Proceso De Fabricación De Zinc 3e3762

PROCESO DE FABRICACIÓN DE ZINC martes, 21 de junio de 2011

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DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS

El zinc es un metal blanco ligeramente azulado y brillante. Es un metal quebradizo cuando esta frío, pero se vuelve maleable y dúctil entre 100 y 150°C. Tiene un punto de fusión de 420 °C, un punto de ebullición de 907 °C y una densidad relativa de 7,14. Su masa atómica es 65,38. En la naturaleza el zinc se encuentra asociado al plomo y al cobre. El zinc no es considerado como tóxico.

PROPIEDADES DE ZINC Símbolo químico Número atómico Masa atómica Estructura cristalina Densidad (a 25°C) Temperatura de fusión Temperatura de ebullición (760mm Hg) Dureza Vickers No Resistividad eléctrica (20°C)

Zn 30 65,37 Hexagonal, dihexagonal, dipiramidal

7133 kg/m³ 419°C (692,7°K) 907°C (1180°K) 2-6 ypsum 5,96.µ ohm.cm

Resistencia a la tracción Conductibilidad térmica: sólido 18°C 

19 daN/mm² 113 W / m.K

PROCESO

Recepción y almacenamiento de concentrados 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 calcin

Tostación y depuración de gases La tostación del concentrado se realiza en tres hornos, del tipo denominado de lecho fluido, cuyas capacidades de tostación son 300, 400, y 850 toneladas diarias de concentrados. En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación. 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. Las diversas fracciones de calcine, tras ser refrigeradas y, en su caso, molidas, se transportan a unos silos de almacenamiento.

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, 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.

Lixiviación El zinc y los otros metales contenidos en la calcine 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 calcine, 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.

Purificación La disolución de 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 cio o el 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.

Electrólisis

En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose el zinc metálico puro, que se deposita sobre laminas de zinc resultantes se arrancan automáticamente y son transportadas para su fusión y colado.

Fusión y colada Las láminas de zinc producidas por electrólisis son fundidas en hornos de inducción eléctrica. Una vez fundido el zinc, se envía a las maquinas de colada con el objeto de producir las diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado. Todos los hornos se encuentran conectados a un sistema de depuración de gases para eliminar el polvo que éstos contienen antes de emitirse a la atmósfera. Su actividad consiste en la tostación de concentrados de zinc (sulfuro de zinc), obteniendo como productos finales óxido de zinc (calcine) y anhídrido sulfuroso líquido.

Proceso productivo El concentrado de zinc procedente de las mina, previamente a su tostación, sufre un secado y molienda . La tostación de la blenda se realiza en un horno Flash a temperaturas de unos 1.000C, pudiendo tratar al día entre 190 y 200 Tm., con un volumen entre 26.000 y 28.000 m3/h. El residuo sólido del proceso es el óxido de zinc (calcine), que se envía a la planta de zinc electrolítico.

El anhídrido sulfuroso líquido obtenido se seca con ácido licuado posteriormente mediante una batería de compresores y condensadores antes de almacenarlos para su comercialización.

PRODUCTOS COMERCIALES:

Lingote de zinc 99.995 (%Zn) Aleación base zinc Zamak 2 Aleación base zinc Zamak 3 Aleación base zinc Zamak 5 Aleación base zinc Cayem 1 Aleación base zinc Cram 22 Aleación base zinc ZA 8 Aleación base zinc ZA 12 Aleación base zinc ZA 27 Aleación base zinc-cobre titanio Zinc para metalización Polvo de zinc Oxido de zinc Cio Cobre

Mercurio Oxido de germanio

Ácido sulfúrico Anhídrido sulfuroso líquido Las actividades industriales de producción son las siguientes: 

Metales: zinc electrolítico, cobre electrolítico, cio, mercurio.

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Aleaciones de zinc para fundición a presión, colada por gravedad, galvanización, electrozincado, protección catódica y laminación.

Productos químicos: ácido sulfúrico, polvo de zinc, óxido de zinc, óxido de germanio, sulfato de cobre.

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DIAGRAMA DE PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ZINC

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APLICACIONES EN LA VIDA COTIDIANA

La principal aplicación del zinc es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio. En un ambiente húmedo, se cubre de una fina capa de hidrodrocarbonato que lo patina y lo protege contra la oxidación. El zinc es apreciado en diferentes áreas por sus características químicas y físicas, las cuales le permiten ser asociado a numerosas aplicaciones La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas.

