caliente con una concentración de 25 % de HCl. Se hace la priera disolución hasta 250 i de voluen, para analizar con esta uestra los contenidos en silicio, aluinio y hierro. Con 20 i de esta disolución llevados a i se analiza el calcio y eventualente el agnesio. Las concentraciones en partes por illón de las disoluciones analizadas son: pp aprox. silicio 162 aluinio 52 hierro 37 calcio 8 agnesio... 0,25 Los caudales de aire epleados son: Las rayas cuya absorción se ide son: La rendija epleada es de 2 A. aire 13,5 acetileno 13,5 protóxido de nitrógeno 13,5 acetileno 11,5 para el silicio A para el aluinio A para el hierro A para el calcio A para el agnesio A Los flujos de gases se regulan en archa para optiizar las señales.

3 3. CALCULO DE LOS RESULTADOS 3.1. Cálculo de los contenidos en SiOg, AI2O3, Fe^O^ y CaO del crudo analizado Las absorbencias relativas producidas por los distintos eleentos vienen registradas en el gráfico que el aparato produce. Coo alternativaente se analizan, eleento por eleento, el patrón y la uestra-problea, y teniendo en cuenta cuanto se dice en 2.2., que la altura de las señales registradas pueden considerarse coo linealente proporcionales a la concentración, si llaaos a a la altura de la señal-patrón, b a la del problea y C el contenido en tanto por ciento de un óxido deterinado, el contenido de ese iso óxido en la uestra analizada será: C ^ %. a Ahora bien, para lograr una ayor precisión en la deterinación es preferible no realizar tan sólo una edida del patrón y otra de la uestra, si no una serie alternada de edidas y hallar el valor edio de las deterinaciones. Ocurre, sin ebargo, en algunas deterinaciones que, a lo largo del tiepo epleado en las isas, las señales tanto del patrón coo de la uestra van disinuyendo en altura. Entonces el resultado es ligeraente diferente si coenzaos por pasar por la llaa el patrón o si coenzaos a pasar la uestra, produciendo una cierta olesta incertidubre. Para obviar esta pequeña dificultad, y coo la altura de la edida es inversaente proporcional al tiepo transcurrido entre una y otra deterinación, encuadraos el paso de la uestra entre dos pasos del patrón, siendo el cálculo del contenido del óxido en cuestión de la uestra: 2b C %; h + ^2 que vendría a ser coo si hubiéraos hecho la deterinación del patrón y de la uestra al iso tiepo. Así, haciendo una serie de deterinaciones alternadas: patrón, uestra, patrón...uestra, patrón, deterinareos el contenido de los diferentes óxidos por la fórula: 2b, 2b, 2b, a, + a, + a, + + ttg + a^ + a^^^ C %, En la tarjeta agnética que contiene el prograa para el coputador van consignados los valores de los contenidos en SiOg, AI2O3, FCgOg y CaO del patrón. Sin ás que registrar los valores de a, b, aa bg h^ a^^^., el coputador iprie y guarda en la eoria el análisis del problea analizado Cálculo de las dosificaciones de las prieras aterias Si son: A = SC = estándar de cal = 2,8Si02 + 1,1A ,7Fe2O3 43

4 y SiOo B = MS = ódulo silícico AI2O3 + Fe203 C = MF = ódulo de fundentes = ALO 2^3 Fe,03 las características que quereos conseguir en un crudo, llaareos D, = CaO A_ (2,8SiO, + l.lm.og + OJFe.Og) [1] al defecto de cal o desviación hidráulica de una priera ateria o de un crudo (j) D3J = SiO, - B(A1,03 + Fé.Og) [2] al defecto o desviación silícica, y D3, = Al,03 - C. Fe,03 [3] a la desviación de fundentes, expresiones conocidas de los quíicos del ceento. Es indudable que si son los tantos por uno de cuatro prieras aterias y el carbón, para conseguir un crudo, con estas prieras aterias que tenga los valores se = A, MS = B, MF = C fijados, tendrían que cuplir la condición: Oii-^i + Di2-^2 + Oig.Xg + D14.X4 + 0,5.X5 = O ; D.i-Xi + D^^'X^ + D^g.a^g + D24-X4 + D^^-x^ = O ; [4] ^31-^1 + í>32-a:2 + D33.X ^ X5 = O ; siendo: Djj la desviación hidráulica de la ateria 1. Dj2 1^ desviación hidráulica de la ateria 2, etc. D21 la desviación silícica de la ateria 1. D22 la desviación silícica de la ateria 2, etc. Dgj la desviación de fundentes de la ateria 1. D32 la desviación de fundentes de la ateria 2, etc. El sistea aparenteente de 4 ecuaciones con 5 incógnitas queda reducido a 4 incógnitas, puesto que el contenido en carbón, x^, está fijado "a priori" o "a posteriori" por iperativos de otro orden que el de las otras prieras aterias.

