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Pirometalurgia del zincPROCESOS DE TOSTACIN

Tostacin de accin instantnea: Se efecta en una modificacin del tostador convencional de hogar mltiple.

Se puede dar al concentrado con contenido de 30% de S una tostacin oxidante y producir un xido de zinccon menos de 1% de S.

La torta hmeda, producto del proceso precedente de beneficio, se seca primero hacindola pasar por uno odos hogares de secado, por los cuales se hacen pasar gases calientes provenientes de la operacin detostacin. Estos hogares de secado pueden estar ya sea arriba o debajo de la cmara de tostacin,dependiendo del diseo del tostador.

Ya secado, el concentrado se rastrilla hacia la periferia del hogar inferior de secado y desliza para caer a unaboca de alimentacin de un molino de bolas Marcy con arrastre de aire. Las partculas de sobremedida y losterrenos aglomerados se reducen de tamao en el molino, y cuando alcanzan el tamao y peso adecuados searrastran por succin hacia un clasificador de aire. En ste, las partculas demasiado grandes vuelven al molinode bolas y las ms finas se llevan en suspensin en aire a un colector de polvo ciclnico. Este colector separalos slidos de la corriente de aire y los descarga a una tolva de material de almacenamiento seco, donde quedalisto para ser cargado a la cmara de combustin del tostador de accin instantnea.

La cmara de combustin puede estar situada ya sea en los 2/3 superiores de un tostador, con todos loshogares abajo o puede formar la seccin central con el hogar de secado arriba y los hogares de tostacin finaly descarga abajo. El concetrado seco de la tolva de alimentacin es transportado horizontalmente junto con elaire para la combustin a travs de la boquilla de un quemador situada encima de la cmara de combustin.Las partculas finas de sulfuro se encienden en frente del quemador y siguen ardiendo en suspensin mientrascaen verticalmente por toda la cmara. El gas seco del ciclo procedente de los hogares de secado essuccionado hacia este quemador y mezclado con aire atmosfrico con un doble fin: ayudar a controlar el calordesprendido durante la reaccin exotrmica:

ZnS + 3/2 O2 -> ZnO + SO2

Y para recuperar el polvo producido en la operacin de secado. La reaccin es plenamente autgena y tienelugar a ms de 1000C.

Casi el 60% de los calcinados tostados sedimentan a travs de la cmara de combustin para juntarse en loshogares inferiores de recoleccin y descarga, y de stos son rastrillados para ser descargados a travs de unaboquilla a una tolva de calcinados en donde ocurre la desulfurizacin final. Un concentrado con 30% de Sreducir su contenido de S al 8% en la cmara de combustin, y disminuir todava a menos del 1% de S enestos ltimos hogares inferiores.

Debido al grado de finura del concentrado alimentado, una porcin considerable de la alimentacin seca (40%)es arrastrada hacia afuera de la cmara de combustin por la corriente de gases calientes de escape y no se

cae a los hogares inferiores. Los gases calientes salen generalmente del tostador por el hogar recolectorinferior intentando que la mayor cantidad posible de calcinados finos se quede en el hogar y vayadirectamente a la tolva de calcinados. Los gases van primero a las calderas recuperadoras de calor de desechoy un ventilador los succiona de all a un gran colector de polvo ciclnico en el que se separan los

fondo de la cmara de combustin del tostador. La corriente de gases procedente del colector ciclnico sehace pasar luego a un precipitador electrosttico, o a una torre de lavado hmedo, para remover las partculasde polvo ms finas an presentes. Estos slidos son calcinados de bajo contenido de S que pueden agregarse

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directamente a la tolva de calcinados como producto terminado. El gas limpio se conduce luego por tubera ala planta de recuperacin para la fabricacin de cido sulfrico.

Los tostadores de lecho fluido: Utilizando alimentacin peletizada a temperaturas de tostacin superiores a950C. Los tostadores que se usan son rectangulares y tienen inclinacin con seccin transversal. La inyeccinde aire al lecho se hace a razn de 398 a 483 m por minuto, utilizndose los gastos de aire ms bajos con las

temperaturas ms altas.

El calcinado grueso, en el cual se ha reducido el contenido de azufre de 33% en el concentrado alimentado aslo 0,5%, pasa del tostador a un enfriador de calcinado y de all a una tolva de almacenamiento. Esto es el55% del producto calcinado total. Los gases calientes que escapan por una abertura para gases situada en laparte superior del tostador van primero a una caldera de calor de desecho para recuperar parte de su calorsensible. Luego pasan a un colector de polvo ciclnico en el que se separa el 38% del calcinado total. La mitaddel producto del cicln se agrega a los calcinados de derrame en el enfriador de calcinados y la otra mitad seregresa a la planta peletizadora como ingrediente aglutinante. El contenido de azufre de este calcinadociclnico es ligeramente inferior del 1%.

