Zinc Fundición 4a5f19

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Fundición de zinc es el proceso de conversión de concentrados de zinc en zinc puro. Fundición de zinc ha sido históricamente más difícil que la fundición de muchos otros metales, porque en comparación con, por ejemplo, el hierro, el zinc tiene un punto de ebullición relativamente bajo - a las temperaturas utilizadas típicamente para fundición de metales, el zinc es un gas que se escape de un horno con el gas de combustión y se perderá, a menos que se tomen medidas específicas para prevenir eso. El concentrado de zinc más común procesado es sulfuro de zinc, que se obtiene mediante la concentración de esfalerita utilizando el método de flotación de espuma. Material de secundaria de zinc, tales como óxido de zinc, también se procesa con el sulfuro de cinc. Aproximadamente el 30% de todo el zinc producido proviene de fuentes recicladas. Hay dos métodos de fundición de zinc: el proceso pirometalúrgico y el proceso de electrólisis. Todavía se utilizan dos métodos. Ambos procesos comparten la misma primera etapa: tostado.

Asado Asar es un proceso de oxidación de los concentrados a altas temperaturas en un óxido de zinc impuro, llamados "calcina de zinc" sulfuro de zinc. Las reacciones químicas que tienen lugar durante el proceso son: Aproximadamente el 90% de zinc en concentrados se oxida a óxido de cinc, pero a las temperaturas de calcinación alrededor de 10% del zinc reacciona con las impurezas de hierro del sulfuro de concentrados de zinc para formar ferrita de zinc. Un subproducto de tostado es el dióxido de azufre, que se procesa más a fondo en ácido sulfúrico, una mercancía. El diagrama de flujo refinería vinculada muestra un esquema de operación de tostación de zinc canadiense oriental de Noranda El proceso de tostado varía en función del tipo de tostador utilizado. Hay tres tipos de tostadores múltiple de solera, suspensión y lecho fluidizado.

Multiple-hogar tostador En un tostador de solera múltiple, el concentrado cae a través de una serie de 9 o más hogares apiladas dentro de una columna cilíndrica de paredes de ladrillo. A medida que el concentrado de alimentación cae a través del horno, se seca primero por los gases calientes que pasan a través de los hogares y luego se oxida para producir calcina. Las reacciones son

lentas y sólo se pueden mantener mediante la adición de combustible. Múltiples tostadores de solera están sin presión y operan a aproximadamente 690 C. El tiempo de funcionamiento depende de la composición de concentrado y la cantidad de la eliminación del azufre requerido. Múltiples tostadores de solera tienen la capacidad de producir un calcinado de alta pureza.

Tostador de Suspensión En un tostador de suspensión, los concentrados se sopla en una cámara de combustión muy similar a la de un horno de carbón pulverizado. El tostador compone de una carcasa con revestimiento refractario cilíndrica de acero, con un espacio de combustión de grandes dimensiones en la parte superior y 2 a 4 hogares en la parte inferior, similar a las de un horno de soleras múltiples. Molienda adicional, más allá de la requerida para un horno de soleras múltiples, que normalmente se requiere para asegurar que la transferencia de calor al material es suficientemente rápida para las reacciones de desulfuración y la oxidación que se producen en la cámara del horno. Tostadores de suspensión son sin presión y funcionan en alrededor de 980 C.

Tostador de lecho fluidizado En un tostador de lecho fluidizado, sulfuro finamente molido se concentra se suspenden y se oxida en un lecho de material de alimentación soportado sobre una columna de aire. Como en el tostador de suspensión, las velocidades de reacción para la desulfuración son más rápido que en los procesos de solera múltiple mayores. Tostadores de lecho fluidizado operan bajo una presión ligeramente inferior a la atmosférica y a temperaturas promedio de 1.000 C. En el proceso de lecho fluidizado, no se requiere combustible adicional después de la ignición se ha logrado. Las principales ventajas de este tostador son mayores capacidades de rendimiento, mayores capacidades de eliminación de azufre, y de mantenimiento más baja.

