Proceso de Fabricación de Zinc

8/17/2019 Proceso de Fabricación de Zinc

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PROCESO DE FABRICACIÓN DE ZINC

martes, 21 de junio de 2011

• DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS

El zinc es un metal blanco ligeramente azulado y brillante. Es un metal quebradizo cuandoesta frío, pero se vuelve maleable y dúctil entre 100 y 150°.!iene un punto de fusi"n de #$0 °, un punto de ebullici"n de %0& ° y una densidadrelativa de &,1#. 'u masa at"mica es (5,)*. En la naturaleza el zinc se encuentra asociado al plomo y al cobre. El zinc no es considerado como t"+ico.

PROPIEDADES DE ZINC

'ímbolo químico

úmero at"mico-asa at"micaEstructura cristalinaensidad /a $5°!emperatura de fusi"n!emperatura de ebullici"n /&(0mm gureza 2ic3ers o4esistividad elctrica /$0°

6n

)0(5,)&e+agonal, di7e+agonal, dipiramidal&1)) 3g8m9#1%° /(%$,&°:%0&° /11*0°:$;( ypsum5,%(.< o7m.cm

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4esistencia a la tracci"nonductibilidad trmica= s"lido 1*°

1% da8mm>11) ? 8 m.:

• PROCESO

Recepción y almacenamiento de concentradosLa principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentradosde sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas. Además de los concentradossulfurados de zinc, se recibe la calcin

ostación y depuración de !ases La tostación del concentrado se realiza en tres "ornos, del tipo denominado delec"o fluido, cuyas capacidades de tostación son #$$, %$$, y &'$ toneladas diariasde concentrados. En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose ó(ido de zinc )*nO+,denominado calcine, y dió(ido de azufre !aseoso )SO+, -ue posteriormente setransforma en ácido sulfrico )/SO%+ una 0ez enfriado y purificado el !as -uesale de los "ornos de tostación. Asimismo se ori!ina 0apor de a!ua -ue se empleapara la auto!eneración de ener!1a el2ctrica as1 como fuente de calor en las etapasde li(i0iación y purificación. Las di0ersas fracciones de calcine, tras ser refri!eradas y, en su caso, molidas, se transportan a unos silos dealmacenamiento.

Plantas de ácido sulfrico El SO contenido en la corriente de !as impuro procedente del "orno de tostación,se transforma en primer lu!ar en trió(ido de azufre, debido a la reacción con elo(1!eno en la torre de catálisis. Posteriormente, en la denominada torre deabsorción intermedia, el trió(ido de azufre resultante se absorbe en ácido sulfricodel 334 de concentración, transformándose en ácido sulfrico concentrado aptopara uso en todo tipo de industrias, ya -ue las instalaciones están dotadas de unsistema de depuración de !ases -ue permite la eliminación del mercurio, concarácter pre0io a su entrada en la planta de ácido.

Li(i0iación El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuel0en en ácido sulfricodiluido, en dos etapas de li(i0iación5 li(i0iación neutra y li(i0iación ácida.En la etapa de li(i0iación neutra se disuel0e la mayor parte de la calcine, e(ceptolas ferritas de zinc )ó(ido de "ierro y zinc+ en ella contenidas. 6ediante lautilización de espesadores se separan los sólidos no disueltos de la disolución desulfato de zinc. La disolución clarificada se en01a a la etapa de purificación,mientras -ue los sólidos no disueltos se someten a la etapa de li(i0iación ácida.La li(i0iación ácida se realiza a una temperatura pró(ima a la de ebullición. 7eesta forma, se disuel0en todos los metales e(cepto los -ue forman compuestosinsolubles en medio sulfrico, como el plomo, calcio y s1lice. La disolución as1obtenida se somete a un proceso de "idrólisis, tras el -ue se forma un sulfato


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básico de "ierro insoluble llamado 8arosita, -ue en unión de los metales nodisueltos en esta se!unda etapa constituyen el residuo final del proceso. Esteresiduo, despu2s de una decantación en espesadores y posterior filtración, esen0iado por bombeo a la balsa de residuos.

Purificación

La disolución de sulfato de zinc procedentes de la etapa de li(i0iación neutra setrata mediante un proceso continuo realizado en dos etapas, para eliminar otrosmetales disueltos, como el cobre, el cadmio o el cobalto, -ue se recuperan comosubproductos. 9na 0ez realizada la filtración, la disolución de sulfato de zinc seenfr1a mediante torres de refri!eración y se bombea al tan-ue de almacenamientode electrolito.

