ELECTRODEPSICION DEL ZINC

Electrodeposicin del ZincFacultad de Ingeniera Metalrgica y de MaterialesElectrometalurgia

Catedrtico: Ing. Luis Antonio Pacheco Acero

Ciudad Universitaria, Agosto 01 de 2011CONTENIDOPresentacin.Resea Histrica.Minerales de zinc.Diagrama de flujo para la obtencin del Zinc.Concentracin de Minerales de Zinc.Tostacin.Lixiviacin.Filtracin. Purificacin.Electrlisis.Usos del zinc.anexos

OBJETIVO DE LA ELECTROPOSICION DEL ZINCPresentacin La Electrodeposicin del Zinc es uno de los mtodos mas utilizados para la obtencin del Zinc Metlico. Utiliza el principio de la electroqumica. El potencial de reduccin del Zinc es mas negativo que el hidrogeno. La electrodeposicin del Zinc es posible gracias ala elevada sobretensin del hidrogeno sobre el zinc la cual se incrementa al aumentar la densidad de corriente.Este principio hace que se pueda recuperar el zinc por el mtodo de la electrodeposicin, teniendo en cuenta los pasos, a seguir: concentracin, tostacin, lixiviacin, filtracin, purificacin, electrolisis. Dando mayor nfasis en la purificacin de la solucin.El uso que se da al zinc es diverso, el mas importante es para la proteccin contra la corrosin.El zinc es protagonista de la minera nacional. RESEA HISTORICA DEL ZINC En el ao 1881 Len Ltrange en Francia patenta la produccin comercial de cinc por hidrometalurgia y su recuperacin por electrlisis, sumndose a ello otros investigadores con diversos mtodos, empleando sulfatos cloruros y soluciones alcalinas como disolvente y electrolito.La CIA. Anaconda Copper Mining Company, fue la primera que llevo acabo con xito la obtencin del cinc electroltico, obteniendo un cinc de alta pureza. Estados Unidos es el primer productor y consumidor de cinc en la actualidad, las fundiciones de cinc ubicadas estratgicamente cercanas a los yacimientos de combustibles y del suministro barato de energa elctrica, este ultimo tomando una importancia de relevancia debido a la demanda del mercado del latn que exige un cinc con 99,99 % de pureza.MINERALES DE ZINCMinerales sulfurados: Blenda (ZnS): Blenda amarilla: Contenido en Zn muy elevado. Blenda negra: Contenido en Zn variable (30-60%). Impurezas de Fe, Mn, Pb, As y Sb. Contenido en Ag escaso. Blenda mixta (blenda + galena): Calcinacin a la salida de la mina. Contenido en plomo elevado (5-15%). Acompaadas a menudo de piritas de hierro y cobre. Contenido en Ag variable.Minerales carbonatados y silicatados: Calaminas. Calamina noble o smithsonita (ZnCO3): Calcinacin a la salida de la mina. Contenidos de hasta 50% de Zn. Impurezas de Fe, Mn, Ca, Mg, Pb, Si, As, Sb y Cu. Calamina verdadera (ZnSiO3): Contenidos de hasta 50% de Zn. Sin inters industrial.Otros minerales: Franklinita: ZnMnO.Fe2O3. Leberblenda: 4ZnS.ZnO.DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA OBTENCIN DEL ZINCFundicin

