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Bloque3.Metalurgiadelosmetalesnoférreos3.2MetalurgiadelZinc

MetalurgiaySiderurgia

MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínezDPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES

EstetemasepublicabajoLicencia:CreaMveCommonsBY‐NC‐SA3.0

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/

Bloque3.Metalurgiadelosmetalesnoférreos.3.2MetalurgiadelZinc


MaríaLuisaPaynoHerrera/JesúsSeMénMarquínez

APLICACIONESDELZINC

•  GalvanizaciónogalvanoplasMa,revesMmientodelaceroconcapadeZn

•  PreparacióndealeacionesdebaseZndesMnadasapiezasmoldeadasapresiónoinyectadas.

•  Fabricacióndelatonesybronce•  PinturasanMcorrosivas•  Industriaquímica(piensosdeanimales)yfarmacéuMca(8%fabricacióndepomadas,cremadeprotecciónsolar).

•  EnconstrucciónporsuresistenciaalacorrosiónatmosféricaseuMlizaenlaminasoplanchasparacubrimientosdetejados,canalones,envases,casquillosparapilassecasenformadelaminas,

•  FabricacióndeneumáMcos,comoadiMvoalcaucho.




Menas

•  LaprincipalmenadelZneslablendaoesfarelita,sulfurodeZn,ZnS(67%Zn),aunquenoeslademayorcontenidoporcentualdeZn,sieslamásimportanteencuantoaexplotaciónyaqueel90%deZnseextraedeella

•  Otrasmenasson: Zincita:oxidodeZn,ZnO(80%Zn) Smithsomita:carbonatodeZn,ZnCO3(52%Zn) Calamina:SilicatobáricodeZn,(ZnO)2(OH)2SiO2(54%Zn) Franklinita:FerritadobledeZnyMn,(ZnO,MnO)Fe2O3(6‐18%Zn),noseexplota.




METALURGIADELZn

•  Puederealizarsepordosvías:

 VIAPIROMETALÚRGICA

 VIAHIDROMETALÚRGICA




Representaciónsimplificadadeambas




TostaciónparaPirometalurgia

•  SepretendeobtenerlamáximacanMdadposibledeoxidodeZnyreducirelcontenidodeazufreporoxidaciónamenosdel1%,formaenlacualelóxidodeZnqueresultapuedereducirsepormediodecarbónenunhornoderetortaaZnmetálico.Mientrasmáscompletasealatostaciónoxidantemejoreselresultado,yaquecualquierresiduodesulfurodeZnquequedeenlacalcinenopodráserreducidoporelcarbónenelhornoderetortayseperderíacomoresiduo.

•  Ademásdelareacciónprincipaldetostación

2ZnS+3O22ZnO+2SO2+Q

•  sepuedeproducirotra

ZnS+2O2 ZnSO4




ReduccióndelZnO

LosproductosobtenidosdelatostacióndelsulfurodezincsereducenmediantecarbónparadarZnmetálico,estaoperaciónsepuederealizarseporvariosprocesos,algunosbastanterecientesyotrosmuyanMguos.

Estosprocesosson:

•  retortashorizontalesMétododisconMnuo•  retortasverMcales•  sistemaelectrotérmicoSt.JosephMétodosconMnuos•  altohornodeZnImperialsmelMng

SiendotodosconMnuosmenoselderetortahorizontal




Lareaccióndereducciónesendotérmica,escribiendoelprocesototaldelasiguienteforma:

ZnO(s)+C(s)Zn(v)+CO(g)

siendolasreaccionesintermedias

ZnO(s)+CO(g)CO2(g)+Zn(v)

CO2+C2CO

Reaccionesdereducción




Análisiscompara3voconelprocesohorizontal

  lasoperacionesdecargaydescargaestánmásmecanizadasysereducelamanodeobra

  elmetalsereMraengrandescargasfacilitandoeltratamientoposterior  elZnobtenidoesmáspuroqueenlasretortashorizontales  Menemenosproblemasdehigienelaboralymedioambiental  permitetratarmenasquenosepuedentratarporelotroproceso  reducelaformacióndepolvoazulylosresiduosareciclar %deZnrecuperadoesmayor mejoraprovechamientoenergéMcoporlarecuperacióndelosgases

delcondensadorydelosdecalefacciónresidualespararecalentarelaire.




AfinodelZn

•  ElZnobtenidoenlasretortashorizontalesMeneentreun96‐98,5%deZn.

•  LasprincipalesimpurezassonPb,Fe,Cd,Cu,As,Sb,yS.•  Paraalgunasaplicaciones,latonesdebajacalidadogalvanizadosirveasí,peroparaotrasaplicacionesindustrialesesnecesariorealizarunafino.