ELECTRÓLISIS DEL SULFATO DE CINC(II)

La electrólisis del sulfato de cinc se ha estudiado desde el punto de vista cualitativo, ahora se va a intentar desvelar, a través de la fotografía digital, algunos aspectos cuantitativos del proceso, que aparentemente en algunos casos no siguen las leyes de Faraday. Se emplean electrodos metálicos en todos los procesos, y se fija la diferencia de potencial en 15V. En el ánodo se descargará el OH-, y en el cátodo el Zn2+ Como se indica en la figura 1. Ánodo : Cátodo:

2OH- -2e = ½ O2 (gas) + H2O Zn2+ + 2e = Zn(s)

quedando en disolución ácido sulfúrico, que producirá un pH ácido aunque no tan ácido como cabría esperar, ya que también se descarga el H +, como se verá. Se va a estudiar el efecto de la concentración de la disolución en la electrodeposición metálica, tanto en la forma como en el tiempo para eso se monta un dispositivo de cubeta sobre papel milimetrado, con un cronómetro que visualizará en cada instante el estado de la electrodeposición(fig.2). El electrodo negativo, donde se produce la deposición del cinc, se sitúa a la derecha, mientras que el positivo, donde se desprende el oxígeno está a la izquierda de nuestra vista. La separación entre ellos es de 60mm. El cronómetro hasta los treinta minutos visualizará las centésimas de segundo. A partir de ellos, solo los segundos. Se preparan 3 disoluciones de sulfato de cinc, 1M, 0,1M y 0,01M, y se echa sobre una caja petri, en la mínima cantidad para recubrir su fondo (10mL). Se conecta a una fuente de corriente continua de 15 V. Para la primera disolución (ZnSO4 1M), se obtiene la sucesión de fotografías siguiente; fig 2, 3, 4, 5 y 6. Como lo que nos interesa es la electrodeposición del cinc, sólo se tomará la zona del cátodo a partir de la 3.

Fig.1

Fig.2

El zinc es un metal blando, químicamente reactivo, así reacciona con ácido diluídos para dar el ion zinc: Zn (s) + 2 H+ (ac) → Zn 2+ (ac) + H2 (g) Dicho metal, también arde cuando se calienta suavemente con cloro gaseoso: Zn (s) + Cl2 (g) → ZnCl2 (s) La fuente principal de zinc es el sulfuro de zinc, ZnS, una mena que se conoce con el nombre de blenda de zinc y se encuentra en Australia, Canadá y Estados Unidos. La extracción del metal no es sencilla, como muestra el conocido diagrama de Ellingham.

En el caso de los óxidos, la línea del carbono-oxígeno, tiene una energía libre baja que se vuelve aún más negativa según aumentamos la temperatura. En cuanto a la línea del carbono- azufre, tanto el cambio de energía libre como la pendiente son cercanas a cero. La diferencia existente entre las líneas se explica en parte por la gran diferencia entre los

valores de entalpía de formación, que refleja el hecho de que el enlace C=S es mucho más débil que el enlace C=O. El resultado es que la reducción de los sulfuros con carbono es poco práctica. C(s) + ¼ S8 (s) → CS2 (l) ; AHº = +117 kJ.mol-1 C(s) + O2(g) → CO2(g) ; AHº = -394 kJ.mol-1 Sin embargo, en el diagrama de Ellingham, también se muestra que la línea azufre-oxígeno se encuentra por debajo de la línea de zinc-sulfuro de zinc, relación que indica que podemos usar la oxidación del ion sulfuro con dióxigeno como fuente de energía libre para convertir el sulfuro de zinc en óxido de zinc. Así pues, el primer paso en la extracción del zinc es el “ tostado” del sulfuro de zinc en el aire a cerca de unos 800ºC, para convertirlo en el óxido: 2ZnS(s) + 3 O2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO2 (g); con presencia de calor. Luego es posible utilizar coque para reducir el óxido a metal, como puede verse en el diagrama para el óxido: ZnO (s) + C (g) → Zn (g) + CO (g); en presencia de calor. A diferencia de la fundición de otros metales, las dos líneas no se cruzan sino hasta que el zinc está en la fase gaseosa. De hecho, se usa una temperatura cercana a los 1400ºC. A estas temperaturas, el zinc se vuelve a oxidar fácilmente, por ejemplo si se forma algo de dióxido de carbono: Zn (g) + CO2 (g) → ZnO (s) + CO (g) Para evitar esta reacción, se usa un exceso de carbono, de modo que cualquier dióxido de carbono se reduzca a monóxido: CO2 (g) + C(s) → 2 CO (g) Además, el gas caliente que se produce se enfría rápidamente rociándolo con plomo fundido. Luego se separan de manera sencilla los metales, porque en la fase líquida el zinc y el plomo son inmiscibles. El zinc flota sobre el plomo, y el plomo se puede reciclar. El zinc se utiliza principalmente como recubrimiento del hierro, contra la corrosión. Este proceso se llama galvanizado, término que reconoce la naturaleza electroquímica del proceso. En realidad, el metal no es tan reactivo como sería de esperar. Esto se debe a la formación de una capa protectora en aire húmedo. Inicialmente, esta capa es el óxido, pero con el tiempo se forma el carbonato básico, Zn2(OH)2CO3. La ventaja del chapeado con zinc es que éste se oxida preferentemente respecto al hierro, aun cuando está expuesta una parte del mismo. Esto se debe al potencial de reducción más negativo del zinc, en comparación con el del hierro, por lo que el zinc actúa como ánodo de sacrificio:

Zn(s) → Zn2+ (ac) + 2 e- ; Eº = +0.76 V Fe2+ (ac) + 2 e- → Fe (s) ; Eº = -0.44 V Lee todo en: Obtención del zinc | La Guía de Química http://quimica.laguia2000.com/elementos-quimicos/obtencion-del-zinc#ixzz35BtrXpRr