Proceso de electrólisis El proceso de electrólisis, también conocido como el proceso hidrometalúrgico, proceso de tostado-Leach-electroextracción o proceso electrolítico, se utiliza mucho más que los procesos pirometalúrgicos. El proceso de electrólisis consiste en 4 etapas: lixiviación, purificación, la electrólisis y de fusión y colada.

Lixiviación La fórmula química de lixiviación básica que impulsa este proceso es: Esto se logra en la práctica a través de un proceso llamado lixiviación doble. La calcina se lixivia en primer lugar en una solución neutra o ligeramente ácida con el fin de lixiviar el zinc fuera del óxido de zinc. La calcina restante se lixivia después en ácido sulfúrico fuerte

para lixiviar el resto del cinc de la óxido de cinc y la ferrita de cinc. El resultado de este proceso es un sólido y un líquido, el líquido contiene el zinc y a menudo se denomina lixiviación producto; el sólido se denomina residuo de lixiviación y contiene metales preciosos que se venden como un subproducto. También hay hierro en el producto de lixiviación de la lixiviación ácida fuerte, que se retira en una etapa intermedia, en forma de goetita, jarosita, y hematita. Todavía hay cio, cobre, arsénico, antimonio, cobalto, germanio, níquel, talio y en el producto de lixiviación. Por lo tanto, necesita ser purificada.

Purificación El proceso de purificación utiliza el proceso de cementación para purificar aún más el cinc. Se utiliza polvo de zinc y vapor para eliminar el cobre, cio, cobalto, y níquel, que pueda interferir con el proceso de electrólisis. Después de la purificación, la concentración de estas impurezas se limitan a menos de 0,05 miligramos por litro. La purificación se lleva a cabo por lo general en tanques agitados grandes. El proceso se lleva a cabo a temperaturas de entre 40 y 85 C, y presiones que van desde la atmosférica a 2,4 atm. Los subproductos se venden para su posterior refinación. La solución de sulfato de zinc debe ser muy puro para la extracción electrolítica para ser del todo eficiente. Las impurezas pueden cambiar el voltaje de descomposición suficiente como para que la célula de electrólisis produce gas de hidrógeno en gran medida en lugar de metal de zinc.

Electrólisis El zinc se extrae de la solución de sulfato de zinc purificada por extracción electrolítica, que es una forma especializada de la electrólisis. El proceso funciona haciendo pasar una corriente eléctrica a través de la solución en una serie de células. Esto hace que el zinc para depositar en los cátodos y el oxígeno para formar en los ánodos. El ácido sulfúrico también se forma en el proceso y se reutiliza en el proceso de lixiviación. Cada 24 a 48 horas, cada célula se apaga, los cátodos de zinc-recubiertos se retiran y se enjuagaron, y el zinc se separa mecánicamente de las placas de aluminio. Fundiciones de zinc electrolítico contener hasta varios cientos de células. Una parte de la energía eléctrica se convierte en calor, lo que aumenta la temperatura del electrolito. Células electrolíticas operan a rangos de temperatura de 30 a 35 C y a presión atmosférica. Una porción del electrolito se hace circular continuamente a través de las torres de refrigeración tanto para enfriar y concentrar el electrolito a través de la evaporación del agua. El electrolito enfriada y concentrada se recicla a continuación a las células. Este proceso representa aproximadamente un tercio de todo el consumo de energía cuando la fundición de zinc. Hay dos procesos comunes para la extracción electrolítica del metal: el proceso de baja densidad de corriente, y la alta densidad de la corriente de proceso Tainton. El primero utiliza una solución de ácido sulfúrico al 10% como el electrolito, con densidad de corriente de 270 a 325 amperios por metro cuadrado. Este último utiliza una solución de ácido

sulfúrico al 22-28% como electrolito con una densidad de corriente de alrededor de 1.000 amperios por metro cuadrado. Este último da una mejor pureza y tiene mayor capacidad de producción por volumen de electrolito, pero tiene la desventaja de correr más caliente y ser más corrosivo para el recipiente en el que se hace. En cualquiera de los procesos electrolíticos, cada tonelada métrica de producción de zinc gasta aproximadamente 3.900 kWh de energía eléctrica.

Fusión y colado El paso final consiste en fundir los cátodos en un horno de inducción. Es entonces o se moldea en lingotes de zinc puro o aleado y se moldea en lingotes.