Los gases del tostador contienen an 7% de los calcinados totales en forma de polvo fino, y ste se separa enuna segunda etapa recolectora, por lo general en un precipitador electrosttico, despus de lo cual el gas

depurado se deja salir del circuito de tostacin. Este polvo se agrega tambin a la tolva de almacenamiento decalcinado. Slo tiene aproximadamente 0,1% de S. El contenido de S combinado de los tres calcinadosprocedentes del derrame del tostador, el colector ciclnico y el precipitador electrosttico es del orden de0,75% S.

Tostadores de hogar mltiple: se utilizan para completar las operaciones de tostacin como para lograr laprimera etapa en una tostacin en dos partes en las que se utiliza sinterizacin como segundo paso final.

Se emplean tostadores con doce hogares de tostacin y un hogar superior de secado y el calor producido porel S que contiene la alimentacin es suficiente para alcanzar una temperatura de reaccin de 700 a 800C quetostar el material de alimentacin del 30% de S al 8%. Una tostacin completa con producto calcinado de muybajo contenido de S requiere de una alta temperatura de tostacin para expulsar el S remanente ydescomponer cualquier sulfato de zinc que se hubiera formado y para ello hace falta una temperatura de

1000C que se consigue con quemadores de petrleo o de gas.

En algunos casos se completa la tostacin de hogar mltiple en el calcinado al 8% de S y en una segundatostacin, que se realiza en mquina de sinterizacin reduce el contenido de azufre en el calcinado sinterizadofinal a menos del 1%. Esta tostacin evita que el SO2 que escapa del tostador de hogar mltiple se diluya ycontamine por los productos de combustin si se va a aprovechar para fabricar H2SO4.

Sinterizacin: Se efecta tanto como segunda etapa de una tostacin (utilizando un tostador de hogar mltiplecomo primer paso) como tambin como un proceso de tostacin completo por si mismo. El sinter producidoes material ideal para alimentacin de los hornos de cuba. Cuando se tritura a 6,25 mm constituye un materialde alimentacin excelente para la destilacin en retortas.

El mtodo de sinterizacin ms comn consiste en mezclar el sinter triturado de retorno con concentradocrudo por tostar y a la vez mezclar agentes fundentes de CaO si el sinter ha de fundirse en hornode cuba parazinc, y en tostar dicha mezcla. Los concentrados crudos, el sinter retornado y los agentes fundentes sehumedecen para producir una consistencia ssatisfactoria de la alimentacin, y se extiende una capa sobre larejilla de una mquina de sinterizacin de operacin continua. Luego se enciende esta capa por la partesuperior por medio de un quemador de gas o de aceite combustible y se succiona aire hacia debajo de maneraque pase a travs de la carga, y la sinterizacin contina al moverse la rejilla hacia el extremo de descarga de lamquina. La combustin se completa cuando se descarga el sinter, y ste se clasifica por tamaos. 2,5 cm atolvas de almacenamiento o se tritura una parte y se regresa para agregarle concetrado crudo.

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El concentrado crudo, sinterizado sin dilucin con finos sinterizados de bajo contenido de S se tuesta en formademasiado violenta y existe riesgo de que el calor de la oxidacin desprendido funda la carga. El mezclado definos presinterizados en proporcin de cuatro o cinco partes de sinter por una parte de concentrado crudomantiene la cantidad de combustible sulfurado en la mezcla a un nivel bajo, de 5 a 6% de S, y permite lograruna tostacin de control uniforme. Los calcinados sinterizados producidos estn abajo del nivel deseado de1%S, y como el nivel de S en la mezcla de alimentacin es relativamente bajo, se evitan temperaturas de

sinterizacin excesivamente altas que pudieran fundir la carga. La sinterizacin se emplea tambin como lasegunda etapa de una tostacin en dos partes iniciadas en un tostador de hogar mltiple o lecho fluido. Latostacin puede dejar hasta 8% de S en el calcinado, contenido que puede sinterizarse con xito sincombustible adicional o con una pequea cantidad mezclada con l. El calcinado puede tener un contenido deazufre menor del 8%, por lo que no se produce el calor suficiente por la sola oxidacin del S para lasinterizacin y tiene que agregarse 10 u 11 % de coque o de carbn mineral finamente molido comocombustible adicional.

Las diferentes proporciones de la carga se preparan cuidadosamente y luego se mezclan con agua para daruna alimentacin uniforme de la densidad correcta. Los calcinados pretostados se criban para remover lostrozos que contengan; estos se trituran y regresan y el coque se muele en un molino de bolas para darle lafinura necesaria. Del 35 al 70% del sinter que se est produciendo se recicla de nuevo y se mezcla para obteneruna carga que permite la adecuada penetracin del aire durante la sinterizacin.

El sinter forma una torta y se descarga por el extremo de la mquina a una parrilla y los finos que caen a travsde sta vuelven como diluyente al mezclador de la carga. El sinter final se tritura y se criba y se enva a tolvasde almacenamiento. Contiene en promedio 0,5% S.

