Cálculos: Ejercicio 3

Queremos saber la fórmula unitaria del basalto para poder utilizarlo en un vidriado que realizaremos en atmósfera oxidante. Para obtener basalto compramos un fertilizante de harina de roca, que se compone de basalto junto a ciertos compuestos orgánicos. En el envase del fertilizante nos dan su composición en forma de análisis porcentual de óxidos. Esta composición es la siguiente:

38.72%  SiO2,   1.60%  TiO2, 12.00%  Al2O3,   3.20%  Fe2O3,   7.20%  FeO,   0.16%  MnO,   5.60%  MgO,  8.00%  CaO,   2.40%  Na2O,   0.80%  K2O,   0.32%  P2O5

siendo el 20% restante de la composición materia orgánica.

Para hacer la fórmula unitaria a partir de los porcentajes de peso hacemos una tabla de conversión, un poco distinta a la empleada cuando partimos de materias primas. 

En esta ocasión, ponemos en la primera columna los óxidos que intervienen. En la segunda columna sus porcentajes de peso. 

En la fórmula unitaria y en el análisis porcentual todo son óxidos ya que reflejan la composición después de la cocción, por lo que las materias orgánicas y otros compuestos que escapan en forma de gases (L.O.I – Loss on Ignition) forman parte de las materias primas y suman en el peso molecular, pero no se reflejan  en la fórmula unitaria.

En la tercera columna de la tabla de conversión ponemos los respectivos pesos moleculares de cada óxido.

La cuarta columna mostrará los mol de cada óxido que serán el resultado de dividir los porcentajes (de la columna 2) entre los pesos moleculares (de la columna 3), según se desprende de la regla de tres siguiente:

1 mol de algo ———–pesa el PM

                     x mol de algo———–pesa el porcentaje de 100

Si bien lo que obtenemos en esa cuarta columna de la tabla es ya una composición molecular, debemos ajustar los resultados para que la suma de RO+R2O sea 1. Por ello calculamos los mol de R2O+RO (columna 5) y dividimos todas las cifras de moles entre esa cifra, obteniendo así los mol ajustados (columna 6).

Por último, en la columna 7 de la tabla calculamos el peso en gramos de cada óxido para poder calcular el peso molecular del basalto contenido en el fertilizante.

1234567
Óxido%P.M.MolRO+R2OMoles ajustados para RO+R2O=1PM x Mol ajustados para RO+R2O=1
SiO238,7260,10,640,331,94116,6
Al2O312 101,90,120,330,3636,7
TiO21,6 79,90,020,330,064,8
Fe2O33,2 159,70,020,330,069,6
FeO7,271,90,100,330,3021,6
CaO856,10,140,330,4223,6
MgO5,640,30,140,330,4216,9
Na2O2,462,00,040,330,127,4
K2O0,894,20,010,330,043,8
MnO0,1671despreciable
P2O50,32142despreciable
LOI20
PM del basalto calcinado (sin LOI)241

Cuando hacemos los cálculos comprobamos que las cantidades de P2O5 y MnO son realmente despreciables ya que representan milésimas de mol. 

El FeO es un óxido muy fundente pero, como vamos a emplear el basalto en oxidación, suponemos que gran parte de este óxido se oxidará y pasará a ser Fe2O3. Por tanto no consideramos que el FeO forme parte de los fundentes cuando calculamos la suma R2O+RO:  

R2O+RO = 0,14 (CaO) + 0,14 (MgO) + 0,04 (Na2O) + 0,01 (K2O) = 0,33

Los valores de la columna 6 son el resultado de dividir todas las cantidades de moles por 0,41 y son, por tanto, los valores que aparecen en la fórmula unitaria de nuestra harina de roca, que es la siguiente:

0,12 Na2O
0,04 K2O
0,42 CaO
0,42 MgO
0,36 Al2O3
0,21 Fe2O3
1,94 SiO2
0,06 TiO2

Los 0,21 mol de Fe2O3 son la suma de 0,06 mol de Fe2O3 y 0,15 mol de FeO, ya que se necesitan 2FeO para conseguir 1 Fe2O3 (por eso 0,21 mol de Fe2O3 = 0,06 mol de Fe2O3 + 0,3/2 mol de FeO).

El peso molecular del basalto calcinado, es decir, después de haber perdido todo el L.O.I. es de 241. 

Pero si vamos a emplear nuestra harina de roca como una materia prima para realizar vidriados, necesitamos saber el peso molecular incluyendo el LOI. Por eso hacemos la siguiente regla de tres:

241  gr ————–80% 

x   ———————-100%

De donde obtenemos que el peso molecular de nuestro basalto como materia prima es 301,25

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