Electrólisis

En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente el2ctrica a tra02s dela disolución purificada de sulfato de zinc, ori!inándose el zinc metálico puro, -uese deposita sobre laminas de zinc resultantes se arrancan automáticamente y son

transportadas para su fusión y colado. :usión y colada

Las láminas de zinc producidas por electrólisis son fundidas en "ornos deinducción el2ctrica. 9na 0ez fundido el zinc, se en01a a las ma-uinas de coladacon el ob8eto de producir las di0ersas formas comerciales de lin!ote -ue re-uiereel mercado.odos los "ornos se encuentran conectados a un sistema de depuración de !asespara eliminar el pol0o -ue 2stos contienen antes de emitirse a la atmósfera.Su acti0idad consiste en la tostación de concentrados de zinc )sulfuro de zinc+,obteniendo como productos finales ó(ido de zinc )calcine+ y an"1drido sulfurosol1-uido.

Proceso producti0o El concentrado de zinc procedente de las mina, pre0iamente a su tostación, sufreun secado y molienda .La tostación de la blenda se realiza en un "orno :las" a temperaturas de unos;.$$$C, pudiendo tratar al d1a entre ;3$ y $$ m., con un 0olumen entre


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El an"1drido sulfuroso l1-uido obtenido se seca con ácido licuado posteriormentemediante una bater1a de compresores y condensadores antes de almacenarlospara su comercialización.

PRODUCTOS COMERCIALES:

Lin!ote de zinc 33.33' )4*n+ Aleación base zinc *ama> Aleación base zinc *ama> # Aleación base zinc *ama> ' Aleación base zinc Cayem ; Aleación base zinc Cram Aleación base zinc *A & Aleación base zinc *A ; Aleación base zinc *A ? Aleación base zinc@cobre titanio*inc para metalizaciónPol0o de zincO(ido de zincCadmioCobre

6ercurioO(ido de !ermanio


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cido sulfrico An"1drido sulfuroso l1-uidoLas acti0idades industriales de producción son las si!uientes5

• 6etales5 zinc electrol1tico, cobre electrol1tico, cadmio, mercurio.

• Aleaciones de zinc para fundición a presión, colada por !ra0edad,!al0anización, electrozincado, protección catódica y laminación.

Productos -u1micos5 ácido sulfrico, pol0o de zinc, ó(ido de zinc, ó(ido de

!ermanio, sulfato de cobre.

• DIAGRAMA DE PROCESODE PRODUCCIÓN DE ZINC


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• APLICACIONES EN LA VIDA COTIDIANA

@a principal aplicaci"n del zinc es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosi"n, protecci"n efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa comoAnodo de sacrificio.

En un ambiente 7úmedo, se cubre de una fina capa de 7idrodrocarbonato que lo patina y lo protege contra la o+idaci"n.El zinc es apreciado en diferentes Areas por sus características químicas y físicas, las cualesle permiten ser asociado a numerosas aplicaciones@a principal materia prima de la fAbrica de zinc estA constituida por concentrados de sulfurode zinc, procedentes de diferentes minas.

EEC!RÓISIS DE S"FA!O DE CINC#II$


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@a electr"lisis del sulfato de cinc se 7a estudiado desde el punto de vista cualitativo, a7orase va a intentar desvelar, a travs de la fotografía digital, algunos aspectos cuantitativos del proceso, que aparentemente en algunos casos no siguen las leyes de Baraday.

'e emplean electrodos metAlicos en todos los procesos, y se fiCa la diferencia de potencial

en 152.En el Anodo se descargarA el D;, y en el cAtodo el 6n$

omo se indica en la figura 1.

Fnodo = $D; ;$e G H D$ /gas $D

Atodo= 6n$ $e G 6n/s

quedando en disoluci"n Acido sulfúrico, que producirA

un p Acido aunque no tan Acido como cabría esperar, ya que tambin se descarga el ,como se verA.

'e va a estudiar el efecto de la concentraci"n de la disoluci"n en la electrodeposici"nmetAlica, tanto en la forma como en el tiempo para eso se monta un dispositivo de cubetasobre papel milimetrado, con un cron"metro que visualizarA en cada instante el estado de laelectrodeposici"n/fig.$. El electrodo negativo, donde se produce la deposici"n del cinc, sesitúa a la derec7a, mientras que el positivo, donde se desprende el o+ígeno estA a laizquierda de nuestra vista. @a separaci"n entre ellos es de (0mm.

El cron"metro 7asta los treinta minutos visualizarA las centsimas de segundo. I partir deellos, solo los segundos.