Las mquinas de sinterizacin que se utilizan en las plantas de zinc pueden estar desde 1,06x13,5 m hasta3,6x50,4 m. El rea del hogar puede subdividirse para permitir la separacin de los primeros gases de tostacinque son ms ricos en SO2 y que pueden tratarse para producir H2SO4.

PROCESOS DE FUSIN

Por retortas horizontales: Es el mtodo ms antiguo, se desarroll en Europa a principios del siglo XIX.

Estos hornos consisten en hileras de pequeas retortas de refractario colocadas en posicin horizontal dentrode un horno regenerativo calentado por gas, el cual utiliza el calor de los gases de salida para precalentar elaire necesario para la combustin. Los bancos son de cuatro o cinco retortas de altura y cien o ms retortas delongitud.

Las retortas se hacen en prensas hidrulicas con mezclas de arcilla cruda y cocida en diversas proporciones,siendo bastante comn la mezcla 50-50. Las retortas de arcilla verde que contienen de 12 a 15% de agua, sellevan a una cmara de secado en la que se aumenta la temperatura gradualmente a 70 por un perodo devarias semanas. En seguida van las retortas a los hornos de cocimiento en los que se aumenta la temperaturalentamente en un perodo de 48 h a 1350C.

Los condensadores, que van adaptados en el extremo abierto de la retorta no estn sometidos a las mismascondiciones de alta temperatura que las retortas, y en consecuencia se hacen de materiales ms baratos. Laarcilla cruda, mezclada a menudo con retortas quebradas trituradas, se conforma a la forma del condensadorforzando un mandril dentro de un bloque de arcilla sostenido en un molde, el cual se seca y hornea despus.

La carga premezclada de xido de zinc y antracita molida a tamao fino se carga en una retorta vaca pormedio de una mquina cargadora mecnica. La capacidad de la retorta es de aproximadamente 68kg de carga,estando formada sta por 60-70% de xido de zinc en polvo y 30-40% de carbn mineral pulverizado, porpeso. En seguida se adapta el condensador al extremo abierto de la retorta y se fija en su posicin con arcillahmeda. Luego se agrega la extensin, si se emplea, al extremo saliente del condensador.

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La reaccin reductora que tiene lugar en la retorta consiste en que el carbono del carbn mineral reduce alxido de zinc, para producir en ltimo trmino zinc metlico y monxido de carbono:

ZnO + C = Zn + CO H=57000 cal por mol

Por ser una reaccin endotrmica debe aportarse calor hasta los 1300 a los que tiene lugar la reaccin a

rgimen relativamente rpido. Esto se logra si se tienen las retortas alojadas en un horno y se les aplica calorexteriormente.

Segn avanza la destilacin, una flama de CO se quema a CO2 en la boca del condensador a 420-500. Si latemperatura est por debajo del punto de fusin del zinc (420), no se condensa todo el vapor de zinc sino quese pierde en parte hacia la atmsfera.

Se emplean dos ciclos de retorta, de 24 y 48 horas, teniendo lugar la reaccin durante todo el tiempo menos 4horas y media que se emplean en la carga y la extraccin de los residuos agotados en las retortas. En el ciclode 24 h se hacen 3 picadas del metal y en el de 48 h 5. La ltima extraccin de metal se hace precisamenteantes de la extraccin del residuo agotado al trmino del ciclo.

El zinc metlico escurre por gravedad de los condensadores hacia una paila que se mueve sobre un riel elevado

situado en frente de las retortas, y se utiliza un raspador o rastrillo para arrastrar las ltimas porciones. El polvoazul, el polvo de zinc y los dems residuos se sacan tambin por arrastre de rastrillo simultneamente, y comoflotan sobre la superficie del zinc lquido, se separan con facilidad levantndolos con una pala perforada.

La primera extraccin puede vaciarse en lingotes y venderse directamente, pero la ltima resulta casi siemprefuera de ley debido al alto contenido en hierro y en cadmio.

Al final del ciclo, despus de haber hecho la ltima extraccin del metal, se quitan los condensadores ymediante brocas de gusano enfriadas con agua se extrae de las retortas el resto del residuo agotado quetodava est en estado slido. Este residuo se puede volver a tratar para recuperar cualquier contenido demetal que le quede o bien pueda desecharse.

Al final, se vuelven a cargar las retortas y se repite el ciclo de reduccin.

Retortas verticales: difieren de las horizontales en que son mucho ms grandes y su operacin es continua. Lasretortas de 12,2 x 2,13 x 0,3 m reciben una carga de 1362 kg de briquetas coquizadas cada 27 minutos yproducen 10 toneladas de zinc metlico cada 24h. Las briquetas son una mezcla de 60% de xido de zinc y25% de carbn bituminoso pulverizado, con un aglutinante de 8 a 9% de arcilla y 1% de licor de sulfito. Estoscomponentes se mezclan perfectamente en un molino mezclador y se pasan luego a travs de una prensa derodillos para briquetearlos. Las primeras briquetas se alimentan a una segunda prensa briqueteadora, la cual damayor densificacin a la alimentacin briqueteada antes del cocimiento. Las briquetas finales se adaptan a laforma de almohadas y pesan ligeramente ms de 450g.

