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• Yuriga Rut Del Valle Ramos

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UNIVERSIDAD DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

 TEMA: PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ZINC

CURSO:

PROCESOS EXTRACTIVOS I

DOCENTE:

CASTILLO MONTALVAN, José Eli

INTEGRANTES: BERROSPI BORDA, Cristian JACO SALCEDO, Pamela LEONARDO ROJAS, James POZO ACUÑA, Russer

SEMESTRE:

VII semestre PASCO – PERU 2018

DEDICATORIA Agradecemos a dios por habernos otorgado una familia maravillosa, quienes creyeron en nosotros, dándonos ejemplos de superación, humildad y sacrificio; enseñándonos a valorar todo lo que tenemos. A todos ellos dedicamos el presente trabajo, porque han fomentado en nosotros, el deseo de superación y de triunfo en la vida. Esperamos contar siempre con su valioso e incondicional apoyo.

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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CONTENIDO INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 5 OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 6 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................................. 6 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................. 7 PRINCIPALES APLICACIONES DEL ZINC ........................................................................................... 7 ......................................................................................................................................................... 7 MINERALOGÍA DEL ZINC ................................................................................................................. 7 Zinc............................................................................................................................................... 8 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL ZINC ............................................................................ 9 OBTENCIÓN DEL ZINC .................................................................................................................. 9 OBTENCIÓN DE ZINC VIA SECA ................................................................................................. 11 OBTENCIÓN DE ZINC VIA HÚMEDA .......................................................................................... 12 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ZINC .............................................................................................. 14 1.

RECEPCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MINERALES .......................................................... 14

2.

TOSTACIÓN ........................................................................................................................ 15 PROCESO OPERATIVO ........................................................................................................... 15 VARIABLES OPERATIVAS EN UNA PLANTA DE TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC . 17 PLANTA DE TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC EN LA REFINERÍA DE ZINC DE CAJAMARQUILLA ................................................................................................................... 26

2.1. TIPOS DE TOSTACIÓN ......................................................................................................... 27 TOSTACIÓN OXIDANTE.......................................................................................................... 27 TOSTACIÓN REDUCTORA ...................................................................................................... 29 TOSTACIÓN SULFATANTE...................................................................................................... 31 TOSTACIÓN CLORURANTE .................................................................................................... 32 2.2.

HORNOS DE TOSTACIÓN ............................................................................................... 34

HORNOS DE TOSTACIÓN DE CAMA FLUIDIZADA ................................................................. 34 PROCESOS EXTRACTIVOS I

3

3.

PRECIPITACIÓN ELECTROESTÁTICA .................................................................................. 44 PRECIPITADORES ELÉCTRICOS O COTTRELLES ...................................................................... 44 CIRCUITO DE TOSTADORES DE ZINC EN LA FUNDICIÓN DE LA OROYA ............................... 45

4.

PLANTAS DE ÁCIDO SULFÚRICO ....................................................................................... 46

5.

LIXIVIACIÓN ....................................................................................................................... 47 MÉTODOS DE PRECIPITACIÓN JAROSÍTICA, GOETÍTICA Y HEMATÍTICA .............................. 51

6.

PURIFICACIÓN ................................................................................................................... 55 A.

EL IMPURO (ZnSO4 ENVIADO A LA LIXIVIACIÓN) ......................................................... 57

B.

POLVO DE Zn ................................................................................................................. 57

C.

SOLUCIÓN PURA ............................................................................................................ 58

D.

RESIDUO DE PURIFICACIÓN .......................................................................................... 58

VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA PURIFICACIÓN ................................................................ 60 EQUIPOS UTILIZADOS............................................................................................................ 60 7.

ELECTRODEPOSICIÓN ........................................................................................................ 63 PROCESO ELECTROLÍTICO...................................................................................................... 64 REACCIONES QUÍMICAS ........................................................................................................ 65 DIFERENCIA ENTRE LA ELECTRODEPOSICIÓN Y LA ELECTROREFINACIÓN ........................... 66 ELECTRODEPOSICIÓN DEL Zn ................................................................................................ 67 CASA DE CELDAS ELECTROLÍTICAS ........................................................................................ 68 DESHOJADORA DE CÁTODOS....................................................Error! Bookmark not defined. REACCIONES ELECTROLÍTICAS DEL PROCESO ....................................................................... 68

8.

FUSIÓN Y MOLDEO ............................................................................................................ 69 TRANSPORTE ......................................................................................................................... 69 COMERCIALIZACIÓN .............................................................................................................. 70 USOS DEL ZINC....................................................................................................................... 71 TRANSPORTE .............................................................................Error! Bookmark not defined. COMERCIALIZACIÓN ..................................................................Error! Bookmark not defined. COTIZACIÓN DEL ZINC EN LOS ÚLTIMOS DÍAS ..................................................................... 72

CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 73 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................ 74

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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INTRODUCCIÓN El descubrimiento de los primeros metales y la obtención de los mismos a partir de sus materias primas a través de operaciones de transformación dieron origen a la metalurgia extractiva. La metalurgia extractiva es la rama de la metalurgia que partiendo de las menas minerales o de los materiales de reciclado, que son sus materias primas, estudia cómo transformarlos en metales, que son sus productos finales. La metalurgia extractiva toma el mineral tal cual viene de la mina. De forma general, entonces, el mineral debe ser tratado para liberar las fases minerales valiosas, mena, de las no valiosas, ganga. Esto se hace a través de una serie de operaciones conocidas como preparación del mineral o metalurgia. La pirometalurgia incluye operaciones por vía seca con calentamiento a temperaturas, a veces, muy altas. Entre ellas se pueden mencionar la calcinación y la tostación, que tienen lugar a temperaturas en donde el mineral no funde, y las distintas operaciones de fusión en las que el mineral es fundido completamente separándose en dos o más líquidos, uno de los cuales contiene el metal valioso bien en forma reducida o bien como sulfuro. La extracción por vía húmeda o hidrometalurgia se efectúa generalmente por una secuencia de etapas que contempla: la lixiviación del metal valioso a partir del mineral utilizando un reactivo acuoso, la purificación y/o concentración de la disolución y la precipitación del metal mediante métodos químicos o electroquímicos.

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL -

Conocer las diferentes aplicaciones del zinc en la industria comercial.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS - La aplicación comercial más importante que se le da al zinc es en la industria de la galvanización, dada su resistencia a la corrosión

-

Otros usos comunes se encuentran en la fabricación de pinturas, pilas secas y piezas de bronce; así como en la elaboración de medicamentos: vitaminas, pomadas, gotas para ojos, etcétera.

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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MARCO TEÓRICO PRINCIPALES APLICACIONES DEL ZINC

MINERALOGÍA DEL ZINC El cinc es un componente natural de nuestra corteza terrestre y es parte inherente de nuestro medio ambiente. Está presente, no sólo en las rocas y suelos sino también en el aire, el agua, las plantas, animales y seres humanos.

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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Zinc El zinc es un metal, a veces clasificado como metal de transición aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su ion positivo presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cadmio de su grupo, pero del mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades físicas y químicas de este (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23.º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. Es un metal de color blanco azulado que arde en el aire con llama verde azulada. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonatobásico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. Prácticamente el único estado de oxidación que presenta es el +2. En el año 2004 se publicó en la revista Science el primer y único compuesto conocido de zinc en estado de oxidación

+1,

basado

en

un

complejo

organometálico con

el ligando pentametilciclopentadieno. Reacciona con ácidos no oxidantes pasando al estado de oxidación +2 y liberando dihidrógeno (antiguamente llamado hidrógeno) y puede disolverse en bases y ácido acético. PROCESOS EXTRACTIVOS I

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El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 °C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —al contrario que la mayoría de los metales y aleaciones— y pequeñas cargas el más importante.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL ZINC  Elemento químico de símbolo Zn, número atómico 30y peso atómico 65.37g/mol.  Es un metal maleable, dúctil y de color gris.  Los usos más importantes del zinc los constituyen las aleaciones y el recubrimiento protector de otros metales.  El zinc es uno de los elementos menos comunes; se estima que forma parte de la corteza terrestre en un 0.0005 – 0.02%.  Densidad 7.10g/mol.  Electronegatividad 1.65  Resistencia a la tracción 37.0 MPa.  Módulo de elasticidad 96.5 GPa.  Calor de fusión 110 J/g  Temperatura de fusión 419.5 °C

OBTENCIÓN DEL ZINC La producción mundial de zinc durante 2011 alcanzó un total de 12,40 millones de toneladas métricas. El principal país productor es China, seguido por Perú y Australia.

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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Rango

Estado

Producción en 2011 (en mill. ton/año)

1

China

3,90

2

Perú

1,40

3

Australia

1,40

4

India

0,79

5

Estados Unidos

0,76

6

Canadá

0,66

7

México

0,63

8

Kazajistán

0,50

9

Bolivia

0,43

10

Irlanda

0,35

El zinc es el 23.º elemento más abundante en la corteza terrestre. Las menas más ricas contienen cerca de un 10 % de hierro y entre el 40 y el 50 % de zinc. Los minerales de los que se extrae son el sulfuro de zinc, conocido como esfalerita en EE. UU. y blenda en Europa, la smithsonita (carbonato) en Estados Unidos, pero calamina en Europa, la hemimorfita, (silicato), y la franklinita, (óxido). La producción del zinc comienza con la extracción del mineral, que puede realizarse tanto a cielo abierto como en yacimientos subterráneos. Los minerales extraídos se

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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trituran con posterioridad y se someten a un proceso de flotación para obtener el concentrado.

OBTENCIÓN DE ZINC VIA SECA Los minerales con altos contenidos de hierro se tratan por vía seca: primeramente se tuesta el concentrado para transformar el sulfuro en óxido, que recibe la denominación de calcina, y a continuación se reduce éste con el carbono contenido en el carbón, obteniendo el metal (el agente reductor es en la práctica el monóxido de carbono formado). Las reacciones en ambas etapas son:

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2 ZnO + CO → Zn + CO2

Otra forma más sencilla y económica de reducir el óxido de zinc es con carbón. Se colocan los dos moles óxido de zinc (ZnO), y un mol de carbono (C), en un recipiente al vacío para evitar que el metal se incendie con el aire en el momento de purificarse, dando como resultado nuevamente óxido de cinc.

En esta etapa, la reducción del óxido de zinc, se expresa de la siguiente manera:

2 ZnO + C → 2 Zn + CO2

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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OBTENCIÓN DE ZINC VIA HÚMEDA Por vía húmeda primeramente se realiza el tueste obteniendo el óxido que se lixivia con ácido sulfúrico diluido; las lejías obtenidas se purifican separando las distintas

fases

presentes.