'e preparan ) disoluciones de sulfato de cinc, 1-, 0,1- y 0,01-, y se ec7a sobre una caCa petri, en la mínima cantidad para recubrir su fondo /10m@. 'e conecta a una fuente decorriente continua de 15 2.

Jara la primera disoluci"n /ZnSO% 1&, se obtiene la sucesi"n de fotografías siguienteK fig$, ), #, 5 y (.

omo lo que nos interesa es la electrodeposici"n del cinc, s"lo se tomarA la zona del cAtodo

a partir de la ).


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Big.1

Big.$


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El zinc es un metal blando, químicamente reactivo, así reacciona con Acido diluídos paradar el ion zinc=

6n /s $ /ac L 6n $ /ac $ /g

ic7o metal, tambin arde cuando se calienta suavemente con cloro gaseoso=6n /s l$ /g L 6nl$ /s

@a fuente principal de zinc es el sulfuro de zinc, 6n', una mena que se conoce con elnombre de blenda de zinc y se encuentra en Iustralia, anadA y Estados Mnidos. @ae+tracci"n del metal no es sencilla, como muestra el conocido dia'rama de E((in')am*

En el caso de los "+idos, la línea del carbono;o+ígeno, tiene una energía libre baCa que sevuelve aún mAs negativa según aumentamos la temperatura. En cuanto a la línea delcarbono; azufre, tanto el cambio de energía libre como la pendiente son cercanas a cero. @adiferencia e+istente entre las líneas se e+plica en parte por la gran diferencia entre los

http://es.wikipedia.org/wiki/Cinchttp://es.wikipedia.org/wiki/Cinc


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valores de entalpía de formaci"n, que refleCa el 7ec7o de que el enlace G' es muc7o mAsdbil que el enlace GD. El resultado es que la reducci"n de los sulfuros con carbono es poco prActica.

/s N '* /s L '$ /l K IO G 11& 3P.mol;1

/s D$/g L D$/g K IO G ;)%# 3P.mol;1'in embargo, en el diagrama de Elling7am, tambin se muestra que la línea azufre;o+ígenose encuentra por debaCo de la línea de zinc;sulfuro de zinc, relaci"n que indica que podemos usar la o+idaci"n del ion sulfuro con di"+igeno como fuente de energía libre paraconvertir el sulfuro de zinc en "+ido de zinc. Isí pues, el primer paso en la e+tracci"n delzinc es el Q tostadoR del sulfuro de zinc en el aire a cerca de unos *00O, para convertirlo enel "+ido=

$6n'/s ) D$ /g L $ 6nD /s $ 'D$ /gK con presencia de calor.

@uego es posible utilizar coque para reducir el "+ido a metal, como puede verse en eldiagrama para el "+ido=

6nD /s /g L 6n /g D /gK en presencia de calor.

I diferencia de la fundici"n de otros metales, las dos líneas no se cruzan sino 7asta que elzinc estA en la fase gaseosa. e 7ec7o, se usa una temperatura cercana a los 1#00O. I estastemperaturas, el zinc se vuelve a o+idar fAcilmente, por eCemplo si se forma algo de di"+idode carbono=

6n /g D$ /g L 6nD /s D /g

Jara evitar esta reacci"n, se usa un e+ceso de carbono, de modo que cualquier di"+ido decarbono se reduzca a mon"+ido=

D$ /g /s L $ D /g

IdemAs, el gas caliente que se produce se enfría rApidamente rociAndolo con plomofundido. @uego se separan de manera sencilla los metales, porque en la fase líquida el zincy el plomo son inmiscibles. El zinc flota sobre el plomo, y el plomo se puede reciclar.

El zinc se utiliza principalmente como recubrimiento del 7ierro, contra la corrosi"n. Este

proceso se llama galvanizado, trmino que reconoce la naturaleza electroquímica del proceso. En realidad, el metal no es tan reactivo como sería de esperar. Esto se debe a laformaci"n de una capa protectora en aire 7úmedo. Snicialmente, esta capa es el "+ido, perocon el tiempo se forma el carbonato bAsico, 6n$/D$D). @a ventaCa del c7apeado conzinc es que ste se o+ida preferentemente respecto al 7ierro, aun cuando estA e+puesta una parte del mismo. Esto se debe al potencial de reducci"n mAs negativo del zinc, encomparaci"n con el del 7ierro, por lo que el zinc actúa como Anodo de sacrificio=


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6n/s L 6n$ /ac $ e; K EO G 0.&( 2Be$ /ac $ e; L Be /s K EO G ;0.## 2

@ee todo en= Dbtenci"n del zinc T @a Uuía de Vuímica

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