Es necesario coquizar las briquetas crudas para darles la resistencia necesaria para soportar el rudo tratamientode manejo y carga a la retorta vertical y tambin para que conserven su forma durante su paso a travs de laretorta. La carga de briquetas calientes procedentes del horno de coquizacin acarrea tambin calor sensible ala retorta, calor que se agrega al aportado para la reaccin endotrmica.

La temperatura del coquizador se controla de manera que no sobrepase los 900, para que al descargar setengan las briquetas en gran parte libres de materia voltil pero que no se hayan calentado por encima de latemperatura de reduccin del zinc (1120C).

Las briquetas crudas caen en forma continua desde la segunda prensa de briqueteado en rodillos sobre unaparrilla para separar los finos, y luego al coquizador, el cual es bsicamente un horno vertical con una serie derejillas escalonadas inclinadas hacia abajo. Adems tiene rejillas alternadas con movimiento reciprocante lento

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que desplazan hacia delante al lecho de briquetas, y el rgimen de alimentacin de las briquetas y la velocidadde movimiento de las rejillas forman una capa delgada de briquetas uniformemente por todo el coquizador. Elaire de combustin se suministra a travs de las rejillas desde abajo, y se combina con la materia voltil que sedestila del carbn mineral para mantener la temperatura de combustin necesaria.

El coquizador tiene una cmara de permanencia en su fondo con un mecanismo de descarga con rodillo y se

pasa una produccin regular de 1362 kg de briquetas para salir a un cucharn de coque, que es de acero y deforma de caja y para ser levantada al piso de carga para vaciarla en caliente en una retorta para su reduccin.

Los 1,52 o 1,83 m superiores de la retorta sobresalen por encima de la cmara de calentamiento, la cualcircunda a la retorta y es en esta porcin superior en la que se cargan las briquetas calientes coquizadas. Lapresin interna en la retorta es bastante baja, por lo que es adecuado un tapn. La retorta se mantiene cargadadesde la parte superior hasta el fondo con briquetas, y se requieren 24 h para que pase una briqueta a travsde la retorta.

Unas cmaras de calentamiento encierran a las dos paredes largas de la retorta y el calor procedente de stasse transmite a travs de las paredes de la retorta de carburo de silicio para dar el calor requerido para lareaccin de reduccin del xido de zinc por carbn y para que se libere el vapor de zinc metlico. Elcombustible que se emplea en estas cmaras de calentamiento es 70% gas natural y 30% gas CO como

subproducto y depurado, que se recupera de la reaccin que tiene lugar en la retorta.

Los productos de la reaccin de la retorta estn formados por 40% de vapor de zinc y 45% de CO, el resto es H,N y CO2. Estos gases salen cerca de la parte superior de la retorta por un ducto rectangular descendenterevestido de refractario y que los conduce a un condensador.

El condensador es una cmara refractaria alargada y cerrada que contiene un bao de zinc lquido a un nivelfijo por derrame continuo y en el cual se mantiene una temperatura relativamente constante de 500 pormedio de un serpentn sumergido enfriado por agua, el cual se sumerge o se levanta por medio de control determopar. Un impulsor de grafito de 35cm que gira a 400rpm se sumerge en el bao de zinc y lanza haciaarriba una llovizna de gotas de zinc lquido que se combinan con el vapor de zinc que va en los gases y serenen con el charco de metal lquido que hay en el condensador.

El zinc fundido derrama del condensador hacia un canaln y pasa a un horno de retencin, del cual se tomaalgo del metal para vaciarlo en placas para el mercado y otra parte se refina para reducir el contenido de Cd yPb.

Las briquetas agotadas se emplean a veces como combustible para calderas por su contenido de carbn quetodava es relativamente elevado, o bien se desechan.

La extraccin requerida es del 97%.

El horno electrotrmico: es un proceso continuo con produccin de zinc cercana a 100t cortas por da yeficiencia del 92% de recuperacin. La diferencia principal a la retorta vertical radica en que el calor se generainternamente por resistencia al paso de la corriente que opone la carga del horno, entre grupos de electrodosde grafito introducidos por las paredes superior y de fondo del horno.

El horno es circular y est construido con una serie de secciones cortas de ladrillo refractario para serviciopesado y extrapesado. Hay chaquetas de agua que circundan la mitad inferior, la zona principal de fusin delhorno debajo del anillo de vapor. Este anillo est aproximadamente en el centro del horno y pasan por l elvapor de zinc destilado y los gases del horno hacia el condensador. El anillo de vapor y el condensador estnrecubiertos ambos con ladrillos de carburo de silicio.

La carga del horno est formada por sinter de xido de zinc y coque, pero hasta 25% de la produccin total dezinc puede obtenerse de otros materiales que lo contengan. El consumo de coque es del 44% del peso del

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sinter, el cual se traduce en volmenes aproximadamente iguales, con un exceso estequiomtrico de carbonodel 300% respecto al requerido tericamente para reducir el zinc del sinter.