El sulfato

de

zinc se

somete

posteriormente

a electrólisis con ánodo de plomo y cátodo de aluminio sobre el cual se deposita el zinc formando placas de algunos milímetros de espesor que se retiran cada cierto tiempo. Los cátodos obtenidos se funden y se cuela el metal para su comercialización. Como

subproductos

se

obtienen

diferentes

metales

como mercurio,

óxido

de germanio, cadmio, oro, plata, cobre y plomo, en función de la composición de los minerales. El dióxido de azufre obtenido en la tostación del mineral se usa para producir ácido sulfúrico que se reutiliza en el lixiviado comercializando el excedente producido. En Lixiviación, la calcina se trata con soluciones de ácido sulfúrico, para disolver el zinc, produciendo la llamada solución neutra. Y un cemento insoluble que contiene la plata que venía en el concentrado, En un último paso de lixiviación, se separa el Fierro como precipitado La solución neutra se trata en le siguiente paso, Purificación, donde se recupera el Cobre, el Cadmio, y se purifica de Cobalto y Arsénico, a la solución filtrada de esta etapa se le llama solución purificada PROCESOS EXTRACTIVOS I

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PROCESOS EXTRACTIVOS I

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PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ZINC

1. RECEPCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MINERALES

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas. Además de los concentrados sulfurados de zinc, se recibe la calcina.

2. TOSTACIÓN En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose óxido de zinc, denominado calcina, y dióxido de azufre gaseosa, que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación. Esta conversión de la blenda en óxido se exige tanto para la vía pirometalúrgica como para la hidrometalúrgica, puesto que el sulfuro no se ataca con facilidad por ácidos o bases. Asimismo, se origina vapor de agua que se emplea para la autogeneración de energía eléctrica, así como fuente de calor en las etapas de lixiviación y purificación. La reacción básica es la siguiente: ZnS (s) + 3/2 O2 (g) → ZnO (s) + SO2 (g) 2FeS2 + ZnS + SO2 → Fe2O3ZnO + 5 SO2(g)

PROCESO OPERATIVO En el proceso de tostación de concentrados de zinc, el aire es inyectado a través de toberas de distribución ubicadas en el fondo de la cámara de reacción y es suministrado a la caja de viento a cerca de 2.5lb/pulg2. En el caso del tostador de la Refinería de Zinc de Cajamarquilla el diámetro del emparrillado es de 10 metros y está provisto de 9,888 toberas de 20 mm, ahusadas hacia PROCESOS EXTRACTIVOS I

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el punto de salida a un orificio de 6 mm. Durante la operación el aire es inyectado dentro de la cama a una velocidad en la que la caída de presión a través de la cama es más grande que el peso de los sólidos de la cama; bajo estas condiciones los sólidos llegan a suspenderse libremente en el flujo de gas y la cama adquiere el aspecto de un líquido hirviendo violentamente. Se usan paquetes de tubos (cooling coils) extendidos horizontalmente dentro de la cama para recuperar algo del exceso de calor exotérmico originado en las reacciones de tostación. Los concentrados húmedos son alimentados por medio de una faja de alta velocidad (slinger belt) que los introduce dentro del horno por una ventana; este concentrado remplaza a la parte de la cama de sólidos que es descargada y se apoya en el emparrillado. Para un concentrado de zinc típico conteniendo aproximadamente 52 % de zinc, 32 % de azufre

y

8

%

de hierro,

el

requerimiento

de

aire

estequiométrico

para combustión completa es de 1,6 m3 N/Kg de concentrado. Los tostadores de concentrados de zinc operan en el rango de 900 a 940 ºC en el nivel de la cama, aunque se manifiestan temperaturas altas de 1000 ºC en la parte alta de los reactores; la velocidad superficial de la cama es de 30-50 cm/seg. El factor de carga en la cama es cercano a 0,3 toneladas de concentrado/hora /m2 de área de parrilla. A medida que el concentrado húmedo es alimentado al tostador, la carga de concentrado es secado con la alta temperatura del material de la cama y luego calentadas hasta la temperatura de la cama. Durante este periodo se produce algún aglutinamiento de las partículas finas dentro de los aglomerados más grandes, los cuales son subsecuentemente desgastados por la acción de mezcla de la cama. En efecto, todas las operaciones de tostación industrial aseguran que existe material grueso en la cama en todo momento. En los tostadores de concentrados de zinc, el agua añadida a los concentrados, ayuda en la formación de aglomerados. También es entendido que el

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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tiempo de almacenaje de los concentrados húmedos en una tolva, promueve el envejecimiento y aglomeración de las partículas. La existencia de la cama fluidizada sirve a un número de importantes funciones: precalienta el flujo de aire seco, precalienta y homogeniza los sólidos alimentados, prolonga la residencia de las partículas finas en la cama y trasfiere calor a los serpentines refrigerantes de la cama. Estudios experimentales han demostrado que la cama consiste de dos fases distintas: la mayoría de los sólidos están comprometidos en una emulsión gas-sólido, la cual se comporta como un gas empujando un líquido pastoso. En el otro lado la mayor parte del aire inyectado a través de las toberas forma grandes burbujas, las cuáles suben rápidamente a través de la cama. A medida que dichas burbujas se mueven hacia arriba, ellas agitan la emulsión y también hacen subir algunos sólidos; cuando las burbujas alcanzan la superficie de la cama, la mayoría de los sólidos son descargados mientras que las partículas finas son elutriadas y arrastradas en el flujo de gas. Producto del ciclón: 1.11 horas Producto de caldera: 1.90 horas Producto del over flow: 5.30 horas

VARIABLES OPERATIVAS EN UNA PLANTA DE TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC CONTENIDO DE HUMEDAD El contenido de humedad óptimo del concentrado para el horno está entre 8 y 9 %. El cálculo de ingeniería de operaciones y procesos se basa en este valor. Cuando se producen diferencias de este valor, motivan una variación del agua que debe inyectarse adicionalmente al horno. PROCESOS EXTRACTIVOS I

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Cuando el contenido de humedad es menor a lo indicado, aumenta la re-combustión a la salida del horno, pudiendo presentarse temperaturas de más de 1,000 ºC, dado que los polvos muy finos (menores de malla 200) se queman aún en la zona del primer paquete evaporador de la caldera. Entre las consecuencias que se pueden producir tenemos: 

Transferencias de calor demasiado elevadas en el primer paquete evaporador y en consecuencia aspectos de sobrecalentamiento en los tubos por causa de falta de agua



Formación de costras duras en los tubos de los evaporadores a causa de de polvos con contenidos de magnetita, los cuales eventualmente no los puede hacer caer totalmente el dispositivo vibrador

El sobrepasar el contenido de humedad crea en primera instancia problemas de transporte, a consecuencia de un ensuciamiento mayor y formación de costras en las fajas transportadoras. Contenidos de humedad más altos repercuten en el proceso de la siguiente manera: 

Desplazamiento de la combustión en el lecho de fluidización, ya que a consecuencia de la humedad se espesa la blenda y se incinera en las zonas más bajas del lecho fluidizado



Descenso de la temperatura a la salida del horno



Eventual aumento de la cantidad de material descargado por el horno



En casos extremos, engrosamiento de la granulación del lecho del horno



Formación de puentes en la tolva de almacenaje de concentrados a alimentar al horno

Se deben evitar las oscilaciones en la humedad del concentrado, debido a que repercuten en la exactitud de la extracción de la faja de descarga y originan en el horno oscilaciones

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de temperatura, que dificultan la operación del horno, siendo necesario un continuo reajuste de la cantidad de concentrado alimentada al horno. Por estas razones se debe dar especial importancia a la preparación de la mezcla de concentrados. Los concentrados que están bastante secos se deben mezclar con otros más húmedos. La mezcla se puede realizar de modo sencillo cargando alternativamente una palada de concentrado seco y una palada de material húmedo ó en la proporción que esté especificado cada uno. Al descargar el concentrado en el almacén, sobre todo cuando se trata de grandes cantidades, se forman grumos a consecuencia del efecto de peletización, los cuales se endurecen al quedar largo tiempo en almacén, a causa de la formación del sulfato mencionado. Por esta razón los grumos mayores a 25 mm de diámetro se separan al hacerse pasar por una zaranda: el porcentaje de grumos entre 2 y 25 mm no debe ser más del 10 %; en caso contrario se debe variar la malla de la zaranda a una de 20 mm En el lecho fluidizado se realiza sólo una disminución lenta de los grumos. Un exceso de grumos conduce, a pesar del funcionamiento continuo de la descarga inferior del lecho del horno, a fenómenos de desmezclado y a través de un periodo de tiempo largo (más de 24 horas) a serias perturbaciones en la operación del horno.

GRANULOMETRÍA DEL CONCENTRADO Los concentrados que se tuestan hasta ahora en hornos de Tostación Lurgi, se pueden dividir en 3 categorías: 

Concentrados gruesos



Concentrados normales



Concentrados extremadamente finos

PROCESOS EXTRACTIVOS I

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La tabla que sigue muestra algunos ejemplos:

Malla Tyler

Categoría Categoría 1 Categoría Categoría 2 Media Gruesa 3 Fina 3 Fina Broken Cartagena Timmis Rosebarry Hill

US

+100 -100 150

hasta

-150 200

hasta

-200 325

hasta

-325

%

38,85

11,6

1,1

0

%

16,10

13,0

2,1

0,1

%

6,05

0

3,6

0,5

%

15,00

20,8

15,4

6,1

%

24,00

54,6

75,8

93,3

Los concentrados gruesos tienden al aumento del lecho y la calcinación se produce en el lecho de fluidización. Un contenido de 7-8 % de concentrados gruesos favorece este efecto. En la tostación de concentrados gruesos, por lo general la temperatura del lecho de fluidización está por encima de la temperatura de salida del horno. En los concentrados de la categoría 2 se puede comprobar que, con un contenido de humedad normal, la temperatura del lecho y de la salida del horno son casi iguales; en todo caso las diferencias de temperatura no son mayores a +/- 20ºC entre las mismas. Los concentrados extremadamente finos exigen mayor atención en su tratamiento. Con un contenido de 8% de concentrados extremadamente finos, la tostación se realiza en su mayor parte en el lecho fluidizado, pero la salida del horno queda más o menos a 50 ºC por encima de la temperatura del lecho. No obstante, la formación del lecho es reducida; en la mayoría de los casos sólo el 10% aproximadamente forma parte del lecho. En la mayoría de los casos existe únicamente la posibilidad de realizar la adición de agua en el trayecto del transporte a la tolva de almacenamiento de concentrados. Sin embargo, PROCESOS EXTRACTIVOS I

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cómo la faja no es uniforme y el concentrado seco es hidrófugo, se observa con frecuencia un embadurnamiento de las fajas y por esta razón se usa poco la aspersión de agua en las fajas. Es por esta razón que es recomendable que la adición de agua se realice durante la preparación de la mezcla de concentrados.

