tehnologie chimicĂ anorganicĂ -...

Gheorghe DUCA, Elena BUNDUCHI,

Ruslan BORODAEV

TEHNOLOGIE CHIMICĂ

ANORGANICĂ

Lucrări practice

Chişinău, 2012

CEP USM

Lucrări practice la Tehnologie chimică anorganică

2

CZU 66.0:546(076.5)

D 86

Recomandat de catedra Chimie Industrială şi Ecologică

Recenzent – Aliona COTOVAIA, dr. în chimie, conferenţiar la catedra chimie

anorganică şi fizică a USM

Gh. Duca, E. Bunduchi,

R. Borodaev, 2012

© USM, 2012

ISBN 978-9975-71-220-0

Descrierea CIP a Camerei naţionale a Cărţii

Duca, Gheorghe

Tehnologie chimică anorganică: Lucrări practice/Gheorghe Duca, Elena Bunduchi, Ruslan

Borodaev; Univ. De Stat din Moldova, Fac. De Chimie şi Tehnologie chimică. Catedra Chimie

Industrială şi Ecologică.-Ch.: CEP USM, 2012.-94 p.

50 ex.

ISBN 978-9975-71-220-0

66.0:546 (076.5

D 86


3

Cuprins

CUVÂNT INTRODUCTIV.........................................................................................5

1. MATERII PRIME....................................................................................................6

1.1. Concentrarea prin flotaţie a sulfurii de cupru..........................................................8

1.2. Analiza chimică a gazelor.....................................................................................12

2. PROCESE ANORGANICE DE BAZĂ................................................................18

2.1. Producerea acidului sulfuric prin

metoda de contact..................................................................................................18

2.2. Obţinerea acidului azotic diluat.............................................................................26

2.3. Tehnologia îngrăşămintelor chimice.

Producerea azotatului de amoniu..........................................................................30

3.TEHNOLOGIA MATERIALEOR DE

CONSTRUCŢIE.........................................................................................................34

3.1. Determinarea plasticităţii materialelor argiloase...................................................34

3.2. Obţinerea varului şi analize tehnice asupra sa......................................................39

3.3. Obţinerea sticlei uşor fuzibile...............................................................................42

3.4. Obţinerea cretei prin metoda cu var......................................................................46

4. COROZIUNEA. METODE DE PREVENIRE A COROZIUNI.......................49

4.1. Coroziunea electrochimică a metalelor.................................................................55

4.2. Protecţia anticorozivă............................................................................................58

4.2.1. Nichelarea electrolitică a oţelului.......................................................................62

4.2.2. Fosfatarea chimică a metalelor...........................................................................59


4

5. PROCESE ELECTROCHIMICE........................................................................67

5.1. Obţinerea hidrogenului la electroliza apei............................................................67

PROBLEME DE TEHNOLOGIE CHIMICĂ........................................................73

Indicatori tehno-economici ai procesului chimico-tehnologic.....................................73

Capitolul 1. Materii prime............................................................................................75

Capitolul II. Procese anorganice de bază.....................................................................79

Capitolul III. Tehnologia materialelor de construcţie..................................................84

Capitolul IV. Coroziunea şi metode de protecţie a metalelor......................................86

Capitolul V. Procese electrochimice............................................................................87

BIBLIOGRAGIE......................................................................................................88


5

CUVÂNT INTRODUCTIV

Pregătirea studenţilor la specialităţile tehnologice include studierea proceselor

chimico-tehnologice de mare tonaj ale industriei chimice anorganice. Această sarcină

revine cursului de Tehnologie chimică anorganică.

Pentru o însuşire mai bună a materialului şi obţinerea de competenţe, orele

teoretice sunt îmbinate cu cele practice, unde studenţii modelează diferite produceri

chimice sau fac calcule pentru procesele chimico-tehnologice.

Prezenta lucrare vine cu completări substanţiale la prima ediţie de lucrări

practice la tehnologia chimică (Lucrări de laborator la cursul de „Tehnologie

chimică”, autori Iu. Gorodeţki, Gh. Duca, Gh. Mihăilă ,USM, 1996). Această ediţie

numără 13 lucrări de laborator, dintre care, 7 lucrări din prima ediţie care au fost

revizuite şi completate şi propuse 6 lucrări noi, din mai multe compartimente ale

tehnologiei chimice anorganice: materii prime, procese anorganice de bază, procese

din industria materialelor de construcţie. Noi pentru această ediţie sunt şi problemele

de calcul, însoţite de răspunsuri.

Fiecare lucrare este structurată după un model general: noţiuni teoretice,

schema instalaţiei de laborator cu descrierea succintă a procesului în condiţii de

laborator, formule de calcul, chestionar cu întrebări pentru autoverificarea studenţilor.

Autorii actualei ediţii sunt recunoscători primilor autori: prof. dr.

Iu.Gorodeţchi, prof. dr. hab. Gh. Duca şi prof. dr. Gh. Mihăilă, care au pus bazele

practice ale lucrărilor. La fel, autorii vin cu mulţumiri şi faţă de dr. Gh.Şişcovschi, dr.

L. Romanciuc pentru sugestiile la punerea în practică a lucrărilor de laborator ce ţin

de tehnologia materialelor de construcţie.


6

1. MATERII PRIME

Condiţia de bază pentru crearea şi dezvoltarea oricărei ramuri industriale o

constituie existenţa bazei de materii prime certe.

Materiile prime sunt substanţele naturale sau sintetice de origine minerală sau

organică necesare obţinerii diferitelor produse.

Apa şi aerul la fel fac parte din materiile prime ale industriei chimice.

Materiile prime extrase din zăcăminte nu îndeplinesc de obicei condiţiile de

calitate impuse de procesul tehnologic de prelucrare şi este necesar să fie supuse unor

operaţii de preparare: modificarea granulaţiei şi concentrarea în component util.

Operaţiile de modificare a granulaţiei realizează reducerea dimensiunilor

substanţelor (mărunţirea), separarea unui material cu granulaţie neomogenă în clase

cu spectru granulometric mai omogen (clasarea), aglomerarea materialelor mărunte

în particule cu dimensiuni mai mari (brichetarea, peletizarea, clincherizarea).

Conţinutul componentelor utile în materia primă, de cele mai multe ori, este

insuficient pentru folosirea efectivă a acestuia, motiv pentru care, înainte de

prelucrare aceasta trebuie supusă unui proces de înnobilare, adică de majorare a

concentraţiei în componente valoroase (utile), prin îndepărtarea unei părţi din steril.

Concentrarea se bazează pe diferenţa dintre anumite proprietăţi fizice şi fizico-

chimice ale componentului utilul şi ale sterilului (densitate, susceptibilitatea

magnetică, capacitatea diferenţiată de încărcare electrostatică, proprietăţi superficial

active).

Evaluarea procesului de concentrare se efectuează în baza unor indicatori

cantitativi ai procesului de concentrare:

Randamentul de concentrare (c) – reprezintă raportul procentual dintre masa

concentratului rezultat de la îmbogăţirea unei materii prime şi masa acesteia.

%100MP

Cc , (1.1)


7

unde: C – masa concentratului, kg;

MP – masa materiei prime supuse îmbogăţirii, kg.

Randamentul de extracţie sau extracţia în substanţă utilă (ex) – reprezintă

raportul dintre masa totală a componentei utile din concentrat şi masa componentei

utile în materia primă supusă îmbogăţirii:

%100..

..

MPuC

CuC

exm

m , (1.2)

unde: mC.U.→C – masa componentei utile în concentrat, kg;

mC.U.→MP – masa componentei utile în materia primă supusă îmbogăţirii, kg.

Coeficientul de concentrare (k) a materiei prime – reprezintă raportul dintre

concentraţia procentuală a componentei utile în concentrat şi concentraţia procentuală

a substanţei utile aflată în materia primă supusă îmbogăţirii:

MPuC

CuCk

..%

..%. (1.3)

Concentrarea materiilor solide se poate executa prin aşa metode ca:

concentrarea electromagnetică, electrostatică, prin flotaţie, calcinare etc.

Exemplu de calcul. Ca rezultat al concentrării a 6 t de minereu ce conţinea

2% de zinc, au fost obţinute 350 kg de concentrat, unde conţinutul zincului era de

25%. Calculaţi randamentul în concentrat, cel de extracţie şi coeficientul de

concentrare.

Aplicând formula 1.1, stabilim randamentul în concentrat:

%8,5%1006000

350

kg

kgc .

Masa de zinc în concentrat şi minereu va fi:

kgkg

m MPZn 120%100

%26000

; kg

kgm CZn 5,87

%100

%25350

.

După formula 1.2, determinăm randamentul de extracţie a zincului:

%9,72%100120

5,87

kg

kgex .


8

Coeficientul de concentrare se calculează conform formulei 1.3:

orik 5,12%2

%25

1.1. Concentrarea prin flotaţie a sulfurii de cupru

Scopul lucrării: realizarea concentrării prin flotaţie a sulfurii de cupru;

determinarea randamentului de concentrare şi de extracţie; calcularea coeficientului

de concentrare.

Generalităţi. Flotaţia reprezintă metoda de concentrare bazată pe diferenţa

dintre proprietăţile superficiale de umectare cu apă a materialelor.

În funcţie de modul în care se va produce interacţiunea dintre apă şi minereu,

lichidul va „uda” sau nu va „uda” minereul. Substanţele care interacţionează cu faza

lichidă astfel încât se „udă” sunt denumite hidrofile, iar cele care nu se „udă” –

hidrofobe.

Între substanţele hidrofobe şi faza lichidă există forţe de repulsie, care

însumându-se cu forţa ascensională menţin particula hidrofobă în suspensie. În cazul

particulelor hidrofile, forţele de atracţie acţionează în acelaşi sens cu forţa

gravitaţională şi particulele hidrofile se precipită.

Există minerale hidrofobe cum sunt: grafitul, huilele, sulful, sulfurile metalice,

care prezintă flotabilitate naturală; cele mai multe însă (oxizi, silicaţi, sulfaţi,

carbonaţi) sunt hidrofile, astfel încât pentru a le putea flota, este necesară modificarea

proprietăţilor lor superficiale prin adăugarea de reactivi. Aceşti reactivi pot fi

spumanţi, colectori, modificatori etc.

Flotabilitatea naturală a materialelor poate fi îmbunătăţită prin introducerea în

sistem a unei substanţe cu proprietăţi tensioactive care formează suspensii şi spume în

sistem. Aceste substanţe sunt denumite spumanţi. Reactivii spumanţi sunt substanţe


9

cu molecule relativ mari, care prezintă un contrast hidrofil-hidrofob prin existenţa în

aceeaşi moleculă a unei componente hidrofobe, formată dintr-un radical organic

derivat de la hidrocarbura n-parafinică şi o grupare funcţională polară, alcoolică,

acidă, aminică etc., cu proprietăţi hidrofile. Grupa polară hidrofilă a spumantului se

orientează spre interfaţa lichidă formată de moleculele de apă, iar radicalul organic

hidrofob se orientează antagonist şi măreşte efectul hidrofob dintre faza lichidă şi cea

solidă, fapt care influenţează flotabilitatea minereurilor. De exemplu, pentru flotaţia

cărbunilor se folosesc, în acest scop, uleiuri minerale hidrofobe care formează

suspensii în apă şi măresc caracterul hidrofob al cărbunilor. Ca spumanţi se folosesc

în general uleiurile minerale, uleiul de terebentină, uleiul de pin, alcoolii alifatici

superiori, esterii alcoolilor inferiori cu acizii superiori etc.

Colectorii sunt substanţe chimice heteropolare care au rolul de a modifica

susceptibilitatea de udare a unor materiale, conferindu-le caracter hidrofob. Aceste

substanţe conţin grupări hidrofobe şi hidrofile şi grupări cu afinitate pentru unele

componente metalice. Partea polară a moleculelor cu afinitate pentru componentele

metalice se orientează spre minereu, iar cea hidrofobă – spre faza apoasă. Suprafaţa

minereurilor se acoperă cu o peliculă hidrofobă care permite ca granulele să fie

antrenate mai uşor într-o mişcare ascensională de separare. În raport cu proprietăţile

lor chimice, reactivii colectori pot fi substanţe tensioactive anionice, acizi carboxilici,

alcooli sulfataţi, xantogenaţi etc. şi tenside cationice dintre care cele mai frecvent

utilizate sunt derivaţii aminelor terţiare.

Pentru mărirea eficacităţii concentrării prin flotaţie, minereul se supune mai

întâi unei mărunţiri fine, urmată de amestecare cu apă şi reactivi de flotaţie şi

barbotarea cu aer. Astfel, particulele hidrofobe aderă la bulele de aer şi se lasă mai

uşor transportate spre suprafaţa apei formând un strat de spumă mineralizată,

particulele hidrofile se sedimentează la fundul aparatului de flotaţie. Sedimentul

hidrofob este numit concentrat de flotaţie, iar cel hidrofil – cozi de flotaţie.


10

Aparataj, veselă, reactivi: cilindru cu dop, site cu diametrul 0,1-0,05 mm,

mojar de porţelan şi metalic, balanţă analitică, pâlnia Buchner; etuvă; reactiv de

flotaţie (ulei de terebentină sau xantogenat de sodiu, C2H5OCSSNa); minereu sulfidic

sau amestec sulfidic artificial pe bază de sulfură şi nisip.

Pregătirea amestecului sulfitic artificial. Amestecul format din cupru şi sulf, în

raport de masă de 63 : 32, se pune într-o eprubetă şi se încălzeşte până la topirea

sulfului. Procesul este exoterm. Cantitatea de sulf, care nu a interacţionat, se separă

din mediul de reacţie şi se precipită pe pereţii reci ai eprubetei. După ce

interacţionează cea mai mare parte din reactanţi, eprubeta este încălzită până la

temperatura de 200-3000C timp de 3-4 min, apoi amestecul este răcit, iar eprubeta

este spartă. La produsul obţinut după separarea sticlei se mai adaugă 12-15 părţi de

masă de sulf, amestecul este mojarat după care din nou încălzit în eprubetă timp de

5-10 min la aceeaşi temperatură. După finalizarea timpului, eprubeta este spartă,

sulfura de cupru este mojarată până la praf, sitată şi amestecată cu nisip purificat,

astfel ca concentraţia lui în amestec să fie egală cu 90-95%.

Modul de lucru. Se cântăresc 2,5-3 g de minereu de cupru natural sau artificial.

Minereul este trecut într-un cilindru cu volumul de 250-300 ml, unde se adaugă 100-

150 ml de apă şi 2-3 picături de agent de flotaţie. Cilindrul se închide cu dop după

care conţinutul este intens agitat timp de 0,5-1 min, până când la suprafaţă se va

separa o parte din minereu. Peste 1-2 min apa cu minereul separat este turnată atent pe

filtrul pâlniei Buchner, evitând antrenarea cu apă a particulelor de nisip. Deoarece

după prima agitare se separă doar o parte din sulfură, operaţia este repetată de 2-3 ori.

Filtrul cu minereul de sulfură este uscat la temperatura de 80-1000C până la masă

constantă.


11

Calcule:

a) Randamentul de concentrare:

%100CuS

CuS

cMP

C , (1.1.1)

unde: C – masa concentratului de sulfură de cupru, kg;

MP – masa minereului de sulfură de cupru, kg.

b) Randamentul de extracţie:

%100,

MPCu

CCu

Cuexm

m , (1.1.2)

unde: mCu→C – masa cuprului din concentrat, kg;

mCu→MP – masa cuprului în minereu, kg.

c) Coeficientul de concentrare:

MPCu

CCukCu

%

% . (1.1.3)

Notă: datele despre concentraţia procentuală a sulfurii în minereu sunt oferite

de către profesor. Conţinutul procentual al metalului în concentrat se calculează

matematic, considerând că substanţa filtrată este sulfură de cupru pură.

Tabelul 1.1. Mărimi măsurate şi calculate

Masa

minereului, g

Masa

concentratului, g

Randamentul de

concentrare, %

Randamentul

de extracţie, %

Coeficientul

de extracţie


12

Chestionar

1. Definiţi materiile prime.

2. Enumeraţi şi indicaţi scopul operaţiilor de preparare a materiilor prime.

3. Care este principiul metodei de concentrare prin flotaţie?

4. Explicaţi cum acţionează reactivii de flotaţie.

5. Cum este evaluat procesul de concentrare?

6. Aplicaţii de calcul.

1.2. Analiza chimică a gazelor

Scopul lucrării: însuşirea metodei chimice de analiză a gazelor şi realizarea

practică a analizei unui amestec de gaze.

Generalităţi. În industria chimică gazele, fie că sunt utilizate ca materii prime,

fie rezultă ca produse finite. Prelucrarea şi producerea gazelor nu este posibilă fără un

control exact şi rapid al acestora. Pentru analiza amestecurilor de gaze, s-au dezvoltat

şi optimizat mai multe metode fizice, chimice şi fizico-chimice.

Metodele fizice şi fizico-chimice de analiză se caracterizează prin sensibilitate

şi rapiditate, dar necesită echipament complicat şi deseori scump.

Metodele chimice de analiză au o precizie satisfăcătoare, nu necesită instalaţii

complicate, sunt uşor de aplicat, dar prezintă dezavantajul unui timp îndelungat de

analiză.

De exemplu, tuturor le este clară prioritatea metodelor cromatografice de

analiză a hidrocarburilor gazoase. Un amestec complex format din 10-20 componente

se analizează prin metoda cromatografică în 40-50 min, în timp ce prin metoda

chimică, acelaşi amestec necesită 8-10 ore. Însă, în cazurile când amestecul de gaze

conţine 2-4 componente, este convenabil a se folosi metoda chimică de analiză, ce

necesită reactivi uzuali şi o aparatură simplă.


13

Metodele chimice de analiză au la bază absorbţia selectivă, treptată a

componentelor amestecurilor de gaze, sau, în cazul gazelor carburante, arderea

acestora, urmată de analiza produselor de ardere, care se absorb succesiv în soluţiile

unor reactivi speciali. Pe baza variaţiei de volum, se determină compoziţia gazului.

După scopul urmărit, deosebim o analiză specială şi o analiză generală.

Analiza specială se referă la determinarea compoziţiei industriale ca: gaze de

cocserie, gaz de sinteză, gaze de piroliză, gaze de cracare etc., la fel şi amestecuri de

gaze inerte (Ar, He, Ne ş.a.).

Analiza generală urmăreşte determinarea sumei gazelor acide (CO2, SO2, H2S),

suma hidrocarburilor nesaturate C2-C4, O2, CO şi H2, suma hidrocarburilor saturate

C1-C4 şi a N2.

În analiza generală cele mai întrebuinţate metode sunt următoarele.

Bioxidul de carbon (CO2) se determină prin micşorarea volumului amestecului

de gaze, ca rezultat al interacţiunii lui cu o soluţie de hidroxid de potasiu:

CO2 + 2KOH K2CO3 + H2O (1.1.4)

Cum împreună cu CO2 se absorb toate gazele cu caracter acid (H2S, SO2, SO3),

de fapt, se determină suma acestor gaze.

Hidrocarburile nesaturate se determină prin absorbţia în soluţie apoasă de

brom (apă de brom):

H2C = H2C + Br2 BrH2C – CH2Br (1.1.5)

sau în soluţie de brom şi bromură de potasiu, sau prin absorbţie în acid sulfuric

concentrat.