Tanto el sinter como el coque se reducen a un tamao de ms o menos 25x6,25 mm y se sacan de tolvasindividuales mediante alimentadores de peso constante a un precalentador calentado con gas, de tirorotatorio, en el que se mezcla y precalienta la carga. Este precalentador se calienta con gas CO recuperado de

la reaccin del horno; desalojando la carga a casi 750C.

Un distribuidor rotatorio que gira lentamente a 0,4 rpm en forma continua extiende la alimentacin caliente enla parte superior del horno y al mismo tiempo sella la boca del tiro para evitar el escape de gases o de vapormetlico. El horno se mantiene completamente cargado, y el tiempo que se requiere para que la carga frescapase por el horno hasta salir de ste es de 22 horas aprox.

El calentamiento en el horno se logra por resistencia de la carga al paso de la corriente entre ocho pares deelectrodos de grafito equiespaciados; uno de los juegos de pares est situado cerca de la parte superior deltiro y el otro grupo de pares est cercano al fondo. Los electrodos superiores deben ser repuestos despus devarios das. Los electrodos inferiores tienen mucho menor consumo por lo que no requieren de cambio. Elconsumo de electrodos asciende a ms o menos 1,4kg por tonelada corta de zinc producido.

La energa elctrica total que se hace llegar al horno es de 10.000 kW a 200 o 230 V y el calentamiento porresistencia aportado por ella da una temperatura en el centro del horno de 1200-1400 y 1300 a la altura delos electrodos inferiores.

Los gases que escapan del anillo de vapor hacia el condensador salen del horno a 850C y estn formados por45% de vapor de zinc y 45% CO, siendo el resto N, H y CO2.

El condensador, situado un poco por debajo del anillo de vapor, tiene forma de U con admisin y descargaverticales. La parte inferior de la U es el recipiente para el metal condensado, y es hacia este depsito de zinclquido que el condensador tira de los gases del horno para que se condense all el vapor de zinc. Medianteespiras de tubo enfriadas por agua, dispuestas en un pozo de enfriamiento auxiliar, se regula la temperaturadel metal en el condensador a 480-500C y el condensador tiene capacidad para 45t cortas de zinc metlico.

Los gases del horno pasan por el condensador y prosiguen a un lavador de agua de alta velocidad en el que seseparan los slidos atrapados y el polvo azul. El lodo obtenido se trata para recuperar los slidos, los cuales seconvierten en briquetas y regresan al horno. El gas depurado, que contiene 80% de CO, se conduce por tuberaa la planta para usarlo como combustible.

La mayor parte de la carga agotada se extrae introduciendo peridicamente a manera de pistn una barrapesada con punta de flecha en el residuo expuesto, en el espacio, un hueco de 30 cm que queda entre el fondodel horno y la mesa giratoria. Hay dos mquinas de barra de extraccin para cada horno, una de cada lado, ysu frecuencia de operacin la controla un detector de altura de la carga con fuente de rayos gamma de cobalto60 situado en el tiro superior del horno. Este mantiene un tiempo de retencin de la carga en el hornosuficiente para dar la extraccin de zinc requerida del 93%.

Proceso de horno de cuba para produccin de zinc: Produce 300t diarias. La operacin normal del horno decuba consiste en quemar material carbonceo en ntima asociacin con calcinados de xido de zinc parareducir el xido a metal, al igual que en los otros procesos de destilacin del zinc, ste se libera en forma devapor para luego ser condensado.

La carga del horno est formada por trozos calientes de sinter procedentes de mquinas de sinterizacin,coque precalentado y una pequea cantidad de cal que se agrega para la formacin de escoria.

El sinter descargado de la mquina de sinterizacin pasa primero a travs de un quebrador rotatorio delengetas que gira a 3rpm y luego a un quebrador de rodillos con escarpias que gira a 80 rpm, el cual lo

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reduce a un tamao mximo ligeramente superior a 7,5cm. Los finos se separan en una criba de doble cubiertacon telas de 100 y 20 mm y se regresan a la mquina de sinterizacin. El tratamiento preferido para el sinter entrozos consiste en descargarlo caliente en tolvas de almacenaje aisladas de 600t de capacidad dentro de unlapso de pocos minutos despus de salir de la mquina de sinterizacin, o bien se puede someter aenfriamiento rpido, almacenado en tolvas grandes de varios miles de toneladas de capacidad, y sacado destas para alimentarlo al horno segn se requiera. Un sinter tpico ensaya casi 42% de zinc y 20% de Pb.

El coque, reducido a un tamao de 5 y 7,5 cm, se hace pasar por un precalentador para elevar su temperatura a800C. Este precalentador es un cuerpo cilndrico de acero recubierto con refractario, que contiene unacolumna de coque y que se calienta por medio de gas combustible procedente del horno de cuba. Una vlvulade control situada en la chimenea de salida mantiene al precalentador a una presin ligeramente positiva paraevitar que entre aire. El precalentamiento del coque mejora la eficiencia trmica total de este proceso.