TEMPERATURA EN EL HORNO DE TOSTACIÓN 1. Lecho fluidizado El margen de temperatura recomendado en el lecho de un horno de tostación es entre 900-970 ºC; siendo el valor más favorable de 950 ºC: Para mantener esta temperatura se enfría el lecho fluidizado indirectamente por medio de superficies de enfriamiento y directamente por inyección de una pequeña cantidad de agua pulverizada. La superficie de enfriamiento se ajusta al valor más favorable durante la puesta en marcha y luego se mantienen los valores determinados. La regulación de la temperatura se realiza por la variación de la cantidad de agua de inyección al horno y el ajuste de la adición de agua normalmente se realiza manualmente, pero puede realizarse a distancia. Según el tamaño del horno fluidizado se instalan 4, 6 u 8 termopares en forma alternada: 4 termopares se elevan verticalmente desde la parrilla en el lecho fluidizado aproximadamente 200 mm; los demás están sumergidos horizontalmente desde la pared del horno. La temperatura del lecho es el promedio de las lecturas de los termopares que están en el lecho fluidizado, no debiendo diferir los valores entre sí en +/- 20 ºC; mayores diferencias

podrían

significar:

termopares

defectuosos

o

lechos

fluidizados

inhomogéneos. Es indispensable comprobar a qué causa se debió la inhomogeneidad 

Si fue demasiado grande el porcentaje de grumos del concentrado, se ha de colocar en la zaranda vibratoria una malla de 15 mm



Si se sospecha engrosamientos de granos por influencia térmica (sinterización superficial), bajar la temperatura del lecho por inyección de agua. En casos

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extremos hacer estudios para comprobar si se ha de aumentar la superficie de enfriamiento. 2. Temperatura de salida del horno En servicio normal la temperatura a la salida del horno se ajusta entre 930-970 ºC, en hornos de más de 250 t/día de capacidad. Directamente no existe una forma de regular la temperatura a la salida del horno. Si se sobrepasa la temperatura antes mencionada, se ha de intentar bajar la temperatura disminuyendo el caudal de aire primario; si esta medida no es suficiente disminuir la carga de concentrado 

Caudal de aire

El caudal de aire conducido al horno de tostación se compone de: 

Aire primario: este se registra en el caudalímetro de aire y se puede ajustar al valor deseado automáticamente desde el panel de control, o manualmente con ayuda de las palas directrices delante de la soplante.



Aire secundario: este entra inevitablemente por las cintas lanzadoras (slingers belt) y su cantidad no se puede determinar con exactitud. Sólo es posible un cálculo aproximado e indirecto con la ayuda de la medida de la concentración de SO2 a la salida del horno

Ambos componentes juntos forman el aire de combustión del proceso. De acuerdo a diseño, en servicio normal se debería insuflar para el mantener una capa homogénea, un caudal de aire específico de 530 m3N/h/m2 de superficie de parrilla; este vendría ser el valor óptimo. El valor mínimo admisible en servicio permanente es de 480 m3N/h/m2 y en casos excepcionales hasta 450 m3N//h/m2. Este valor se usa con poca carga de concentrados. Si se usan valores menores a los indicados se pueden causar fenómenos de desmezclado y conducir a perturbaciones en el funcionamiento del horno.

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El máximo valor admisible en servicio permanente es de 600 m3N/h/m2 y se aplica cuando hay sobrecarga. Si se sobrepasa este valor se puede ocasionar aumento de la temperatura a la salida del horno por re-combustión. Además se corre el peligro de la "formación de canal" en el lecho fluidizado, por excesivo aumento de la velocidad del aire en las toberas. Los valores de cargas de aire mencionadas, son válidas para resistencias de lecho normal de 160 a 180 mbar. 

Granulometría del lecho fluidizado

La granulometría del lecho fluidizado se comporta de acuerdo a los siguientes factores: 

Caudal de aire



Temperatura del lecho



Granulometría del concentrado tratado



Contenido de humedad



Resistencia de cama o altura del lecho

La resistencia de cama o altura del lecho es la pérdida de presión del aire primario al atravesar la capa de partículas en tostación y fluidización. Se mide en milibar (mbar). Como presión previa a la caja de viento de distribución del aire primario. En operación normal su valor es aproximadamente de 160 a180 mbar. La descarga del horno se puede comparar con la descarga de una represa, ya que por encima del nivel fijado hay una descarga permanente. Durante el calentamiento del horno se añaden placas de acero termoestable a la descarga para evitar descargar sólidos de la cama, y luego con la alimentación de concentrado y una vez alcanzada la resistencia de cama normal, se retiran las placas adicionales que se pusieron al iniciar el calentamiento y se continúa con la operación normal.

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Se puede incorporar una descarga por la parte inferior del horno, en la parrilla , la cual se abrirá periódicamente por medio de un dispositivo denominado atizador mecánico, cuyo objetivo es la descarga de los granos gruesos en el nivel de la parrilla, y que no son descartados durante la descarga normal. En algunos casos el funcionamiento de este dispositivo contribuye considerablemente a la estabilidad de la operación. 

Tiro o tiraje en el horno

El tiro en el horno se ha de ajustar a +/- 0 mbar. En los hornos grandes, por la fuerza ascensional natural está permitido incluso una presión pequeña de 0.1-0.2 mbar como máximo. El tiro en el horno se debe regular con ayuda de la compuerta tipo persiana del ventilador intermedio, de tal manera que no se perciban emanaciones de gas por las ventanas del horno. Hay que tener en cuenta que, al aumentar el tiro en el horno, ocasiona el aumento de ingreso de aire falso (aire secundario) y en consecuencia se produce mayor sulfatación de los sólidos después del horno. 

Influencia de materias extrañas en la tostación de concentrados de Zinc

Los minerales de zinc (en su mayoría blendas) en su estado natural se encuentran casi siempre asociadas a compuestos secundarios que se tratan de separar en la flotación, pero algunos permanecen aún después de la flotación en cantidades más o menos pequeñas, pero que pueden influenciar o perturbar la normal operación de la tostación. Entre estos tenemos: Hierro: casi siempre en forma de pirita, retarda la tostación ya que favorece la formación de SO3 y SO4Zn, que cuando están en grandes cantidades provoca la formación de escorias, debido a la gran fusibilidad de las piritas, cuyo núcleo contiene porciones inalterables de pirita. Por otro lado, la pirita (FeS) se enciende más fácilmente que la blenda (ZnS), de manera que por la combustión de la pirita el proceso de tostación es más rápido.

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A elevada temperatura el hierro contenido en la blenda forma ferritas Fe2ZnSO4; esto se puede evitar introduciendo un exceso de oxígeno durante la tostación. Si por la presencia accidental de materias reductoras se forman compuestos ferrosos, con el ácido silícico casi siempre presente en los concentrados, se pueden transformar en silicatos, que son fácilmente fusibles y envuelven parte del material, evitando su oxidación. 

Cadmio: el sulfuro de cadmio (CdS) se oxida a óxido de cadmio (CdO) y una parte se volatiliza y se incorpora a las partículas volantes.



Manganeso: lo mismo que el hierro forma silicatos que sinterizan fácilmente y pueden envolver partículas de blenda sin oxidar.



Plomo: el plomo funde, por lo cual tiende a formar aglomeraciones. El plomo por el proceso de tostación pasa a óxido (PbO) y luego a SO4Pb, que reacciona con los sulfuros de Zn y de Pb y se reduce a metal, y que por la temperatura elevada que existe en el horno, se volatiliza aproximadamente entre 8 a 22 % del plomo que ingresa. A esta volatilización se oponen el oxígeno y el anhídrido sulfúrico, formándose sulfato de plomo (SO4Pb) que puede pasar hasta la Planta de Ácido Sulfúrico.



Plata: el sulfuro de plata se trasforma en sulfato de plata por la tostación y a altas temperaturas se volatiliza.



Mercurio: el mercurio se volatiliza totalmente, encontrándose en el polvo volante o en los lodos de la Planta de Ácido.



Arsénico y Antimonio: se oxidan y se volatilizan completamente.



Fluor: en la tostación se volatiliza del 31 al 100%, según el grado de trituración y de la proporción de sílice (SiO2). Una parte se separa como FSi y otra parte como ácido fluorhídrico (HF), que debe ser eliminado en la Planta de Ácido Sulfúrico por su efecto perjudicial en los equipos y el proceso de preparación de ácido sulfúrico.



Calcio y Magnesio: pasan de carbonatos a sulfatos

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

Bario: permanece como sulfato de bario.

PLANTA DE TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC EN LA REFINERÍA DE ZINC DE CAJAMARQUILLA Descripción General La tostación de concentrados de zinc (blenda) constituye la primera etapa en la metalurgia del zinc y en la Refinería de Zinc de Cajamarquilla esta se lleva a cabo en un Tostador de Cama Turbulenta (TLR por su nombre en inglés Turbulent Layer Roaster), en el cual se produce la oxidación de la blenda (sulfuros de zinc y de otros metales) por acción del oxígeno del aire a una temperatura de entre 900-950 ºC. Este proceso se produce con liberación de calor (reacción exotérmica) y en él la acción del calor y del oxígeno separan el azufre de los metales, obteniéndose como productos la calcina (óxido de zinc y óxidos de otros metales: hierro, cobre, cadmio, plata, etc.) y una masa gaseosa formada principalmente por el anhídrido sulfuroso que sirve de materia prima para la elaboración del ácido sulfúrico. Una planta de tostación de concentrados de zinc está constituida por diversos equipos que pueden agruparse en los siguientes sistemas: 1) Sistema de alimentación de concentrados al tostador: está integrado por dos tolvas de almacenamiento de concentrado, dos fajas extractoras de concentrado, una faja de alimentación, un plato giratorio y dos alimentadores de catapulta (slingers belt) 2) Un soplador de aire, para proporcionar el aire de fluidización 3) Equipo auxiliar: el tostador de cama turbulenta tiene como equipo auxiliar a un equipo de precalentamiento para las puestas en marcha, formado por un soplador auxiliar, una bomba de petróleo, quemadores y lanzas de petróleo 4) Sistema de transporte y depuración de gases, formado por: PROCESOS EXTRACTIVOS I

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Una caldera La Mont: formada por paquetes evaporadores y un circuito de agua-vapor para aprovechar el calor generado en la tostación y generar vapor sobrecalentado de 350 ºC y 40 bar de presión. Esto permite enfriar los gases a aproximadamente 350ºC y recuperar partículas sólidas. 