Los procesos pirometalúrgicos También hay varios procesos pirometalúrgicos que reducen el uso de óxido de zinc de carbono, a continuación, extraer el zinc metálico a partir de la mezcla resultante en una atmósfera de monóxido de carbono. La mayor caída de cualquiera de los proceso pirometalúrgico es que es sólo 98% pura; una composición estándar es de 1,3% de plomo, 0,2% de cio, 0,03% de hierro, y 98,5% de zinc. Esto puede ser lo suficientemente puro para la galvanización, pero no lo suficiente para las aleaciones de fundición a presión de zinc, lo que requiere especial de alto grado. Para llegar a esta pureza del zinc debe ser refinado. Los cuatro tipos de procesos pirometalúrgicos comerciales son el proceso de San José Minerals Corporation, el proceso de alto horno, el proceso de New Jersey Zinc vertical continua-retorta, y el proceso de autoclave horizontal de tipo belga.

Proceso de la empresa Mineral San José Este proceso fue desarrollado por el St. Joseph Mineral Company en 1930, y es el único proceso pirometalúrgico que todavía se utiliza en los EE.UU. para fundir zinc. La ventaja de este sistema es que es capaz de fundir una amplia variedad de materiales de zinccojinete, incluido el polvo de horno de arco eléctrico. La desventaja de este proceso es que es menos eficiente que el proceso de electrólisis. El proceso comienza con una operación de sinterización corriente descendente. La sinterización, que es una mezcla de tostador de calcina y EEP calcina, se carga en un transportador del tipo de puerta y, a continuación combustiones gases se bombea a través de la sinterización. El carbono en los gases de combustión reacciona con algunas de las impurezas, tales como el plomo, el cio, y haluros. Estas impurezas son expulsados en bolsas de filtración. La sinterización después de este proceso, llamado sinterización producto, por lo general tiene una composición de 48% de zinc, 8% de hierro, 5% de aluminio, de silicio 4%, 2,5% de calcio, y cantidades más pequeñas de magnesio, de plomo, y otros metales. El producto sinterizado se carga luego con coque en un horno de retorta eléctrica. Un par de electrodos de grafito del horno de parte superior e inferior producir flujo de corriente a través de la mezcla. El coque proporciona resistencia eléctrica a la

mezcla con el fin de calentar la mezcla a 1400 C y producir monóxido de carbono. Estas condiciones permiten para la siguiente reacción química que se produzca: El vapor de cinc y dióxido de carbono pasan a un condensador de vacío, donde el zinc se recupera por burbujeo a través de un baño de zinc fundido. Más del 95% del vapor de cinc dejando la retorta se condensa a zinc líquido. El dióxido de carbono se regenera con carbono, y el monóxido de carbono se recicla de nuevo al horno de retorta.

Proceso de alto horno Ver también: Alto horno Este proceso fue desarrollado por el Imperial Smelting Corporación en Avonmouth, Inglaterra, con el fin de aumentar la producción, aumentar la eficiencia y reducir los costos de mano de obra y mantenimiento. LJ Derham propuso el uso de un aerosol de gotitas de plomo fundido para enfriar rápidamente y absorber el vapor de cinc, a pesar de la alta concentración de dióxido de carbono. Después, la mezcla se enfría, donde el zinc se separa del plomo. La primera planta que utiliza este diseño abrió sus puertas en 1950. Una de las ventajas de este proceso es que puede co-producción de lingotes de plomo y escoria de cobre. En 1990, representó el 12% de la producción mundial de zinc. El proceso se inicia mediante el cobro de sinterización sólido y el coque calentado en la parte superior del alto horno. Aire precalentado a 190 a 1.050 C es soplado en la parte inferior del horno. Zinc vapor y sulfuros salen por la parte superior y entrar en el condensador. La escoria y el plomo se acumulan en la parte inferior del horno y se golpean ligeramente fuera regularmente. El zinc es borrado a partir del vapor en el condensador a través de plomo líquido. El zinc líquido se separa de la iniciativa en el circuito de refrigeración. Se requieren aproximadamente 5.000 toneladas métricas de plomo cada año para este proceso, sin embargo, este proceso se recupera 25% más de plomo a partir de los minerales de partida que otros procesos.