La dosificacin exacta de la alimentacin es vital para la correcta operacin del horno. Para lograrla se utiliza unmanejo de materiales con un grado de automatizacin relativamente alto. Cada precalentador de coque, tolvade almacenamiento de sinter y tolva de almacenamiento de fundente tiene una boquilla que permite pesarautomticamente las cantidades de cada componente. Para el traslado se utiliza un carro que lleva dos ollas decarga que quedan debajo de las boquillas pesadoras para recibir la alimentacin y se mueve de una tolva aotra hasta juntar la carga debidamente proporcionada. El carro sale del rea de carga y pasa a una grua que

levanta las ollas, y viajando sobre una va elevada, las lleva hasta situarlas encima de dos unidades de carga dedoble campana situadas en el techo del horno, en donde se descarga el contenido de las ollas al tiro del horno.La relacin de peso del coque al del zinc que hay en la alimentacin es del orden de 0,8 de coque a 1 de Zn.

El horno es de forma rectangular con extremos redondeados. El rea de tiro vara entre 18,1 y 27 m. La partesuperior es un cuerpo (tiro) de acero revestido de ladrillo refractario, y la parte inferior est construida conchaquetas de acero huecas enfriadas por agua, o en un caso de planchas de acero enfriadas por cortinas deagua exteriores, como se utiliza en la industria del acero. Se usan dos estufas para calentar el aire de lastoberas a 950, trabajando en un ciclo de 40min con soplo y un ciclo de 30 min de atizado. Para el

calentamiento se utiliza gas de horno de cuba o aceite combustible. Estas unidades contienen 200 t de ladrillospara jaquelado y miden 25,9 m de altura y 5,2 m de ancho.

Un techo de forma de domo soporta las dos unidades cargadoras de doble campana y boquilla y se introduce

aire frio entre las dos vlvulas de campana para evitar fugas de gas. Hay cuatro entradas de aire espaciadas adistancias iguales en la parte superior, que entran por los lados del horno por encima del nivel de la carga. Seinsufla aire precalentado proveniente de una tobera a travs de estas entradas. Este aire quema el CO que seest produciendo por la reaccin del horno y eleva la temperatura de toda la mezcla gaseosa en esa posicinhasta 100. La temperatura resultante, que puede llegar hasta 1050, es demasiado alta para reoxidar el vaporde zinc metlico, y ste pasa hacia afuera por dos escapes situados en posiciones opuestas colocadas un pocopor debajo del techo de domo y hacia los condensadores.

En el horno de cuba se carga una mezcla de sinter de xido de Pb y xido de Zn, siendo la proporcinfrecuente alrededor de dos partes de Zn por una de Pb (42 a 20 aprox). No es necesario tener esta relacin yaque el proceso puede tratar una amplia gama de composiciones con buenos resultados. Tambin puedetrabajarse con cargas que contengan slo 20% de Zn, mientras que en los procesos de retortas se requierenconcentraciones mucho mayores en el concentrado de Zn, del orden del 50-60% de Zn.

La reduccin del ZnO es endotrmica pero la del PbO es ligeramente exotrmica:

PbO + CO = Pb + CO2 H= -15540 cal/mol

Esto significa que el PbO se reduce sin necesidad de agregar ms que una pequea cantidad de coque. El COdel horno que produce la reduccin del zinc se diluye con CO2 proveniente de la reduccin del Pb, pero dichamezcla es todava suficientemente rica en CO para usarla como combustible para precalentar el coque y el airede soplo de las toberas. Los gases del horno contienen 20% de CO y 12% de CO2. El Pb lquido formado, junto

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con metales preciosos, cobre y trazas de otros metales producidos, as como la escoria, escurre al fondo delhorno y se extrae por piquera cada 1,5 horas por un bloque de piqueras de cobre enfriadas por agua. El bulinde Pb se asienta en el fondo del hogar anterior y se saca de ste para su refinacin inmediata, o bien se vacaen lingotes para mandarse a refinar a otra planta. La escoria se desplaza por la parte superior a un sistema degranulacin, y de all se enva al tiradero. Los valores metlicos de la escoria son del orden de 5% de Zn y 0,5de Pb.

Hay dos condensadores de Pb del tipo de salpicadura, uno conectado a la salida de gases de cualquiera de loslados del horno. En stos, una cortina de finas gotas de Pb, absorbe el calor que proviene del vapor y reduce latemperatura a 550C. En este punto se condensa rpidamente el vapor de zinc a metal lquido y se disuelve enel Pb lquido.