Dos ciclones para recuperar partículas sólidas



Dos electrofiltros (hot cottrell) para recuperar partículas muy finas



Un soplador intermedio que succiona los gases del tostador para enviarlos a la Planta de Ácido Sulfúrico: permite regular el tiro dentro del tostador, mediante una válvula de persiana

5) Sistema de transporte de calcina formado: por transportadores de cadena, un enfriador seccional y un molino de bolas 6) Panel de control: desde aquí se visualizan los parámetros de operación y pueden modificarse en caso de desviaciones o de cambios. La capacidad de diseño de la Planta de Tostación fue originalmente de 601.5 Tm secas/día y se consideró que en operación normal debería trabajar 330 días al año.

2.1. TIPOS DE TOSTACIÓN TOSTACIÓN OXIDANTE El proceso consiste en el calentamiento sin fusión de una mena en contacto con un agente oxidante. El agente oxidante generalmente es oxígeno del aire o un compuesto químico (óxido, nitrato) que al descomponerse proporcione el oxígeno La temperatura debe de ser lo suficientemente alta para que el equilibrio se desplace hacia la descomposición de la mena. Si la temperatura es demasiado alta se funde la superficie e impide la oxidación

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Se necesita exceso de aire, por encima del oxígeno teórico, para compensar la dilución en gases producidos. Su objetivo es:

 Descomponer a la mena produciendo el metal libre (extracción directa)  Descomponer la mena dando un compuesto (óxido o sulfuro más sencillo) donde el metal sea más fácil de separar  Descomponer la mena en otros compuestos intermedios para una transformación posterior (tostación parcial)

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO.  Temperatura: Depende del tipo de mena y tipo de horno. Mayor generalmente de 500°C y generalmente entre 750-950°C.  Concentración de oxígeno: a mayor concentración de oxígeno más velocidad de reacción y menor pérdida de calor por el exceso de aire y nitrógeno (se inyecta aire enriquecido con oxígeno)  Forma de presentación de la mena: más dividida, mayor velocidad de reacción, pero más arrastre de partículas de mena por los gases  Siempre se forma el óxido con mayor % de metal.

PRINCIPIO:  Descomposición de la mena en un gas y el metal a obtener

SM(s) + O2(g) = SO2(g)+ M(s)  De un oxido en otro óxido en el que el metal tiene menos afinidad con el oxígeno

4M3O4(s)+O2(g) = 6M2O3(s)  Transformar un sulfuro en un oxido PROCESOS EXTRACTIVOS I

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2MS(s) + 3O2(g) = 2MO(s)+SO2(g)  Transformar un sulfuro en un sulfato

SM(s) + O2(g) = SO4M2(s) En donde M es el metal y S el azufre, As o el Sb (Bodsworth, 1994).

TOSTACIÓN REDUCTORA La tostación con reactivo reductor, o tostación reductora, se utiliza para eliminar parcial, o totalmente cuando ello es posible, el oxígeno de los óxidos metálicos sin necesidad de fundir la carga mineral, facilitando así su posterior extracción piro o hidrometalúrgica. La tostación reductora utiliza como reactivo gaseoso CO, aportándose también carbón a la carga para generar el reactivo y garantizar el potencial reductor de la atmósfera del reactor. También cabe utilizar como reactivo gaseoso H2 (g), u otros gases reductores, como SO2, si bien las dificultades de disposición y manipulación en los reactores metalúrgicos industriales les hacen sólo aplicables en casos muy especiales. La tostación reductora puede ser parcial, y total o a muerte.

TOSTACIÓN PARCIAL Esta tostación disminuye el grado de oxidación del metal lo que facilita su lixiviación ácida como es el caso del paso de MnO2, a MnO en la llamada tostación solubilizante, y, la volatilización arsénico y antimonio en forma de As2O3 y Sb2O3 en la tostación volatilizante; también se emplea como preparación mineralúrgico para eliminar por separación magnética en la tostación magnetizante, parte de la ganga férrica de menas metálicas, ya que convierte la hematites: Fe2O3 en magnetita: Fe3O4. Su objetivo es:

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 Transformar la mena por oxidación parcial, quedando el metal parte en su forma química original y parte como óxido.

VARIANTES:

 Tostación parcial previa a una reacción  Tostación parcial previa a una fusión

TOSTACIÓN PARCIAL PREVIA A UNA REACCIÓN

No verifica la oxidación completa de los sulfuros, para obtener un tostado que contenga una parte de sulfuro sin reaccionar mezclada con óxido, para posteriormente realizar una reacción entre el óxido formado y el sulfuro no oxidado.

REACCIÓN INICIAL 3MS(s) + 3O2(g) = SM(s) + 2MO(s) + SO2(g)

REACCIONES POSTERIORES SM(s) + 2MO(s) = SM(s) + SO4M(s) SM(s) + SO4M(s) = 2M(s) + SO2(g)

TOSTACIÓN PARCIAL PREVIA A UNA FUSIÓN

Separa dos metales M1, M2 presentes en una mena compleja sulfurada, eligiendo convenientemente la temperatura en función de la afinidad de ambos metales se consigue que uno de ellos pase a óxido y el otro quede como sulfuro.

REACCIÓN INICIAL PROCESOS EXTRACTIVOS I

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2CuFeS2 + 3O2 = 2CuS2 + 2FeO + 2SO2 CuS2 + FeO + SiO2 = CuS2 + SiO2.FeO

TOSTACIÓN A MUERTE

La tostación a muerte elimina completamente el oxígeno del óxido metálico; lo que es factible tratándose de algunos casos como en el niquel y hierro, en el caso del níquel permite lixiviarlo en medios alcalinos y en el del hierro producir chatarra artificial o esponja de hierro.

factores que influyen en el proceso:

 Tipo de mena la necesidad de combustible auxiliar  El contenido de azufre que pueda tolerarse en la calcine  Control de la atmosfera del horno y la recirculación de gases  Fluidificación del lecho.

PRINCIPIO: 2MS(s) + 3O2(g) = 2MO(s) + SO2(g)

TOSTACIÓN SULFATANTE

La tostación sulfatante es una tostación oxidante en la que se aprovecha el dióxido de azufre, producido por oxidación de los sulfuros, para sulfatar los óxidos metálicos formados a partir de éstos. Las reacciones de oxidación de los sulfuros metálicos se efectúan de modo idéntico al caso de tostación oxidante, pero en la tostación sulfatante PROCESOS EXTRACTIVOS I

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el flujo de aire debe ser pequeño, de tal modo que se den las mínimas pérdidas de dióxido de azufre por arrastre en los gases de escape. Su objetivo es:

 Someter la muestra a calentamiento y la acción de una fase gaseosa con el fin de obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO  Oxidación controlada de sulfuros metálicos bajo sus puntos de fusión.  Coexistencia de algunas especies O2, SO2, SO3, S2 – MeOx, MeSx, MeSO4, oxi – sulfatos, dependiendo de las condiciones de operación.  Control de la temperatura para manipular la operación  La relación entre los sólidos y los componentes gaseosos en equilibrio están fijados por la T° y la presión parcial del SO2 Y O2 (Velasco, 2010).

PRINCIPIO: A partir de sulfuro: MS + 2O2 = MSO4 A partir de un óxido: M2S + SO2 + 3O2 = 2MSO4

TOSTACIÓN CLORURANTE Esta tostación, que utiliza como reactivos sustancias clorurantes sólidas y gaseosas, tiene por objeto transformar las menas metálicas, indistintamente sulfuros u óxidos, en cloruros. Al igual que en la tostación reductora, la acción directa sobre las menas se produce por agentes presentes en la atmósfera del reactor, bien aportados a ella PROCESOS EXTRACTIVOS I

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directamente, como en el caso de las cloraciones con cloro gas o indirectamente al formarse cloruros volátiles, entre ellos el gas HCl, en presencia de cloruros alcalinos o alcalino térreos en la carga, principalmente NaCl o CaCl2. En la atmósfera del reactor están presente, además, gases oxidantes, como O2, o reductores, como CO, según se cloruren respectivamente sulfuros u óxidos. La cloración puede tener diversos fines, y aplicarse tanto como operación preparatoria de la extracción pirometalúrgica como hidrometalúrgica. En cuanto a sus aplicaciones pirometalúrgicas estos fines pueden ser: a) Extraer a temperaturas propias de las tostaciones ciertos metales que al clorurarse se volatilizan separándose de las gangas o impurezas que lo acompañan, tal es el caso de la recuperación de estaño de las chatarras de hojalata y la de aluminio metal de sus residuos; b) permitir la posterior extracción metalotérmica del metal, es decir utilizando calcio como reductor en lugar de carbono, bajo muy bajas presiones de oxigeno como en la metalurgia de los metales refractarios: Ti, Zr, Va, Nb, etc. Con finalidad hidrometalúrgica se utiliza a) para solubilizar metales refractarios al ataque ácido sulfúrico cuyos cloruros se disuelven en lejías clorhídricas o en salmueras, siendo este el caso de los sulfuros de plomo y plata que o no se tuestan (Ag) o que, si lo hacen (Pb), forman óxidos o sulfatos insolubles; b) para recuperar por disolución los metales base de residuos y menas pobres de ganga férrica, como las cenizas de pirita tostada o las piritas complejas, separándolos del hierro que en forma de óxido férrico: Fe2O3 no se clorura ni lixivia. Su objetivo es: Transformar una mena (sulfuro, óxido) en un cloruro soluble o volátil para su posterior tratamiento.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

 Afinidad de los metales por el reactivo  Temperatura del sistema de trabajo

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 Moderación de los rangos de temperatura

2.2. HORNOS DE TOSTACIÓN

Entre los principales equipos que se utilizan o se utilizaron para la Tostación de concentrados de zinc tenemos: 

Hornos de solera múltiple



Hornos de Tostación tipo "flash"



Hornos de solera estática y parrilla móvil



Hornos de cama fluidizada



Hornos de cama turbulenta

El término "cama turbulenta" está referido a aquellos hornos que tratan los concentrados sin necesidad de aglomerarlos, reservando el término "cama fluidizada" a los hornos que usan material aglomerado, denominado "pellets". Muchas veces el término hornos de cama fluidizada abarca a los hornos de cama turbulenta, debido en que en ambos casos las partículas sólidas adquieren la movilidad de los fluidos, habiéndose llegado a generalizar el término para ambos tipos indistintamente.