Oxigenul se determină prin absorbţie într-o soluţie alcalină de pirogalol (1,2,3 -

trihidroxibenzen):

4C6H3(OH)3 + O2 2(OH)3C6H2-C6H2(OH)3 + 2H2O (1.1.6)

sau cu soluţie bazică de hidrosulfit de sodiu (Na2S2O4):

Na2S2O4 + 2NaOH + O2 Na2SO3 + Na2SO4 + H2O (1.1.7)

Na2S2O4 + 2NaOH + 3/2O2 2 Na2SO4 + H2O (1.1.8)


14

Oxidul de carbon se determină prin absorbţie în soluţie amoniacală de clorură

cuproasă:

[Cu(NH3)2]Cl + CO [Cu(NH3)2CO]Cl (1.1.9)

ori prin oxidare cu oxidul de cupru (II) la temperatura de 280-2900C:

CuO + CO Cu + CO2 (1.1.10)

Hidrocarburile saturate se determină prin oxidarea cu oxid de cupru (II), la

temperatura de 700-8000C:

CnH2n+2 + (3n+1)CuO nCO2 + (n+1)H2O + (3n+1)Cu (1.1.11)

sau prin ardere în atmosferă de oxigen în prezenţa platinei drept catalizator:

CnH2n+2 + (3n+1)/2CuO nCO2 + (n+1)H2O + Cu (1.1.12)

Cunoscând volumul total al hidrocarburilor saturate, se poate calcula

compoziţia lor. Pentru aceasta se determină numărul carbonic, reprezentând numărul

mediu al atomilor de carbon, efectuând calcule pentru o moleculă CnH2n+2. Când în

amestec este prezentă o hidrocarbură, n este un număr întreg. De exemplu, dacă n=1,

rezultă că hidrocarbura saturată este CH4, dacă n=2, rezultă că hidrocarbura saturată

este C2H6 ş.a.m.d. Dacă se ştie că amestecul conţine doar două hidrocarburi, iar n este

un număr fracţionar, de exemplu n=1,2, rezultă că amestecul este format din 20%

C2H6 şi 80% CH4. În cazul când amestecul conţine câteva hidrocarburi sau compoziţia

calitativă nu este cunoscută, atunci numărul carbonic poate indica prezenţa unor

hidrocarburi, fără a caracteriza conţinutul calitativ al acestuia. De exemplu, dacă n >

2, rezultă că amestecul conţine hidrocarburi cu mai mult de doi atomi de carbon şi

pentru stabilirea compoziţiei exacte este nevoie de metode speciale.

Azotul se determină prin diferenţa dintre volumul de gaz iniţial şi volumul

componentelor absorbite.

De ordinea determinării componentelor în amestec depinde compoziţia

calitativă a acestuia. Se ţine cont ca determinarea unui component să nu interfereze

determinarea celuilalt. De exemplu, soluţia bazică de pirogalol sau cea a

hidrosulfitului de sodiu absorb nu doar oxigenul, dar şi toate gazele acide. În acest


15

caz, este necesar de eliminat toate gazele acide înainte de a determina oxigenul.

Soluţia amoniacală a clorurii cuproase intră în reacţie atât cu CO, cât şi cu O2. La

arderea hidrocarburilor saturate pot arde şi cele nesaturate, oxidul de carbon (I) şi alte

gaze.

Pentru prelevarea probelor de gaze şi păstrarea lor ulterioară, sunt utilizate

pipete speciale (cu două robinete) sau gazometrul.

Analizoarele de gaze pot fi manuale sau automatizate. Cele automatizate

realizează analiza continuă a gazelor, iar cele manuale discontinuă.

În prezenta lucrare se va efectua analiza amestecului de gaze – aer, utilizând

gazoanalizatorul manual ГХП-3М.

Aparataj, reactivi, veselă: analizatorul de gaze manual GHP-3M (fig. 1.1),

soluţie bazică de pirogalol sau hidrosulfit de sodiu, soluţie de hidroxid de sodiu, 33%

KOH, apă de brom, soluţie amoniacală de clorură cuproasă.

Prepararea soluţiilor:

– soluţie alcalină de hidrosulfit de sodiu: 50 g de Na2S2O4 se dizolvă în 250 ml

apă distilată, după care se adaugă 40 ml soluţie de hidroxid de sodiu, 42% NaOH;

– soluţie alcalină de pirogalol: se dizolvă 28 g pirogalol în 80 ml apă caldă şi,

după răcire, se adaugă 130 ml soluţie de 33% KOH. Soluţia se izolează de aer cu un

strat subţire de ulei;

– soluţie amoniacală de clorură cuproasă: 25 g de clorură de amoniu se dizolvă

în 75 ml apă distilată, se adaugă 20 g de clorură cuproasă şi se amestecă bine; se

adaugă apoi soluţie de amoniac cu = 0,91 g/cm3 în cantitate egală cu jumătate din

volumul soluţiei iniţiale.


16

Pregătirea analizorului de gaze pentru analiză. Înainte de a efectua analiza

gazelor, în vasul de nivel 2 se toarnă lichid de umplere (soluţie de 10% H2SO4 sau

soluţie saturată de NaCl colorată cu câteva picături de metiloranj). Deoarece în

lucrarea dată se face analiza amestecului de gaze N2, O2, CO2, gaze inerte (aer), vasele

de absorbţie 6 (I, II şi III) se umplu cu soluţii în ordinea determinării componentelor,

adică vasul I se umple cu soluţie de 33% KOH, vasul II – cu soluţie alcalină de

hidrosulfit de sodiu sau pirogalol, iar cel de al III-lea vas – cu soluţie amoniacală de

clorură cuproasă.

Prin tubul de distribuţie 3, manevrând corespunzător robinetul 5, se face

legătura între atmosferă şi biureta 1. Ridicând vasul de nivel 2, se umple biureta cu

soluţie de umplere. Se închide robinetul 5 după care, deschizând câte unul robinetele

4 şi manevrând corespunzător vasul de nivel 2, se aduce pe rând nivelul soluţiilor din

vasele de absorbţie la semn.

Înainte de a începe determinarea propriu-zisă, se procedează la verificarea

etanşităţi aparatului. Pentru aceasta se umple biureta 1 cu lichid până la cota de sus, se

opreşte legătura dintre biuretă şi atmosferă şi se coboară sticla de nivel pe masa

aparatului. Dacă aparatul este etanş nivelul lichidului rămâne constant.

Fig. 1.1. Schema analizorului de

gaze GHP-3M:

1 – biuretă; 2 – vas de nivel;

3 – tub de distribuţie;

4,5 – robinete; 6 – vase de absorbţie


17

Modul de lucru. Deschizând robinetul 5, se face legătura dintre atmosferă şi

biureta 1 şi se aspiră un volum de aer. Se evacuează gazul absorbit în atmosferă. Se

repetă operaţia de aspirare-evacuare de 3 ori, după care biureta se umple cu 100 ml

aer (nivelul soluţiei din biuretă şi sticla de nivel, pusă lângă biuretă, trebuie să fie în

dreptul diviziunii zero a biuretei). Analiza gazului începe cu determinarea

conţinutului de bioxid de carbon. Pentru determinarea CO2, se ridică vasul de nivel 2,

se deschide robinetul vasului de absorbţie I şi manevrând corespunzător vasul de

nivel, se trece gazul alternativ în vasul de absorbţie şi biuretă, repetând trecerea de 4-5

ori. Apoi se aduce gazul în biuretă astfel ca în vasul de absorbţie nivelul soluţiei să

ajungă la semn, se închide robinetul vasului I şi se citeşte volumul gazului din biuretă.

Pentru aceasta se ridică vasul de nivel 2 de-a lungul biuretei 1 până când lichidul din

ambele vase se va afla la acelaşi nivel. Se notează volumul VI. Absorbţia se

efectuează până la volum constant. Dacă diferenţa dintre două măsurări nu vor depăşi

0,2 ml, volumul se consideră constant. În mod similar se face analiza oxigenului şi a

CO, în vasele II şi III, notându-se volumele VII şi VIII.

Rezultatele măsurărilor şi calculelor sunt prezentate în tab. 1.2.

Tabelul 1.2. Rezultatele analizei chimice a unui gaz ce conţine CO2, C2H4 şi O2

Compuşii Calcule

ml % de vol

CO2 100 - VI 100 - VI

O2 VI - VII VI - VII

CO VII - VIII VII - VIII

N2 + inerte VIII VIII

Total 100 100

V – volumul iniţial de gaz introdus în biuretă, 100 ml; VI – volumul de gaz rămas în

biuretă după reţinerea CO2, ml; VII – volumul de gaz rămas în biuretă după reţinerea

O2, ml; VIII – volumul de gaz rămas în biuretă după reţinerea CO, ml.


18

2. PROCESE ANORGANICE DE BAZĂ

2.1. Producerea acidului sulfuric prin metoda de contact

Scopul lucrării: obţinerea acidului sulfuric; determinarea gradului de conversie

a oxidului de sulf (IV) şi a randamentului global al procesului de producere.

Generalităţi. Dintre acizii minerali, produşi de industria chimică, acidul

sulfuric ocupă primul loc în ceea ce priveşte volumul producţiei şi consumului.

Varietatea mare de utilizări combinat cu costul căzut al fabricaţiei a constituit mobilul

unei asemenea producţii. Practic nu există domeniu al economiei în care acidul

sulfuric şi derivaţii săi să nu fie folosiţi.

Prin metoda de contact (cu utilizarea catalizatorilor solizi) se realizează astăzi

practic întreaga producţie mondială de acid sulfuric. Metoda are avantajul că produce

acid de mare puritate şi de concentraţie ridicată (94-96% H2SO4), chiar oleum (20%

SO3 în H2SO4). Procesul tehnologic de obţinere a acidului sulfuric cuprinde

următoarele etape:

– obţinerea gazelor sulfuroase;

– purificarea gazelor sulfuroase (atunci cînd în calitate de materii prime sunt

utilizate sulfuri ale metalelor);

– oxidarea oxidului de sulf (IV) la oxid de sulf (VI);

– absorbţia SO3 cu formare de H2SO4.

Gazele sulfuroase sunt obţinute la prăjirea cu aer a minereurilor ce conţin sulf:

S + O2 SO2 (2.1.1.a)

4FeS2 + 11O2 8SO2 + 2Fe2O3 (2.1.1.b)

Procesul de ardere este un proces eterogen, deoarece atît reactanţii, cît şi

produşii de reacţie reprezintă faze diferite. Conform legilor cineticii chimice viteza de

reacţie a acestui proces se va mări odată cu creşterea temperaturii procesului,

concentraţiei reactanţilor şi micşorării dimensiunilor particulelor.


19

Deoarece gazele sulfuroase rezultate din arderea sulfurilor antrenează praf

(oxizi metalici) şi gaze (SO3, As2O3, SeO2, Se, H2O etc.) care pot perturba procesul de

producţie (obturarea conductelor, dezactivarea catalizatorului, procese de coroziune,

etc.) este necesară eliminarea acestor impurităţi. De aceea etapa de oxidare este

precedată de cea de purificare.

Oxidarea catalitică a oxidului de sulf (IV) la oxid de sulf (VI) este una dintre

cele mai importante etape în procesul de fabricare al H2SO4, urmărindu-se atît

realizarea unei conversii cât mai ridicate a SO2, cât şi asigurarea unei viteze de reacţie

mare:

SO2 + ½ O2 SO3 Δ H 0 (2.1.2)

Oxidarea dioxidului de sulf are loc după o reacţie reversibilă exotermă şi cu

micşorare de volum. Deplasarea echilibrului în sensul formării trioxidului de sulf, este

favorizată de scăderea temperaturii şi de creşterea presiunii.

Se observă, din fig. 2.1, că temperatura optimă de oxidare scade cu creşterea

conversiei.

Din acest motiv, oxidarea SO2 nu poate fi realizată în regim izoterm. Practic,

pentru ca procesul să decurgă cu viteză maximă, nu trebuie să se menţină în întreg

stratul de catalizator aceeaşi temperatură. La început, când amestecul reactant este

Fig. 2.1. Variaţia constantei de echilibru

Kp (1) şi a gradului de conversie xe (2, 3, 4,

5) în funcţie de temperatură pentru reacţia

de oxidare a SO2.

2) SO2 – 6,5%; O2 – 11,7%;

3) SO2 – 7,0%; O2 – 11,0%;

4) SO2 – 7,5%; O2 – 10,3%.

5) SO2 – 8,0%; O2 – 9,5%;


20

departe de echilibru, este convenabil de a se lucra la temperatură înaltă, iar pe măsura

creşterii conversiei, temperatura trebuie micşorată lent. Astfel, fiecărui grad de

conversie îi corespunde o temperatură la care viteza de reacţie este maximă, aceasta

dă curba temperaturilor optime după care şi este condus procesul tehnologic.

Influenţa presiunii la temperaturile (400-5000C), pentru care se înregistrează

grade de conversie înalte, este neînsemnată, de aceea oxidarea dioxidului de sulf este

realizată la presiunea atmosferică.

Compoziţia iniţială a amestecului gazos la fel influenţează constanta de

echilibru a reacţiei. Dependenţa conversiei de echilibru (xe), în funcţie de temperatură

şi compoziţia iniţială a amestecului (fig. 2.1) denotă că xe creşte odată cu creşterea

concentraţiei iniţiale a O2. S-a stabilit că cea mai convenabilă compoziţie este: 7%

SO2, 11% O2. Concentraţii mai înalte de SO2 conduc la micşorarea gradului de

oxidare, iar pentru conţinuturi mai mici de oxid – se micşorează productivitatea

instalaţiei.

Energia de activare a reacţiei de oxidare a SO2 la SO3 este înaltă, de aceea

oxidarea are loc în prezenţă de catalizator, oxid de vanadiu (V). Catalizatorul

îndeplineşte şi rolul de transportator al oxigenului:

V2O5 + SO2 SO3 + V2O4 (2.1.3)

V2O4 + 1/2O2 V2O5

Ultima fază a procesului de fabricaţie a acidului sulfuric este absorbţia SO3 cu

transformarea lui în acid. Absorbţia oxidului de sulf (VI) cu obţinere de acid sulfuric

este efectuată în soluţie de 98,3% H2SO4. Nu este indicat de folosit în calitate de agent

de absorbţie soluţii mai diluate de acid sau apă, deoarece deasupra acestora presiunea

parţială, la echilibru, a vaporilor de apă este mare. În acest caz, moleculele de SO3

încă neabsorbite vor reacţiona în fază gazoasă cu moleculele de apă formând vapori

de acid sulfuric, care nu sunt absorbiţi de către apă.

Reacţia chimică a procesului de absorbţie este:

H2O + SO3 + n H2SO4 (n+1) H2SO4 (2.1.4)


21

Aparataj, veselă şi reactivi: instalaţie de laborator pentru obţinerea acidului

sulfuric (fig. 2.2); baloane cotate şi conice; biurete; pipete; sulf; soluţie de

permanganat de potasiu, 0,1 N KMnO4; soluţie de hidroxid de sodiu, 0,1 N NaOH;

soluţie de acid sulfuric (1:4); indicator fenolftaleină, soluţie alcoolică 0,1%.

Obţinerea catalizatorului. Catalizatorul se obţine prin amestecarea

pentaoxidului de vanadiu (V2O5), fin mărunţit, cu azbest. Pentru mărirea activităţii

catalizatorului, acesta se umectează cu soluţie de 0,5% AgNO3, KNO3 şi Ba(NO3)2, se

usucă şi se calcinează la temperatura de 650-670 0C. Pentaoxidul de vanadiu poate fi

înlocuit cu trioxid de fier, cu dioxid de mangan sau cu trioxid de molibden. Tubul se

umple cu catalizator, dar nu complet, în scopul evitării obturării acestuia.

Modul de lucru. Schema instalaţiei-model pentru obţinerea acidului sulfuric

prin metoda de contact, la scară de laborator este reprezentată în fig. 2.2.

Fig. 2.2. Schema instalaţiei de obţinere a acidului sulfuric:

1, 1 – barbotor cu soluţie de acid sulfuric concentrată; 2 – coloană cu clorură de

calciu; 3 – tub de cuarţ 4 – vas de captare a sulfului; 5 – cuptor electric;


22

6 – reactor de oxidare a SO2 la SO3; 7 – milivoltmetru gradat în 0C; 8,8 – absorbere

cu apă; 9 – filtru electric; 10 – bobină de inducţie; 11– acumulator

Arderea sulfului (0,2-0,3 g) are loc în tubul de cuarţ 3, în curent de oxigen (sau

de aer) lipsit de umiditate care este barbotat cu debitul de 1-2 bule/s. Umiditatea este

înlăturată la trecerea curentului de oxigen (sau aer) prin barbotorul cu acid sulfuric

concentrat 1 şi în coloana cu clorură de calciu 2.

După aprinderea sulfului, încălzirea se întrerupe şi se intensifică curentul de

oxigen. Dacă sulful se stinge, atunci tubul 3 se încălzeşte din nou. După arderea totală

a sulfului, prin instalaţie se mai trec câţva litri de oxigen. Vaporii de sulf formaţi în

urma sublimării sulfului sânt reţinuţi, prin răcire, în vasul 4. După uscare în

barbotorul 1, gazul intră în reactorul tubular 6 unde în prezenţa catalizatorului se

produce oxidarea SO2 la SO3. Temperatura necesară procesului este asigurată de

cuptorul electric 5.

Gazele de oxidare sunt absorbite în apa din vasele de barbotare 8. Ceaţa de acid

sulfuric formată este captată de filtrul electric 9, care se conectează imediat după

aprinderea sulfului. În timpul funcţionării normale a filtrului electric, prin tubul de

evacuare a gazului, nu trebuie să se elimine ceaţa de acid sulfuric.

Atenţie! Diametrul tubului pentru arderea sulfului nu trebuie să depăşească 50

mm. La dimensiuni mai mari, se poate produce explozia amestecului de vapori de sulf

cu oxigenul.

Soluţia din vasele de absorbţie 8 se trece cantitativ într-un balon cotat de 250

ml. Vasele se clătesc cu puţină apă care se adaugă în acelaşi balon cu soluţia de acid

sulfuric. Conţinutul balonului se completează până la cotă cu apă distilată şi se agită

bine.

Pentru determinarea acidităţii totale, din balonul cotat se trece cu pipeta o parte

alicotă (50 ml) în balonul Erlenmeyer, se adaugă câteva picături soluţie alcoolică de

0,1% fenolftaleină şi se titrează cu soluţia de 0,1N NaOH, sub agitare uniformă, până


23

la apariţia unei coloraţii slab roz. Pentru determinarea conţinutului de acid sulfuros, se

ia o parte alicotă cu volumul de 50 ml, care se acidulează cu 5-6 ml soluţie H2SO4

(1:4) şi se titrează cu soluţie 0,1N KMnO4 până când soluţia capătă o tentă slab roz.

Titrarea se repetă de cel puţin 3 ori pentru a obţine rezultate mai exacte. În calcul se

foloseşte volumul mediu.

Calcule:

a) Randamentul de obţinere a acidului sulfuric se calculează după formula:

/100t

pr

m

m ,

(2.1.5)

în care: mpr – masa practică de acid sulfuric rezultată în producere, g;

mt – masa teoretică de acid sulfuric calculată în baza reacţiilor chimice, g.

