Wydział: Metale Nieżelazne	Data wykonania ćwiczenia: 25.11.2015
KIERUNEK: Metalurgia	NR ĆWICZENIA: 2
TYTUŁ ĆWICZENIA: Kalcynacja wodorotlenku glinowego Al(OH)3
Grupa: Justyna Juszkiewicz Paulina Piętak Monika Plucik	Data oddania sprawozdania: 20.01.2016
	Data oddania sprawozdania do poprawy:

1. Wstęp teoretyczny.

Kalcynacja polega na wypaleniu wodorotlenku glinowego Al(OH)3 w celu odwodnienia go.

W wyniku kalcynacji otrzymuje się jako produkt końcowy bezwodny tlenek glinowy Al2O3. Proces odbywa się w piecach obrotowych opalanych mazutem lub gazem czadnicowym przy temperaturze 1200 - 1250 [^o C]. Możliwe jest także stosowanie pieców fluidyzacyjnych. Tak wysoka temperatura kalcynacji jest niezbędna, aby otrzymać niehigroskopijny tlenek glinowy, to jest odmianę alfa - Al2O3 (korund), który nie pochłania wilgoci z powietrza, a więc nadaje się do magazynowania jak również do elektrolizy.

Podczas procesu kalcynacji wytwarza się znaczna ilość pyłu unoszonego z pieca z gazami odlotowymi, dlatego piec łączy się z urządzeniami elektrycznego oczyszczania gazów. Wychwycony pył zawraca się do pieca.

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie z etapami kalcynacji (dehydratacji) wodorotlenku glinowego Al(OH)3, w celu otrzymania bezwodnego Al2O3 do procesu elektrolizy.

1. Część eksperymentalna.

Odważamy około 1g wodorotlenku następnie umieszczamy na szalce wagi torsyjnej. Opuszczamy wagę wraz z próbką do przestrzeni grzewczej pieca. Kolejnym etapem jest grzanie pieca i równoczesna rejestracja przez komputer zmiany masy próbki i temperatury w czasie (temperatura próbki zmienia się z szybkością grzania pieca [°C/min]).

Al(OH)₃ = Al₂O₃·3H₂O → Al₂O₃·H₂O → γ-Al₂O₃ → α-Al₂O₃

1. Obliczenia

Tabela 1.Wyniki i obliczenia dla: Al2O3*3H2O = Al2O3*H2O + 2H2O(g)

T	deltaH	deltaS	deltaG	K	Log(K)
C	kJ	J/K	kJ
50	103,715	310,558	3,358	0,287	-0,543
100	102,963	308,405	-12,118	49,7	1,697
150	101,841	305,595	-27,471	2460	3,391
200	100,268	302,091	-42,666	51400	4,711
250	98,187	297,919	-57,669	574000	5,759
300	95,557	293,125	-72,448	4010000	6,603
350	92,338	287,748	-86,972	19500000	7,291
400	88,489	281,814	-101,213	71500000	7,855
450	83,982	275,361	-115,145	208000000	8,318
500	78,79	268,423	-128,741	500000000	8,699
550	72,885	261,027	-141,979	1020000000	9,01
600	66,242	253,197	-154,837	1840000000	9,264
650	58,835	244,951	-167,292	2930000000	9,467

Temperatura inwersji:

y = -0,2854x + 14,888

$T_{i} = \frac{14,888}{0,2854} = 52,16\ \lbrack\rbrack$

Wykres 1. Zależność delty G od temperatury.

Tabela 2. Wyniki i obliczenia dla: Al2O3*H2O=Al2O3+H2O(g)

T	deltaH	deltaS	deltaG	K	Log(K)
C	kJ	J/K	kJ
150	82,069	169,92	10,167	0,0556	-0,543
200	81,859	169,455	1,681	0,652	1,697
250	81,481	168,698	-6,774	4,75	3,391
300	80,951	167,733	-15,185	24,2	4,711
350	80,288	166,625	-23,545	94,1	5,759
400	79,508	165,422	-31,846	296	6,603
450	78,632	164,168	-40,086	787	7,291
500	77,685	162,902	-48,263	1820	7,855
550	76,685	161,649	-56,376	3780	8,318
600	75,636	160,412	-64,428	7160	8,699
650	74,554	159,207	-72,418	12500	9,01
700	73,461	158,054	-80,349	20600	9,264
750	72,377	156,967	-88,225	32000	9,467
800	71,322	155,961	-96,047	47400	-0,543
850	70,32	155,048	-103,822	67400	1,697
900	69,391	154,238	-111,554	92800	3,391

Temperatura inwersji:

y = -0,1617x + 33,295

$$T_{i} = \frac{33,295}{0,1617} = 205,90\ \lbrack\rbrack$$

Wykres 2. Zależność delty G od temperatury.

Wykres 3. Zalezności ∆m=f(T) i Δm=f(t)

Z powyższego wykresu możemy odczytać temperatury przemian które wynoszą:

- dla przemiany pierwszej 260 ℃

- dla przemiany drugiej 525 ℃

Δm₁ = 0,767-0,575 = 0,192 g

Δm₂ = 0,575-0,505 = 0,070 g

Obliczenie utraty wody w poszczególnych procesach:

m0 = 0,764g

Utrata wody w pierwszym etapie

mH2O = 0,764-0,194 = 0,570 g

Utrata wody w drugim etapie

m(1)H2O = 0,575- 0,505 = 0,070 g

Łączna masa wody wydzielona w procesie

mH2O+ m(1)H2O=0,64g

Ilość straty wody wyrażona w molach (całkowita)

18 g------1mol

0,64 g-----x

x = 0,0356 mol

strata wody w I etapie

0,0356 mol------0,64g

x mol------0,57g

x=0,0317mol

strata wody w II etap

0,0356mol-0,0317mol=0,0039mol

Szybkośc V dehydratacji wodorotlenku jest największa w zakresie temperatury od 240 – 448  . Obliczona została w następujący sposób:

$$V = - \frac{\text{dm}}{\text{dt}} \cong - \frac{m}{t} = - \frac{0,283}{30} = - 0,0094\ \lbrack\frac{\text{mg}}{\min}\rbrack$$

1. Wnioski