Pirita, FeS2, Ocorre naturalmente com uma pureza de 93,6%. Quantos kg de enxofre estão presentes em 1 t deste minério. Se a pirita é completamente oxidada a Fe2O3 e SO2, quais são as as quantidades desses produtos por t de pirita?
a) A quantidade de ar necessário em kg?
Respostas
Resposta: 1 t de pirita com pureza de 93,6% tem aproximadamente 500 kg de S(enxôfre)
Na oxidação de 1 t de pirita a Fe2O3 e SO2 temos:
0,67 t de Fe2O3 / t de FeS2
1,07 t de SO2 / 1 t de FeS2
A quentidade de ar necessário para a combustão de 1 t de pirita com 93,6% de pureza, considerando o ar a 20 oC e 1 atm, sua densidade a essa temperatura 1,2 kg/m3 e o teor volumétrico de O2 no ar de 20% é de 281 kg de ar
Explicação:
Vamos usar nos cálculos as massas atômicas: Fe = 56u, O = 16u e S = 32u
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Cálculo da quantidade de S presente em 1 t de minério
Na amostra de 1 ton de pirita temos 93,6% de FeS2 ou seja em 1 t (1000 kg) de amostra temos 0,936 t (936 kg) de FeS2. Então
FeS2 = 1 x 56 + 2 x 32 = 56 + 64 = 120 g/mol
S2 = 2 x 32 = 64 g
Relacionando a pirita com o enxôfre temos
FeS2 ============S2
120 kg 64 kg
936 kg m
m = 936 x 64 / 120 = 499,2 kg ≅ 500 kg
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Processo de oxidação da pirita
A reação de oxidação da pirita balanceada é:
4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2
FeS2 = 1x56+2x32 = 120 g/mol x 4 mol = 480 g
O2 = 2 x 16 = 32 g/mol x 11 mol = 352 g
Fe2O3 = 2x56+3x16 = 160 g/mol x 2 mol = 320 g
SO2 = 1 x 32 + 2 x 16 = 64 g/mol x 8 mol = 512 g
Relacionando FeS2 com Fe2O3
4 FeS2 ============2Fe2O3
480 t 320 t
1 t x
x = 320/480 = 0,67 t de Fe2O3 / t de FeS2
Observe que para obter a razão mássica, é só dividir a massa da substância (Fe2O3 ou SO2) pela massa da pirita . Entretanto cvou registrar o cálculo usando a regra de tres
4 FeS2 =================8 SO2
480 t ================ 512 t
1 t =======================y
y = 512/480 = 1,07 t de SO2 / 1 t de FeS2
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Quantidade de ar em kg para a combustão
Para o cálculo da quantidade de ar em kg é necessário conhecer o teor volumétrico do Oxigênio no ar e a densidade do ar
Vamo considerar:
temperatura de referência 20 oC = 293 K
teor volumétrico do Oxigênio no ar = 20%
densidade do ar = 1,2 kg/m3
Inicialmente vamos calcular o volume de O2 nas CNTP necessário para a combustão de 936 kg de pirita.
Pela reação de combustão temos:
4 FeS2 =========== 11 O2
480 kg 22400 L (nas CNTP)
936 kg ============== V
V(CNTP) = 936 x 22400/480 = 43680 L de O2 nas CNTP
Passando esse volume para as condições ambientes e admitindo que a pressão seja 1 atm temos
V1/T1 = V2/T2 ===>43680/273 = V2/(273+20)
V2 = 293 x 43680/273
Não esquecer que T(K) = toC + 273
V2 = 46880 Litros de Oxigênio à 1 atm e 20 oC
Sabemos que em
100 L de ar temos 20 L de Oxigênio (20% V/V)
Var 46880
Var = 46880 x 100 / 20 = 234400 L de ar
A densidade do ar é 1,2 kg/m3 ou 1,2x10^(-3) kg/L
assim 1,2x10^(-3) = m(ar)/V(ar)
m(ar) = 1,2x10^(-3) x 234400 = 281,2 ≅ 281 kg de ar