Masa practică de acid sulfuric:

424242 2/12/1 SOHMSOHSOHm prpr , (2.1.6)

Numărul de moli de substanţă H2SO4 obţinută practic:

al

totKMnOKMnONaOHNaOH

prV

VNVNVSOHn

44

422/1 , (2.1.7)

în care: VNaOH – volumul soluţiei de 0,1N NaOH consumat la titrarea părţii alicote, l;

VKMnO4 – volumul soluţiei de 0,1N KMnO4 consumat la titrarea părţii alicote, l;

N – concentraţia soluţiilor de titranţi, mol-echiv/(N), l;

Vtot – volumul balonului cotat, l;

Val – volumul părţii alicote, l.

Masa teoretică de acid sulfuric:

4242 SOHMSM

SmSOHmt , (2.1.8)

în care: m(S) – masa de sulf cântărită pentru producerea acidului sulfuric, g;

M(S), M(H2SO4) – masele molare ale sulfului (32,06) şi acidului sulfuric

(98,08), g/mol.


24

b) Gradul de conversie a SO2 se calculează după formula:

/100

2

1

2

2 SO

SO

m

mx

(2.1.9)

în care: mSO2 (1) – masa oxidului de sulf (IV) care s-a oxidat în oxid de sulf (VI) şi a

condus la obţinerea acidului sulfuric, g;

mSO2 (2) – masa oxidului de sulf (IV) admisă la oxidare, g.

242 2/12/11

2SOMSOHnm prSO ,

23242 2/12/12/12

2SOMSOHnSOHnm prprSO , (2.1.10)

Rezultatele calculelor se introduc în tabelul de mai jos.

Tabelul 2.1. Mărimi calculate

Nr.

d/o

Masa

sulfului, g

Gradul de

conversie a SO2, %

Randamentul

în H2SO4, %

Chestionar

1. Enumeraţi materiile prime şi etapele de producere a acidului sulfuric prin

metoda de contact.

2. Indicaţi ecuaţiile chimice şi condiţiile optime de realizare a fiecărei etape.

3. Descrieţi schema instalaţiei de laborator pentru obţinerea acidului sulfuric.

4. Prezentaţi ecuaţiile chimice care descriu determinările analitice aplicate în

lucrare.

5. Explicaţi formulele de calcul utilizate.



25

2.2. Producerea acidului azotic diluat

Scopul lucrării: realizarea practică a oxidării catalitice a amoniacului cu

obţinerea acidului azotic diluat; determinarea randamentului global al procesului de

producere.

Generalităţi. Din punctul de vedere al cantităţii fabricate, la nivel mondial,

amoniacul şi acidul azotic se află pe locul al doilea şi, respectiv, al treilea în industria

anorganică, după acidul sulfuric. Amoniacul constituie principala materie primă

pentru obţinerea substanţelor anorganice şi organice cu azot, inclusiv fertilizanţilor

minerali, la fabricarea medicamentelor, coloranţilor, explozivilor etc. După ce a fost

elaborată metoda de sinteză a amoniacului din elemente, amoniacul a devenit materia

primă de bază pentru fabricarea acidului azotic.

Aproximativ 40% din producţia de acid azotic se utilizează la obţinerea

îngrăşămintelor cu azot, la obţinerea coloranţilor sintetici, nitroderivaţilor, maselor

plastice, medicamentelor ş.a.

Obţinerea acidului azotic diluat, bazată pe oxidarea catalitică a amoniacului,

constă în obţinerea oxidului de azot (II), oxidarea acestuia la oxidul superior NO2,

urmată de absorbţia lor în apă, etape care se pot prezenta prin următoarele reacţii:

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (2.2.1)

2NO + O2 2NO2 (2.2.2)

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO (2.2.3)

Reacţia globală de obţinere a acidului azotic din amoniac se exprimă prin ecuaţia:

NH3 + 2O2 HNO3 + H2O (2.2.4)


26

Între amoniac şi oxigen, pe lângă procesul chimic descris de ec. 2.2.1, pot avea

loc şi alte procese descrise de următoarele reacţii:

4NH3 + 3O2 4N2 + 6H2O (2.2.5)

4NH3 + 4O2 2N2O + 6H2O (2.2.6)

Pentru obţinerea acidului azotic cu un randament înalt, trebuie să se asigure

oxidarea amoniacului după ecuaţia 2.2.1. În acest scop, sunt utilizaţi catalizatori care

accelerează în mod selectiv numai viteza acestei reacţii. Asemenea proprietăţi posedă

platina. În industrie sunt utilizate aliajele de platină cu Rh şi Pd confecţionate sub

formă de site şi dispuse unele sub altele, la distanţe mici. Oxidarea se poate realiza la

presiune atmosferică şi la presiuni puţin mai mari decât aceasta.

Reacţia de oxidare a oxidului de azot (II) până la oxid de azot (IV), ecuaţia

2.2.2, fiind reversibilă, exotermică şi cu micşorare de volum, deplasarea echilibrului

va fi favorizat de scăderea temperaturii şi creşterea presiunii.

De obicei, la majoritatea reacţiilor chimice, sporirea temperaturii măreşte viteza

de reacţie, dar, în cazul oxidării NO, se observă o abatere de la regula generală, odată

cu mărirea temperaturii de reacţie, viteza reacţiei scade. Aceasta se explică prin faptul

că mecanismul procesului de oxidare a NO la NO2 decurge cu formarea unui produs

intermediar dimer al oxidului de azot (II), adică:

2NO (NO)2 ΔH 0 (2.2.7)

(NO)2 + O2 2NO2 ΔH 0 (2.2.8)

Formarea dimerului este un proces reversibil, ce decurge cu degajare de căldură, prin

urmare, concentraţia lui în amestecul gazos se micşorează cu mărirea temperaturii.

Acest fapt explică scăderea vitezei oxidării NO la NO2 cu creşterea temperaturii.

Oxidul de azot (IV) format reacţionează cu apa rezultând pe lângă acidul azotic

şi oxid de azot (II):

3NO2 + H2O 2HNO3 + 2NO ΔH 0 (2.2.9)


27

Datorită prezenţei unui exces de oxigen în gaze, oxidul de azot (II) se oxidează

la oxid de azot (IV):

2NO + O2 2NO2 (2.2.10)

Aparataj, veselă şi reactivi: instalaţie pentru obţinerea acidului azotic (fig. 2.3);

baloane conice, soluţie de hidroxid de sodiu, 0,05N NaOH; soluţie de acid clorhidric,

0,05N HCl; metiloranj, soluţie 0,1%.

Modul de lucru. Schema instalaţiei de obţinere a acidului azotic prin oxidarea

amoniacului este prezentată în fig. 2.3.

Amestecul aer–NH3 se obţine prin barbotarea aerului printr-o soluţie de 12%

amoniac. Pentru formarea curentului de gaz, se foloseşte un gazometru, conectat cu

barbotorul 4 cu soluţie amoniacală. Amestecul aer–NH3 se usucă într-o coloană cu

hidroxid de calciu solid 5.

Fig. 2.3. Schema instalaţiei de obţinere a acidului azotic

prin oxidarea amoniacului:

1 – gazometru; 2 – vas pentru aprecierea debitului de aer; 3 – recipient cu apă; 4 –

recipient cu soluţie 12% NH3; 5 – coloană de uscare cu Ca(OH)2 solid; 6 – tub de


28

cuarţ cu catalizator; 7 – cuptor electric; 8 – termocuplu; 9 – pirometru; 10 – vas de

absorbţie; 11 – coloană de absorbţie; 12 – vas colector pentru soluţia de acid azotic

Se determină preliminar concentraţia amoniacului din amestecul gazos iniţial.

Înainte de încălzirea cuptorului 7, în vasul barbotor 9 se toarnă 20 ml soluţie 0,05N

HCl şi se lasă să treacă prin ea 0,5 l amestec aer–NH3. Excesul de acid se titrează, în

prezenţă de metiloranj, cu soluţie titrată de 0,05N NaOH. Pe baza datelor de la titrare

se calculează cantitatea de amoniac, în g, conţinută într-un litru amestec gazos aer–

NH3.

După această operaţie, se pune în funcţiune cuptorul electric 7, care va încălzi

tubul cu catalizator până la temperatura de 750-800 0C, după care, prin el se trec 0,5 l

amestec aer–NH3. Întrerupând alimentarea cu aer din gazometru, se conectează vasul

barbotator 10, în care s-au adăugat 20 ml apă distilată şi se barbotează, din nou,

amestecul gazos cu debitul de 2-3 bule pe secundă, numărate de barbotatorul 2.

După ce a fost barbotat 1 litru de gaz, se întrerupe alimentarea cu curent a

cuptorului electric 7 şi se deconectează barbotatorul 10. Cantitatea de acid azotic

format se determină prin titrarea cu soluţie de 0,05N NaOH.

Calcule:

Randamentul va fi dat de relaţia:

%100t

pr

m

m , (2.2.11)

în care: mpr – masa de substanţă HNO3 obţinută, g;

mt – masa de substanţă HNO3 calculată după ecuaţia reacţiei, g.

31000

HNONaOHNaOH

pr EVN

m

, (2.2.12)

31000

20HNO

HClHClt E

NVm

. (2.2.13)

în care: 20 – volumul soluţiei martor de 0,05N HCl, ml;


29

N – concentraţia soluţiei de hidroxid de sodiu şi acid clorhidric, mol-echiv/l;

E – echivalentul acidului azotic, 63 g/mol.

Chestionar

1. Enumeraţi materiile prime şi etapele de producere a amoniacului şi a acidului

azotic.

2. Indicaţi ecuaţiile chimice şi condiţiile optime de realizare a fiecărei etape.

3. Descrieţi schema instalaţiei de laborator pentru obţinerea acidului azotic.

4. Explicaţi formulele de calcul utilizate.


2.3. Tehnologia îngrăşămintelor chimice.

Producerea azotatului de amoniu

Scopul lucrării: Obţinerea azotatului de amoniu şi calcularea randamentului în

produs.

Generalităţi. Dintre numeroasele elemente indispensabile dezvoltării plantelor,

azotul, fosforul şi potasiul constituie elementele principale sau fertilizante de bază.

În natură are loc circuitul elementelor nutritive în urma căruia ele se întorc în

sol. Astfel de exemplu azotul, aflat în ţesutul plantelor sub formă de combinaţii

organice, după moartea plantelor este mineralizat de către bacterii până la nitrit şi

nitrat şi din nou este asimilat de către plante. Dar cea mai mare parte dintre elementele

nutritive nu se întorc în sol, dar pleacă cu roada. O altă cantitate din elemente sunt

spălate cu apele pluviale.

De aceea introducerea în sol a îngrăşămintelor este una din măsurile

agrotehnice de bază, ce asigură obţinerea unei roade bogate.


30

Îngrăşămintele chimice sunt substanţe care au în compoziţia lor cel puţin unul

din aceste elemente principale, sub formă asimilabilă pentru plante, într-o cantitate

determinată.

Calitatea îngrăşămintelor se apreciază după conţinutul lor în azot, fosfor şi

potasiu, asimilabil de către plante, exprimat în procente de masă sub formă de % N, %

P2O5 şi, respectiv, % K2O.

Originea îngrăşămintelor chimice poate fi organică sau minerală. Din punct de

vedere tehnologic, îngrăşămintele minerale se clasifică astfel.

Îngrăşăminte simple, care conţin un singur element principal nutritiv (NH4NO3,

NH4NO3+CaCO3, CO(NH)2, NH3(l), NH4)2SO4, NH4Cl, Ca(H2PO4)2·H2O+CaSO4,

Ca(H2PO4)2·H2O, CaHPO4, K2SO4, KCl etc.).

Îngrăşăminte complexe, care conţin două sau mai multe elemente principale

nutritive (NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 sau amestecul lor numit „amofos”, KNO3,

nitrofosfaţii (obţinuţi prin atacul direct al fosfaţilor naturali cu acid azotic sau cu

amestecuri de acizi azotic şi fosforic, azotic şi sulfuric etc.).

Îngrăşăminte mixte, rezultate prin amestecarea într-o anumită proporţie a unor

îngrăşăminte simple sau compuse şi care pot fi de diverse tipuri (NP, NPK), în funcţie

de elementele principale nutritive pe care le conţin.

Îngrăşămintele cu azot se obţin prin reacţii de neutralizare a amoniacului cu

acizi minerali:

NH3(g) + HNO3(l) → NH4NO3 (2.3.1)

NH3(g) + H2SO4 (l) → (NH4)2 SO4 (2.3.2)

NH3(g) + CO2(g) → CO(NH2)2 + H2O (2.3.3)

Îngrăşămintele cu fosfor se obţin prin reacţii de descompunere a fosfaţilor

naturali cu acizii minerali (H2SO4, H3PO4, HNO3):

2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + H2O → 3Ca(H2PO4)2·H2O +7CaSO4 + 2HF (2.3.4)

Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O → 5Ca(H2PO4)2·H2O + HF (2.3.5)


31

Nitratul de amoniu (NH4NO3) este util aproape pentru toate soiurile de culturi

şi poate fi utilizat în orice soluri. Plantele asimilează cu timpul azotul sub ambele

forme. Nu se recomandă însă utilizarea repetată a NH4NO3, întrucât conferă o

oarecare aciditate solului. Conţine o cantitate relativ mare de azot (35,5 %N), se

încorporează în sol sub formă de granule, în special în regiunile cu climat cald sau

uscat.

Principalele dezavantaje sunt legate de faptul că este higroscopic şi exploziv.

Datorită higroscopicităţii NH4NO3 se aglomerează alcătuind o masă compactă

deosibit de rezistentă.

Azotatul de amoniu cristalizează în 5 forme cristaline, fiecare fiind stabilă

numai în anumite intervale de temperatură. Trecerea dintr-o formă cristalină în alta se

produce cu degajare de căldură şi creştere de volum.

Pentru a-i micşora aciditatea, higroscopicitatea şi tendinţa de aglomerare

NH4NO3 se amestecă cu CaCO3, obţinându-se aşa-numitul nitrocalcar. Prin aceasta

scade conţinutul de azot al îngrăşământului. Alte adaosuri nehigroscopice sunt

caolinul, ghipsul, diatomitul.

Procesul de producere a NH4NO3 e bazat pe neutralizarea acidului azotic cu

amoniac. Neutralizarea este un proces puternic exoterm. Căldura de neutralizare se

utilizează la concentrarea soluţiei de NH4NO3.

Aparataj, veselă şi reactivi: instalaţie pentru obţinerea NH4NO3 (fig. 2.4);

ceşcuţă de porţelan; soluţie amoniacală, 25% NH3; soluţie de acid azotic, 55-60%

HNO3.

Modul de lucru. În vasul 1 se trec 15 ml soluţie de HNO3 (50-60%). Un braţ al

vasului se închide etanş cu un dop de cauciuc înzestrat cu tub pentru evacuarea

gazelor 3. Un capăt al tubului pentru evacuarea gazelor se imersează în soluţia de

acid, celălalt în balonul 2 cu soluţia de 25% NH3. Balonul cu soluţia amoniacală se


32

plasează pe baia de apă 4 şi se fixează timpul de la barbotarea primei bule de gaz prin

soluţia de acid. După 15 min se întrerupe barbotarea gazului. Amestecul de reacţie

este trecut într-o ceaşcă de porţelan şi concentrat prin evaporare pe baia de nisip. La

topitura de NH4NO3 obţinută se adaugă stabilizator, sarea Na3[Co(NO2)6]·H2O.

Pentru eliminarea completă a umidităţii, cristalele sunt lăsate pentru 24 h la

temperatura camerei. Se cântăreşte masa produsului obţinut şi se calculează

randamentul lui.

Calcule:

Randamentul se calculează după formula:

%100t

pr

m

m

, (2.3.6)

în care: mpr – masa de substanţă NH4NO3 obţinută, g;

mt – masa de substanţă NH4NO3 calculată după ecuaţia reacţiei, g.

Concentraţia exactă a soluţiei de HNO3 se determină prin titrare cu soluţie de

0,1 N NaOH.

Fig. 2.4. Schema instalaţiei de

obţinere a NH4NO3:

1 – vas sub formă de U; 2 –

balon conic; 3 – tub pentru

evacuarea gazelor; 4 – baia de

apă


33

Chestionar

1. Definiţi îngrăşămintele chimice.

2. Prezentaţi clasificarea îngrăşămintelor din punct de vedere tehnologic.

3. Scrieţi ecuaţiile chimice de obţinere a principalelor îngrăşăminte cu azot, fosfor,

caliu.

4. Prezentaţi o caracteristică a îngrăşământului cu azot, NH4NO3.

5. Specificaţi particularităţile tehnologiei de producere a NH4NO3.


3. Tehnologia materialelor de construcţie

3.1. Determinarea plasticităţii materialelor argiloase

Scopul lucrării: însuşirea metodei de determinare a plasticităţii materialelor

argiloase.

Generalităţi. În categoria lianţilor minerali se includ o serie de materiale

naturale sau artificiale, care au proprietatea de a forma împreună cu apa o masă cu

proprietăţi plastice, care apoi, singură sau înglobând alte materiale (nisip, pietriş) se

întăreşte trecând într-o stare rigidă.

Materialele argiloase sunt cele mai răspândite în scoarţa terestră şi s-au format

în natură ca urmare a dezagregării rocilor muntoase silicioase, în special a feldspaţilor

şi a rocilor de mică, sub acţiunea apei şi a bioxidului de carbon.

Din punct de vedere mineralogic, argilele sunt constituite dintr-un amestec de

minerale cu compoziţia chimică variabilă reprezentată prin formula generală:

mAl2O3·nSiO2·pH2O. În compoziţia argilelor predomină silicaţii de aluminiu caolinitul

(Al2[Si2O5](OH)4) şi montmorillonitul (Al2[Si4O10]·nH2O).

Structura lamelară a argilelor şi caracterul puternic hidrofil explică proprietatea

argilelor de a se umfla la umezeală, de a fi plastice şi a putea fi modelate.


34

Plasticitatea (de la grecescul plastikos – bun pentru modelare) este o

proprietate de mare importanţă tehnologică a argilei.

Prin plasticitatea argilelor se înţelege capacitatea masei argiloase de a lua o

formă prestabilită sub influenţa unei acţiuni exterioare, fără fisuri şi rupturi şi de a-şi

păstra forma după înlăturarea sarcinilor.

Plasticitatea argilelor depinde de o serie întreagă de factori, dintre care cei mai

importanţi sunt: compoziţia mineralogică, dimensiunile particulelor şi ale

impurităţilor, forma şi caracterul suprafeţei lor, umiditatea. Argilele caolinitice se

caracterizează prin plasticitate mică, iar cele montmorillonitice – prin plasticitate

înaltă. Cu cât este mai mare gradul de dispersiune al particulelor, cu atât creşte

plasticitatea argilei. Argila are o plasticitate mai mare atunci când în compoziţia ei

granulometrică predomină particulele de formă plată.

Argilele cu plasticitate mare se numesc grase, iar cele puţin plastice – slabe.

În funcţie de proprietăţile materialului iniţial şi de tipul produselor, este

necesară mărirea sau diminuarea plasticităţii argilelor. Plasticitatea argilelor poate fi

micşorată prin adăugarea degresanţilor: şamotă, cuarţ, feldspat etc. Pentru a mări

plasticitatea argilelor, se procedează la dezagregarea lor şi dospirea masei, se adaugă

electroliţi şi coloizi organici sau argile foarte plastice.

Pentru caracterizarea cantitativă a plasticităţii se folosesc aşa-numitele numere

de plasticitate. După numerele de plasticitate, argilele se clasifică în felul următor

(Tab. 3.1.).

