Cinética de cloración del RuO2 con Cl2 gaseoso entre 725ºC y 850ºC

Abstract

Empleando métodos de separación basados en la cloración selectiva es posible separar elementos valiosos, tales como metales y tierras raras, a partir de minerales y/o residuos sólidos. En el presente trabajo se estudia la reacción de cloración del óxido de rutenio. Este elemento se encuentra entre los productos de fisión nuclear y también forma parte de los llamados residuos electrónicos y de numerosos catalizadores en la industria química. El estudio de la reacción de cloración del óxido de rutenio permitirá analizar en qué condiciones es posible aplicar cloración gaseosa para la recuperación de rutenio. En la literatura no se encuentran estudios sistemáticos sobre la cinética o mecanismo químico de cloración del óxido de rutenio. En el presente estudio, se realizó un análisis termodinámico de las posibles vías de reacción, se identificaron los productos por técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Difracción de Rayos X (DRX) se establecieron las condiciones experimentales adecuadas para la obtención de α-RuCl3 estable por cloración de RuO2 y posterior calentamiento en Cl2. Se determinó la temperatura de inicio de la reacción de cloración en 710ºC observándose pérdida de masa debido a la formación de cloruros volátiles. Se analizaron los efectos del caudal gaseoso, la geometría del crisol y la masa de muestra sobre la cinética de la reacción, con el objeto de establecer las condiciones experimentales correspondientes a control químico de reacción. Se estudió el efecto de la temperatura y se determinó la energía de activación aparente de 173 ± 8 kJ.mol-1 para la reacción de cloración.

Employing methods of separation based on selective chlorination is possible to separate valuable components, such as metals and rare earths, from ore and / or solid waste. In this paper we study the chlorination reaction of ruthenium oxide. This element is among the products of nuclear fission, also part of the electronic waste and numerous catalysts in the chemical industry . The study of the chlorination reaction of ruthenium oxide will allow to analyze in which conditions is possible to apply gaseous chlorination to ruthenium recovery. No systematic studies on the kinetics and chemical mechanism of ruthenium oxide chlorination are available in the literature.In the present study, we performed a thermodynamic analysis of possible reaction pathways, the reaction products were identified by electron microscopy techniques (SEM) and X-ray Diffraction (XRD), the experimental conditions for obtaining stable α-RuCl3 by RuO2 chlorination and subsequent heating in Cl2 were established. The starting temperature for the chlorination was determined at 710°C. The observed mass loss is due to the formation of volatile products. We analyzed the effects of gas flow rate, the crucible geometry, and the sample mass on the kinetics of the reaction, in order to establish the corresponding experimental reaction conditions for chemical kinetic control. The effect of temperature was analyzed and an apparent activation energy of 173 ± 8 kJ.mol-1 was obtained for the chlorination reaction.