HORNOS DE TOSTACIÓN DE CAMA FLUIDIZADA

A) HISTORIA La técnica de fluidización puede ser atribuida a una propuesta de Robinson en 1879, sin embargo su aplicación comercial comenzó en 1921 cuando la Compañía Badishe Anilin und sodafabrik en Alemania desarrolló el generador de gas Winkler. En los Estados PROCESOS EXTRACTIVOS I

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Unidos esta técnica fue principalmente usada en el proceso de craqueo catalítico en la industria del petróleo desde los comienzos de 1940. Las camas fluidizadas comenzaron a ser ampliamente usadas en el campo de la extracción metalúrgica desde el fin de la Segunda Guerra Mundial .Antes de la Guerra los concentrados eran tostados en hornos tipo "Flash" de múltiples hogares, siendo reemplazados gradualmente por los hornos de cama fluidizada.

B) TECNOLOGÍAS Generalidades La fluidización de partículas en lechos es una tecnología que se ubica dentro de las reacciones sólido-fluido, mediante la cual una masa constituida por partículas sólidas dentro de un recipiente, en mayor o menor grado de división, adquiere la movilidad de un fluido y se mantiene en suspensión por el empuje o tiro de un fluido que se desplaza en dirección vertical. Durante la fluidización un gas o un líquido se ponen en contacto con un sólido, reaccionan con él y lo transforman en un producto diferente a la inicial. Estas reacciones pueden dar:

Entre las principales características de las camas fluidizadas podemos mencionar: 

Estar compuestas de una cama de sólidos en la parte inferior de la cámara de reacción



Debajo de la cama hay dispositivos (inyectores-toberas) que distribuyen el aire sobre el área del tostador



A través de las toberas el gas reaccionante es forzado con una presión positiva

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

Los sólidos tratados son íntimamente y rápidamente mezclados con el gas que hace contacto con ellos. El flujo de gas crea el medio fluidizado.



El material tostado (calcina) es continuamente descargado de la cama de sólidos fluidizados y del sistema de colección de polvos (caldera, ciclones, electrofiltros o precipitadores electrostáticos)

Normalmente los sólidos que se usan están finamente divididos y el fluido más usado es el aire, dado que su adquisición no implica un gasto. El aire cumple tres funciones: 

Acción mecánica; mantiene en suspensión el lecho para favorecer la tostación cuando ingresan los concentrados



Acción física: enfriar o refrigerar el tostador del exceso de calor generado en la tostación



Acción química: proporciona el oxígeno necesario para la oxidación de los sulfuros

Durante la fluidización se observan las siguientes etapas: 

A medida que el flujo del fluido aumenta, se incrementa la caída de presión (resistencia del lecho), el lecho se expande ligeramente y las partículas sólidas comienzan a tener un cierto grado de libertad de movimiento



La verdadera fluidización se alcanza cuando la presión del fluido es igual que el peso por unidad de área, entonces las partículas quedan suspendidas en el flujo del gas. El estado fluidizado es una condición prácticamente estable, que puede ser mantenida indefinidamente.



Si se aumenta el flujo del fluido muchas partículas acompañarán al fluido, produciéndose transporte neumático si se continúa aumentando el flujo.

De lo anterior se deduce que el flujo del fluido (que da origen a la velocidad superficial) es una de las variables más importantes en la fluidización. PROCESOS EXTRACTIVOS I

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La cama de sólidos cumple las siguientes funciones: 

Precalienta el flujo del fluido



Seca la carga de sólidos alimentada



Precalienta y homogeniza los sólidos alimentados



Prolonga la residencia de las partículas finas en la cama



Transfiere calor a los serpentines refrigerantes, cuando se cuenta con estos instalados en la cama o lecho

Mezcla y fenómenos de transporte



Comportamiento de las burbujas de gas

Las camas fluidizadas de los sistemas gas-sólido empleadas en los procesos de metalurgia extractiva están esencialmente compuestos de una fase de burbujas y una fase de emulsión, y la conducta de las camas fluidizadas está estrechamente relacionada a la subida de las burbujas de gas; el flujo de gas fuidizante pasa a través de la fase emulsión y el remanente asciende a través de la cama en forma de burbujas de gas. Sin el conocimiento de las burbujas es difícil entender las propiedades de la cama. En una cama fluidizada se puede estimar el cambio de tamaño y la frecuencia de las burbujas. Esto es principalmente debido a la coalescencia (unión, enlace) de las burbujas, lo cual es también observado en las camas fluidizadas en dos dimensiones. Toei explica la coalescencia de los pares de burbujas en dos dimensiones, como sigue: la interacción de las dos burbujas llega a ser efectiva cuando las distancias entre los centros de las burbujas decrecen por debajo de la suma de los diámetros de ambas burbujas. Además: 

Las burbujas inferiores son gradualmente aceleradas hacia arriba y la distancia entre las dos burbujas decrece

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

En el curso de aproximación a las burbujas superiores, la velocidad de ascenso de las burbujas inferiores disminuye y llega a ser mínima cuando alcanza la parte inferior del borde de la estela de la burbuja superior.



La burbuja inferior es acelerada otra vez cuando entra en la estela y finalmente es formada una sola burbuja estable.

Debido a la coalescencia y a la ruptura de las burbujas levantadas dentro de una cama fluidizada, el tamaño, la velocidad de ascenso, la frecuencia de las burbujas llega a ser estadístico, y el comportamiento de las burbujas levantadas no sólo gobierna la mezcla característica de gas y partículas dentro de la cama, sino también de las propiedades características de la superficie de la cama. Las burbujas levantadas empujan las partículas a los costados y estas partículas fluyen hacia abajo a lo largo de la superficie de la burbuja, hacia el interior de la estela. Cuando las burbujas alcanzan la superficie de la cama, las partículas sobre las burbujas son empujadas y las partículas en la estela son sopladas dentro del espacio libre. Entre las partículas que están flotando en este espacio, las partículas más grandes o las más pesadas pueden asentarse preferencialmente y esto puede causar la segregación de la superficie de la cama. 

Mezcla de sólidos

La mezcla de partículas y gas dentro de una cama fluidizada gas-sólido es importante en la obtención de una cama uniforme y también en el control de la reacción. La mezcla es causada por el ascenso de las burbujas a través de la cama. Rowe, soplando aire por el fondo de la cama encontró que la penetración descendente de mezcla ocurre a un rate de flujo de 0,83 umf (velocidad de fluidización mínima) y ambas partículas son mezcladas justamente a 1,2 umf. También reportó que el estado de fluidización llega a ser diferente cuando se fluidizan partículas más pequeñas de 60 micrones. De acuerdo a él, esto es debido a la formación de "islas" de partículas en la fase emulsión causadas por la fuerza elestrostática cohesiva, inducida entre las partículas

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En camas de baja altura la coalescencia de las burbujas de gas no es prevaleciente, debido a que la distancia de viaje de las burbujas es más bien uniforme y el movimiento de las partículas es considerado aleatorio. La difusividad en la mezcla de sólidos en dirección vertical es principalmente afectada por el rate de flujo del gas, el diámetro de las partículas y la altura y diámetro de la cama fluidizada. Kandukan encontró que el movimiento de partículas en dirección vertical es más prominente que en dirección lateral. También encontró que el movimiento en dirección lateral es observado principalmente en la superficie de la cama fluidizada y que la partícula muy raramente ingresa a la porción directamente encima del distribuidor (toberas). De esto se deduce que la mezcla de sólidos en una cama fluidizada depende mucho del rate del flujo del gas o la cantidad de exceso de flujo de gas por encima de la umf, el cuál asciende la cama en forma de burbujas de gas. Fue reportado por Howe, que el rate de mezcla puede ser predicha por la forma y frecuencia de las burbujas. El tiempo de residencia de las partículas depende de la altura de la cama, del rate de alimentación de partículas y del rate de flujo de gases. 

Mezcla de gases

Gillilan menciona que el flujo de gases en una cama fluidizada no es una mezcla completa ni un flujo pistón, y se aproxima al flujo pistón cuando dp (diámetro de partícula) se incrementa. Halwagi estableció que la mezcla en retroceso del gas es causada por el flujo descendente de partículas. En suma, el flujo ascendente de gas en forma de burbujas y el flujo descendente acompañado por las partículas descendentes forman un flujo cruzado de gas a través de la nube entre las burbujas y la fase emulsión. Las camas fluidizadas consisten de una fase emulsión y otra de burbujas que más tarde llega a un estado similar a la fluidización mínima. El exceso de gas sobre la cantidad de PROCESOS EXTRACTIVOS I

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gas de fluidización mínima forma la fase burbujas, la cual asciende a través de la cama. Ocurre un intercambio de gas en la interfase de ambas fases. Van Dumter sugiere que la mezcla de gas es acelerada mayormente por la mezcla dentro de la fase emulsión y el flujo cruzado entre las burbujas y la fase emulsión.



Transferencia de masa

La transferencia de masa que ocurre en una cama fluidizada puede ser clasificada como: 

Mezcla de sólidos y gases en la cama fluidizada



Difusión de gases a través de la película límite, en la superficie de las partículas



Difusión de gas a través de la capa del producto de reacción en una partícula fluidizada.

Entre esta, la mezcla sólidos y gases, y la difusión de gas por los poros en una capa de producto reaccionante no es directamente afectado por las condiciones de fluidización. La medición del rate de transferencia de masa entre sólidos y gases en una cama fluidizada fue hecha por evaporación de un líquido contenido en partículas porosas, por absorción de un componente gaseoso en partículas porosas o por sublimación de partículas sólidas. Kuani explica la transferencia de masa como sigue: de acuerdo al modelo de la cama burbujeante el flujo de gas ascendente es muy lento en la fase emulsión y algunas veces llega a ser un flujo descendente en camas vigorosamente burbujeantes. Y puede ser razonable suponer que la contribución de la fase emulsión al total de flujo de gases puede ser omitida y el gas fresco que entra a la cama fluidizada lo hace en forma de burbujas. El proceso de absorción de gas por las partículas fluidizadas está compuesto como sigue: primero una porción de gas es absorbida por las partículas flotantes en fase de burbujas y el gas nuevamente es transferido a la nube. Otras porciones son absorbidas por las

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partículas en la nube y el resto es absorbido completamente por las partículas en la fase emulsión. En una cama fluidizada donde las partículas finas son agitadas por grandes burbujas de gas, el rate de absorción de gas en la superficie de las partículas se supone que es lo suficientemente más alto que el rate de intercambio de gas entre la fase burbuja y la nube, y entre la nube y la fase emulsión. 