Numerele de plasticitate se calculează ca diferenţa dintre umiditatea

pastei de argilă la limita de curgere şi la hotarul de întindere:

.... ihcl WWP , (3.1.1)

în care: Wl.c. – umiditatea pastei de argilă ce corespunde limitei de curgere, %;

Wh.i. – umiditatea pastei de argilă ce corespunde hotarului de întindere, %.

Limita superioară de umiditate la care argila îşi păstrează proprietăţile plastice

se defineşte ca limita de curgere. La mărirea în continuare a umidităţii, masa de argilă


35

pierde capacitatea de a-şi menţine forma. Limita inferioară de umiditate la care pasta

de argilă îşi manifestă plasticitatea se numeşte hotarul de întindere. Mai jos de această

limită pasta de argilă devine fragilă.

Tabelul 3.1. Clasificarea argilelor după plasticitate

Categoria Numărul de plasticitate Plasticitate

I 25 înaltă

II 15-25 medie

III 7-15 moderată

IV 3-7 mică

V 1 fără plasticitate

Aparataj, veselă şi reactivi: aparatul Vasiliev (fig. 3.1); ceşcuţă de porţelan;

argilă; cuptor electric, balanţă tehnică; apă.

Modul de lucru

a) Determinarea plasticităţii materialelor argiloase (metoda standard)

Se cântăresc 250-350 g de argilă, care se mărunţeşte în mojar şi se cerne prin

sita nr. 025. Din argila cernută şi uscată se cântărește o probă cu masa de cca 50 g

care este trecută în capsula de porţelan 1. Se adaugă apă distilată până la obţinerea

unei mase omogene. Din pasta obţinută se modelează un strat cu grosimea de 10-15

mm. Cu ajutorul unui cuţitaş se taie stratul în două părţi egale, astfel ca lăţimea liniei

de tăiere să fie de 2,5-3 mm la suprafaţă şi 1 mm la fundul ceşcuţei. Ceaşca de

porţelan se pune pe suportul 2 şi se fixează cu clame. Se ridică bara metalică mobilă 3

la înălţimea de 75 mm şi se fixează cu ajutorul şurubului 6.


36

Se declanşează căderea liberă a capsulei prin deşurubarea şurubului. La lovirea ceștii

de porţelan de placă, distanţa dintre cele două părţi se micşorează. Operaţia se repetă

de 3 ori. După fiecare operaţie se analizează mărimea tăieturii sub becul electric.

Determinarea se consideră finalizată atunci când cele două părţi de pastă se unesc la a

treia cădere. Dacă unirea nu se produce, rezultă că masa de argilă este prea densă şi la

ea se adaugă apă şi operaţia se repetă de 3 ori. Dacă părţile se lipesc după prima sau a

doua cădere, rezultă că pasta de argilă este prea fluidă şi atunci se adaugă argilă, după

care operaţia se repetă din nou de 3 ori. Se adaugă sau apă, sau argilă până se obţine o

masă de consistenţă normală, adică ambele părţi ale pastei se alipesc după a treia

cădere. Pentru a stabili umiditatea pastei cu limita de curgere, din masa cu consistenţă

normală se cântăreşe o probă de 10-15 g care se usucă, la temperatura de 105-1100C,

până la masă constantă.

Pentru determinarea hotarului de întindere, la masa rămasă în ceaşcă se adaugă

argilă uscată, se omogenizează până la o consistenţa când nu se lipeşte de degete şi se

trece pe o sticlă sau o bucată de linoleum, unde manual se întinde un fir cu diametrul

de aproximativ 3 mm. Firul se întinde până când începe să se rupă în bucăţi. Bucăţile

de pastă de argilă se trec într-o fiolă şi se usucă, la temperatura de 100-1050C, până la

masă constantă.

Fig. 3.1. Aparatul Vasiliev:

1 – capsulă de porţelan; 2 – suport

pentru capsula de porţelan; 3 – bară

metalică mobilă; 4, 5 – gheare de fixare

a barei mobile; 6 – şurub; 7 – stativ;

8 – masa stativului


37

Calcule:

Umiditatea (relativă sau absolută) se determină după relaţiile:

%10002

21.

mm

mmU abs , (3.1.2)

unde: m0 – masa fiolei gol, g;

m1 – masa fiolei cu proba de argilă umedă, g;

m2 – masa fiolei cu proba de argilă uscată, g.

Rezultatele analizelor se trec în tabelul de mai jos.

Tabelul 3.2. Determinarea numerelor de plasticitate

Starea pastei

de argilă

Masa creuzetului,g Umiditatea

relativă/

absolută, %

fără

probă

cu probă

până la

uscare

după

uscare

Limita de curgere

Hotarul de

întindere

Chestionar

1. Definiţi plasticitatea argilelor.

2. Numiţi şi caracterizaţi factorii care influenţează plasticitatea.

3. Cum se clasifică argilele după plasticitate?

4. Cum se determină plasticitatea argilelor?

3.2. Obţinerea varului şi analize asupra sa

Scopul lucrării: obţinerea varului, determinarea conţinutului în oxizi activi şi a

vitezei de stingere.


38

Generalităţi. Varul este un liant, care se obţine prin arderea calcarelor, la

temperatura de 1000-1200 0C.

Calcarele sunt roci sedimentare, al cărui component principal este carbonatul de

calciu (CaCO3). Bucăţile de calcar, aduse la granulaţia cerută de procesul tehnologic,

se introduc în cuptoarele de ardere împreună cu combustibilul, unde se ard până la

decarbonatare completă. La calcinarea calcarelor, în funcţie de compoziţia materiei

prime, pot avea loc următoarele reacţii chimice endoterme:

CaCO3 CaO + CO2 ΔH 0 (3.2.1)

MgCO3 MgO + CO2 ΔH 0 (3.2.2)

Regimul termic al procesului este asigurat de diferiţi combustibili (cocs,

antracit, gaz-metan):

C + O2 CO2 ΔH < 0

CH4 + O2 CO2 + 2H2O ΔH < 0 (3.2.3)

Produsul de ardere, varul în bulgări numit şi var nestins nu se foloseşte ca atare

în construcţii. Pentru a putea fi utilizat, varul se stinge, adică se amestecă cu apă.

Varul stins sau hidratat se prezintă ca un produs obţinut în urma stingerii

varului sub formă de bulgări cu apă, proces ce are loc cu o degajare mare de căldură,

după reacţia:

CaO + H2O Ca(OH)2 ΔH < 0 (3.2.4)

Stingerea varului se face: în praf cu 33% apă sau în pastă cu 200% apă.

Priza aeriană a laptelui de var, Ca(OH)2, se realizează prin transformarea în

carbonat de calciu la interacţiunea cu bioxidul de carbon din aer:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (3.2.5)

Aparataj, reactivi şi veselă: ceşcuţă de porţelan; sită, cuptor de calcinare;

balanţă analitică; balon conic; reşou electric; soluţie 1N HCl; indicator fenolftaleină,

soluţie alcoolică 0,1%.


39

Modul de lucru

a) Obţinerea varului

O masă de 10 g calcar mojarat şi cernut prin sita cu ochiuri de 0,5-1 mm este

trecut într-o ceaşcă de porţelan, care se plasează în cuptorul de calcinare. Se porneşte

încălzirea şi se măreşte treptat temperatura până se atinge valoarea de 9000C. Calcarul

se ţine timp de 1 oră în cuptor, după care este extras, trecut pe o placă de ceramică şi

lăsat să se răcească.

Se cântăreşe masa produsului obţinut.

b) Determinarea conţinutului în oxizii activi de calciu şi magneziu

Prin conţinutul în oxizi activi, notaţi obişnuit sub forma (CaO+MgO) se

înţelege conţinutul de părţi utile în var alcătuite din oxizii şi hidroxizii de calciu şi

magneziu exprimaţi în echivalent de CaO.

Determinarea oxizilor activi (CaO+MgO) se face prin fierberea în apă, timp de

10 min, a unei probe de var cu masa de 0,75 g într-un vas conic cu 150 ml apă

distilată fiartă (pentru eliminarea CO2). Prin fierbere, oxizii liberi reacţionabili

conţinuţi în probă sunt transformaţi în hidroxizi de calciu şi magneziu. Se lasă în

repaus conţinutul balonului pentru a se răci, apoi se titrează cu soluţie 1 N HCl în

prezenţa indicatorului fenolftaleina, până când culoarea roz nu reapare timp de 5 min.

Titrarea se efectuează, agitând continuu conţinutul vasului conic. Se citeşte pe biuretă

volumul de soluţie acid clorhidric 1 N folosit la titrare.

Conţinutul în oxizi (CaO+MgO) activi este dat de relaţia:

10002804,0

%

m

VMgOCaO

activi , (3.2.6)

în care: V – volumul de HCl 1N folosit la titrare, ml;

m – masa probei, g;

0,02804 – echivalentul de CaO al unui mililitru de acid clorhidric 1N, g.


40

c) Determinarea vitezei de stingere a varului

Se cântăresc la balanţa tehnică 10 g de var mojarat. Se introduce varul în

paharul interior al instalaţiei pentru determinarea vitezei de stingere, unde preliminar

au fost adăugaţi 20 ml apă (cu temperatura de 200C). Paharul se acoperă cu un dop de

cauciuc înzestrat cu un termometru. Se înregistrează temperatura peste fiecare 30 sec.,

până când se obţine o temperatura maximă.

Drept viteză de stingere se consideră timpul de la introducerea probei de var în

paharul cu apă şi până la momentul atingerii temperaturii maxime.

În dependenţă de viteza de stingere, varul se împarte în:

– var cu stingere rapidă (t 8 min);

– var cu stingere medie (t 25 min);

– var cu stingere lentă (t 25 min).

Chestionar

1. Caracterizaţi materiile prime antrenate la producerea varului.

2. Explicaţi condiţiile optime de obţinere a varului stins.

3. Indicaţi ecuaţiile chimice ce descriu obţinerea varului în bulgări şi a celui stins şi

ecuaţia de priză a varului.


Fig. 3.2. Instalaţie pentru

determinarea vitezei de stingere:

1 – termometru; 2 – dop de cauciuc;

3 – pahar interior;

4 – material termoizolant;

5 – paharul exterior


41

3.3. Obţinerea sticlei uşor fuzibile

Scopul lucrării: de a obţine o sticlă uşor fuzibilă în sistemul SiO2-B2O3-PbO;

de a calcula randamentul procesului şi de a stabili formula chimică a sticlei obţinute.

Generalităţi. Sticlele se obţin, în general, prin topirea unui amestec de materii

prime în raporturi cantitative determinate.

Din punct de vedere chimic, din compoziţia sticlelor fac parte trei grupe de

oxizi. Oxizii acizi (SiO2, B2O3, P2O5), care prin topire se transformă în materiale

vitroase. Ce de al doilea grup este reprezentat de oxizii metalelor alcaline (Na2O,

K2O, Li2O), care au rolul de a coborî temperatura de formare a sticlei. Oxizii

metalelor alcalino-pământoase şi grele (CaO, MgO, BaO, PbO) conferă anumite

proprietăţi chimice şi mecanice sticlei.

Cele mai întrebuinţate sunt sticlele obişnuite care conţin cei mai accesibili şi

ieftini oxizi. Compoziţia unor astfel de sticle este exprimată aproximativ prin formula:

Na2O·CaO·6SiO2.

La fabricarea sticlei, materiile principale le constituie nisipul de cuarţ (SiO2),

calcarele (CaCO3) şi soda calcinată (Na2CO3). Pentru a obţine sticlă cu anumite

proprietăţi, se aleg oxizii în cantităţile corespunzătoare. Conţinutul în SiO2 al sticlelor

este de 60-75%, cu excepţia unor sticle speciale, a cristalului, în care conţinutul SiO2

este inferior acestui procent şi a sticlei de cuarţ, care este alcătuită numai de cuarţ.

Proporţiile uzuale în care intră Na2O în compoziţia sticlelor sunt de 12-16%, iar de

CaO poate fi şi chiar depăşi 14%.

Pentru producerea altor sortimente de sticlă mai sunt utilizate aşa materii prime

ca: H3BO3, Na2B4O7·10H2O, H3PO4, K2CO3, Li2CO3, CaMg(CO3)2, BaCO3, BaSO4,

PbO, Pb3O4 etc.


42

Pe lângă materiile indicate, în toate şarjele se introduc 20-30% spărturi de

sticlă, corespunzător exact în compoziţie cu masa de sticlă fabricată, ceea ce

accelerează mult topirea şarjei.

În amestecurile de topire se introduc şi materii pentru a modifica culoarea,

transparenţa, fie pentru a accelera procesul de topire. Sticla colorată se obţine

adăugând în încărcătură coloranţii corespunzători. În acest scop, se întrebuinţează de

cele mai multe ori oxizii diferitelor metale, ca oxizii de fier (II, III), de mangan (II,

III), de nichel, de cobalt etc. Dacă materialele iniţiale sunt impurificate cu oxizi de

fier, care dau sticlei o nuanţă gălbuie sau verzuie, se adaugă în încărcătură aşa-numiţii

decoloranţi. Aceştia din urmă au rolul de a înlătura culoarea imprimată sticlei de

oxizii fierului. Acest proces se realizează pe două căi: prin oxidarea FeO la Fe2O3,

care are o acţiune colorantă mai slabă sau prin compensarea culorii imprimate de

oxizii de fier prin culori complementare (roşu, violet, oranj) date de alte substanţe (Se,

MnO, NiO etc.) Pentru îndepărtarea gazelor din topitura de sticlă (limpezirea sticlei)

sunt utilizate substanţe (As2O3, NaNO3, KNO3), care prin degajarea unei cantităţi de

gaze măresc dimensiunile bulelor existente în topitură şi accelerează astfel ridicarea

lor spre suprafaţa topiturii.

Sticla se obţine în cuptoare de diferite construcţii, cu acţiune periodică sau

continuă. Cuptoarele cu acţiune discontinuă se utilizează în cazul producţiilor mici de

sticlă de calitate. Obţinerea celorlalte sticle se realizează în cuptoare cu acţiune

continuă, care au o capacitate de producţie mult mai mare. Cuptoarele de producere a

sticlelor se încălzesc cu gaz metan.

În timpul topirii materiilor prime, au loc o serie de reacţii pirochimice,

însumându-le, obţinem ecuaţia globală a procesului:

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 Ct 015001400 Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2 (3.3.1)

Reactivi, aparataj şi veselă: nisip de cuarţ; acid boric; oxid de plumb (II);

balanţă analitică; creuzet; cuptor electric.


43

Modul de lucru. Se alege o compoziţie de sticlă (la indicaţia profesorului) din

tabelul de mai jos.

Tabelul 3.3. Compoziţii de sticle uşor fuzibile

Nr.

d/0

Compoziţia, % Temperatura

de topire, 0C PbO B2O3 SiO2

1 84,5 11,0 4,5 484

2 86,0 10,6 3,4 486

3 87,5 11,4 1,1 488

4 75,0 15,0 10 540

5 92,7 7,3 - 565

6 86,6 13,4 - 497

7 93,7 6,3 - 560

8 61,4 38,6 - 768

9 70,4 - 29,6 732

10 88,1 - 11,9 723

Se calculează cantităţile de materii prime necesare pentru a obţine 1 g de sticlă.

Se aduc materiile prime la granulaţia cerută prin mojarare şi cernere prin sita cu

ochiurile de 0,1 mm. Se cântăresc la balanţa analitică, cu precizia ± 0,01 g, cantităţile

necesare de substanţe.

Materiile prime se trec într-un creuzet de calcinare unde se omogenizează, după

care şarja se introduce în cuptorul încălzit la temperatura ce corespunde temperaturii

de obţinere a sticlei şi se ţine timp de cca o oră. După finalizarea procesului de topire,

conţinutul creuzetului se trece pe o placă de ceramică. Se cântăreşe masa sticlei

obţinute.


44

Calcule:

a) Se calculează randamentul procesului după formula:

%100

t

pr

m

m , (3.3.2)

în care: mpr – cantitatea de sticlă practic obţinută, g;

mt – cantitatea de sticlă calculată teoretic, g.

b) Formula sticlei obţinute se stabileşte astfel.

De exemplu, pentru compoziţia nr.1 din tabel. Masa sticlei preconizată pentru

obţinere este de 1g, atunci masele oxizilor din compoziţia sticlei vor fi egale:

m(PbO) = 1 · 0,845 = 0,845 g; m(B2O3) = 1 · 0,11= 0,11 g;

m(SiO2) = 1 · 0,045 = 0,045 g

Calculăm cantitatea de substanţă pentru aceşti oxizi:

PbOM

PbOm ; mol

molg

g 31078,3/2,223

845,0

32

32

OBM

OBm ; mol

molg

g 31058,1/62,69

11,0

2

2

SiOM

SiOm ; mol

molg

g 31075,0/08,60

045,0

Raportul dintre cantităţile de substanţă sunt: 75,0:58,1:78,3)(:)(: 232 SiOOBPbO .

Împărţind partea dreaptă a egalităţii la cel mai mic număr (0,75), obţinem:

0,1:1,2:04,5)(:)(: 232 SiOOBPbO .

Deoarece în formulele combinaţiilor chimice, de obicei se utilizează coeficienţi

întregi, atunci formula chimică a sticlei obţinute este: PbOOBSiO 52 322 .

Chestionar

1. Indicaţi materiile prime şi rolul lor în producerea sticlei.


45

2. Cum este alcătuită o şarjă de materii prime pentru obţinerea sticlei cu anumite

proprietăţi?

3. Explicaţi cum decurge procesul de formare a sticlei în cuptoare.


3.4. Obţinerea cretei prin metoda cu var

Scopul lucrării: obţinerea cretei sintetice şi calcularea randamentului

procesului.

Generalităţi. Unul dintre cele mai utilizate materiale de umplutură pentru

producerea diferitelor materiale compozite este carbonatul de calciu (CaCO3) fin

dispersat atât de provenienţă naturală, cât şi sintetică. Dintre alte utilizări ale CaCO3

în industria chimică putem menţiona: pigmentul de colorare sau de corecţie a culorii,

adaosul pentru mărirea stabilităţii la uzură, temperatură şi alţi factori atmosferici,

reglator al proprietăţilor reologice, conferind materialelor proprietăţi termoizolante.

Din cantitatea de CaCO3 consumată de industria chimică, cea mai mare parte,

în jur de 55%, revine calităţii de material de umplutură. Dintre rocile naturale ale

carbonatului de calciu – creta, calcarul şi marmura – cel mai frecvent utilizată pentru

obţinerea CaCO3 sintetic este creta. Aceasta se datorează faptului că în natură există

rezerve importante de acest zăcământ, procesul de extracţie nu prezintă dificultate,

duritatea redusă (duritatea după scara lui Mohr – 1) diminuează impactul asupra

instalaţiilor de prelucrare. Printre neajunsuri putem enumera gradul de alb redus

(84%-86%), comparativ cu alţi carbonaţi naturali, de exemplu marmora (94-96%) şi

agregarea particulelor chiar şi la umidităţi reduse. Deficienţa de alb este înlăturată

prin adăugarea de TiO2, iar adaosurile hidrofobe (acid stearic, stearat de calciu)

înlătură tendinţa de agregare.

Pentru utilizările industriale, creta este obţinută prin două procedee:


46

– mărunţirea zăcămintelor naturale de cretă;

– prin precipitare chimică.