Valoracin del contenido de hierro 5mg/l (listo Para la filtracin).Ensayo de velocidad de filtracin 140 150 cc/minuto (listo para la filtracin)Minerales de zincConcentracin por: flotacin diferencialConcentrado de ZnSTostacin: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2Calcina (ZnO)Lixiviacin simple: ZnO(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2O(l)Tanques Pachuca.Solucin de ZnSO4 con otros sulfatos de Cd, Cu, Pb, Fe, etc.Precipitacin del FeSO4 como Fe(OH)3 con MnO2:2FeSO4 + 2H2SO4 + MnO2 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + H2O Fe2(SO4)3 + 3ZnO + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3ZnSO4Solucin de ZnSO4 con impurezas principalmente Fe(OH)3Filtracin: Eliminacin del Fe(OH)3 y otras impurezasSolucin semi - limpia.Anlisis de Cu-Cd 0.5 mg / l o menos (listo para la purificacin)Purificacin de los elementos con polvo de zinc,(90% de zinc metlico)FeSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Fe(s)CuSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Cu(s)CdSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Cd(s)Solucin limpia de ZnSO4 lista para la electrolisisSolucin gastada de H2SO4Ctodos de zinc 99.995%CONCENTRACIN DE MINERALES 1.1 Flotacin del cinc: La separacin por flotacin se basa en la capacidad que muestran distintas superficies de minerales al ser mojadas por el agua. La mojabilidad de una superficie esta determinada por los valores relativos de las energas interfaciales. El proceso de flotacin puede llegar a ser muy selectivo. As en una mena compleja de sulfuros puede aplicarse la flotacin para dar un concentrado mixto, el cual es una mezcla de los distintos minerales sulfurosos, o puede tratarse dicha mena para producir diferentes concentrados de flotacin, cada uno de los cuales tendr principalmente un mineral como la Galena (PbS), Calcopirita (CuFeS2), Esfalerita (ZnS) y Pirita (FeS2). Este procedimiento se denomina Flotacin Selectiva. Flotacin selectivaCeldas agotativasSe agrega la cal para deprimir el la pirita y sulfato de cobre para activar el zinc.Minerales sulfurososGalena PbScalcopirita CuFeS2Esfalerita ZnSPirita FeScalCeldas desbastadoresCeldas limpiadorasXANTATOSReduccin del Pb con KCrO4 a 40 CCc. de CucolasCc. De PbCc. De ZnAqu se le aade cido sulfrico para bajar el pH hasta 7 y para flotar la pirita y separarlo totalmente de la gangaGanga Concentrados de plomo y cobre concentrado bulkTOSTACINa.-TOSTACION DE LA MENAS DEL CINC PARA EL PROCESO DE DESTILACION La tostacin de las menas de cinc (sulfuro de cinc ZnS), se tuestan para eliminar todo el azufre ya que provocar la perdida de una cantidad de cinc del doble de ella. Se tuesta para obtener el oxido de cinc y eliminar el SO2 y la humedad, el SO2 que proviene del sulfuro, tendera a oxidar el vapor de cinc o a consumir grandes cantidades de agente reductores en la retorta.2ZnS + 3O22SO2 + 2ZnOZnS + 2O2ZnSO4

FERRITA DE ZINCCuando la temperatura de tostacin es demasiado elevada, el oxido de cinc se combina con el oxido frrico, formando ferrita de cinc (ZnO.Fe2O3)

La ferrita no suele ser disuelta por cido sulfrico diluido; la formacin de ferrita a partir de sus componentes se inicia justamente por encima de 700C, y por consiguiente para evitar la formacin de este compuesto, es necesario mantener la tostacin a temperatura menor de 700C, evitando la formacin de este compuesto.

H2SO4 DILUIDO 30% ZnO.Fe2O3Fe3O4Propiedades magnticasTemperatura menor a 700 CSe forma por el exceso de hierro en el concentrado

