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Bloque3.Metalurgiadelosmetalesnoférreos3.2MetalurgiadelZinc
MetalurgiaySiderurgia
MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínezDPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES
EstetemasepublicabajoLicencia:CreaMveCommonsBY‐NC‐SA3.0
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MetalurgiaySiderurgia
MaríaLuisaPaynoHerrera/JesúsSeMénMarquínez
APLICACIONESDELZINC
• GalvanizaciónogalvanoplasMa,revesMmientodelaceroconcapadeZn
• PreparacióndealeacionesdebaseZndesMnadasapiezasmoldeadasapresiónoinyectadas.
• Fabricacióndelatonesybronce• PinturasanMcorrosivas• Industriaquímica(piensosdeanimales)yfarmacéuMca(8%fabricacióndepomadas,cremadeprotecciónsolar).
• EnconstrucciónporsuresistenciaalacorrosiónatmosféricaseuMlizaenlaminasoplanchasparacubrimientosdetejados,canalones,envases,casquillosparapilassecasenformadelaminas,
• FabricacióndeneumáMcos,comoadiMvoalcaucho.
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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.
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METALURGIADELZn
• Puederealizarsepordosvías:
VIAPIROMETALÚRGICA
VIAHIDROMETALÚRGICA
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Representaciónsimplificadadeambas
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TostaciónparaPirometalurgia
• SepretendeobtenerlamáximacanMdadposibledeoxidodeZnyreducirelcontenidodeazufreporoxidaciónamenosdel1%,formaenlacualelóxidodeZnqueresultapuedereducirsepormediodecarbónenunhornoderetortaaZnmetálico.Mientrasmáscompletasealatostaciónoxidantemejoreselresultado,yaquecualquierresiduodesulfurodeZnquequedeenlacalcinenopodráserreducidoporelcarbónenelhornoderetortayseperderíacomoresiduo.
• Ademásdelareacciónprincipaldetostación
2ZnS+3O22ZnO+2SO2+Q
• sepuedeproducirotra
ZnS+2O2 ZnSO4
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ReduccióndelZnO
LosproductosobtenidosdelatostacióndelsulfurodezincsereducenmediantecarbónparadarZnmetálico,estaoperaciónsepuederealizarseporvariosprocesos,algunosbastanterecientesyotrosmuyanMguos.
Estosprocesosson:
• retortashorizontalesMétododisconMnuo• retortasverMcales• sistemaelectrotérmicoSt.JosephMétodosconMnuos• altohornodeZnImperialsmelMng
SiendotodosconMnuosmenoselderetortahorizontal
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Lareaccióndereducciónesendotérmica,escribiendoelprocesototaldelasiguienteforma:
ZnO(s)+C(s)Zn(v)+CO(g)
siendolasreaccionesintermedias
ZnO(s)+CO(g)CO2(g)+Zn(v)
CO2+C2CO
Reaccionesdereducción
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Análisiscompara3voconelprocesohorizontal
lasoperacionesdecargaydescargaestánmásmecanizadasysereducelamanodeobra
elmetalsereMraengrandescargasfacilitandoeltratamientoposterior elZnobtenidoesmáspuroqueenlasretortashorizontales Menemenosproblemasdehigienelaboralymedioambiental permitetratarmenasquenosepuedentratarporelotroproceso reducelaformacióndepolvoazulylosresiduosareciclar %deZnrecuperadoesmayor mejoraprovechamientoenergéMcoporlarecuperacióndelosgases
delcondensadorydelosdecalefacciónresidualespararecalentarelaire.
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AfinodelZn
• ElZnobtenidoenlasretortashorizontalesMeneentreun96‐98,5%deZn.
• LasprincipalesimpurezassonPb,Fe,Cd,Cu,As,Sb,yS.• Paraalgunasaplicaciones,latonesdebajacalidadogalvanizadosirveasí,peroparaotrasaplicacionesindustrialesesnecesariorealizarunafino.
• Haydosprocesosdeafino: Licuación RedesMlación
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Afinoporlicuación
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TOSTACIÓNPARALAHIDROMETALURGIA
• Enlatostaciónparalahidrometalurgiaovíahúmedasepretende: LograrproducirlamáximacanMdadposibledeoxidodeZnlibre.