S-a stabilit că carbonatul de calciu sintetic posedă proprietăţi mai bune de

material de umplutură comparativ cu cel natural, deoarece pe cale sintetică se atinge o

granulaţie mai fină a produsului, iar fineţea este cea mai importantă caracteristică a

materialului de umplutură.

Toate tehnologiile de producere a CaCO3 sintetic se bazează pe prelucrarea

carbonaţilor naturali prin metode fizico-chimice (arderea calcarelor) şi chimice

(solubilizarea CaCO3 cu acizii minerali HCl sau HNO3) cu obţinerea de suspensii sau

soluţii ce conţin ioni de Ca2+ şi precipitarea acestora sub formă de carbonat.

Metoda clasică de producere a cretei sintetice este procedeul cu var şi implică

următoarele etape:

– arderea calcarelor de calitate joasă:

CaCO3 CaO + CO2 (3.4.1)

– stingerea varului

CaO + H2O Ca(OH)2 (3.4.2)

– carbonatarea soluţiei de hidroxid de calciu cu CO2 rezultat de la prima etapă:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (3.4.3)

În lucrarea de faţă se va obţine creta prin procedeul cu var.

Aparataj, reactivi, veselă: instalaţie pentru obţinerea cretei (fig. 3.3), soluţie de

carbonat de sodiu,10% Na2CO3, soluţie de H2SO4 (conc.), soluţie acid clorhidric (1 :

1), marmură, var.

Modul de lucru. Se prepară o suspensie de 10% var, care se lasă în repaos până

temperatura ei devine constantă. Bioxidul de carbon necesar carbonatării suspensiei


47

de var se obţine cu ajutorul aparatului Kipp (1, 2, 3) la descompunerea marmurei cu

soluţie de acid clorhidric (1 : 1).

Fig. 3.3. Instalaţie pentru obţinerea cretei chimic pure:

1,2, 3 – Aparatul Kipp: 1 – zona de captare a CO2; 2 – zona de obţinere a CO2;

3 – pâlnie pentru soluţia de HCl; 4 – robinet; 5 – vas cu soluţie 10% Na2CO3; 6 – vas

cu soluţie concentrată de H2SO4

Bioxidul de carbon rezultat este purificat şi uscat la trecerea prin soluţia de 10%

Na2CO3 şi soluţia de H2SO4 (conc.). Barbotarea bioxidului de carbon prin suspensia

de var se efectuează până pH-ul soluţiei atinge valoarea de 8,4-8,5 (se verifică cu

hârtie de indicator universal). Creta obţinută se separă din suspensie prin filtrare.

Filtrul cu sediment se pune în cuptor la uscare (1050C) până la masă constantă, apoi se

cântăreşe masa precipitatului.

Se calculează randamentul procesului de obţinere a cretei chimic.

%100t

pr

m

m , (3.4.5)

în care: mpr – masa de cretă practic obţinută, g;

mt – masa de cretă calculată după ecuaţia reacţiei, g.


48

Chestionar

1. Numiţi domeniile de utilizare ale carbonatului de calciu.

2. Caracterizaţi zăcămintele naturale ale carbonatului de calciu.

3. Care este principiul metodei cu var de obţinere a cretei.

4. Descrieţi cum se realizează în condiţii de laborator această producere.

4. Coroziunea. metode de prevenire a coroziunii

4.1. Coroziunea electrochimică a metalelor

Scopul lucrării: determinarea coroziunii, vitezei de coroziune şi a indicelui de

penetraţie pentru aliajul fierului oţel.

Generalităţi. Coroziunea este o reacţie eterogenă redox care conduce la

distrugerea parţială sau totală a metalelor şi aliajelor.

Principala cauză a coroziunii este instabilitatea termodinamică a metalelor şi

aliajelor. Cea mai mare parte a metalelor în natură se află în formă oxidată: oxizi,

sulfuri, carbonaţi etc. Industria metalurgică reduce metalele din compuşii lor naturali.

În timpul exploatării, produsele din metale şi aliaje venind în contact cu componentele

mediului ambiant sau cele chimice trec uşor în starea oxidată (r. 1), care este mai

stabilă, având o stare energetică mai joasă:

M0 ze M z + (4.1.1)

Coroziunea este un fenomen nedorit, deoarece produce pagube imense în toate

domeniile de activitate. Consecinţele economice negative generate de coroziune sunt

denumite „costul coroziunii”. Acesta include pierderile directe (înlocuirea agregatelor

şi pieselor corodate, supradimensionarea utilajelor, utilizarea de materiale scumpe, dar

rezistente la coroziune) şi pierderile indirecte mai mari şi mai greu de apreciat

(cheltuieli suplimentare legate de stagnarea procesului de fabricaţie pentru repararea

şi înlocuirea pieselor corodate, produse compromise prin impurificare cu produşi de


49

coroziune, alterarea materialelor în industria chimică, farmaceutică şi alimentară). La

acestea se mai adaugă, ca o consecinţă nefastă, distrugerea accelerată şi neprevăzută a

unor instalaţii ce pot produce grave accidente.

În practicǎ, fenomenele de coroziune sunt, de obicei, extrem de complexe şi

apar sub cele mai diferite forme, din acest motiv clasificarea proceselor de coroziune

se face după mai multe criterii.

După aspectul sau felul distribuţiei atacului, coroziunea poate fi generală sau

localizată. Coroziunea generală poate fi uniformă sau aproape uniformă când

întreaga suprafaţă metalică se distruge cu aceeaşi viteză (sau cu viteze apropiate) şi

este afectată întreaga suprafaţă a metalelor. Exemple de acest tip regăsindu-se în cazul

proceselor de oxidare, de dizolvare activă în acizi, de oxidare anodică şi pasivare, de

coroziune atmosferică. Coroziunea localizată este prezentă în cazurile în care anumite

zone de pe suprafaţa materialului metalic se corodează cu viteze mai mari decât alte

zone, datorită existenţei unor neomogenităţi prezente în material sau mediu, adică

sunt afectate doar anumite zone din suprafaţă.

După mecanismul de desfăşurare a procesului de coroziune, adică după natura

agentului agresiv, se deosebesc următoarele tipuri de procese: coroziune chimică şi

electrochimică. Coroziunea chimică reprezintă procesul de distrugere a metalelor şi

aliajelor în urma reacţiilor eterogene, ce se desfăşoară la suprafaţa acestora în contact

cu un gaz corosiv, la temperatură ridicată sau în neelectroliţi. Cazuri tipice de

coroziune chimică sunt considerate procesele de oxidare a metalelor şi aliajelor la

temperatura de peste 1000C, adică în condiţii în care apa lichidă nu este prezentă în

mod obişnuit. Cazul de coroziune gazoasă cel mai des întâlnit este interacţiunea

metalului cu oxigenul. Alte gaze care pot provoca acest tip de coroziune sunt: vaporii

de apă, CO2, H2, compuşii clorului, sulfului, oxizii de azot. De exemplu, la

temperaturi mai mari de 7000C pot avea loc procese de decarburare a fontei şi

oţelului:

Fe3C + O2 3Fe + CO2 (4.1.2)


50

Fe3C + H2O 3Fe + CO + H2 (4.1.3)

Fe3C + CO2 3Fe + CO (4.1.4)

Fe3C + H2 3Fe + CH4 (4.1.5)

Coroziunea electrochimică este cauzată de apariţia şi funcţionarea pilelor

galvanice, în care impurităţile din metal funcţionează ca microcatozi, în timp ce

metalul funcţionează ca anod. Deci, pe suprafaţa metalului se desfăşoară două tipuri

de reacţii paralele şi simultane, legate între ele printr-un bilanţ riguros de electricitate.

O reacţie anodică de ionizare a metalului:

M M z + + ze− sau M + 2H2 O → M(OH)2 + 2H + + 2e− (4.1.6)

O reacţie catodică de preluare a electronilor de către un acceptor de electroni

existent în soluţie. În soluţii apoase, de regulă, oxidanţii sunt ionii de hidrogen şi

oxigenul dizolvat:

în mediu acid în mediu alcalin şi neutru

2H+ + 2e− H2 ;

O2 + 4H+ + 4e− 2H2O

OHOHO e 42 4

22

2H2O + 2e− H2 + OH- (4.1.7)

Din această categorie de coroziune fac parte, în special, coroziunea în soluţii de

săruri, baze şi acizi.

Rezistenţa la coroziune se exprimă prin scări convenţionale (tab. 4.1).

Metalele utilizate în construcţia de maşini şi agregatelor care lucrează în medii

corosive trebuie să prezinte o micşorare a grosimii prin coroziunea mai mică de 1

mm/an.

În problemele practice de coroziune, este importantă cunoaşterea vitezelor reale

cu care se desfăşoară procesul. Dacă procesul de coroziune are o viteză de desfăşurare

foarte mică, se poate considera că materialul este rezistent la coroziune. Coroziunea se

poate aprecia cantitativ prin calcularea vitezei de reacţie.


51

Tabelul 4.1. Scara convenţională a rezistenţei la coroziune a materialelor

Grupa de rezistenţă Penetraţia, mm/an Coeficientul de stabilitate

Perfect stabile 0,001 1

Foarte stabile 0,001 – 0,005 2

3

Stabile, bine utilizabile 0,01 – 0,05

0,05 – 0,1

4

5

Oarecum rezistente 0,1 – 0,5 6

0,5 – 1,0 7

Foarte puţin rezistente 1 – 5 8

5 – 10 9

Nerezistente peste 10 10

Parametrul de evaluare cantitativă a proceselor de degradare a metalelor şi

aliajelor este viteza de coroziune (Vcor) care stabileşte ritmul de corodare a unui metal

sub influenţa agentului corosiv.

În lucrarea de faţă, se va studia coroziunea electrochimică pe exemplul

coroziunii oţelului în mediul acid.

Aparataj, veselă şi reactivi: instalaţie (fig. 4.1); piesa de oţel; hârtie abrazivă;

hârtie de filtru; acetonă, soluţie de H2SO4, 20%.

Modul de lucru. Reacţiile de coroziune în mediu acid sunt însoţite de degajarea

hidrogenului, a cărui volum este dependent de cantitatea de metal corodat. De aceea,

pentru determinarea vitezei de coroziune, este utilizată metoda volumetrică. Schema

instalaţiei pentru determinarea vitezei de coroziune prin metoda volumetrică este

prezentată în fig. 4.1.

Se măsoară dimensiunile probei metalice. Se curăţă proba cu hârtie abrazivă,

pentru a înlătura produsele de coroziune şi se degresează cu un solvent organic. Se

fixează modelul testat 4 pe suportul 3 şi se introduce în vasul de coroziune 1 (pahar

Berzelius). Se toarnă în vasul 1 circa 700 ml soluţie acid sulfuric 20% (mediu de

coroziune). Se acoperă modelul cu pâlnia 7 racordată la biureta gradată 2. Cu ajutorul


52

unei pare, se aspiră soluţia de acid până la reperul „zero” al biuretei, după care se

închide robinetul 6. Se măsoară volumul de hidrogen degajat în intervalele de timp 5,

10 sau 20 min, în funcţie de viteza de degajare. Se fac 10-15 măsurări.

Fig. 4.1. Instalaţie pentru determinarea vitezei de coroziune prin

metoda volumetrică:

1 – vas de coroziune; 2 – biuretă gradată; 3 – suport pentru proba testată; 4 – proba

testată; 5 – clemă; 6 – robinet; 7 – pâlnie din sticlă

Viteza de coroziune (cm3/m2·min), care se defineşte ca fiind variaţia volumului

de gaz degajat în urma coroziunii unităţii de suprafaţă în unitatea de timp, se

calculează în baza formulei:

tS

VVcor

0

, (4.1.8)

în care: ΔV0 – variaţia volumului de hidrogen degajat, corectat la condiţii normale de

temperatură şi presiune, din relaţia generală a gazelor, cm3;

S – aria probei metalice, cm2;

t – timpul de coroziune, min.


53

Volumul de hidrogen (ml) corectat la condiţiile normale de presiune şi

temperatură se calculează din relaţia generală a gazelor:

TpTVpV 000 / , (4.1.9)

în care: p şi T – presiunea (mm Hg) şi temperatura (0K) mediului ambiant;

p0, T0, V0 – presiunea, temperatura şi volumul pentru condiţii normale.

Cunoscând viteza de coroziune (se ia valoarea constantă) se poate calcula

indicele de penetraţie (mm/an), care reprezintă adâncimea coroziunii într-un an:

1000/36524 corVP , (4.1.10)

în care: 24 – numărul orelor dintr-o zi;

365 – numărul zilelor dintr-un an;

1000 – factorul de conversie al unităţilor de măsură;

ρ – greutatea specifică a metalului care se corodează, kg/m3 (pentru oţel –

7800 kg/m3).

Datele experimentale obţinute se înscriu în tabelul de mai jos. Se construiesc

dependenţele grafice Coroziunea = f (t) şi Vcor = f (t).

Tabelul 4.2. Date experimentale şi calculate

Nr.

d/o

S,

cm2

t,

min

V( H2), l Coroziunea,

cm3/cm2

Vcor,

cm3/cm2·min T, p T0, p0

Chestionar

1. Definiţi coroziunea metalelor.

2. Cum explicaţi că metalele se supun coroziune?

3. Cum se clasifică procesele de coroziune?

4. Caracterizaţi agenţii de coroziune funcţie de tipul de coroziune pe care îl provoacă .

5. Cum se apreciază cantitativ coroziunea?


54

4.2. Protecţia anticorozivă

Totalitatea mǎsurilor aplicate pentru reducerea coroziunii la limite acceptabile,

din punct de vedere tehnico-economic, poartǎ numele de protecţie anticorozivă.

Scopul protecţiei anticorosive îl constituie asigurarea unei perioade mari de

protejare a utilajului, condiţie cerutǎ de industria modernǎ în cadrul cǎreia instalaţiile,

în cea mai mare parte automatizate, necesitǎ duratǎ lungǎ de funcţionare, fǎrǎ

defecţiuni, precum şi optimizarea cheltuielilor ocazionate de realizarea ei.

Aşadar, fenomenele de coroziune apar sub cele mai diverse aspecte şi se produc

în medii variate. Principalele metode practice de protecţie anticorosivǎ sunt

urmǎtoarele: alegerea materialului de construcţie adecvat condiţiilor optime de

exploatare; acoperirea suprafeţelor de protejat (cu pelicule metalice, anorganice,

organice); micşorarea agresivitǎţii mediului corosiv (inhibitori de coroziune);

aplicarea protecţiei electrochimice (catodicǎ şi anodicǎ).

În prezent, se utilizează metode eficiente, cum sunt acoperirile electrolitice cu

nichel, cupru, zinc şi fosfatarea.

Depunerea electrochimică a metalelor pe substraturi metalice se aplică nu

numai pentru protecţie anticorosivă, dar şi în scop decorativ, pentru reducerea frecării

sau îmbunătăţirea unor parametri electrici sau magnetici.

După mecanismul, de protecţie acoperirile metalice se divizează în acoperiri

catodice şi anodice.

Acoperirile din metal cu potenţial de electrod mai electropozitiv decât al

metalului protejat sunt catodice, ca de exemplu acoperirea oţelului cu un strat de

cupru, staniu sau nichel (tab. 4.3).

Aceste acoperiri asigură o bună protecţie doar dacă stratul metalic depus este

aderent, continuu, uniform, fără pori şi fisuri. La deteriorarea acoperirii sau dacă

acoperirea are pori, se formează un element de coroziune, în care metalul protejat este


55

anod şi se solubilizează, iar metalul de acoperire – catod, unde decurg procese de

reducere a hidrogenului sau a oxigenului.

Tabelul 4.3. Potenţialele de electrod ale unor cupluri redox

Cuplul redox Cr2+/Cr0 Zn2+/Zn0 Fe2+/Fe0 Ni2+/Ni0 Sn2+/Sn0 Cu2+/Cu0

Potenţialul, V - 0,852 - 0,763 - 0,441 - 0,234 - 0,141 + 0,337

De exemplu, în cuplul galvanic nichel-fier, nichelul fiind un metal mai

electropozitiv, în medii agresive (acide) va fi catod, iar fierul anod:

La anod (+)

220 FeFe e

La catod (-):

2

22 HH e (4.2.1)

De aceea pentru a asigura protecţie bună aliajelor din fier, în cazul nichelării

decorativ-protectoare, se aplică un substrat de cupru (25-35 m).

Acoperirile cu metal cu potenţial de electrod mai electronegativ decât al

metalului de protejat sunt anodice, ca de exemplu acoperirea cu zinc sau crom pe

oţel (tab. 4.3). În pila galvanică alcătuită din cele două metale şi mediul corosiv

(acid), metalul depus se distruge prin reacţie anodică:

La anod (+)

220 ZnZn e

La catod (-):

2

22 HH e (4.2.2)

Pentru a crea o barieră eficientă între metalul de protejat şi mediul corosiv

trebuie respectate anumite condiţii ce ţin de pregătirea suprafeţei (şlefuire, degresare,

decapare etc.) şi de condiţiile de electroliză (compoziţia electrolitului, densitate de

curent, temperatură).

Acoperirea suprafeţelor metalice este precedată de aşa operaţii obligatorii ca:

şlefuirea (îndepărtarea oxizilor şi impurităţilor), aceasta se realizează prin folosirea

materialelor abrazive; degresarea (eliminarea grăsimilor, uleiurilor) realizată cu

solvenţi organici, soluţii alcaline (pH-ul 11-13) şi decaparea (eliminarea oxizilor)


56

efectuată cu acizi, iar pentru produsele din aluminiu sau aliajele lui – în soluţii

alcaline. După degresare şi decapare este necesară o spălare atentă şi eventual o

neutralizare prin imersie în soluţie alcalină, respectiv acidă diluată, urmată de spălare

atentă pentru a elimina soluţiile agresive rămase pe suprafaţa metalului.

4.2.1. Nichelarea electrolitică a oţelului

Scopul lucrării: Acoperirea cu nichel a unei piese de oţel; calcularea grosimii

peliculei protectoare şi a randamentului de curent al procesului.

Generalităţi. Nichelarea electrolitică şi-a găsit o largă aplicare în practică.

Datorită pasivităţii sale, nichelul este chimic stabil în aer, acizi organici, puţin solubil

în acizi minerali şi complet stabil în baze.

Nichelarea se aplică la finisarea suprafeţelor metalice ale diferitelor produse

finite, în scop decorativ-protector pentru protecţia suprafeţelor de lucru ale

instalaţiilor împotriva acţiunii diferitelor medii agresive. Grosimea stratului de nichel

depus atinge 0,2-0,3 mm.

Electrolitul pentru nichelare constă din diferite soluţii apoase de săruri de

nichel, sulfaţi, cloruri, borofloruri, cu adausuri pentru dirijarea calităţii depunerii.

Concentraţia ionilor de hidrogen în soluţia de electrolit influenţează procesele

de la electrozi. La valori mici ale pH-ului, la catod, odată cu descărcarea ionilor de

nichel, se descărcă efectiv ionii de hidrogen. Ca rezultat randamentul de curent al

procesului scade. Majorarea pH-ului, la fel, poate afecta calitatea peliculei de nichel.

La valorile pH-lui mai mari de 6, au loc procese de hidroliză a sărurilor rezultând

hidroxidul de nichel. Formarea hidroxizilor decurge intens în zona catodului, unde ca

rezultat al reducerii ionilor de hidrogen se acumulează ionii de hidroxid. Pentru a

menţine constante valorile pH-ului, în electroliţii de nichelare se introduc adaosuri

tampon, de exemplu, acid boric, citric, acetic.