Transferencia de calor

La trasferencia de calor en una cama fluidizada puede ser entre el gas y las partículas, entre las paredes del reactor de cama fluidizada y entre la cama fluidizada y la superficie de sólidos instalados dentro de la cama. Con el progreso de las reacciones químicas que ocurren dentro de las partículas fluidizadas, una cantidad de calor es despedido o absorbido en la reacción de interfase y el calor es transferido a los alrededores de la parte gaseosa a través de la película límite de las partículas y el rate de transferencia de calor es importante como la base de la cinética de las reacciones que ocurren en la cama fluidizada. La transferencia de calor entre las paredes del reactor y la cama fluidizada es también indispensable en el análisis cinético de las reacciones que ocurren en una cama fluidizada, la cual es externamente calentada o enfriada. La transferencia de calor entre una cama fluidizada y una superficie sólida instalada en la cama es a menudo requerida para evaluar el rate de intercambio de calor entre la cama y un intercambiador de calor. En una cama fluidizada la temperatura del gas cambia rápidamente en el fondo de la cama fluidizada y converge a una temperatura constante en la porción superior, y la transferencia de calor es casi completa en la porción inferior de la cama. El valor del coeficiente de transferencia de calor es afectado por la altura de la cama fluidizada, porque esta promedia la cantidad de calor transferida, la cual mayormente

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ocurre en el fondo de la cama fluidizada. La transferencia de calor también es afectada por la forma y las condiciones de la superficie de las partículas. Cuando un flujo de gas precalentado es soplado dentro de una cama fluidizada de baja temperatura, el gas asciende a través de la cama principalmente en la forma de burbujas de gas y el calor es transferido de las burbujas a las nubes. Se asume que el gas y las partículas están en equilibrio térmico dentro de la fase emulsión y que la pérdida de calor del gas en la fase burbujas es expresado como:

Calor perdido + calor transferido =Calor tomado por los por el gas en las a la nube donde es sólidos en las burbujas burbujas absorbido todo

Se supone que la temperatura del gas medida en la cama fluidizada es el promedio de las temperaturas en la fase burbujas y el gas involucrado en la fase emulsión (la cual es igual a la temperatura de las partículas). Es conocido que el coeficiente de transferencia de calor llega a ser más bajo cuando el tamaño de las partículas se incrementa. Además, dicho coeficiente se incrementa cuando el rate del flujo de gas es bajo, y decrece cuando el rate de flujo es alto; esto debido a que decrece la concentración de partículas fluidizadas. El coeficiente de transferencia de calor está en el rango de 100 a 600 Kcal/m2/ Hr/ ºC Los

factores

que

afectan

el

coeficiente

de

transferencia

de

calor

son: densidad, viscosidad y calor específico del gas; tamaño, densidad, esferoicidad, calor específico y conductividad térmica de las partículas añadidas al rate de flujo de gas; diámetro, altura y fracción vacía de la cama fluidizada.

Ventajas de las camas fluidizadas

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

Las reacciones ocurren a velocidades mayores que en otros tostadores (reactores), debido a que la agitación intensa de las partículas cargadas permite que el contenido de estas y el aire se incremente en forma notable.



Debido al movimiento vigoroso de las partículas por el gas fluidizante, la cama es uniforme en cuanto a composición de las partículas y temperatura.



Construcción y operación simples, que permiten un fácil control automático de las operaciones en forma continua.



No posee partes móviles sometidas a esfuerzos y/o temperatura.



Mucho mayor capacidad de tratamiento que otros hornos (reactores)



Producción de gases de tostación con alto contenido de anhídrido sulfuroso que permite que puedan ser tratados en Plantas de Ácido Sulfúrico, sin tener que quemar adicionalmente azufre.



Operan en forma automática y permiten la recuperación de calor, que se aprovecha en la generación de vapor y energía eléctrica



Se puede controlar el tiempo de residencia de las partículas que están siendo tratadas



Da confiabilidad y estabilidad a la operación



Facilidad de manejo de sólidos

Aplicaciones de los hornos de cama fluidizada 

Tostación de concentrados sulfurados (zinc, cobre, molibdeno, piritas y arsenopiritas auríferas)



Fabricación de cemento



Craqueo catalítico de hidrocarburos

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

Secado de materiales



Tostación de concentrados de cobre-arsénico para eliminar el arsénico.



Calcinación de piedras calizas



Aprovechamiento de finos de carbón y coque para producir vapor

3. PRECIPITACIÓN ELECTROESTÁTICA El proceso principal de recuperación de humos metalúrgicos usado en el Complejo Metalúrgico de La Oroya es por precipitación electroestática. También llamado sistema Cotrell en nombre a su inventor. Por este método se colectan mensualmente un aproximado de 200 TM de polvo proveniente de los procesos de Fusión.

PRECIPITADORES ELÉCTRICOS O COTTRELLES

En este tipo de colector, los gases cargados de polvo pasan a través del precipitador electroestático (ESP). Donde las partículas sólidas en suspensión de los humos metalúrgicos en combinación con iones gaseosos compuestos se cargan eléctricamente dentro de un campo electroestático que es originado por una corriente continua aplicada a los electrodos de descarga (Descarga de Corona). Estas partículas se colectan en placas colgantes cargadas negativamente. Las partículas que se acumulan en las placas se remueven al golpear las placas colectoras.

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CIRCUITO DE TOSTADORES DE ZINC EN LA FUNDICIÓN DE LA OROYA

CARACTERÍSTICAS Los humos producidos por la tostación de los concentrados de Zinc en los tostadores FBR (tostadores de cama fluida) y TLR (tostadores de lecho turbulento) para obtener la calcina de Zinc son enviados a la sección de lixiviación de la planta Electrolítica de Zinc para su posterior tratamiento. Los humos provenientes de TLR; que contienen la mayor parte de la carga. Van directamente a un sistema de recuperación de calor y polvo contenidos y luego de la limpieza de los gases para ir luego a la Planta de Ácido Sulfúrico por tener una concentración de SO2 relativamente alta; mientras que los humos originados en el FBR, luego de pasar por sus respectivos calderos y multiciclón, son tratados en las celdas de precipitación de las unidades 1.2 y 3 de Cottrell Central sin ningún acondicionamiento adicional.

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Diagrama de flujo simplificado del Circuito de Zinc

4. PLANTAS DE ÁCIDO SULFÚRICO El SO2 contenido en la corriente de gas impuro procedente del horno de tostación, se transforma en primer lugar en trióxido de azufre, debido a la reacción con el oxígeno en la torre de catálisis. Posteriormente, en la denominada torre de absorción intermedia, el trióxido de azufre resultante se absorbe en ácido sulfúrico del 99% de concentración, transformándose en ácido sulfúrico concentrado apto para uso en todo tipo de industrias, PROCESOS EXTRACTIVOS I

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ya que las instalaciones están dotadas de un sistema de depuración de gases que permite la eliminación del mercurio, con carácter previo a su entrada en la planta de ácido. La reacción es: 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4

5. LIXIVIACIÓN El zinc y los otros metales contenidos en la calcina se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida. En la etapa de lixiviación neutra se disuelve la mayor parte de la calcina, excepto las ferritas de zinc (óxido de hierro y zinc) en ella contenidas. Mediante la utilización de espesadores se separan los sólidos no disueltos de la disolución de sulfato de zinc. La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación, mientras que los sólidos no disueltos se someten a la etapa de lixiviación ácida. La lixiviación ácida se realiza a una temperatura próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice. La disolución así obtenida se somete a un proceso de hidrólisis, tras el que se forma un sulfato básico de hierro insoluble llamado jarosita, que en unión de los metales no disueltos en esta segunda etapa constituyen el residuo final del proceso. Este residuo, después de una decantación en espesadores y posterior filtración, es enviado por bombeo a la balsa de residuos. 

La reacción básica es la siguiente: ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

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

Reacción de lixiviación acida caliente:

LIXIVIACIÓN NEUTRA

LIXIVIACIÓN ÁCIDA

• Se disuelve la mayor parte de la calcina, excepto las ferritas de Zinc (óxido de hierro y zinc).

• se realiza a una temperatura próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio súlfurico, como el plomo, calcio y sílice.

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ESQUEMA DE LA LIXIVIACIÓN NEUTRA

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ESQUEMA DE LA LIXIVIACIÓN ACIDA

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MÉTODOS DE PRECIPITACIÓN JAROSÍTICA, GOETÍTICA Y HEMATÍTICA La lixiviación se realiza simultáneamente a la oxidación y la neutralización de forma que se pueda precipitar el hierro con el que coprecipitan impurezas como el As, Sb y Ge. También se coprecipitan sílice coloidal e hidróxido de aluminio. Esta precipitación de Fe3+ se efectúa actualmente haciendo uso de las precipitaciones jarosítica, goetítica o hematítica. La Compañía Asturiana de Zinc S.A. (1964), junto con dos compañías extranjeras, una noruega: Norzinc (Det Norske Zinkkompany, 1965) y otra australiana: Electrolytic Zinc Company of Australasia (Electrolytic Zinc Company of Australasia, 1965) (Claassen et al., 2002), demostraron que el hierro podía ser precipitado como jarosita, que es un compuesto sintético cristalino cuya fórmula es M2Fe6(SO4)4(OH)12 en donde M puede ser Pb, Na, K, NH4 , etc., añadiendo NH4+ o Na+ a la disolución, ajustando el pH a 1.5 y fijando una temperatura de unos 90ºC. El resto del hierro se puede precipitar a pH 3.5 por neutralización. La jarosita tiene la ventaja de separarse muy bien de la disolución. Con este método se puede permitir la lixiviación de más hierro, a la vez que se recupera el cinc de las ferritas aumentando, así, la recuperación de cinc del mineral. La reacción de precipitación es la siguiente: Fe2(SO4)3 + 10 H2O + 2 NH4OH → (NH4) 2Fe6(SO4)4(OH)12 + 5 H2SO4 El control del pH, que tiende a bajar como resultado de la formación de ácido sulfúrico, se hace por adición de tostado, es decir, de óxido de cinc. Una vez ha precipitado la jarosita, controlando así el nivel de hierro en disolución, se evacua de los espesadores y se filtra, procediéndose a su depósito en lugares acondicionados para evitar todo tipo de contaminación, tanto ácida como metálica. El hierro residual de esta precipitación jarosítica, que suele quedar en forma ferrosa, bien se reoxida y neutraliza aparte para su

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eliminación o bien se envía a la lixiviación neutra. El licor se separa, para purificarle de otros metales, después de la lixiviación neutra. Para optimizar la recuperación de cinc se propone, a veces, lavar la jarosita con ácido. Con ello se consiguen disolver las pequeñas cantidades de ferrita procedentes de la pulpa inicial o del óxido neutralizante. La precipitación jarosítica conlleva la fijación de cantidades importantes de ácido sulfúrico en el residuo, pero esto no es, hoy día, un problema al ser muy excedentarias las plantas metalúrgicas en este producto que, por otra parte, ingresa parcialmente como sulfato en el tostado. Más importante es el problema de volumen del residuo que se produce. Las soluciones son fundamentalmente dos: o se descompone la jarosita para su reciclado o se promueve un procedimiento distinto de precipitación de hierro.