FERRITA DE CINC ZnO.Fe2O3TOSTACION DE LAS MENAS DE CINC PARA EL PROCESO DE ELECTROLISISTiene como finalidad de efectuar la conversin de sulfuro de cinc en xidos y sulfatos de cinc y que este ultimo no exceda en un 2% para evitar la formacin de cido.El porcentaje de hierro determina la formacin de ferrita, otros factores sern la temperatura y el tiempo de tostacin. Por lo tanto se recomienda trabajar a una temperatura menor de 700 C, teniendo en cuenta el contenido de plomo debemos tener cuidado ya que este se fundir y formara una pelcula encima de las partculas de cinc y este no permitir la tostacin a fondo de los sulfuros de cinc en este proceso se eliminan As y Sb por volatilizacin. Parte del Cu se combina con el hierro para formar una ferrita insoluble en cido diluido. LIXIVIACIONLa primera finalidad de la lixiviacin es la de disolver el oxido y restos de sulfato de zinc contenidos en la calcina con un disolvente que es el cido sulfrico procedente de las cubas electrolticas. Desgraciadamente, el hierro, el arsnico, el antimonio, el silicio, el aluminio, el cobre, el cadmio y los otros metales tambin se disuelven y deben separarse antes que la disolucin se someta a electrolisis.Las impurezas mencionadas se separan como parte de la operacin de lixiviacin, neutralizando el cido sulfrico y precipitndolas como hidrxido y sulfato frrico. Para ello se emplea producto calcinado pero, la operacin debe realizarse con cuidado ya que de no ser as se tendr una elevada perdida de cinc en el residuo (como xido).

Si el producto calcinado no contiene la suficiente cantidad de hierro soluble, se procede a la adicin de este con dixido de manganeso con el objeto de oxidar el hierro ferroso, las reacciones son las siguientes:

2FeSO4 + 2H2SO4 + MnO2 Fe(SO4)3 + MnSO4 + 2H2O Fe(SO4)3 + 3ZnO + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3ZnSO4

De esto se deduce que todo el cido sulfrico combinado con el hierro, se utiliza eventualmente para disolver el oxido de zinc y que el hierro se precipite como hidrxido frrico, que absorbe al arsnico, al antimonio combinndose con ellas para formar sales insolubles separndose de los elementos de la disolucin.

COMPARACIONES DE LIXIVIACIONES CONTINUAS Y DISCONTINUASAun cuando el sistema continuo se adapta a las grandes instalaciones, donde la carga y la naturaleza (ley de mineral) son factores que determinan las variaciones de los contaminantes que posteriormente determinan los pasos de purificacin, hacindolos mas complicados y menos eficiente, afectando el rendimiento que contaminan el zinc depositado. En el sistema discontinuo, el operador puede controlar todos los depsitos, rigindose a un anlisis qumico que pone de manifiesto un limites de impurezas permisibles, recuperando as una porcin mayor de zinc de la calcina con menos contaminantes.El consumo de aire es mayor en el sistema continuo, ya que es necesario mantener la agitacin en todos los depsitos durante la totalidad de las 24 horas, evitando la sedimentacin y el atascamiento de los sustentadores de aire.En el proceso discontinuo se vaca en su totalidad cada depsito al final de cada perodo de lixiviacin, el aire se emplea solo en este perodo, por otra parte, los gastos operativos y de reparacin son bajos respecto al sistema continuo, siendo la capacidad por tanque mucho mayor. Desde 1935 crece el empleo del sistema discontinuo. debido al manejo y exigencias industriales, que se suscitan para obtener un cinc cada vez mas puro con necesarias condiciones de control, mas flexibles que el proceso continuo.

FILTRACION Por esta operacin de filtracin, se separa los ZnSO4 de las materias insolubles, que constituyen el residuo de lixiviacin. La filtracin se lleva ha efecto en una batera de filtros, los que son filtros rotatorios de 5 ft de dimetro interior y de 40 ft de largo (dependiendo de la instalacin y la capacidad a tratarse). La solucin filtrada se descarga por la parte central del filtro y es enviada a los tanques de sedimentacin y almacenaje, el residuo luego de ser lavado para extraerle el mximo posible sulfato de zinc, se descarga por la parte posterior de los filtros para ser enviados al circuito de tratamiento de residuos. La filtracin se facilita con la inyeccin de vapor para mantener la solucin caliente y de aire para tener cierta presin en el interior del filtro.