57

Pentru a înlătura pasivarea anozilor în timpul procesului de nichelare, în

electroliţi se introduc cloruri (NiCl2·6H2O sau NaCl).

Folosind diferite adaosuri speciale, se pot obţine suprafeţe lucioase direct din

cada de nichelare, încât articolele nu necesită o şlefuire ulterioară. Dintre compuşii

utilizaţi ca adaosuri ce conferă luciu pot fi nominalizaţi: sărurile de cadmiu (CdCl2,

CdSO4), substanţele organice (1,4-butindiol, ftalimidă, zaharină etc.).

Tabelul 4.4. Compoziţii ale electroliţilor de nichelare şi regimuri de lucru

Componentele electrolitului

şi regimul de lucru

Concentraţia, g/l

Nichelarea fără luciu Nichelarea cu luciu

NiSO4·7H2O 200-400 260-300

NiCl2·6H2O 30-60 40-60

H3BO3 30 30-35

Zaharină - 0,7-1,2

Ftalimidă - 0,08-0,1

1,4 butindiol - 0,2-0,5

pH 4,5-5,5 3,5-5,0

t, 0C 20-50 50-60

În această lucrare, se va studia depunerea nichelului pe o piesă de oţel prin

electroliză cu anod solubil de nichel. La electroliza cu anod solubil se desfăşoară

următoarele reacţii electrochimice:

La anod (+)

220 NiNi e

La catod (-):

022 NiNi e (4.2.3)

Aparataj, veselă şi reactivi: instalaţia din fig. 4.2; balanţă analitică; piesă de

oţel; hârtie abrazivă; hârtie de filtru; sol. 10 % Na2CO3, soluţie 20% H2SO.


58

Modul de lucru. Pentru efectuarea practică a nichelării, se va folosi o instalaţie

a cărei schemă este reprezentată în fig. 4.2.

În calitate de piese de nichelat se folosesc discuri de oţel. Se prelucrează

suprafaţa piesei de oţel cu hârtie abrazivă şi se spală în jet de apă. Se imersează câteva

minute în soluţia de sodă la temperatura de 50-600C. După spălarea cu apă distilată,

piesa este tratată, timp de 1 min, cu soluţie de 20% H2SO4.

Fig. 4.2. Schema instalaţiei de nichelare:

1 – sursă de curent continuu; 2 – electrolizor; 3 – reostat; 4 – ampermetru;

5 – voltmetru; 6 – catod de oţel; 7 – anod de nichel

Piesa se extrage din soluţia acidă, se spală cu apă distilată, se usucă cu hârtie

de filtru, se cântăreşe la balanţa analitică, stabilindu-se masa iniţială (mi), după care

se fixează în cadrele de sticlă organică a catodului 6. Se montează electrozii în

suport, se conectează la bornele electrolizorului respectând polarităţile şi se introduc

în baia de electroliză 2. Se conectează instalaţia de electroliză la reţea şi se pune în

funcţiune. Se fixează curentul de lucru cu ajutorul reostatului 3, valoarea căruia se

calculează din relaţia:

SdI c (4.2.4)

în care: I – intensitatea curentului, A;


59

dc – densitatea de curent catodic, A/dm2;

S – suprafaţa catozilor, dm2.

Se vor folosi densităţi de curent de 1,0; 1,5 şi 2,0 A/dm2. Timpul electrolizei

va fi cuprins între 20 şi 60 min.

Observaţie: în timpul electrolizei, se va urmări ca intensitatea curentului

electric să se menţină constantă.

După expirarea timpului electrolizei se întrerupe funcţionarea instalaţiei.

Catodul se scoate din celula de electroliză, piesa se spală cu apă distilată şi se usucă

prin tamponare cu hârtie de filtru. Se cântăreşte la balanţa analitică şi se notează

masa finală (mf). Se măsoară dimensiunile piesei.

Valorile practice obţinute se trec în tab. 4.5.

Tabelul 4.5. Mărimi măsurate în procesul de nichelare electrolitică

Nr.

modelului

mi, g mf, g S, dm2 I, A E, U τ, min

Calcule

a) Randamentul de curent (%) se calculează cu relaţia:

%100t

p

cm

m , (4.2.5)

în care: mp – masa practică de nichel depusă pe catod, g;

mt – masa teoretică de nichel calculată în baza legii lui Faraday, g.

Masa practică (g) se calculează din relaţia:

ifp mmm , (4.2.6)

în care: mf – masa discului după finalizarea procesului de nichelare, g;

mi – masa iniţială a discului, g.

Legea cantitativă a electrolizei dată de Faraday pentru calcularea masei

teoretice (g):


60

IFn

Am Ni

t

(4.2.7)

în care: ANi – masa atomică a nichelului, 63,54 g/mol;

n – numărul de electroni necesar reducerii ionilor de Ni2+;

F – numărul lui Faraday, 9,6485309·104 C/mol;

I – intensitatea curentului, A;

τ – timpul electrolizei, s.

b) Grosimea stratului de nichel (mm) se calculează cu relaţia:

110

S

m p

, (4.2.8)

în care: mp – masa practică de nichel depusă pe catod, g;

ρ – densitatea nichelului, 8,98 g/cm3;

S – suprafaţa nichelată, dm2.

4.2.2. Fosfatarea chimică a aluminiului

Scopul lucrării: acoperirea cu peliculă fosfatică a unor plăci de aluminiu.

Studiul influenţei regimului de fosfatare asupra grosimii şi proprietăţilor protectoare

ale peliculelor de fosfaţi.

Generalităţi. Fosfatarea este un procedeu de acoperire protectoare care constǎ

în formarea pe suprafaţa metalului protejat a unei pelicule de fosfaţi insolubili.

Straturile obţinute prin fosfatare au structura poroasă, sunt rezistente în medii

slab acide şi la umezeală. Datorită suprafeţei cu rugozităţi, straturile de fosfaţi

formează un suport (grund) excelent pentru vopsele, lacuri, uleiuri şi alte materiale

anticorosive. Articolele ale căror pelicule de fosfaţi s-au lăcuit sau vopsit pot fi

exploatate în cele mai aspre condiţii, cum ar fi apa de mare sau clima tropicală.

Peliculele fosfatice, fiind rău conductoare de electricitate, pot servi ca straturi


61

electroizolatoare la articolele electrotehnice. Fosfatarea reduce forţa de frecare a

pieselor de maşini, acestea necesitând mai puţin lubrifiant.

Procesul fosfatării este realizat în utilaje simple şi ieftine. Regimul de

temperatură a soluţiilor fosfatice, compoziţia lor şi regimul de lucru pot fi schimbate

în intervale largi. Pot fi fosfatate obiecte de diferite dimensiuni şi configuraţii. Costul

procesului de fosfatare este mai mic comparativ cu alte metode de protecţie

anticorosivă a metalelor.

Acidul fosforic reacţionează cu piesa supusă tratamentului conform reacţiei:

Me + 2 H3PO4 ⎯⎯→ Me(H2PO4)2 + H2 (4.2.9)

La interacţiunea acidului ortofosforic cu metalul se formează fosfat primar şi

hidrogen. Fosfaţii primari rezultaţi sunt solubili în apă, iar capacitatea lor de a

hidroliza cu eliminarea acidului fosforic liber are o mare importanţă în procesul de

fosfatare. Micşorarea acidităţii soluţiei în urma reacţiei 4.2.9 conduce la accelerarea

hidrolizei fosfaţilor primari rezultând fosfaţi secundari puţin solubili sau cei terţiari

practic insolubili:

Me(H2PO4)2 MeHPO4 + H3PO4 (4.2.10)

3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2 + 4H3PO4 (4.2.11)

Reacţia generala de obţinere a straturilor de fosfaţi fiind următoarea:

n Me(H2PO4)2 (n-3)MeHPO4 + Me3(PO4)2 + (n+1)H3PO4 (4.2.12)

Eliminarea hidrogenului după imersarea obiectului în soluţia de fosfatare indică

începerea procesului. După încetinirea procesului de eliminare a hidrogenului,

obiectul se mai ţine 5-15 min, pentru a se definitiva procesul de formare a peliculei.

La obţinerea peliculei fosfatice pot participa nu numai acidul ortofosforic de

hidroliză şi produsele de interacţiune ale acidului cu metalul, dar şi unii fosfaţi aşa ca:

Mn(H2PO4)2·H2O, MnHPO4, Fe(H2PO4)2, Zn(H2PO4)2.

Pentru aplicaţii industriale, la fosfatarea fontelor şi a oţelurilor se folosesc

soluţii pe bază de preparat MAJEF, care conţine săruri de mangan şi de fier (uneori de


62

zinc). Folosirea soluţiilor concentrate de MAJEF (100-200 g/l) face posibilă obţinerea

peliculelor fosfatice cu cristale microdisperse, ce aderă bine la substrat şi cu bune

proprietăţi protectoare.

Pentru fosfatarea aluminiului, folosirea acidului fosforic şi a fosfaţilor săi nu dă

rezultate bune. Pelicula de oxid care permanent acoperă suprafaţa aluminiului,

împiedică interacţiunea aluminiului şi a aliajelor lui cu soluţii fosfatice. Acesta este

motivul pentru care formarea unei pelicule fosfatice de calitate pe aluminiu este

imposibilă fără unele adaosuri. Experimental, s-a stabilit că doar la introducerea

compuşilor fluorului (HF şi sărurile lui) sau a acidului cromic (sau a sărurilor lui) în

soluţiile fosfatice pe aluminiu şi pe aliajele lui, se formează pelicule fosfatice de

calitate bună. Metoda de fosfatare cu aceste soluţii a primit denumirea de „fosfatare

azurie”.

Pentru fosfatarea azurie a aluminiului, se recomandă folosirea unei soluţii a

cărei compoziţie este indicată în tab. 4.6.

Tabelul 4.6. Compoziţii ale soluţiilor pentru fosfatarea aluminiului.

Componente, g/l I II III

Acid ortofosforic 50 50 100

Acid fluorhidric, ml/l 5 3 5

Anhidridă cromică 7 10 5

Fosfatarea poate fi efectuată şi prin metoda electrochimică. Această metodă se

aplică pentru detaliile de o configuraţie mai simplă, deoarece capacitatea de difuzie a

electrolitului fosfatic este mică şi calitatea peliculei fosfatice, pe diferite sectoare

catodice poate fi neuniformă.

În aceasta lucrare, se va efectua fosfatarea azurie a unor modele de aluminiu.

Temperatura de lucru la fosfatarea azurie este de 15-300C, iar timpul necesar –

5-12 min.


63

Aparataj, veselă şi reactivi: balanţă analitică; plăcuţe de aluminiu; hârtie de

filtru; soluţie de ortofosfat de sodiu şi sodă calcinată (30 g/l Na3PO4, 30 g/l Na2CO3);

soluţie 50-100 g NaOH/l, soluţie pentru testarea rezistenţei (40 ml soluţie 0,8 N

CuSO4·5H2O + 0,8 ml soluţie 0,1N HCl + 20 ml soluţie de 20% NaCl).

Modul de lucru. Pentru a asigura o bună aderenţă a peliculei protectoare cu

suprafaţa metalului, plăcile sunt supuse următoarelor operaţii. Degresarea chimică a

modelelor este realizată la imersarea într-o soluţie ce conţine ortofosfat de sodiu şi

sodă calcinată la temperatura de 60-700C, timp de 5-10 min. Modelele sunt scoase din

soluţie, clătite cu apă distilată şi supuse operaţiei de decapare în soluţie de hidroxid de

sodiu, unde sunt ţinute timp de 1-1,5 min, la temperatura de 50-600C. După decapare

modelele se spală cu apă distilată, se usucă prin tamponare cu hârtie de filtru şi se

cântăresc la balanţa analitică. Înainte de cântărire, modelele se numerotează.

Fosfatarea modelelor are loc într-o celulă din masă plastică termostatată. Durata

fosfatării şi temperatura procesului sunt stabilite de profesor. După fosfatare,

modelele se spală cu apă, se usucă în aer, se cântăresc pentru a stabili grosimea

peliculei fosfatice şi sunt supuse testelor de determinare a proprietăţilor protectoare.

Calcule

a) Determinarea grosimii peliculei fosfatice

Formula de calcul aplicată pentru determinarea grosimii (m) peliculei:

10000

4,112

S

mmG

, (4.2.13)

în care: m1 – masa plăcii de aluminiu înainte de acoperire, g;

m2 – masa plăcii de aluminiu după acoperire, g;

ρ – greutatea specifică a peliculei fosfatice, 3,42 g/cm3;

1,4 – coeficientul de corecţie a greutăţii specifice;

S – suprafaţa plăcii de aluminiu, cm2.


64

b) Determinarea rezistenţei la coroziune a peliculei fosfatice

Pe suprafaţa peliculei fosfatice se depun, la anumite distanţe, 3-4 picături

soluţie de testare, totodată, se porneşte şi cronometrul. Se măsoară timpul, în minute,

de la depunerea picăturii pe suprafaţa fosfatică până la momentul schimbării culorii

picăturii de la azuriu-suriu până la roşu-cafeniu. Modificarea culorii se datorează

reducerii ionilor de Cu2+ la Cu0 de către aluminiu. Timpul măsurat şi este

caracteristica rezistenţei la coroziune a peliculei fosfatice. Conform acestui indice,

peliculele fosfatice se clasifică în felul următor:

– pelicule cu stabilitatea mare (t 5 min);

– pelicule cu stabilitatea medie ( 2 t 5 min);

– pelicule cu stabilitatea mică (t 1 min).

Rezultatele măsurărilor şi calculelor se trec într-un tabel.

Tabelul 4.7. Rezultatele măsurărilor, calculelor şi testărilor pentru acoperirile

fosfatice

Nr.

modelului

Durata

fosfatării,

min

Masa modelului Grosimea

peliculei,

m

Timpul de

corodare,

min

înainte de

fosfatare, g

după

fosfatare, g

Chestionar

1. Cu ce scop este efectuată protecţia anticorosivă a metalelor?

2. Cum se divizează acoperirile metalice şi care este mecanismul lor de protecţie?

3. Enumeraţi şi explicaţi operaţiile de pregătire a suprafeţelor metalice înainte de

acoperire.

4. Comparaţi între ele peliculele protectoare de nichel şi cea fosfatică.


65

5. Explicaţi dependenţa dintre compoziţia electrolitului şi calitatea peliculei

protectoare.

6. Prezentaţi mecanismul de formare a peliculelor de nichel şi fosfatică.

7. Descrieţi instalaţiile de laborator şi modul de realizare practică a nichelării şi

fosfatării metalelor.

8. Explicaţi modul de calcul al grosimii peliculelor depuse.

5. Procese electrochimice

5.1. Obţinerea hidrogenului la electroliza apei

Scopul lucrării: Realizarea practică a electrolizei apei; calcularea

randamentului de curent şi a celui energetic; calcularea energiei consumate şi pierdute

în procesul de electroliză.

Generalităţi. Consumul mondial anual de hidrogen este în creştere, pe măsură

ce cresc şi se diversifică numărul de consumatori.

În prezent, hidrogenul este o importantă materie primă în diferite procese de

fabricaţie: sinteza amoniacului, metanolului şi a clorurii de hidrogen, hidrogenarea

grăsimilor, obţinerea benzinei din cărbuni, reducerea oxizilor metalici etc. Aceste

necesităţi sunt asigurate, în special, de procesul de reformare cu vapori de apă a

gazului metan:

CH4 + H2O ↔ CO +3H2 (5.1.1)

Hidrogenul obţinut pe cale chimică este impurificat cu compuşi organici şi

anorganici şi pentru a fi utilizat trebuie supus procesului de purificare, ceea ce

necesită cheltuieli suplimentare şi se reflectă asupra costului produsului finit.

Metoda electrochimică de obţinere a hidrogenului constă în electroliza apei.

Această metodă are un şir de avantaje: gradul de puritate înalt al hidrogenului

(99,8%); proces tehnologic format dintr-o singură etapă; obţinerea oxigenului,


66

coprodus valoros, cu multe utilizări practice; materie primă ieftină. Însă această

metodă este eficientă atunci când este nevoie de cantităţi reduse de hidrogen sau se

dispune de surse de energie electrică ieftine.

Electroliza apei are loc cu pierderi mari de energie electrică din cauza

conductibilităţii mici a apei pure, condiţionată, la rândul ei, de rezistenţa electrică

înaltă (~ 106 Ω·m ). Pentru a reduce consumul de energie (tensiune) sunt folosite

soluţii pe bază de electroliţi cu grad de disociere înalt. Aceste cerinţe le satisfac

alcaliile, de aceea electroliţii utilizaţi la producerea electrochimică a apei sunt

pregătiţi pe baza acestor substanţe. S-a stabilit că rezistenţa electrică a soluţiilor de

alcalii depinde de concentraţie şi temperatură. Astfel soluţia de hidroxid de sodiu cu

concentraţia 22,5%, la temperatura de 800C, are o rezistenţă electrică egală cu 9,3·10-3

Ω·m, iar electrolitul care conţine 32,5-35% KOH, la aceeaşi temperatură, se

caracterizează prin rezistenţa electrică de ordinul 7,3·10-3 Ω·m. De aceea electroliza

industrială se realizează la temperatura de 800C şi cu concentraţiile respective. Alte

cerinţe înaintate electroliţilor, pe care le îndeplinesc alcaliile sunt: compoziţia ionică a

electrolitului asigură formarea la catod doar a hidrogenului, iar la anod – a

oxigenului, electrolitul nu provoacă coroziunea oţelului şi a altor materiale din care

este confecţionat electrolizorul.

În timpul electrolizei soluţiilor de alcalii, la catod se degajă hidrogenul, iar la

anod se obţine oxigenul ca rezultat al următoarelor reacţii electrochimice:

2H2O e2 H2 + 2OH- (5.1.2)

2OH- e2 1/2O2 + H2O (5.1.3)

Reacţia globală care descrie procesul de electroliză este:

H2O aelectroliz H2 + 1/2O2 (5.1.4)

Potenţialele de echilibru ale reacţiilor electrochimice de la catod şi anod depind

de pH-ul electrolitului şi sunt date de următoarele formule:

φc = - 0,059 · pH, V (5.1.5)

φc = 1,23 – 0,059 · pH, V (5.1.6)


67

Ţnând cont că pH-ul soluţiei de electrolit în condiţii industriale este

aproximativ egal cu 14, atunci, aplicând formulele (5.1.5) şi (5.1.6), deducem că

potenţialele de echilibru ale catodului şi anodului vor fi egale, respectiv, -0,826 V şi

0,404 V. Diferenţa dintre potenţialele la echilibru ale anodului şi catodului prezintă

valoarea tensiunii teoretice de descompunere a apei în condiţii standard (t = 250C) :

Et = φa – φc = 0,404 – (-0,826) = 1,23 V (5.1.7)

Însă tensiunea reală la care se realizează practic electroliza este mai mare decât

cea teoretică, şi constituie 1,8-2,1 V. Aceasta se explică prin aceea că în timpul

electrolizei, din cauza fenomenului de polarizare, numit şi supratensiune, valoarea

potenţialului de electrod creşte. Astfel gradul de utilizare a tensiunii este de cca 50%,

deci şi randamentul energetic sau gradul de valorificare a energiei este la fel de cca

50%.