Nueva Jersey Zinc retorta vertical continuo El proceso de Zinc New Jersey ya no se utiliza para producir zinc primaria en los EE.UU., Europa y Japón, sin embargo, todavía se utiliza para el tratamiento de las operaciones secundarias. Estos procesos alcanzó su punto máximo en 1960, cuando el 5% de la producción mundial hecho por este proceso. Una versión modificada de este proceso aún se emplea en Huludao, China, que produjo 65.000 toneladas métricas por año. Este proceso se inicia por tostación de concentrados de que se mezclan con el carbón y briquetas en dos etapas. Las briquetas se calentaron después en una unidad de coquización autógena a 700 C y luego se cargan en la retorta. Hay tres razones para briquetas de la calcina: para asegurar el movimiento libre de la baja de la carga; para permitir la transferencia de calor a través de una sección transversal de tamaño práctico, para permitir que la porosidad adecuada para el paso de la reducción de vapor de cinc a la parte superior

de la retorta. La reducción de vapor de cinc, que se recaba en la parte superior de la retorta se condensa a continuación, a un líquido. Overpelt mejorado este diseño mediante el uso de una sola cámara de condensación grande, en lugar de muchos pequeños, ya que fue diseñado originalmente. Esto permitió que el monóxido de carbono para ser recirculado en los hornos para calentar las retortas. Este proceso se autorizó a la Compañía Imperial Smelting, en Avonmouth, Inglaterra, que tenía una gran planta de autoclave vertical en producción durante muchos años. Se utilizó hasta mediados de 1970 cuando fue reemplazado por el Imperial planta de horno de fundición de la empresa. La planta de VR fue demolido en 1975.

Proceso de autoclave horizontal de tipo belga Este proceso fue el proceso principal que se utiliza en Gran Bretaña desde el siglo 19 hasta 1951. El proceso fue muy ineficiente, ya que fue diseñado como una pequeña operación por lotes escala. Cada autoclave sólo produjo 40 kilogramos lo que las empresas podrían ponerlos juntos en los bancos y se utiliza un quemador de gas grande para calentar todos ellos. El proceso requiere belga redestilación para eliminar las impurezas de plomo, cio, hierro, cobre, y el arsénico.

Historia Aunque algunos artefactos de zinc parecen haber sido realizados durante la antigüedad clásica en Europa, la primera producción de zinc en cantidad parece haber estado en la India y China. En la India, el zinc se produjo a Zawar desde el 12 hasta los siglos 18. El mineral de blenda encontrar aquí presumiblemente se convierte en óxido de zinc a través de asar, aunque no se han encontrado evidencias arqueológicas de este. Se cree Fundición haber sido hecho en retortas de arcilla sellados cilíndricos que se embaló con una mezcla de mineral tostado, dolomita, y un material orgánico, tal vez estiércol de vaca, y luego se coloca verticalmente en un horno y se calienta a alrededor de 1.100 C. El monóxido de carbono producido por la carbonización de la materia orgánica habría reducido el óxido de zinc a vapor de cinc, que luego licuado en un condensador de arcilla cónica en la parte inferior de la retorta, que gotea hacia abajo en un recipiente de recogida. Durante el período de 1400-1800, se estima que la producción han sido alrededor de 200 kg/día. El zinc también se fundía en China desde mediados del siglo XVI en adelante. La producción de zinc a gran escala en Europa comenzó con William Champion, quien patentó un proceso de destilación de zinc en 1738. En el proceso de Campeones, mineral de zinc se selló en macetas grandes de reducción con carbón vegetal y se calienta en un horno. El vapor de cinc a continuación, descendió a través de un tubo de condensación de hierro hasta llegar a un recipiente lleno de agua en la parte inferior. Campeón estableció su primera fábrica de zinc en Bristol, Inglaterra, pero pronto se expandió a Warmley y por 1754 había construido cuatro hornos de zinc allí. Aunque campeón logró producir unas 200 toneladas de zinc, sus planes de negocios no tuvieron éxito y estuvo en quiebra por 1.769. Sin embargo, la fundición de zinc continuó en esta área hasta 1880.