FILTRACINTRATAMIENTOS DE LODOS (materia insoluble)ZnSO4 (LIMPIO) y es enviada a los tanques de sedimentacin LONA PAPEL DE FILTROARENA Datos de la lixiviacin y filtracin: Extraccin de la lixiviacin (base Zn total) 84.5% Extraccin de la lixiviacin (base ZnSO4) 96.3% H2SO4 usado 60,70 kg /TM de Zn producido Bixido de manganeso usado 5,2 kg/TM de calcina

El residuo de lixiviacin, contiene junto con los elementos insolubles determinado porcentaje de oxido de zinc y sulfato de zinc, adems del zinc que forma las ferritas de zinc. El mayor problema durante la filtracin, es evitar las perdidas de zinc soluble en agua, debido a la deficiencia en el lavado o la dificultad de hacerlas correctamente. El residuo es un precipitado gelatinoso de hierro, almina y slice, difcil de lavar, el lavado se hace por dilucin, por reemplazo o una combinacin de los dos, que son los ms satisfactorios.PurificacinPurificacin de los elementos con polvo de zinc (90% de zinc metlico):FeSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Fe(s)CuSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Cu(s)CdSO4(aq) + Zn(s) = ZnSO4(aq) + Cd(s)

Efecto de las impurezasMn Al Na K MgVoltaje de descomposicinmayor que el ZnSO4 (2.53 V)No tienen efecto en la electrodeposicin, pero si afecta a la conductancia del electrolito.Pb, Cd El sobrevoltaje esta por encima de 0.65 VImpurifican el deposito se depositan junto con el zinc.Fe, Co, NiSu voltaje de descomposicin esta por encima del cido sulfrico.Por lo tanto no se deposita con el zinc. Producen bajadas locales del sobrevoltaje de hidrogeno y manchas como quemaduras en el zinc depositado.

Se depositan y se disuelven otra vez son solubles en el cido Ni, Co es uno de lo elementos mas perjudiciales se tolera hasta 0.1 mg / l Produce huecos grandes en el ctodo.

NiCu, As, Sb, Ge y Te ocasionando gran desprendimiento de H2. MUY PERJUDICIAL, siendo imposible la electrolisis del zinc, en presencia de estos. CTODO DE ZINCNiH2Mn esta en forma de sulfato luego se convierte en MnO2 que una parte se adhiere al nodo y otra cae al fondo esta da una coloracin violeta lo cual indica una buena electrode3posicin del zinc. ELECTROLISIS DE SOLUCIONES DE SULFATO DE ZINC

Los potenciales de reduccin en soluciones acuosas a 25 C del agua y la solucin de sulfato son:H2O / H+, O2 -1.229 VZnSO4 / Zn, SO4-- -2.25 V Pareciera que no se depositara el zinc en el ctodo, pero gracias a una sobretensin del H2 se logra la deposicin del zinc. El incremento de la densidad de corriente ayuda el incremento de esta sobretensin, disminuye con las impurezas como el Co, Cu, Sb, por lo que debemos tener el electrolito puro.ELECTROLISIS DE SOLUCIONES DE SULFATO DE ZINCZn++Zn++Zn++Zn++Zn++SO4--SO4--Zn++Zn++Zn++SO4--SO4--SO4--SO4--SO4--H+H+H+H+H+H+H+H+Ctodo de Alnodo de Pb-AgCelda ElectrolticaGenerador de corriente directa+-4OH- = 2H2O(l) + 4e- + O2(g)OH-OH-OH-OH-OH-e-e-2Zn++ + 4e- = 2Zn(s)Elementos para la electrodeposicin del zincCelda Electroltica circulacin de electrodos por gravedad son de concreto forrados interiormente con una aleacin de Pb, Te, Cu, con el objeto de dar mayor dureza y rigidez al plomo. Generador de corriente directa+-e-e-Ctodos planchas de Al de alto grado de purezanodos de aleacin de Pb Ag. que estan en forma de rejilla mas pequeos para disminuir el peso y la densidad de corriente Separadores de plstico para evitar el corto circuito.Conductores elctricos de CuElectrolitoTemperatura aprox. 35 C el enfriamiento del electrolito se efecta mediante torres de enfriamiento de tiro forzado. PRODUCTOS DE ZINC

EL ZINC PROTEJE LA CORROSIN

COMERCIALIZACION DEL ZINC