În prezent, una dintre cele mai atractive direcţii ale energiei viitorului este

utilizarea hidrogenului drept carburant nepoluant (pentru rachete, avioane de reacţie,

motoare cu ardere internă, pile de combustie). Toate acestea aduc pe prim plan

cercetările ce ţin de elaborarea unui procedeu electrochimic de obţinere a

hidrogenului rentabil din punct de vedere economic.

Aparataj, veselă şi reactivi: electrolizor; ampermetru; voltmetru; tub pentru

măsurarea volumului de hidrogen degajat; soluţie 16-18% NaOH (25-29% KOH).

Modul de lucru. Schema electrolizorului pentru obţinerea hidrogenului este

prezentată în fig. 5.1. Catodul 1 este un vas cilindric confecţionat din oţel, iar anodul

2 este format dintr-o bară de nichel. Spaţiul anodic este separat de cel catodic prin

intermediul manşonului poros de sticlă 3. Drept electrolit se foloseşte o soluţie 16-

18% NaOH sau soluţie 25-29% KOH.


68

Fig. 5.1. Electrolizor de laborator pentru electroliza apei:

1– catod; 2 – anod; 3 – manşon de sticlă; 4 – ştuţuri; 5 – capac; 6 – dop

Întrucât cele două spaţii ale electrolizorului trebuie să fie ermetice, după

montarea părţilor componente, se verifică etanşeitatea. Pentru aceasta, conducta de

gaz prin care se degajă hidrogen se imersează la 5-6 cm în apă şi se conectează

electrolizorul, aplicând un curent de 5-10 A. După câteva minute, din conducta de gaz

trebuie să iasă bule de hidrogen. Lipsa hidrogenului indică faptul că spaţiul catodic nu

este ermetic. Apoi, în mod similar, se verifică ermeticitatea spaţiului anodic.

În timpul lucrului cu electrolizorul, direcţia curentului nu se schimbă.

După montarea şi verificarea etanşeităţii electrolizorului, se începe lucrarea de

laborator. Pentru asta, se va alimenta electrolizorul cu o intensitate de curent cuprinsă

între 2,5 şi 15 A. La fiecare valoare a intensităţii, electroliza se va efectua 10-20 min,

având grijă să se măsoare cu ajutorul voltmetrului conectat între electrozi şi tensiunea

la sfârşitul fiecărei determinări.

Mărimile citite se vor înscrie în tab. 5.1.

Tabelul. 5.1. Mărimi determinate experimental

Nr.

determ.

I, A Er, V Et, V t, min. Vr(H2), l t, 0C P, Pa


69

1

2

3

Calcule:

a) Randamentul în curent (%) a procesului se calculează în baza formulei:

%100)(

)(

2

2

t

pr

cHV

HV , (5.1.8)

în care: prHV )( 2 – volumul de hidrogen practic obţinut, recalculat pentru condiţii

normale (p0 = 1,01325·105 Pa; T0 = 273,15 K), l;

tHV )( 2 – volumul de hidrogen calculat din legea lui Faraday, l.

b) Energia reală şi teoretic (kWh) consumată la obţinerea hidrogenului:

100060

t

IEEWW tprtpr , (5.1.9)

în care: tpr EE – tensiunea practică (teoretică) de descompunere a apei, V;

I – intensitatea procesului de electroliză, A;

t – durata electrolizei, min;

60, 1000 – coeficient de convertire a unităţilor de măsură.

c) Energia pierdută (nevalorificată) (kWh) în procesul de electroliză:

tprp WWW , (5.1.10)

d) Randamentul energetic (%) al procesului de electroliză:

%100%100 pr

t

pr

te

E

E

W

W (5.1.12)

Mărimile calculate se vor înscrie în tab. 5.2.

Tabelul. 5.2. Mărimi calculate

Nr. determ. c, % Wr, kWh Wt, kWh e, % Wp, kWh


70

Chestionar

1. Indicaţi domeniile de utilizare a hidrogenului.

2. Comparaţi avantajele şi dezavantajele metodelor de obţinere a hidrogenului.

3. De ce valoarea tensiunii reale de descompunere a apei este mai mare decât cea

teoretică?

4. Descrieţi procesele electrochimice care au loc în electrolizor.

5. Caracterizaţi indicatorii utilizaţ la stabilirea eficienţei unui proces electrochimic.


PROBLEME DE TEHNOLOGIE CHIMICĂ


71

Indicatori tehnoeconomici ai procesului chimico-tehnologic

Importante mărimi pentru caracterizarea cantitativă a evoluţiei procesului

chimic industrial sunt:

Conversia totală, t, reprezintă raportul dintre cantitatea de materie primă, care

s-a transformat în reacţia chimică, şi cantitatea de materie primă intrată într-un

reactor:

%1000

MP

MPt

t ,

în care: MPt – cantitatea de materie primă transformată în toţi produşii, kmol, kg;

MP0 – cantitatea de materie introdusă, kmol, kg.

Conversia utilă, u, se defineşte prin raportul dintre cantitatea de materie primă

care s-a transformat în produsul util şi cantitatea de materie primă introdusă într-un

reactor:

%1000

MP

MPu

u ,

în care: MPu – cantitatea de materie primă transformată în produsul util, kmol, kg;

MP0 – cantitatea de materie introdusă, kmol, kg.

Ca noţiune, conversia utilă se aplică în cazul existenţei reacţiilor secundare într-un

proces ciclic.

Randamentul, , în produs final se defineşte ca un raport între cantitatea de

produs practic obţinut şi cantitatea de acelaşi produs care s-ar forma teoretic, conform

ecuaţiei stoechiometrice:

%1000

m

m

unde: m – cantitatea de produs practic obţinut, kmol, kg;

m0 – cantitatea de produs calculat teoretic, kmol, kg.

În multe cazuri, se consideră conversia utilă identică cu randamentul în produs

util.


72

În procesele chimice industriale, reacţia utilă se desfăşoară într-un complex de

reacţii paralel-consecutive secundare, când se formează alături de produsul util şi alte

produse. Selectivitatea arată care este cantitatea de materie primă consumată numai

pentru obţinerea produsului util.

Selectivitatea, S, reprezintă raportul dintre cantitatea de materie primă

transformată în produs util şi cantitatea de materie primă transformată în toţi

produşii:

%100

Ct

CS u ,

în care: Cu – cantitatea de materie primă transformată în produs util, kmol, kg;

Ct – cantitatea de materie primă transformată în toţi produşii, kmol, kg.

Consumul specific (indicator care defineşte eficienţa folosirii materiilor) –

defineşte cantitatea de materie primă, auxiliară şi utilităţi care se consumă pentru

fabricarea unităţii de măsură de produs finit:

PF

MPs

m

mC sau

PF

MP

V

V

în care: mMP – masa materiei prime utilizată în procesul de producere, kg;

mPF – masa produsului finit rezultat practic, kg.

Bilanţul de materiale este o expresie a legii conservării masei în sistemele

chimice. Ecuaţia generală de bilanţ de materiale într-un sistem tehnologic:

mi = me

unde: mi – masa curenţilor de intrare în procesul de producere, kg;

me – masa curenţilor de ieşire din procesul de producere, kg.

Bilanţul de materiale se prezintă sub formă de tabel

Substanţe intrate m, kg (sau , mol) Substanţe ieşite m, kg (sau , mol)


73

Capitolul 1. Materii prime

1. Calculaţi concentraţia procentuală de fier şi steril în minereul de magnetită,

ce conţine 85,63% FeFe2O4 (!!! Nu FeO·Fe2O3). R.: Fe = 62%; steril = 14,37%.

2. Care este conţinutul de FeS2 într-un zăcământ de pirită, dacă analizele au

indicat un conţinut de 42% S în acest zăcământ? R.: FeS2 = 78,75%.

3. Calculaţi conţinutul procentual de fluorapatită (Ca5(PO4)3·F) şi impurităţi din

zăcământul ce conţine 32% P2O5. R.: Ca5(PO4)3·F = 75,72%; imp. = 24,28%.

4. Ce masă de soluţie acid sulfuric 68% H2SO4 este necesară pentru prelucrarea

a 125 t de fosforită îmbogăţită, în care conţinutul de Ca3(PO4)2 este de 92%? R.:

m(sol. 68% H2SO4) = 106,93 t.

5. Se supune operaţiei de îmbogăţire un minereu ce conţine 1,3% Cu. În urma

prelucrării a 1 tonă de acest minereu, a rezultat un concentrat cu masa de 110,5 kg ce

conţine 9,6% Cu. Determinaţi randamentul în concentrat şi gradul de extracţie în

componentul util. R.: c = 11,05%; Xex = 81,6%.

6. La prelucrarea prin flotaţie a 3 t de minereu de cupru ce conţine 5% CuS, a

rezultat un concentrat cu masa de 200 kg şi cu conţinutul de cupru egal cu 30%.

Stabiliţi gradul de extracţie a cuprului şi cel de îmbogăţire a materiei prime. R.: Xex =

60,2% ; X = 9 ori

7. Determinaţi masa minereului supus flotaţiei şi concentraţia procentuală a

metalului în minereu, dacă a rezultat un concentrat cu masa de 275 kg şi randamentul

de 5,5%. Gradul de extracţie a metalului din minereu este de 85%, iar masa metalului

conţinută în concentrat 95 kg. R.: mMP = 5000 kg; % Me = 2,24.

8. Ca rezultat al îmbogăţirii prin flotaţie a unui minereu de Pb ce conţine 1,3%

Pb, s-au obţinut 380 kg concentrat cu 18% Pb şi randamentul de 5,5%. Determinaţi


74

masa de minereu supusă flotaţiei, gradul de extracţie a componentului util şi gradul de

îmbogăţire a materiei prime. R.: m = 6909,1; Xex = 76,1%; X = 13,8 ori.

9. La prelucrarea a 100 t minereu polimetalic au rezultat 2240 kg concentrat de

cupru cu 25% Cu şi 84 kg concentrat de molibden cu 50% Mo. Gradul de îmbogăţire

pentru Cu constituie 35,7, iar pentru Mo – 8,33. Determinaţi gradul de extracţie a

componentului util. R.: Xex(Cu) = 80%; Xex(Mo) = 0,7%.

10. Productivitatea unei instalaţii de îmbogăţire a cărbunilor este de 250 t/h,

rezultând 150 t/h concentrat. Conţinutul de cenuşă în concentrat este de 20%, iar în

materia primă de 40%. Determinaţi gradul de extracţie a cărbunilor, masa cenuşii şi

conţinutul de cărbune în ea. R.: Xex = 80%; m(cenuşii) = 100t ; % cărbuni = 30.

11. Pentru obţinerea unei tone de HNO3 65% se consumă 186,2 kg NH3. Să se

calculeze randamentul în HNO3 şi consumul specific de NH3. R.: = 94,2%; Cs =

0,286 kg NH3/kg HNO3.

12. Se fabrică diferite sortimente de acid azotic folosind NH3 drept materie

primă, randamentul tehnologic este de 95%. Care va fi consumul specific pentru o

tonă de: a) HNO3 60%; b) HNO3 58%; c) HNO3 45% . R.: Cs (a) = Cs (b) = Cs (c) =

0,284 kg NH3/kg HNO3.

13. Să se calculeze consumul specific de materie primă pentru o tonă de H2SO4

95%, dacă se folosesc gaze sulfurate cu 85% H2S (% de vol.), randamentul tehnologic

fiind de 98%. R.: Cs = 0,274 m3 g. sulf./kg H2SO4.

14. Să se calculeze consumul specific de pirită, cu puritatea de 84%, necesară

pentru a produce o tonă de acid sulfuric de 70%, dacă randamentul tehnologic este de

93%. R.: Cs = 0, 784 kg pirită/kg H2SO4.

15. Să se determine randamentul global în H2SO4, dacă pentru fabricarea a

300.000 tone H2SO4 93% s-au consumat 48.000 tone sulf de 95% şi 133.500 tone

pirită de flotaţie, cu un conţinut în sulf de 42%. R.: = 89,6%.


75

16. Să se calculeze randamentul în produs, dacă pentru obţinerea unei tone de

var cu 85% CaO, se consumă 1,7 tone piatră de var cu puritatea 94%. R.: = 95,0%

17. Să se determine randamentul în produs la descompunerea unei tone de

fosforită cu un conţinut de 62% Ca3(PO4)2, dacă s-au obţinut 727,2 kg superfosfat

simplu. R.: = 69,40%

18. Prin evaporare se supun concentrării 10 t soluţie 45% NH4NO3 pentru a

obţine un produs cu 4,5% umiditate. Să se întocmească bilanţul de materiale al

procesului de concentrare.

19. Determinaţi duritatea unei ape, dacă un litru de această apă conţine 0,1002

g ioni de Ca2+ şi 0,03648 g ioni de Mg2+. R.: 8 mg-echiv/l.

20. La titrarea a 200 ml apă naturală s-au consumat 5,5 ml soluţie EDTA de

concentraţia 0,1 N. Stabiliţi duritatea totală a acestei ape. R.: 2,75 mg-echiv/l.

21. Care este duritatea unei soluţii de MgSO4 cu concentraţia 0,005 M? Dar a

unei soluţii de Ca(HCO3)2 cu concentraţia 0,005 M? R.: ambele soluţii au duritatea

10 mg-echiv/l.

22. Duritatea totală a unei ape este de 11,7 mg-echiv/l. Determinaţi duritatea

permanentă (Dperm) a acestei ape, dacă la titrarea a 100 ml apă naturală s-au consumat

6,5 ml soluţie acid clorhidric 0,1 N HCl. R.: 5,2 mg-echiv/l.

23. Consumul zilnic de apă a unei curăţătorii chimice este de 1000 l. Ce masă

de săpun (sare de sodiu a acidului stearic C17H35COONa) se va consuma suplimentar

zilnic, dacă un litru de această apă conţine 1,5 g Ca(HCO3)2; 0,145 g Mg(HCO3)2 şi

0,7 g CaSO4. R.: m = 9,42 kg.

24. Analizele efectuate asupra unei ape au indicat o duritate totală de 6 mg-

echiv/l şi o duritate temporară de 2,5 mg-echiv/l Să se calculeze cantităţile de var şi

sodă necesare pentru dedurizarea a 100 m3 apă. R.: mCa(OH)2 = 9,25 kg; mNa2CO3 =

18,55 kg.

25. O apă are duritatea totală de 8,4 mg-echiv/l. Cunoscând că apa respectivă

conţine Ca(HCO3)2 şi CaSO4 şi că duritatea permanentă este egală cu jumătate din cea


76

temporară. Să se determine cantitatea de suspensie de Ca(OH)2 18,5% şi volumul

soluţiei de Na2CO3 1,6 N necesare pentru dedurizarea a 3,7 m3 apă, în accepţia că

operaţia ar avea loc total. R.: msusp.Ca(OH)2, 18,5% = 4,14 kg; Vsol. 1,6 N Na2CO3 = 6,48 l.

26. La tratarea cu fosfat trisodic a unui volum de 2 l apă cu duritatea de 9 mg-

echiv/l s-a depus un precipitat cu m = 0,882 g. Stabiliţi cantităţile de CaCl2 şi MgSO4

conţinute în acest volum de apă. R.: mCaCl2 = 0,67 g; mMgSO4 = 0,36 g.

27. Determinaţi volumul de cationit (în m3) pentru 24 h de lucru a instalaţiei de

dedurizare, dacă se ştie: debitul apei – 5 m3/h; duritatea apei – 8,5 mg-echiv/l;

capacitatea de schimb a cationitului – 1150 g-echiv/m3. R.: Vcat.= 0,88 m3/24 h.

28. Prin filtrul cationic cu volumul de lucru de 2,15 m3 se trece o apă cu

duritatea de 7,5 mg-echiv/l şi debitul de 6,0 m3/h. Stabiliţi capacitatea de schimb a

filtrului, dacă se ştie că el poate funcţiona fără a fi regenerat timp de 3 zile. R.: Q =

1507 g-echiv/m3.

29. Spaţiul de lucru al filtrului unui ionit permite încărcarea a 5,5 t cationit cu

capacitatea de schimb 0,9 g-echiv/kg. Stabiliţi timpul de lucru cationitului pentru

dedurizarea unei ape cu 12 mg-echiv/l duritate şi debitul fluxului de apă de 10 m3/h.

R.: 41,25 h.

30. O coloană cu capacitatea de schimb de 7 mg-echiv/g este încărcată cu 800

kg. Presupunând că trebuie dedurizată o apă cu duritatea de 8 mg-echiv/l, să se

determine volumul de apă care va putea fi dedurizat, utilizînd respectiva coloană. R.:

VH2O = 700 m3.

31. Pentru dedurizarea unei ape cu duritatea de 4 mg-echiv/l se foloseşte un

schimbător de ioni cu capacitatea de schimb de 6,3 mg-echiv/g; secţiunea coloanei –

400 cm2; lungimea coloanei – 2,5 m; densitatea granulelor în volumul coloanei – 0,8

t/m3. Să se stabilească timpul de lucru a ionitului, dacă debitul apei este de 2 m3/h. R.:

t = 63 h.


77

Capitolul II. Procese anorganice de bază

1. Sunt supuse uscării, în scopul utilizării la arderea unei materii ce conţine

sulf, 25300 m3/h aer cu t-ra 200C şi gradul de saturaţie cu vapori de apă 50%. Pentru

uscare este utilizat acid sulfuric cu concentraţia 98% H2SO4, iar din turn se evacuează

acid cu concentraţia de 96% H2SO4. Determinaţi consumul de soluţie de acid sulfuric

98% necesar uscării. R.: m sol. 98% H2SO4 = 10492,32 kg.

2. Prin arderea cu aer a sulfului, la t = 900-1100 0C, se obţin gaze cu un

conţinut de 15% SO2. Se cere consumul de aer m3(c.n.)/t de sulf cu puritatea de 96%,

concentraţia O2 (% vol) în gazele de ardere şi excesul de aer utilizat. R.: Vaer = 4471,6

m3 ; φO2 = 6%; exces aer 1,4.

3. Se supune prăjirii cu aer o tonă care conţine 84% FeS2, 4,85% ZnS şi restul

steril, stabil în condiţiile de desfăşurare a procesului. Cunoscând, că ZnS se

converteşte complet, FeS2 în proporţie de 90% şi că volumul de aer utilizat este de 1,5

ori mai mare decât cel efectiv consumat, se cere masa cenuşii formate şi compoziţia

volumetrică a gazelor rezultate. R.: mcenuşii = 740 kg; φSO2 = 10,6%; φO2 = 7,3%; φ N2

= 82,2%.

4. Prin analiza chimică a unei pirite, s-a stabilit următoarea compoziţie

procentuală (% de masă) a acesteia: 49% S; 39,7% Fe; 0,23% Zn; 0,3% Al2O3 şi

restul SiO2. Ştiind că la prăjirea respectivei pirite se utilizează de 1,6 ori mai mult aer

decât cantitatea stoechiometric necesară, să se calculeze volumul (c.n.) de aer

consumat/t de pirită şi concentraţia SO2 (% vol) în gazele de ardere rezultate. R.: Vaer

= 3523,4 m3 ; φSO2 = 13,1%.

5. Se prăjeşte o tonă de pirită în exces de aer, în vederea fabricării SO2. Se cere

volumul (c.n.) de aer necesar pentru prăjire în condiţiile: S = 48%; φSO2 = 8 %. R.:

Vaer = 4326 m3

6. Gazele sulfuroase concentrate, cu un conţinut volumetric de 15,96% SO2

sunt diluate cu aer, până la concentraţia 7% SO2. Să se calculeze volumul de aer

necesar diluării a 500 m3 gaze sulfuroase concentrate. R.: Vaer = 640 m3.