•  Haydosprocesosdeafino: Licuación RedesMlación




Afinoporlicuación




TOSTACIÓNPARALAHIDROMETALURGIA

•  Enlatostaciónparalahidrometalurgiaovíahúmedasepretende: LograrproducirlamáximacanMdadposibledeoxidodeZnlibre.

 ProducirunaciertatostaciónsulfatantequedelugarasuficientecanMdaddesulfatodeZnparacompensarlasparMdasdesulfatoenelcircuitodelixiviación

 Minimizarlaproduccióndeferritas,esteúlMmoaspectoesespecialmenteimportante




•  Latostaciónparalixiviaciónesprecisollevarlaacabohastaque:

 elazufrecomosulfurosealosuficientementebajo.

 lacanMdaddeZnenformasolublelomásaltaposible

 formacióndeferritalomásbajaposible




PRODUCCIÓNSEGÚNPROCESO

 21%sistemaspirometalúrgicos

 79%sistemashidrometalúrgicos:reducciónelectrolíMca




Razonesparalaproducciónelectrolí3cadelZn

•  CostesdeproducciónsonmenoselevadosdebidoamenosmanodeobraymenorconsumoenergéMco.

•  Mayorrecuperacióndemetalessecundariosyaprecios+baratoscomoelCu,Pb,Cd,Ni...

•  SeobMenedirectamenteunamayorpurezadelZnydelosmetalessecundariosqueenelprocesopirometalúrgico.

•  PermiteengeneraltratarmenaspobresconunmayorcontenidoenhierroqueenelprocesopirometalúrgicoenelcualelFepresentaproblemasporquetambiénsereduceconsumiendocarbón

•  Planteamuchosmenosproblemasdehigienelaboralydeimpactomedioambiental




HIDROMETALURGIADELZn

Constadetresprocesosimportantes:

  LixiviacióndelmineraltostadoypurificacióndelasolucióndeZnobtenida

  ElectrólisisdelasoluciónyapurificadadelsulfatodeZn(ZnSO4)ydeposicióndeésteencátodosdealuminio

  Fusióndeloscátodos




Obje3vosdelalixiviación

•  disolverlamáximacanMdaddeZndelacalcine•  eliminarimpurezasquecomoconsecuenciadelalixiviacióndelacalcinehayanpodidopasaralelectrolitoyquepuedanposteriormente:a)  impurificarelZn,aldepositarsejuntoaélcomunicándole

propiedadesindeseablesb)  interferireneldesarrollodelaelectrólisisoriginandoun

descensoenelrendimientodelacorriente

•  aprovecharmetalesvaliosospresentesenlacalcine




Etapasdelprocesodelixiviación

•  Lixiviaciónneutra•  Lixiviaciónácida•  PrecipitacióndelFe•  Purificacióndelelectrolito




Esquemadelalixiviaciónneutra




Lixiviación ácida




Precipitacióndelhierro

•  ProcesodelaJarositaamónica

•  ProcesodelaGoeMta•  ProcesoAkita‐zinc




Proceso de la Jarosita amónica




Proceso de la Goetita




Esquema de la 4ª Purificación




Purificación del sulfato de zinc




ELECTROLISISDELZn

•  LasoluciónlixiviadadesulfatodeZn,sebombeadespuésdelapurificaciónatanquesdealmacenamientoydeallípasaalascubaselectrolíMcasparalaprecipitacióndelZnporelectrólisis,estaprecipitaciónserealizamediantelaaplicacióndeunacorrienteeléctrica,atravésdeánodosinsolubles,produciéndoseladescomposicióndelelectrolitoyladeposicióndelZnmetálicoenloscátodos,elprocesodeelectrólisisdeunadisoluciónacuosa,sepuederesumirenlareacción:

ZnSO4+H2OZn+H2SO4+½O2




•  Elelectrolitoestáformadopor:

Zinc (comosulfatodeZn)enconcentración100‐160gr/l

  concentracióncomoácido115gr/l

•  LosánodosempleadossondeunaaleaciónPb‐Agconuncontenidoenplatadel1%yunespesorde9mm

•  Loscátodossonplanchasdealuminiodealtapurezaconespesorde3‐4,5mm.




Potencialdeoperación

•  Elmejorpotencialdeoperaciónseencuentraentre3,25‐3,5volMosdependiendode:

 latemperatura

 ladensidaddecorriente laacidez distanciaentreelectrodos Mempodedeposición




Densidaddecorriente

•  Ladensidaddecorrienteestáentre220‐300A/m2según:

 elperiododereposición latemperatura

 lasimpurezas

 larelaciónentreelZnyelH2SO4

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