Subprocesos del procesamiento del Zinc

Introducción

En el siglo XIX se dieron los principales pasos para el procesamiento del zinc que involucró tostando una mena compleja sulfurada. Experimentalmente el primer trabajo del zinc electrolítico se dio en 1881 electrolizando una disolución de sulfato de zinc obtenida lixiviando un mineral tostado. Para el caso de nuestro país se ha dado en gran escala en la década del siglo XX empezando por la empresa Cerro de Pasco Corporation en su yacimiento de Casapalca, aunque se trataba como un subproducto de la mena de plata.

La producción de zinc experimentó un aumento importante con la necesidad de obtener acero. Además, que el Perú posee una gran cantidad de reservas compitiendo grandes puestos con Australia, su necesidad extractiva es demandate. También el cinc contribuye de múltiples formas para mejorar la calidad de vida, por ejemplo, en formas médicas y farmacéuticas. Visto dichos beneficios es necesario ver el rendimiento, la inversión y el coste del zinc para garantizar un beneficio económico superior a cualquiera planta tradicional que produzca zinc a partir de menas. Actualmente existen una gran variedad de procesos para la recuperación de metales, tales como los métodos piro metalúrgicos e hidrometalúrigicos, precipitación química, procesos electroquímicos, membranas de ultrafiltración, resinas de intercambio iónico, procesos de adsorción, ósmosis inversa, electrodeposición y flotación, carbón activado, biosorción, neutralización, digesta ácida, digestión ácida reductiva, extracción con solventes, extracción sólido-gas, extracción por fluidos supercríticos, extracción sólido-líquidos-sólido, extracción secuencial; Por lo que, al ser el tercer metal no férreo más utilizado, después del aluminio y el cobre sé es necesario saber los los parámetros necesarios para darnos un contexto de la eficacia posible en el procesamiento.

Objetivo General

Analizar los datos termodinámicos teóricos de los subprocesos del procesamiento del zinc

Objetivos Específicos

Comparar los datos prácticos obtenidos bibliográficamente con los teóricos

Describir los subprocesos del procesamiento del zinc

Marco Teórico

Subprocesos del procesamiento del zinc

Tostación

Proceso a través del cual se pretende dar la máxima cantidad posible de óxido de zinc, por ello es necesario reducir la cantidad de azufre a menos del 1%. Los principales procesos que se dan son:

Tostación oxidante

Proceso donde se oxidan los sulfuros totalmente, produciéndose óxidos metálicos y dióxido de azufre comprenden dos etapas un tostado a muerte y si encaso la requiera, una tostación parcial, esta última se da si persiste el contenido alto de azufre aparte que se usa para eliminar elementos tóxicos como el arsénico y antimonio. Lo cual está representando bajo la siguiente ecuación:

Tostación a muerte

2MS + 3O2 → 2 MO + 2SO2

Tostación sulfatizante

Para este tipo de tostación la oxidación del azufre combinado con el metal principal se realiza en forma tal que forma sulfatos. Se realiza a temperaturas relativamente bajas, a las cuales los sulfatos son estables. Por ello en el horno debe mantenerse la mayor concentración posible de SO3. Esta tostación se representa por las reacciones:

2MS + 3O2 → 2 MO + 2SO2

2MS + 2SO2 + O2 → 2 MSO4

Esta tostación es usada en vías hidrometalurgias ya que los sulfatos obtenidos pueden ser lixiviados para recuperar el metal ya sea por electrodeposición o algún otro proceso.

Como subproceso tenemos la eliminación inmediata del azufre, por ello se somete el mineral a una tostación oxidante de modo que el contenido metálico de la mena pueda ser recuperado fácilmente. La conversión del mineral, blenda(ZnS), en óxido se exige para los siguientes procesos que son por vías piro metalúrgicas o vías hidrometalúrgicas. Este proceso es necesario ya que el sulfuro de zinc es de baja reactividad frente ácidos o bases, además de ser inerte a reducción con carbón.

Por lo que la reacción básica para poder obtener óxido de zinc es:

ZnS+3/2 O_2→ ZnO+SO_2

Con la ecuación ya dada es necesario ver a que temperatura es adecuado poner el proceso para evitar la formación inversa, por lo que se hizo un cálculo de la temperatura de equilibrio.

Cálculo de la entalpía

Zn+S→ZnS ∆H_f= -202.9 KJ/mol

Zn+1/2 O_2→ZnO ∆H_f= -348.0 KJ/mol

S+O_2→ SO_2 ∆H_f= -296.4 KJ/mol

Invirtiendo 1. y sumando

ZnS →Zn+S ∆H_f= +202.9 KJ/mol

Zn+1/2 O_2→ZnO ∆H_f= -348.0 KJ/mol

S+O_2→ SO_2 ∆H_f= -296.4 KJ/mol

ZnS+3/2 O_2→ ZnO+SO_2 ∆H_f= -441.5KJ/mol

Cálculo de la entropía

ZnS+3/2 O_2→ ZnO+SO_2

∆S=∑Sproductos - ∑Sreactivos

∆S= (〖∆S〗_ZnO+〖∆S〗_SO2 )-(〖∆S〗_ZnS- 3/2 〖∆S〗_O2)

∆S= (43.9+248.5) – (57.7 + 3/2(205))

∆S= -72.8 J/K.mol

Cálculo de la energía libre de Gibss

ZnS+3/2 O_2→ ZnO+SO_2 ∆S= -72.8 J/K.mol

ZnS+3/2 O_2→ ZnO+SO_2 ∆H_f= -441.5KJ/mol=-441500 J/mol

Cálculo de la temperatura de equilibrio

Teq = ∆H/∆S=(-441500 J/mol)/(-72.8 J/mol.K)=6064.56 K

A °C

6064.56

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