78

7. Gazele rezultate de la arderea unei pirite, cu compoziţia (c.n.): SO2 – 277 m3;

SO3 – 14,6 m3; O2 – 228 m3; N2 – 2374,4 m3; H2O (vap.) – 92 m3; cenuşă – 1,2 kg,

sînt trimise la secţia de epurare. Stabiliţi care va fi compoziţia (% vol) gazelor

sulfuroase după epurare, dacă la spălarea cu soluţie 30% H2SO4 sunt reţinute

impurităţile şi 2 m3 vapori de apă. R.: φSO2 = 9,3%; φO2 = 7,7%; φN2 = 79,9%; φH2O =

3,0%.

8. La arderea unei pirite rezultă 3020 m3 (c.n.) gaze sulfuroase cu compoziţia

(% vol): SO2 – 9,2%; O2 – 7,6%; N2 – 78,7%; H2O (vap.) – 4,5%. Gazele sunt diluate

cu aer, până la concentraţia 7% SO2, după care trimise la turnul de uscare.

Determinaţi masa soluţiei 94% H2SO4 necesară uscării, dacă acidul de spălare se

diluează până la 93,5% H2SO4, iar gazele uscate mai conţin 0,2 g H2O/m3. R.: msol. 94%

H2SO4 = 20270,8 kg.

9. Se realizează sinteza amoniacului, unde gazul de sinteză conţine 0,8% (vol.)

„inert” (Ar, CH4, CO2), restul fiind N2 : H2 = 1 : 3 (molar). Ştiind că randamentul

reacţiei de formare a NH3 este de 15%, să se stabilească volumele de N2 şi H2 care vor

fi recirculate şi compoziţia procentuală volumetrică a amestecului gazos rezultat. R.:

1) 2NV = 21,08 m3;

2HV = 63,24 m3; 2) %N2 = 22,77, %H2 = 68,32, %NH3 = 8,04, %

inert = 0,86.

10. Cunoscând valoarea conversiei CH4 cu vapori de apă în CO de 85%, la

8000C, să se calculeze compoziţia amestecului gazos la echilibru, considerând că nu

au loc reacţii secundare, dacă reactanţii sunt luaţi în raport echimolar. R.: % CH4 =

4,05; % CO = 22,97; % H2 = 68,92.

11. Conversia în CO2 a CO din gazul de sinteză, de compoziţia volumetrică:

CO – 19,1%; H2 – 76,1%; CO2 – 4,7%; CH4 – 0,1%, se realizează prin tratarea

acestuia cu vapori de apă. Se cere cantitatea apei adăugate la gazul de sinteză iniţial şi

conversia CO în CO2, dacă amestecul final conţine 4% CO, iar toată apa adăugată se

consumă în procesul de transformare a CO la CO2. R.: OHV

2= 14,52 m3;

2CO = 76%.


79

12. La sinteza amoniacului (la presiune înaltă), gazele rezultate la o trecere prin

coloana de sinteză conţin 25% NH3 (vol). Se cere randamentul de formare a NH3,

dacă raportul molar N2 : H2 = 1 : 3, iar amestecul gazos rezultat conţine 1,157% inert.

R.: 3NH = 40,37%

13. Efectuând reacţia de sinteză a NH3, la atingerea echilibrului amestecul

gazos conţine 8% (vol) NH3. Ştiind că amestecul gazos iniţial conţine 1% inert şi că

reactanţii au fost luaţi în raport molar N2 : H2 = 1 : 3, să se stabilească randamentul de

formare a NH3. R.: 3NH = 14,96%.

14. Amestecul gazos (NH3-aer) supus oxidării conţine 10% (vol) NH3. Să se

determine excesul de aer folosit, faţă de cantitatea stoechiometric consumată, dacă 99

% din NH3 se oxidează la NO şi restul la N2. R.: Vaer exces = 30,71 l.

15. Un amestec gazos cu compoziţia volumetrică: 10,5 % NO; 1,8% NO2; 6,4%

O2; 71,9% N2 şi 9,4% H2O se trimite la oxidare, având loc conversia totală a NO la

NO2. Se cere: 1) compoziţia procentuală volumetrică a amestecului gazos rezultat; 2)

cantitatea de soluţie HNO3 50% / m3 (c.n.) în urma absorbţiei NO2 în apă cu un =

99,8%. R.: 1) % NO2 = 12,98; % N2 = 75,88; % O2 = 1,21; % H2O = 9,92;

2)%50. 3HNOsol

m = 486 g.

16. Să se calculeze masa de acid azotic 60% HNO3 obţinută dintr-un amestec

NH3-aer cu 3NH = 11,2%, dacă randamentul global de oxidare a NH3 la NO2 este de

98,5%, iar cel de la absorbţie în apă – 99%. R.: %60. 3HNOsol

m = 34,14 kg.

17. Determinaţi cantitatea de NH3, necesară pentru producerea a 100.000 t/an

HNO3 şi consumul orar de aer necesar oxidării, dacă: uzina lucrează 355 zile/an;

gradul de conversie a NH3 în NO2 constituie 97%, iar cel de absorbţie a gazelor de

nitroză 92%; concentraţia NH3 în amestecul NH3 – aer constituie 11,5 % (vol). R.: 1)

3NHV = 59,81·106 m3; 2) Vaer = 54,02·103 m3/h.


80

18. Se supune concentrării prin încălzire la 1200C soluţie HNO3 50%. Ştiind că

din masă distilă amestec de HNO3 şi H2O, cu un conţinut în masă de 68,4% HNO3, să

se calculeze consumul de soluţie HNO3 50%/tona de acid azotic 68,4% HNO3

fabricat, dacă = 98%. R.: %50. 3HNOsol

m = 1,4 t

19. Calculaţi consumul de acid sulfuric 96% H2SO4 necesar pentru a concentra

1 tonă soluţie 50% HNO3 la 98%, dacă concentraţia acidului ajunge la 70% H2SO4.

R.: %96. 42SOHsolm = 1319,23 kg.

20. Se produce NH4NO3 utilizând în calitate de materii prime soluţie 55%

HNO3 şi amoniac gazos sub presiune de 2 atm. Soluţia rezultată se trimite la

evaporare, unde se aduce la concentraţia de 98% NH4NO3, prezentându-se ca o

topitură fierbinte, prin granularea acesteia se obţine produsul finit, de concentraţia

99,8% NH4NO3, restul umiditate. Se cere: 1) consumurile de acid azotic de 55%

HNO3 şi amoniac gazos de 2 atm şi 1200C, pentru o tonă de produs finit; 2) cantitatea

de apă care trebuie evaporată la fabricarea unei tone de produs finit, în condiţiile

descrise; 3) cantitatea de nitrocalcar obţinută prin amestecarea unei tone de produs

finit cu calcar de 92% puritate, cunoscând raportul de mase al componentelor,

NH4NO3:CaCO3 = 3:2. R.: 1) %55. 3HNOsol

m = 1428,95 kg; 3NHV = 201, 04 m3; 2)

OHm2.

=

641,02 kg; 3) rnitrocalcam. = 1723,2 kg.

21. Se fabrică uree, cu utilizarea unui amestec NH3 : CO2 = 4 : 1 (molar). Să se

stabilească volumele (c.n.) de NH3 şi CO2, necesare obţinerii a 3,6 t uree cu 46% N,

dacă randamentul de transformare al gazelor de sinteză este de 80%. R.: 2COV = 1656

m3; 3NHV = 6623,96 m3.

22. Calculaţi bilanţul de materiale a procesului de sinteză a ureei (obţinerea

topiturii), care se realizează la P = 200 atm, la 2000C. Dacă: pentru sinteză se

utilizează gaz în care concentraţia de masă a CO2 constituie 96%; excesul de amoniac

faţă de necesarul stoechiometric constituie 125%; gradul de transformare a


81

carbamatului de amoniu în uree – 70%; pierderile de uree la distilare şi concentrare

constituie 7%.

23. Se tratează 800 kg fluoroapatită având un conţinut de 34,84% P2O5, cu acid

fosforic 69% H3PO4, în scopul preparării superfosfatului concentrat. Acidul fosforic

se utilizează în exces de 10% faţă de cantitatea stoechiometrică. O parte din exces

fiind consumată de substanţele însoţitoare din minereu (CaCO3, Al2O3, Fe2O3 etc.). În

urma tratării fluoroapatitei, se mai degajă şi 1,018 m3 (c.n.) CO2. Calculaţi: 1)

concentraţia procentuală a Ca5(PO4)3F şi CaCO3 în fluoroapatită; 2) cantitatea de

soluţie 69% H3PO4 utilizată.

24. O cantitate de 1200 kg superfosfat concentrat, având un conţinut de 48%

P2O5 şi 4% H3PO4 liber se supune amonizei (tratare cu NH3) în scopul îmbunătăţirii

calităţii îngrășământului; respectiv prin corectarea acidităţii libere a acestuia. Operaţia

se desfăşoară după următoarele reacţii:

Ca(H2PO4)2·H2O + NH3 CaHPO4 + NH4H2PO4 + H2O

H3PO4 + NH3 NH4H2PO4

Se cere: 1) cantitatea de soluţie 25% NH3 consumată; 2) conţinutul procentual de

CaHPO4 şi NH4H2PO4 în masa de superfosfat amonizată care rezultă; 3) valoarea

nutritivă a acestui îngrășământ după evaporarea apei încărcată cu soluţia de 25% NH3.

R.: 1) %25. 3NHsol

m =309,15 kg; 2) % NH4H2PO4=34,64; %CaHPO4= 36,56; 3) %P2O5 =

47,82; % N = 4,98.

25. Pentru desăvârşrea procesului de obţinere a superfosfatului simplu, se trimit

la depozit 1919 kg superfosfat cu următoarea compoziţie (% mas): Ca(H2PO4)2 –

9,65%; H3PO4 liber – 16,5%; CaSO4 – 50,3%; apatită nedescompusă – 7,3%;

umiditate higroscopică – 12,6%; impurităţi – 3,65%. În timpul depozitării, se elimină

2% din umiditatea higroscopică, iar conţinutul de P2O5 se micşorează până la 7,5%.

Stabiliţi conţinutul de P2O5 asimilabil din îngrășământ după maturizare. R.: 12,25%

P2O5 .


82

26. În procesul de fabricare a superfosfatului simplu prin atacul acid al

fosforitelor, au loc următoarele reacţii:

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + H2O Ca(H2PO4)2·H2O + 2CaSO4

CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O

R2O3 + 3H2SO4 R2 (SO4)3 + 3H2O R = Al, Fe

Să se determine excesul de soluţie 67% H2SO4 faţă de norma stoechiometrică,

dacă se prelucrează o tonă de fosforite, având compoziţia (% mas): 30,1% P2O5; 6,0%

CO2; 1,16% Al2O3; 0,93% Fe2O3. R.: 44% exces soluţie 67% H2SO4 .

Capitolul III. Tehnologia materialelor de construcţie

1. Se consideră pentru obţinerea varului un calcar impurificat cu 5% MgCO3,

restul fiind CaCO3. Ca urmare, varul obţinut va fi impurificat cu oxid de magneziu. Se

cere să se determine gradul de impurificare cu MgO al varului rezultat. R.: % MgO =

4,3%.

2. Determinaţi gradul de descompunere a calcarului, dacă varul rezultat are

următoarea compoziţie chimică: 87% CaO; 8% CaCO3 şi 5% impurităţi. R.: 3CaCO =

95,1%.

3. Se consideră un calcar cu conţinutul de 93% CaCO3, restul fiind impurităţi a

căror pierdere la calcinare este de 23,3%. Prin calcinare, la 10000C, se obţine var, în

care impurităţile din calcar, ca urmare a pierderilor la calcinare, apar sub formă de

oxizi. Să se determine conţinutul procentual în CaO al varului obţinut. R.: %CaO =

90,65.

4. În cuptorul de ardere se alimentează un calcar cu următoarea compoziţie

chimică (% mas): 90% CaCO3; 5,5% MgCO3 şi 4,5% alumosilicaţi. Cocsul utilizat în

calitate de agent termic conţine 87,5 % C şi 12,5 % cenuşă. Consumul de combustibil

constituie 6,5 kg cocs/100 kg calcar. Calculaţi gradul de puritate a varului obţinut. R.:

%CaO = 86,4.


83

5. Într-un cuptor de ardere a calcarului se încarcă: 1) 2000 kg calcar cu

compoziţia: 94% CaCO3; 0,21% MgCO3; 0,06% apă şi restul impurităţi stabile la

temperatura procesului (CaSO4, SiO2, oxizi de forma R2O3 etc.); 2) 168 kg cocs cu

4% impurităţi, a căror masă scade la jumătate sub acţiunea temperaturii. Randamentul

de transformare al CaCO3 este de 98%, în timp ce MgCO3 se descompune complet. În

timpul procesului se trec 1680 m3 (c.n.) aer prin cuptor. Carbonul din cocs se

transformă 99% în CO2 şi restul în CO. Se cere puritatea varului obţinut şi volumul de

oxigen nevalorificat din aerul trecut prin cuptor. R.: %CaO = 86,75; V(O2)nevalor .=

53,25 m3.

6. Se dispune de următoarele materii: sodă cu o puritate de 93,08%, calcar –

90,05% şi nisip – 99%. Se cer cantităţile de materii prime pentru obţinerea a 1 tonă

sticlă obişnuită, ţinând cont de faptul că pierderile de oxizi alcalini ca urmare a

volatilizării constituie 3,2%.

7. Să se determine cantităţile de nisip, calcar şi sodă necesare pentru obţinerea

unei sticle cu următoarea compoziţie chimică (% de mas.): SiO2 = 74%, CaO = 14%,

Na2O = 12%. Puritatea calcarului este de 90%. Pierderile de masă ale materiilor

alcaline constituie 5%.

Capitolul IV. Coroziunea şi metode de protecţie a metalelor

1. Să se afle timpul necesar coroziunii unei cantităţi de 0,0232 g dintr-o plăcuţă

de zinc, în soluţie de 10% H2SO4, dacă intensitatea curentului de dizolvare anodică

este Ia = 0,25 A. Să se scrie şi reacţiile procesului anodic şi catodic de coroziune. R.: t

= 4,66 min.

2. Să se calculeze viteza de coroziune în mediu de 1 N HCl pentru o plăcuţă de

fier, cu suprafaţa totală de 30 cm2, dacă intensitatea curentului de dizolvare anodică

este de Ia = 0,32 A. R.: corV = 7 4,286 g/m2·h.

3. Pentru o plăcuţă de aluminiu supusă coroziunii în soluţie de 1N HNO3, timp

de 10 min s-a determinat viteza de coroziune de 42 g/m2·h. Să se calculeze suprafaţa


84

plăcuţei ştiind că prin coroziune s-au pierdut 0,0234 g. Scrieţi reacţiile care au loc la

cei doi electrozi. R.: S = 0,0033 m2

4. Pentru alierea oţelului, este necesar a introduce în topitură titan, astfel ca

concentraţia procentuală să constituie 0,12%. Ca masă de aliaj fierotitan, este necesar

a adăuga la topitura de oţel cu masa 500 kg, dacă concentraţiile procentuale ale

metalelor în fierotitan constituie: titan – 30%; fier – 70%. R.: kgm fieroti 2tan

5. Aliajul fieromangan conţine: Mn – 75%, Fe – 17 %, C – 6%, Si – 2%. Ce

masă de fieromangan trebuie adăugată la oţelul cu masa de o tonă, pentru ca

concentraţia procentuală a manganului să constituie 2%? A se ţine cont, că carbonul şi

siliciul, cuprinşi în fieromangan, la topirea oţelului se elimină. R.: kgm nfieromanga 34,27

6. Aliajul fierovanadiu conţine: Fe – 55% şi V – 45%. Ca masă de fierovanadiu

trebuie adăugată la oţelul cu masa de 200 kg, pentru a mări conţinutul vanadiului de la

0,4% până la 1,2%? R.: kgm iufierovanad 65,3

Capitolul V. Procese electrochimice

1. Se supune electrolizei 600 kg soluţie HCl 32%. La anod se colectează 100 kg

clor umed, care conţine 4,2% vapori de apă (antrenaţi din masă). Calculaţi cantitatea

de hidrogen umed format, cu 2% vapori de apă (antrenaţi din masă) şi concentraţia

soluţiei reziduale de HCl, rămasă în electrolizor. R.: kgm umedH 75,22

; %8,18HCl

2. Se supun electrolizei, într-o celulă cu diafragmă, 0,5 m3 soluţie clorură de

sodiu de concentraţie 310 g/l NaCl. La întreruperea operaţiei, soluţia conţine 120 g/l

NaOH şi are un volum cu 25% mai mic decât soluţia iniţială supusă electrolizei.

Calculaţi: 1) Concentraţia în g/l a NaCl rămasă nereacţionată. 2) Volumul (c.n.)

produşilor degajaţi la electrozi. 3) Durata electrolizei, dacă s-a folosit un curent de

1200 A, iar randamentul de curent a fost de 91,78%. R.: 1) lgCNaCl /83,237 ; 2)

3

.... 6,1222

mVV ncHncCl ; 3) h38,27


85

3. Clorul umed care iese din celulele de electroliză conţine vapori de apă şi

pentru a evita acţiunea corosivă a acestuia se usucă în contracurent, în turnuri stropite

cu acid sulfuric concentrat. Cunoscând că se prelucrează în acest scop 100 kg clor

gazos umed, care are un conţinut de 42 g vapori de apă/kg, se cere: 1) care va fi masa

clorului gazos uscat obţinut, care mai conţine doar 0,5% vapori de apă? 2) masa

acidului sulfuric de 94% H2SO4 necesar uscării cerute, dacă concentraţia lui este

permis să ajungă la minimum 80% H2SO4? R.: kgm uscatCl 85,952

; kgm SOHsol 7,2342%94.


86

BIBLIOGRAFIE

1. Mihăilă Gh., Bîlba N., Tehnologie chimică generală, ed. “Univ. Al. I. Cuza”, Iaşi,

1995.

2. Firoiu C., Tehnologia proceselor electrochimice, ed. Diadctică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1983.

3. Gorodeţchii Iu., Duca Gh., Siminiceanu I., Lucrări de laborator la cursul de

“Tehnologie chimică”, 1994.

4. Calistru C., Leonte C., Hagiu C. ş.a, Tehnologia îngrăşămintelor minerale, ed.

Tehnică, Bucureşti, 1984.

5. Cioara A., Caluser S., Chimia silicaţilor şi analize tehnice, ed. Diadctică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1992.

6. Тихвинская М.Ю., Волынский В.Е., Практикум по химической технологии,

Просвещение, Москва 1984.

7. Практикум по прикладной электрохимии, изд-во Калинингр. ун-та,

Калининград, 2000.

8. Михайлова Е.А, Лобойко А.Я. и др., Свойства, область применения и

способы производства химически осаждённого карбоната кальция, în Вопросы

химии и химической технологии, 2004, № 1, с. 81-84.

9. Игнатенков В.И., Бесков В.С., Примеры и задачи по общей химической

технологии, ИКЦ «Академкнига», Москва, 2005.

10. Urseanu F., Tărăbăşanu-Mihăilă C., Bogza G., Probleme de chimie şi tehnologie

chimică, ed. Tehnică, Bucureşti, 1978.

tehnologie chimicĂ anorganicĂ -...

Documents