Proceso de la Jarosita Amónica

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En Balen (Bélgica) la compañía Vieille Montagne S.A. (Societe de la Vieille Montagne, 1968) (Claassen et al., 2002), desarrolló otro método para la precipitación del hierro de la disolución según el cual el hierro procedente del ataque ácido de las ferritas se reduce al estado ferroso por adición de concentrado de blenda y la disolución se reoxida, a 95ºC y pH 4, por medio de aire u oxígeno, precipitando el mineral sintético goetita (FeOOH). Las reacciones son las siguientes: Fe2(SO4)3 + ZnS → 2 FeSO4 + ZnSO4 + S 2 FeSO4 + ½ O2 + 3 H2O → 2 FeOOH + 2 H2SO4 Al igual que en el caso de la precipitación jarosítica, es preciso controlar el pH lo que se consigue adicionando tostado. El producto precipitado, la goetita, sedimenta con facilidad en los espesadores por lo que también permite una fácil separación. El proceso de separación goetítica está perfectamente desarrollado a nivel industrial, aunque no ha tenido una implantación tan amplia como el proceso de la jarosita. Tiene, sin embargo, claras ventajas en cuanto a volumen de residuos pues de acuerdo con la fórmula de ambos precipitados, la goetita contiene casi el doble de hierro que la jarosita. No obstante, los dos productos contienen pequeñas cantidades de cinc (menos del 1%) y contenidos variables en metales pesados por lo que su deposición ha de ser controlada.

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Proceso de la Goetita Por otro lado, la compañía japonesa Dowa M. instaló en Arika, Japón, otro método dirigido a un mejor control medioambiental, la precipitación hematítica, utilizada también por la compañía Ruhr-Zink en Datteln (Alemania). La planta japonesa propuso un tratamiento de lixiviación del residuo procedente de la etapa de ataque neutro, a una temperatura de 100ºC, utilizando una autoclave en el que se introduce dióxido de azufre, a una presión de dos atmósferas, para disolver la mayoría de los metales: hierro, cinc, cobre, cadmio, etc. De la disolución se precipitan los metales más nobles, como el cobre, con sulfuro de hidrógeno. La disolución se neutraliza con cal, para eliminar sulfato como yeso, y a pH 5 se precipitan los metales presentes incluyendo el germanio y el arsénico. Posteriormente, en una autoclave de titanio, se procede a la oxidación con oxígeno gas, a alta temperatura (200ºC) y presión, precipitando un mineral artificial de hierro, la hematites. Este precipitado tiene mayor concentración de hierro, llegando al 70%.

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6. PURIFICACIÓN Después de la lixiviación se efectúa una purificación de la disolución con objeto de eliminar algunos elementos presentes en la misma. Dicha eliminación se realiza con la adición de zinc en polvo. Por medio de esta adición se precipitan el Cu, el Mo, el Co y el Cd, y se reduce el contenido de Sb y Ge a niveles aceptables. Esto es posible debido a la cementación de los mencionados metales por el zinc, que es menos noble que ellos. En la práctica, a 90ºC y pH 4, el primero en precipitar es el Co; después se precipitan Cu, Ni, As y Sb. En un paso posterior, con más adición de zinc, se precipitan Cd, Tl y Ge, lo que se produce a pH 3 y 70-80ºC. Parece ser que el As activa el zinc en polvo aumentando su selectividad y eficacia. Por ello se adicionó, a veces, en forma de óxido; su peligrosidad hizo que se cambiara por Sb y entonces las condiciones varían ligeramente: a 65-75ºC, se precipitan Cu, Ni y Co juntos con algo de Cd. Se filtra y la disolución se trata con más zinc en polvo para precipitar el resto de Cd y los otros metales. En ciertas plantas, la precipitación de metales se hace, primero, en frío, obteniéndose Cd y Cu y luego en caliente, a 90ºC, precipitándose Co y Ge mediante adición de polvo de zinc en presencia de Sb. Con minerales más cargados en algunos de estos metales, ciertas plantas, han tenido que desarrollar métodos de precipitación especiales así como prácticas para la precipitación selectiva de metales, como el cadmio, a una determinada temperatura y previa precipitación de los demás metales. Una vez purificada la disolución, ésta se pasa a la instalación de electrólisis para la recuperación metálica

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La solución de ZnSO4 obtenida debe ser purificada, porque si no las impurezas se depositarían sobre los cátodos. La disolución del sulfato de zinc procedentes de la etapa de lixiviación neutra se trata mediante un proceso continuo realizado en dos etapas, para eliminar otros metales disueltos, como el cobre, el cadmio o cobalto, que se recuperan como subproductos. Una vez realizada la filtración, la disolución de sulfato de zinc se enfría mediante torres de refrigeración y se bombea al tanque de almacenamiento de electrolito. La eliminación del hierro se hace por oxidación del sulfato ferroso existente en la solución, por medio del bióxido de manganeso

2 FeSO4 + MnO2 + 2 H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + MnSO4 + 2 H2O Y el hidrato férrico precipita precipita por hidrolisis del sulfato férrico arrastrando As, Sb. Si el mineral es rico en hierro, inicialmente no se ataca más que la ferrita del zinc, y se añade aquí el óxido de zinc:

Fe2 (SO4)3 + 3 Zn (OH)2 = 2 ZnSO4 + 2 Fe (OH)3 EL cobre y el cadmio son precipitados a continuación por medio del zinc en polvo

Tenemos 2 plantas de refinación del Zinc

DOE RUN PERU (LA OROYA) Las impurezas contenidas en la solución de sulfato de zinc proveniente de la unidad de separación de sólidos, son removidas precipitándolas con la adición controlada de polvo de zinc, obteniéndose dos productos: una solución purificada de sulfato de zinc que es enviado a casa de celdas y un precipitado de zinc que es sometido a procesos metalúrgicos para obtener otros productos como: cemento de cobre, esponja de cadmio y sulfato de zinc.

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VOTORANTIM (CAJAMARQUILLA) Dos etapas en las cuales se adiciona zinc en polvo para precipitar los metales más electropositivos que el zinc y obtener una solución de sulfato de zinc libre de impurezas y residuos sólidos de los cuales se recupera el cobre y el cadmio.

A. EL IMPURO (ZnSO4 ENVIADO A LA LIXIVIACIÓN) Tiene el siguiente análisis promedio:

Zn*

H2SO4*

Cu°

Cd°

Pb°

As°

Sb°

Ge°

Se°

Co°

130

0

241

215

20

1,257

1.078

0.202

< 0,01

0,625



* En gramos por litro



° En miligramos por litro

La solución impura tiene una ligera coloración verdosa, es algo viscosa al tacto, su P.e. (peso específico) en promedio es de 1320 - 1328 y con una temperatura de 52 - 54 grados Celsius. Sin embargo, actualmente la temperatura es de 45 grados Celsius aproximadamente.

B. POLVO DE Zn

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Se utiliza como agente cementante, proviene de la Unidad de Polvo de Zinc, su aspecto físico es el de unas partículas muy finas de color metálico y tiene la propiedad de arder con el fuego. Su análisis promedio es:

Zinc Total

Zinc Metálico

Zinc Oxidado

98-99%

92-94%

4-6%

El consumo polvo de zinc por tanque es de aproximadamente 300 kg.

C. SOLUCIÓN PURA Es el producto obtenido luego de la purificación, que se le denomina Check, este es mezclado con el electrolito gastado (spent) y forma el electrolito fresco. Esta solución tiene muy bajo contenido de impurezas, siendo su composición promedio

Zn*

H2SO4*

Cu°

Cd°

Pb°

As°

Sb°

Ge°

Se°

Co°

131

0

0,488

0,338

0,90

0,028

0,032

0,033

< 0,01

0,438



* En gramos por litro



° En miligramos por litro

D. RESIDUO DE PURIFICACIÓN Se obtiene al filtrar la solución purificada, un residuo sólido que luego se llevará a la Planta de Cadmio para su procesamiento ZPR. La composición promedio es:

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Zn*

Cu°

Cd°

Pb°

Ag°

As°

Ge°

Se°

Co°

H2O°

48

4,6

3,56

0,42

14

0,06

31

0,02

44

25,7



* En gramos por litro



° En miligramos por litro

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VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA PURIFICACIÓN Dentro de las variables que se deben tener presentes en el proceso de purificación tenemos:

Granulometría: La finura del polvo de zinc (60% malla 200) permite tener una buena superficie de contacto, entre los iones metálicos disociados presentes en la solución y las partículas de zinc, además se debe tener en cuenta que la distribución de las partículas de zinc entre la masa de la solución que se trata debe ser lo más homogénea, es decir que cuanto más fino sea el polvo mayor será la eficiencia de superficie de contacto.

Agitación: De la agitación depende que se haga una buena homogenización en la distribución de las partículas de zinc en la masa liquida. La agitación de los reactores es de tipo mecánica, lo que crea un movimiento turbulento en sentido horizontal.

Temperatura: Esta variable puede ser una de las más importantes actualmente se trabaja a una temperatura que varía entre los 45 - 48 °C, el aumento de temperatura favorece una mayor actividad de las impurezas permitiendo una mejor disolución del zinc, teniendo en cuenta que la solución es neutra, la disolución se consigue por el desplazamiento iónico 19 de impurezas especialmente elementos como (Co, Ni, As, Sb, Te, Se, etc.) la cual está en relación con las tensiones electromotrices.

EQUIPOS UTILIZADOS A. TANQUES

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La unidad de Purificación consta de 02 tanques 5 y 6 marca Centromin Peru, cada tanque tiene un volumen de operación de 73 000 litros, un agitador de paletas marca DORROLIVER que gira a 18 revoluciones por minuto en promedio, un reductor de velocidad, un motor de 15 HP y 880 R.P.M., y 02 tanques nuevos 1 y 2 con una capacidad 73 000 litros, un agitador de paletas marca OORR-OLIVER que gira a 55 revoluciones por minuto en promedio. Cada tanque cuenta con una válvula de descarga de cierre hermético. También se cuenta con 8 tanques con una capacidad de 100 000 litros para el almacenamiento del producto de la purificación.