ProducirunaciertatostaciónsulfatantequedelugarasuficientecanMdaddesulfatodeZnparacompensarlasparMdasdesulfatoenelcircuitodelixiviación
Minimizarlaproduccióndeferritas,esteúlMmoaspectoesespecialmenteimportante
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• Latostaciónparalixiviaciónesprecisollevarlaacabohastaque:
elazufrecomosulfurosealosuficientementebajo.
lacanMdaddeZnenformasolublelomásaltaposible
formacióndeferritalomásbajaposible
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PRODUCCIÓNSEGÚNPROCESO
21%sistemaspirometalúrgicos
79%sistemashidrometalúrgicos:reducciónelectrolíMca
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Razonesparalaproducciónelectrolí3cadelZn
• CostesdeproducciónsonmenoselevadosdebidoamenosmanodeobraymenorconsumoenergéMco.
• Mayorrecuperacióndemetalessecundariosyaprecios+baratoscomoelCu,Pb,Cd,Ni...
• SeobMenedirectamenteunamayorpurezadelZnydelosmetalessecundariosqueenelprocesopirometalúrgico.
• PermiteengeneraltratarmenaspobresconunmayorcontenidoenhierroqueenelprocesopirometalúrgicoenelcualelFepresentaproblemasporquetambiénsereduceconsumiendocarbón
• Planteamuchosmenosproblemasdehigienelaboralydeimpactomedioambiental
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HIDROMETALURGIADELZn
Constadetresprocesosimportantes:
LixiviacióndelmineraltostadoypurificacióndelasolucióndeZnobtenida
ElectrólisisdelasoluciónyapurificadadelsulfatodeZn(ZnSO4)ydeposicióndeésteencátodosdealuminio
Fusióndeloscátodos
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Obje3vosdelalixiviación
• disolverlamáximacanMdaddeZndelacalcine• eliminarimpurezasquecomoconsecuenciadelalixiviacióndelacalcinehayanpodidopasaralelectrolitoyquepuedanposteriormente:a) impurificarelZn,aldepositarsejuntoaélcomunicándole
propiedadesindeseablesb) interferireneldesarrollodelaelectrólisisoriginandoun
descensoenelrendimientodelacorriente
• aprovecharmetalesvaliosospresentesenlacalcine
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Etapasdelprocesodelixiviación
• Lixiviaciónneutra• Lixiviaciónácida• PrecipitacióndelFe• Purificacióndelelectrolito
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Esquemadelalixiviaciónneutra
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Lixiviación ácida
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Precipitacióndelhierro
• ProcesodelaJarositaamónica
• ProcesodelaGoeMta• ProcesoAkita‐zinc
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Proceso de la Jarosita amónica
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Proceso de la Goetita
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Esquema de la 4ª Purificación
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Purificación del sulfato de zinc
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ELECTROLISISDELZn
• LasoluciónlixiviadadesulfatodeZn,sebombeadespuésdelapurificaciónatanquesdealmacenamientoydeallípasaalascubaselectrolíMcasparalaprecipitacióndelZnporelectrólisis,estaprecipitaciónserealizamediantelaaplicacióndeunacorrienteeléctrica,atravésdeánodosinsolubles,produciéndoseladescomposicióndelelectrolitoyladeposicióndelZnmetálicoenloscátodos,elprocesodeelectrólisisdeunadisoluciónacuosa,sepuederesumirenlareacción:
ZnSO4+H2OZn+H2SO4+½O2
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• Elelectrolitoestáformadopor:
Zinc (comosulfatodeZn)enconcentración100‐160gr/l
concentracióncomoácido115gr/l
• LosánodosempleadossondeunaaleaciónPb‐Agconuncontenidoenplatadel1%yunespesorde9mm
• Loscátodossonplanchasdealuminiodealtapurezaconespesorde3‐4,5mm.
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Potencialdeoperación
• Elmejorpotencialdeoperaciónseencuentraentre3,25‐3,5volMosdependiendode:
latemperatura
ladensidaddecorriente laacidez distanciaentreelectrodos Mempodedeposición
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