5 La solución de este sistea, que se prograa al coputador, nos da la dosificación correcta de las prieras aterias conocido el análisis de las isas para un crudo de estándar de cal y ódulos deterinados. Toda la exposición precedente está realizada coo si los análisis de las prieras aterias se hubieran hecho con la huedad natural de las isas. Sin ebargo, en los laboratorios se suelen analizar éstas sobre uestra seca. En este últio caso, para que los valores de Xj, X2, etc. salgan correctos, contando con la huedad real que llevan las aterias prias, que es coo las pesan las balanzas dosificadoras, habrá que ultiplicar los segundos iebros de las expresiones [1], [2] y [3] por el factor: siendo: h, ^^^ 100 h'^ hj la huedad % de entrada al olino de la priera ateria j; h^i la huedad % de la isa al ser analizada, es decir, prácticaente cero Cálculo de las dosificaciones de corrección de un crudo fabricado Aun cuando la dosificación de las prieras aterias sea correcta a lo largo de la fabricación se producen variaciones en la coposición de las prieras aterias que, unidas a los errores producidos por el argen de error de las balanzas dosificadoras, hacen que a lo largo de varias horas, el crudo obtenido difiera, a veces sensibleente, del que se pretendía obtener. Sean: las desviaciones hidráulica, silícica y de fundentes del crudo producido, incluido en ellas el factor de huedad [5], en el que hj es la huedad de la ezcla edida a la entrada del olino y h'^ la huedad residual del crudo al ser analizado; y sean: Po el % de carbón seco contenido en este crudo; Pi el % de carbón seco valor-consigna; hg la huedad de entrada de este carbón; el núero de toneladas de crudo que se trata de corregir; n el núero de toneladas de crudo de corrección; entonces, análogaente a lo expuesto en 3.2., las dosificaciones del crudo que va a servir para la corrección del ya fabricado serán: -D^o + n(d2i'xi + D^^-x^ + Dss'^a + ^2A'^A + O^g-x^) = O ^ Dgo + n(d3,.xi + D32.X *^3 + í^34-^4 + í>35-^5) = ^ [6] ix -t I «X» 2 I X Q "1 X A i w 2 ~ " X - (Pi Po) + Pi n 100 h.5 p ; 45

6 en las que, al conocer por el análisis los valores de D^Q, D^o, D^Q J PO 7 ^5 Y P^^ l^s de fabricación los de, n, y p^, el sistea de ecuaciones a resolver quedará de la fora; Oii-^i + D^2'^2 + í^i3-^3 + í>i4-^4 = Oío D,,.p ; D^i-Xi + D^g-x^ + D^g.Xg + D24-X4 = D20 D25-P ; [7] Oai-Xi + D32-X2 + Dgg-Xg + D34.X4 = n n D30 D35.P ; cuya resolución nos da la nueva dosificación en la alientación de las prieras aterias que corregirán el crudo ya fabricado. El sistea de hoogeneización de fábrica debe ezclarlo bien. Los valores de D^j, D23, D33, I>4j y D5J no son en realidad constantes, puesto que las prieras aterias tienen variaciones en su coposición quíica. Esto requiere un estudio previo de las oscilaciones que tienen estos valores y su incidencia en los resultados. Por ejeplo, en nuestro caso, en el que el carbón húedo viene a representar el 8 % del crudo y teniendo este carbón un 15 % de cenizas, la incidencia de la coposición de estas cenizas en el crudo un 1,2 % hay que considerarla, coo aquí se hace, pero, una variación de coposición de estas cenizas, salvo que sea uy grande caso que no se nos ha dado, representa una cifra ucho enor que la variación perisible en las ba^ lanzas. Otro punto a considerar es el tiepo de respuesta del olino a una nueva dosificación. Nosotros disponeos de un olino de rodillos LOESCHE. En este olino el tiepo de respuesta es uy breve, del orden de 2 a 5 inutos. Coo el tiepo ínio de corrección que utilizaos es de 2 horas, despreciaos estos pocos inutos y no realizaos ningún tipo de corrección en el cálculo por este otivo. Es indudable que existen procediientos de cálculo ucho ás perfectos que el que aquí se ha expuesto, que no tiene siquiera el codiciable atractivo de la originalidad, pero necesitan de coputadores uchísio ás poderosos y uchas veces ás caros que éste que actualente poseeos. El procediiento es, desde luego, ucho ejor disponiendo de ás de dos prieras aterias y necesitando dosificar el carbón que la siple voluetría que se usaba antes, y la ejecución de rutina una vez prograados cuidadosaente el análisis y el cálculo puede confiarse a personal que no posea conociientos especiales.