B. Filtros Prensa Se tiene 05 filtros prensa marca SHRIVER, los filtros 1 ,2 y 4 constan de 42 platos y 50 marcos de polipropileno, y los filtros 3 y 5 constan de 52 platos y 50 marcos de aleación Alcea, todos los platos y marcos presentan un orificio en la parte superior izquierda que es por donde ingresa la solución a ser filtrada, los platos además presentan en la parte inferior derecha una "pileta" que por donde se descarga la solución filtrada. Todos los platos están cubiertos por una lona del tipo Polimax B la cual permite filtrar las soluciones purificadas. El flujo de filtración es de 800 litros por minuto. El cierre hermético se realiza en forma manual y con ayuda de una "gata" hidráulica, ya que la presión de operación oscila entre los 45 y eo psi (libras por pulgada cuadrada), el tiempo de filtración de un tanque de purificación varia entre 80 (primera filtración) y 130 minutos (3era o 4ta. filtración) momento en el cual se procede a descargar el queque acumulado en su interior.

C. BOMBAS El trabajo de bombear la solución de los tanques de purificación hacia los filtros prensa SHRIVER es realizado por 06 bombas centrifugas marca Worthington, estas 12 bombas tienen un diámetro de 6 pulgadas por donde ingresa la solución y un diámetro de descarga PROCESOS EXTRACTIVOS I

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de 3 pulgadas, presentan refrigeración de agua en el eje, es muy importante también evitar el ingreso de aire por el Gland (eje) ya que puede ocasionar la redisolución del cadmio contaminar la solución purificada. Las bombas son accionadas por un motor de 30 HP y 1760 R.P.M.

D. TANQUE DE AGUA CALIENTE En el sótano de la unidad de purificación se tiene también un tanque de agua caliente con una capacidad de 3800 litros, el agua que es almacenada en este tanque es calentada por medio de la inyección de vapor directamente hasta una temperatura de 70 a 75 Celsius, agua caliente con la cual se realiza el lavado de las lonas de los filtros prensa con el propósito de eliminar el sulfato de zinc atrapado en el queque y en las lonas para evitar que cristalice y obstruya las lonas, lo cual originaria incremento del tiempo de filtración.

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7. ELECTRODEPOSICIÓN La electrodeposición es el método de cubrir objetos con una película fina de otro metal. El principio que rige este fenómeno es la electrólisis, cuyo nombre procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que significa ruptura. La electrodeposición implica la reducción (disminución del estado de oxidación; ganancia de electrones) de un compuesto metálico disuelto en agua y una deposición del metal resultante sobre una superficie conductora. Probablemente esta técnica es uno de los procesos más complejos conocidos, debido a que hay un gran número de fenómenos y variables que intervienen en el proceso total, mismos que son llevados a cabo en la superficie de los materiales involucrados. En la electrodeposición de metales, el éxito de la operación está en función del control de los fenómenos involucrados, por lo que es necesario mencionar los principios a los que se sujetan éstos, ya que cualquier variación en el proceso se verá reflejada de manera significativa en el resultado obtenido.

A continuación se menciona la definición de algunos términos empleados en el proceso de electrodeposición:

 El electrodepósito es el depósito catódico obtenido por el paso de una corriente eléctrica en una célula electrolítica.

 Un electrodo es el componente de un circuito eléctrico que conecta el cableado del circuito a un medio conductor como un electrolito. El electrodo positivo es llamado ánodo (Pb-Ag) y el electrodo negativo es llamado cátodo(Al).

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 El electrolito es la sustancia iónica que en solución se descompone al pasar la corriente eléctrica.

PROCESO ELECTROLÍTICO El proceso electrolítico consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados ánodo y cátodo. Donde los cambios ocurren en los electrodos. Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energía (generador de corriente directa), el electrodo que se une al polo positivo del generador es el ánodo y el electrodo que se une al polo negativo del generador es el cátodo. Una reacción de electrólisis puede ser considerada como el conjunto de dos medias reacciones, una oxidación anódica y una reducción catódica (Figura)

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REACCIONES QUÍMICAS Reacciones y electrodos en el proceso de electrodeposición de zinc (Zn)  Ánodos de Pb-Ag y cátodos de Al  H2SO4 en disolución

REACCIÓN ANÓDICA:

H2 (g) = 2H+ + 2e(Descomposición del Hidrógeno)

REACCIÓN CATÓDICA:

Zn2+ + 2e- = Zn (s) (Precipitación del zinc)

REACCIÓN DE LA CELDA:

Zn2+ + H2 = Zn + 2H+ (Expresada en forma iónica)

Resultados del proceso electrolítico 1. Depositación del zinc en el cátodo

2. Evolución de hidrogeno en el ánodo

3. El electrolito se enriquece en ácido y se empobrece en zinc PROCESOS EXTRACTIVOS I

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El proceso de EW, se lleva a cabo en una celda electrolítica, donde circula continuamente el electrolito acuoso que contiene disuelto ZnSO4 y H2SO4 y que proviene de la planta SX (purificación) para el caso de nuestro interés en este curso. En la celda ocurren reacciones electroquímicas de oxidación-reducción provocada por la energía eléctrica. En el cátodo el ion Zn2+ es reducido a Zn por los electrones suplidos por la corriente y que vuelven dicho electrodo de polaridad negativa. En el electrodo positivo hay un déficit de electrones, y se descompone agua generándose oxigeno gaseoso que burbujea en la superficie del ánodo y además ácido sulfúrico, de acuerdo a la reacción neta global

Algunos datos: El color del ánodo es de color gris pardo esto sucede porque hay oxidación en el ánodo expulsando hidrogeno pero el SO4-2 se deposita en el ánodo de esta forma se anodiza el plomo. Respecto a la niebla acida esto sucede precisamente por la expulsión de oxigeno creando de esta forma una especie de nube llamada niebla acida pero se controla mediante sistemas de tratamiento como expulsar en forma de flujo laminar.

DIFERENCIA ENTRE LA ELECTRODEPOSICIÓN Y LA ELECTROREFINACIÓN

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ELECTRODEPOSICIÓN El ánodo está hecha de algún material como el plomo o el carbono que es insoluble en el electrolito, por lo que es necesario reponer el contenido de metal en el electrolito mediante la adición de un compuesto metálico que es soluble en el electrolito

ELECTROREFINACIÓN El ánodo de aleación impuro es usado que se disuelve por la acción de la corriente, lo que se reabastece en el electrolito de una cantidad de metal aproximadamente equivalente a la cantidad depositada en el cátodo

ELECTRODEPOSICIÓN DEL Zn Una vez purificada la disolución, ésta se pasa a la instalación de electrólisis para la recuperación metálica. La disolución pasa a las cubas de electrólisis, que son rectangulares, de hormigón y recubiertas de plomo o PVC, constituidas por ánodos de plomo aleado con algo de plata (1%) para reducir su corrosión y, por tanto, la contaminación del cinc con plomo y cátodos de aluminio. Hoy día la superficie catódica ha aumentado a más del doble con lo que se ha aumentado mucho la productividad de las plantas. Los cátodos procedentes de la electrólisis no son una forma comercial usual de venta de cinc, por ello es preciso fundirlos.

La solución purificada pasa a una sección de celdas electrolíticas, donde se realiza la recuperación electrolítica del zinc con ánodos de plomo y cátodos de aluminio. A través de la disolución purificada de sulfato de zinc originando el zinc metálico puro, el zinc se deposita en los cátodos y se forma oxígeno en los ánodos, donde también se genera ácido sulfúrico, que se recicla a la etapa de lixiviación.

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Los cátodos de zinc son retirados y llevados a máquinas deshojadoras, donde se desprenden las hojas de Zinc catódico producido.

CASA DE CELDAS ELECTROLÍTICAS

REACCIONES ELECTROLÍTICAS DEL PROCESO Reacciones y electrodos en el proceso de electrodeposición de zinc (Zn)  Ánodos de Pb-Ag y cátodos de Al  ZnSO4 en disolución

REACCIÓN ANÓDICA:

H2O (g) = 2H+ + ½ O2 (aq) +2e(Descomposición del agua) PROCESOS EXTRACTIVOS I

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REACCIÓN CATÓDICA:

ZnSO4 (g) + 2e- = Zn (s) + SO4-2 (Precipitación del zinc)

REACCIÓN DE LA CELDA:

ZnSO4 + 2 H2O = Zn°(s) + H2SO4 + ½ O2 (Expresada en forma iónica)

8. FUSIÓN Y MOLDEO Fusión del zinc catódico en hornos eléctricos de inducción y moldeo. Una vez fundido el zinc, se envía a las máquinas de colada con el objeto de producir u obtener barras de zinc de 99.995% de pureza y/o aleaciones de zinc de diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado

TRANSPORTE

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COMERCIALIZACIÓN La venta de zinc metálico, se vende de diferentes formas, y sea en bolas o losetas, cada presentación es de acuerdo como el cliente lo desee, a continuación de muestran los parámetros que debe cumplir para su venta.

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USOS DEL ZINC Cerca del 50% del cinc producido se emplea en galvanización y en el recubrimiento de acero mediante distintas tecnologías que incluyen el uso de aleaciones mixtas cinc-aluminio. La fabricación de aleaciones base cinc como bronces y latones representa cerca del 35% de la producción. Otros usos importantes son en productos químicos, farmacéuticos y en pigmentos para pinturas.

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COTIZACIÓN DEL ZINC EN LOS ÚLTIMOS DÍAS

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CONCLUSIONES •

El zinc es un metal a veces clasificado como metal de transición, aunque estrictamente no lo sea.

•

Es el 23° elemento más abundante en la tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero.

•

Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada.

•

El aire seco no lo ataca, pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión.

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BIBLIOGRAFIA 

https://www.monografias.com/trabajos93/principios-tostacionconcentrados-zinc/principios-tostacion-concentrados-zinc.shtml



Prácticas y principios de de tostación en camas fluidizadas. Jacinto Sack Arzola- Carlos Paz Gordillo Cerro de Pasco Corporation



http://procesosdefabricaciondelzinc.blogspot.com/2011/06/procesopara-la-obtencion-del-zinc.html



https://prezi.com/lettv9aw16m2/proceso-para-la-obtencion-del-zinc/

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