CHAPTER 2: DIVERSITY FOR THE INDIVIDUAL AND DEVELOPMENTAL
I. Introduction 9 1
2) Argument from Rationality 95
2.1. Materiales empleados en la obtención del ferromanganeso.
Para llevar a cabo las síntesis se emplearon las siguientes materias primas: • Pirolusita extraída del yacimiento de Margarita de Cambute.
• Virutas de aluminio procedente de la INPUD “1ro de Mayo”.
• Cascarilla de laminación generada en la Empresa Antillana de Acero. • Caliza del yacimiento de Palenque.
Como recipiente de reacción se utilizó un crisol de grafito de 2.2 L de volumen útil y la iniciación del proceso se realizó con un electrodo también de grafito, conectado a una fuente de electricidad de 220 V y 40A.
2.2. Método de síntesis del ferromanganeso.
La pirolusita se tritura y se tamiza según la granulometría deseada (0.2 mm), luego se pesan las cantidades del mineral, aluminio, cascarilla y fundente, se mezclan, se homogenizan durante 45 minutos en un tambor rotatorio y se ponen a secar en una estufa a 200 º C por 1.5 horas. El tamaño de grano de la cascarilla y el fundente fue también de 0.2 mm y el del aluminio menor de 5 mm.
Secada la mezcla, se coloca una pequeña porción de ella en el crisol de grafito y se hace saltar sobre la misma un arco eléctrico empleando un electrodo, también de grafito, para que se inicie la reacción. El resto de la carga se adiciona en pequeñas fracciones debido a que el proceso es muy violento. Después de verificada la reacción se deja enfriar la mezcla fundida en el crisol hasta que solidifique. Por último se separa la escoria de la aleación por inspección visual atendiendo a la apreciable diferencia en la densidad y aspecto físico de ambas.
2.3. Materiales empleados para la caracterización química de la aleación y la escoria.
Se utilizaron los siguientes reactivos, equipos y utensilios en la caracterización química por fluorescencia de rayos X, tanto de la aleación como de la escoria: • n – butilmetacrilato (15%). • Acetona. • Ácido bórico. • Molino de martillo. • Molino de discos. • Tamiz de 0.1 mm.
• Espectrómetro de rayos X Philips PW 2404. • Analizador Leco CS 125.
2.4. Método de caracterización de la escoria y la aleación. Técnica de análisis semicuantitativo.
Se tritura la muestra para obtener un tamaño de grano idóneo para fluorescencia de rayos X (≤ 0.1 mm), tanto para la escoria como para la aleación.
A la muestra ya triturada y tamizada se le adiciona un aglomerante y se mezcla. En este caso se utiliza Elvacite (n – butilmetacrilato al 15 % en acetona).
Luego se pulveriza nuevamente y se prensa a 300 kN de presión para darle forma de pastilla, utilizando como soporte de la misma 6 g de ácido bórico. La pastilla ya terminada queda con 40 mm de diámetro, pero luego de su colocación en el portamuestras son expuestos a radiación solo 27 mm. La muestra se lleva a este último cuidando que no se fragmente la pastilla o se dañe la textura.
El software le hace 10 barridos a la muestra por grupos de elementos, presentando así los espectros por barrido y permitiendo la identificación del elemento y las líneas Kα y Kβ del mismo. (Ver anexo # 8 donde se muestra un ejemplo de espectro de fluorescencia de rayos X)
Luego se le entra a la computadora la orden de cuantificar los resultados y se definen las condiciones del análisis:
• Estado de la muestra (pastilla).
• Tipo de aglomerante (Elvacite) y volumen utilizado de la misma (3,5 mL para el caso de las escorias y 1.8 mL para la aleación).
• Masa de la muestra a analizar (5 g tanto para la aleación como para la escoria).
Se utiliza para la detección de la señal un detector de flujo, por el que fluye
constantemente una mezcla de gas de argón y metano (Ar = 89 – 91 % y CH4 = 9 – 11 %). Además se utiliza en el tubo de rayos X una ventana de rodio.
La calibración del equipo se efectúa con muestras monitores.
Para la determinación del contenido de carbono y azufre en la aleación se utilizó el analizador Leco CS – 225, el cual es un equipo para la determinación de estos elementos en hierro, acero y otros materiales por absorción molecular.
La muestra se quema en un horno de inducción de alta frecuencia en presencia de oxígeno, la concentración de los productos de la combustión se miden por absorción en la región infrarroja del espectro en celdas independientes para cada producto de combustión, en este caso CO2 y SO2. Se emplea como fuente de radiación un alambre de nicrom calentado a 850 º C. Se utiliza el método de calibración con patrones para determinar los elementos.
2.5. Diseño experimental.
Se elaboró un diseño experimental factorial 2k aplicado a mezclas utilizando relaciones. La mezcla a evaluar estaba constituida por cuatro componentes, el
número de relaciones (k) resultó ser 3, por lo que la cantidad de experiencias fue 23 = 8. Se mantuvo como parámetro constante la pirolusita y parámetros variables las proporciones de caliza, cascarilla de laminación y aluminio, siendo las relaciones las que se muestran a continuación:
) Pirolusita ( m ) io min Alu ( m X X Z 4 1 1= = Z XX mm((CascarillaPirolusita)) 4 2 2 = = Z XX mm(Pirolusita(Caliza) ) 4 3 3 = =
El contenido de cascarilla se varió desde el 60 al 100 % de la masa teórica necesaria para que la aleación de ferromanganeso tuviera un 25 % de hierro, el aluminio estuvo comprendido entre el 80 y el 100 % de la masa teórica necesaria para reducir todo el MnO2, SiO2, Fe3O4 y el Fe2O3; el de caliza se varió desde el 5 al 12 % de la masa total de la mezcla.
Los valores de Z1, Z2 y Z3 fueron los siguientes:
Nivel mínimo: Z1 = 0.39 Z2 = 0.13 Z3 = 0.08 Nivel máximo: Z1 = 0.48 Z2 = 0.22 Z3 = 0.23
Se determinaron los valores de X1, X2, X3 y X4, los cuales no son más que las masas de cada uno de los componentes correspondientes a las ocho experiencias, obteniéndose la siguiente matriz del diseño experimental:
Exp. Z1 Z2 Z3 R X1 X2 X3 X4 1. - - - 1.60 240.0 80.0 50.0 630.0 2. + - - 1.69 280.0 80.0 50.0 590.0 3. - + - 1.69 230.0 130.0 50.0 590.0 4. + + - 1.78 270.0 120.0 40.0 570.0 5. - - + 1.75 220.0 70.0 130.0 580.0 6. + - + 1.84 260.0 70.0 130.0 540.0 7. - + + 1.84 210.0 120.0 130.0 540.0 8. + + + 1.93 250.0 110.0 120.0 520.0 Tabla # 2: Matriz del diseño y masa de cada componente para cada una