Producción europea zinc temprana también tuvo lugar en Silesia, en Carintia, en Lieja, Bélgica. En el proceso de Carintia, utilizados en obras establecidas en 1798 por Bergrath Dillinger, un horno de madera como combustible se calienta un gran número de pequeñas retortas verticales, y el vapor de cinc a continuación, se redujo a través de una tubería de cerámica en una cámara de condensación común a continuación. Este proceso estaba fuera de uso en 1840. Los procesos belgas y Silesia tanto utilizan retortas horizontales. En Silesia, Johann Ruhberg construyó un horno para extraer zinc en 1799, en un principio, pero más tarde utilizando ollas cambiar a réplicas de fondo plano llamadas "amortigua", que se adjunta a los tubos horizontales doblados hacia abajo en la que el zinc condensados. El proceso de Silesia finalmente se fusionó con el proceso belga. Este proceso, desarrollado por Jean-Jacques Daniel Dony, se introdujo 1805-1810, y se utiliza retortas con una sección transversal cilíndrica. Condensadores eran tubos de arcilla horizontales que se extienden desde los extremos de las réplicas. El proceso de autoclave horizontal "Belgo-Silesia" fusionada fue ampliamente adoptado en Europa en el tercer cuarto del siglo 19, y más tarde en los Estados Unidos. Intentos experimentales para la extracción de zinc a través de la electrólisis comenzado en el siglo 19, pero la aplicación sólo un éxito comercial antes de 1913 fue de un proceso, que se utiliza en Gran Bretaña y Austria, donde el zinc y cloro fueron co-producidos por electrólisis de una solución acuosa de cloruro de zinc. La Compañía Anaconda Copper, en Anaconda, Montana, y la Consolidated Mining Smelting Company y, en Trail, Columbia Británica, ambas plantas electrolíticas exitosas del año 1915 mediante el proceso de sulfato de zinc se utiliza actualmente. Este método ha seguido creciendo en importancia y en 1975 representaron el 68% de la producción mundial de zinc. El proceso de autoclave vertical continuo que se introdujo en 1929 por el New Jersey Zinc Company. Este proceso usa una retorta con paredes de carburo de silicio, alrededor de 9 metros de altura y con una sección transversal de 2 por 0,3 metros. Las paredes de la retorta se calentaron a 1300 C y briquetas que consisten de mineral sinterizado de zinc, coque, carbón, y material reciclado fueron alimentados en la parte superior de la retorta. De zinc gaseoso se extrae de la parte superior de la columna y, después de un viaje de 20 horas a través de la retorta, pasó briquetas fueron retirados de la parte inferior. Para condensar el zinc gaseoso, la empresa utilizó por primera vez una cámara simple ladrillo, con refuerzos de carburo de silicio, pero la eficiencia fue deficiente. Durante la década de 1940 se desarrolló un condensador que condensa el vapor de cinc en una pulverización de gotitas líquidas de zinc, arrojados por un impulsor eléctrico. El proceso electrotérmico, desarrollado por la St. Joseph Lead Company, fue algo similar. La primera planta comercial con este proceso fue construido en 1930 en el actual sitio de Josephtown, Pennsylvania. El horno electrotérmico era un cilindro de acero de unos 15 metros de altura y 2 metros de diámetro, revestido con ladrillos refractarios. Una mezcla de mineral sinterizado y el coque se introduce en la parte superior del horno, y una corriente de 10.000-20.000 amperios, a una diferencia de potencial de 240 voltios, se aplica entre los electrodos de carbono en el horno, elevando la temperatura a 1200-1400 C . Un buen condensador, se ha creado para este proceso desde 1931-1936; que consistía en un baño de zinc líquido que los gases de escape se elaboraron a través de por succión. El contenido de zinc de la corriente de gas se absorbe en el baño de líquido.

El proceso de alto horno fue desarrollado a partir de 1943 en Avonmouth, Inglaterra por el Imperial Smelting Corporation. Se utiliza una pulverización de gotitas de plomo fundido para condensar el vapor de cinc.