El Pb caliente con Zn en solucin se hace pasar a 550c del condensador a una mampara de flujo inferior queforma un sello de gases hacia una canaleta de enfriamiento. Estas canaletas de fondo refractario estn hechasde acero comn con chaquetas de agua circundadas por cascazas de acero y refractario. El Pb caliente al salirdel condensador contiene aprox 2,5% de Zn y al enfriarse se satura hasta casi 2,25% de Zn. Este exceso de Zn,se eleva para formar una capa lquida por encima del Pb debido a la diferencia de densidades y se derrama enforma continua hacia un bao de retencin de zinc que se mantiene caliente.

La recuperacin es de 92%.

PROCESOS DE REFINACIN A FUEGO

Destilacin fraccionada del Zinc en columnas verticales: Es posible hacer la separacin de esta forma debido ala gran diferencia de los puntos de ebullicin del Pb, del Zn y del Cd (1620, 907 y 778 respect.). Utilizando unaunidad de dos columnas verticales, el zinc y el cadmio pueden evaporarse en la primera columna a 1220 y elPb permanece lquido. Despus, en la segunda columna, a 850C, el zinc permanece en estado lquido y el Cdse evapora.

El Zn lquido sale del condensador de la retorta vertical, o del condensador del horno electrotrmico por uncanal que va haca un horno de retencin, y de all pasa por un canal calentada a la primera columna dedestilacin. Se alimentan ms o menos 25 t cortas por da de Zn al circuito y a esto se agregan 15t cortas de Zn

reciclado procedente de la primera columna, lo cual da un total de 40t tratadas diariamente. Las 15 t recicladasllevan la mezcla de Pb, Fe y otras impurezas.

Cada una de las columnas est formada por 50 platos rectangulares de carburo de silicio de 0,61 x 1,22 m y 15cm de profundidad. Los platos van sobrepuestos y quedan ajustados en forma hermtica para evitar la fuga devapor. Estn adaptadas para retener un bao de metal, cuya profundidad la determina un dique de derramaformado alrededor de una abertura de 7,5cm de dimetro cerca del extremo del plato. Los platos van apiladoscon las aberturas de los mismos sucesivas alternadas de un lado a otro, para que el metal que derrama de unplato sea recogido en el de abajo y la corriente descendente de metal siga una trayectoria de zigzag de platoen plato. Este diseo facilita la transmisin de calor y proporciona una superficie grande para que puedaescapar el vapor al quedar cubierto el plato entero con metal fundido, pero slo a poca profundidad, ya quecada plato es una unidad independiente.

Los vapores de metal siguen la misma trayectoria ascendente al moverse el lquido hacia abajo, de manera quehaya un correcto contacto entre lquido-vapor y se lleve a cabo la separacin del vapor del lquido al pasar porla columna.

Las 2/5 partes inferiores de cada columna quedan dentro de un horno calentado a gas y dotado derecuperadores para calentar el aire de combustin, y stos suministran el calor requerido en las columnas parala destilacin. El calentamiento uniforme se logra instalando quemadores en el horno a tres niveles diferentes.

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El zinc lquido procedente del horno de retencin se descarga en la primera columna, llamada columna de

gia, en corriente continua, a una altura de dos o tres platos encima de la parte superior del horno de

calentamiento, y esta corriente se regula para asegurar que todos los platos estn cargados con metal y quederramen con continuidad a los platos inferiores, a fin de que ningn plato se quede vaco ni se sobrecaliente.El diseo de los platos difiere un poco de los situados dentro del horno; las artesas de destilacin tienen uncanaln que se extiende alrededor de la periferia por el exterior y un centro elevado, para presentar la

superficie mxima de pared calentada al zinc lquido, y a la vez para tener una mayor capacidad de retencinpara la alimentacin lquida. Los platos para refundente, situados encima del horno, son planos, no tienencanaln perifrico y tienen capacidad para una cantidad mucho menor de metal lquido. El enfriamientocontrolado tiene lugar en estos platos superiores y se produce algo de metal lquido condensado a partir de lafase vapor que se eleva en la zona del horno, el cual se junta y derrama para descender de plato en plato.

El vapor que sale por la parte superior de la columna de Pb est formado por 2/3 de zinc alimentado y todo elCd, y va a un condensador en el que se convierten en estado lquido el Zn y el Cd para pasar a una segundacolumna llamada columna de Cd. Dos columnas de Pb puede trabajar en serie con una columna de Cd, envista de que la mayor cantidad de impurezas se separa en la primera etapa de procesamiento, y en cambio setrata una cantidad mucho menor en la segunda etapa.

El diseo y la operacin de la columna de Cd son en esencia iguales a los de la columna de Pb , con la

excepcin de la menor temperatura que se requiere en el horno y de que todas las artesas son del tipo plano,similares a las que se usan en la seccin superior de la columna de Pb. La razn es que hay una cantidad

relativamente pequea de Cd de bajo punto de ebullicin por separar, y que se requiere una capacidad muchomenor que en la columna de Pb en la que tiene que volatilizarse la mayor parte del Zn que se aliment. Paragarantizar el reflujo adecuado, se instala un condensador en la parte superior de la columna de artesas, y elvapor que pasa por dicho condensador va a un segundo condensador ms pequeo para producir unaaleacin Zn-Cd con un 15% de Cd. Diariamente se producen ms o menos 72,5kg de esta aleacin.

El Zn metlico que sale por el fondo de la columna de Cd es un Zn especial de alta ley, de 99,995 % de purezay se utiliza para aplicaciones tales como aleaciones para vaciado de piezas a presin, que requiere este gradode pureza.

La separacin de fases en el caso del Znse aplica para separar el Pb y el Fe del Zn de retorta, pero no tiene

efecto en el Cd. Esta operacin se basa en recalentar o fundir el Zn en un horno de reverbero y dejar descenderluego la temperatura hasta el punto de solidificacin. El Pb presente en exceso de la solubilidad del Zn a latemperatura inferior, se separa ahora por sedimentacin en forma de una capa lquida en el fondo del horno ypuede extraerse. La pureza del Zn puede incrementarse del 98 al 99%, disminuyendo el contenido de Pb del 2al 1% y el de hierro de 0,1 a 0,025 %.

Se emplea un horno de reverbero de dos compartimientos calentado con carbn mineral y se mantiene unaatmsfera reductora por encima del bao de metal lquido para evitar que se oxide el Zn. Se agrega Zn enlingotes al compartimiento grande del horno y se funde a una T superior a 800C, a la cual son completamentemiscibles e Pb y el Zn.

Luego se enfra el horno a una T ligeramente superior a 418C, a cuyo valor se alcanza la temperatura eutcticay el Zn disuelve slo 0,85% de Pb. El Pb presente en exceso de esta cantidad eutctica se segrega de lasolucin y se asienta en el fondo del horno. El Pb es todava bastante fluido a esta temperatura debido a subajo punto de fusin (164 C) y se extrae del horno por una piquera.

La mezcla eutctica del Zn-Pb refinada que queda est prxima a su punto de solidificacin y se solidificar sise le hace salir del horno directamente al aire abierto. Para evitar que ocurra esto as como que se solidifique elmetal en la boquilla de la piquera, se le deja derramar hacia un segundo compartimiento del horno, que es mspequeo y que tiene calentamiento independiente; en ste se eleva la temperatura lo suficiente para facilitar laextraccin mediante la piquera.

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El hierro presente como impureza se junta como una aleacin de Fe-Zn, de alrededor de 0,5% de Fe, 97,5 de Zny 2% de Pb, en una capa situada entre la capa fluida superior de Zn refinado y la capa inferior de Pb lquido. Deall se remueve peridicamente.

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3. METALURGIA DEL ZINC

Como ocurre normalmente en metalurgia extractiva, las distintas menas, antes de su

tratamiento qumico extractivo, necesitan de una preparacin fsica y qumica mediante

operaciones de muy distinta naturaleza. Por ello, a continuacin, se estudian la

concentracin de los minerales y su tratamiento por tostacin y sinterizacin.

3.1. Concentracin de menas.

La concentracin por flotacin ha venido a resolver el problema de las menas

mixtas las cuales, por otra parte, son cada vez ms comunes. No obstante, antes de esta

operacin se hace precisa una molienda que libere los distintos componentes del mineral y

que, a veces, exige moler por debajo de 50 m. Hay que plantearse un proyecto de

molienda-flotacin que haga el tratamiento de la mena econmico.La prctica normal de laflotacin en menas mixtas es flotar primero los minerales

de cobre, deprimiendo los de zinc y plomo. A continuacin, se flota la galena, luego la

blenda y. a veces, finalmente, la pirita.La flotacin de minerales de zinc ha evolucionado tanto

desde comienzos de sigloque, hoy da, se pueden tratar una gran variedad de menas sulfuradas

con un xitoeconmico asegurado.

Se han desarrollado tcnicas, por ejemplo, que llegan a flotar carbonato de zinc

activando su superficie con sulfuro sdico y usando colectores, como en Cerdea.

3.2. Tostacin y sinterizacin.

Al comienzo de la produccin del zinc metal (1746 en Europa) se usaron las

calaminas para la obtencin del metal. Slo era precisa una calcinacin para descomponerel

silicato hidratado, y dejar as un silicato activado del que el xido de zinc era reducido,

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en retortas especiales, con carbn. Pero la blenda, que es un sulfuro y, adems, el ms

abundante, pronto se intent beneficiar aunque no pueda reducirse directamente

concarbn.Pronto se supo que un tratamiento de tostacin converta el mineral en xido y steya

se poda reducir, pero no se utiliz este descubrimiento, por lo tedioso del proceso detostacin,

hasta que las calaminas se hicieron escazas.Agotados los yacimientos de calamina hubo querecurrir a la blenda siendo

necesario desarrollar una tcnica adecuada para su tostacin. El descubrimiento de la

flotacin puso en disposicin de tratamiento cantidades importantes de blenda y hoy sepuede

decir que casi la totalidad de la produccin mundial de zinc se obtiene a partir de

sulfuros concentrados por flotacin.

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