INTRODUCCIÓN Hoy por hoy la industria metalúrgica de la refinación del zinc es en su totalidad dominada por el proceso TLE (Tostación-Lixiviación-Electrólisis) de!ido a su enorme superioridad en varios aspectos frente al proceso pirometalúrgico tanto en las recuperaciones valor met"lico de residuos como de impacto am!iental# en el cual el proceso TLE es menos nocivo $ue el convencional por tanto la gran mayor%a de refiner%as de zinc han optado por este proceso& En general el zinc electrol%tico tiene aún menos impurezas $ue los tratados por otros medios y siendo 'erú el primer productor de zinc y cadmio a nivel sudamericano hacen $ue el zinc sea uno de nuestros productos !anderas y siendo gran protagonista de nuestra miner%a& En el apartado $ue presentar a continuación tocare como punto central el proceso electrol%tico dando a conocer las condiciones de operación e$uipos util utiliz izad ados os reac reacci cion ones es invo involu lucr crad adas as adit aditiv ivos os## usan usando do los los dato datos s real reales es y operativos de la refiner%a de a*amar$uilla&
EL CINC Y SUS PROPIEDADES Elemento $u%mico de s%m!olo +n número atómico , y peso atómico ./&,0& Es un metal malea!le dúctil y de color gris& 1e conocen 2/ isótopos cinco de los cuales son esta!les y tienen masas atómicas de .3 .. .0 .4 y 0& erca de la mitad del inc común se encuentra como isótopo de masa atómica .3& Los usos m"s importantes del inc los constituyen las aleaciones y el recu!rimiento protector de otros metales& El hierro o el acero recu!iertos con inc se denominan galvanizados y esto se puede hacer por inmersión de la pieza en inc fundido depositando inc electrol%ticamente como un !a5o chapeado o exponiendo la pieza en inc en polvo cerca de su punto de fusión o roci"ndola con inc fundido&
El inc puro y recientemente pulido es de color !lanco azuloso lustroso y moderadamente duro (6&/ 7ohs)& El inc puro es dúctil y malea!le pudindose enrollar y tensar pero cantidades pe$ue5as de otros metales como contaminantes pueden volverlo 62 $ue!radizo& 1e funde a 368 (04489) y hierve a :08 (2../89)& 1u densidad es 0&2, veces mayor $ue la del agua& El inc es !uen conductor del calor y la electricidad& omo conductor del calor tiene una cuarta parte de la eficiencia de la plata& ; &:2< es un superconductor elctrico& El inc puro no es ferromagntico&
FORMAS DE OBTENCIÓN DEL CINC
En el caso del cinc existen varios procesos $ue conducen a la o!tención del cinc metal= procesos de reducción trmica proceso de retortas horizontales proceso de retortas verticales proceso electro trmico proceso >19 y el proceso electrol%tico $ue actualmente acapara la producción de mayor tonela*e de metal produciendo el 4/? del cinc mundial& @e las cuales la mayor%a de plantas $ue produc%an cinc por otros mtodos diferentes al electrol%tico se encuentran paradas y no se planean m"s procesos con esos mtodos se podr%a decir $ue la forma m"s eficiente de o!tener cinc es por el mtodo electrol%tico& Las mayores instalaciones de cinc electrol%tico llegan a producir entre 6/ y , miles de toneladas por a5o de un cinc de calidad ::&::/ lo cual se de!e a las grandes me*oras operadas en el proceso gracias al estudio profundo de sus !ases y a los avances en ingenier%a as% como a los procesos de control y an"lisis aplicados durante los últimos a5os&
El único proceso $ue puede competir con este procedimiento es el >19 pero en ste los hornos mayores sólo han alcanzado los 4 miles de toneladas de cinc y las 3 miles de toneladas de plomo# sin em!argo la pureza del cinc es !a*a si no se instala una destilación fraccionada&
RAZONES POR LA QUE EL CINC EN SU MAYORÍA SE OBTIENE POR HIDROMETALURGIA Los costes de producción son menos elevados de!ido a menos mano de o!ra y menor consumo energtico& 7ayor recuperación de metales secundarios y a precios m"s !aratos como el u '! d Ai& 1e o!tiene directamente una mayor pureza del +n y de los metales secundarios $ue en el proceso pirometalúrgico& 'ermite en general trata menas po!res con un mayor contenido en hierro $ue en el proceso pirometalúrgico ya $ue ah% se presentan pro!lemas por$ue tam!in se reduce consumiendo car!ón& 'lantea muchos menos pro!lemas medio-am!ientales&
DEFICIENCIAS DEL ELECTROLÍTICO
PROCESO
DE
RECUPERACIÓN
DEL
CINC
La recuperación de co!re no so!repasa el 4? ya $ue el residuo de hierro contiene cantidades aprecia!les de este metal En el caso de la *arosita la normativa medioam!iental no permite su almacenamiento tal como se genera en el proceso de fa!ricación de zinc por lo $ue tiene $ue ser previamente inertizado a !ase de mezclarlo con cal y cemento (proceso *arofix) antes de poder ser almacenado en depósitos de seguridad& B Hoy en d%a existen ya ciertos pa%ses $ue proh%!en el almacenamiento de este tipo de residuos ('a%ses Ca*os Dapón ;ustralia)&
FILTRACION 'or esta operación de filtración se separa la solución de +n1 3 del material insolu!le $ue esta precipitado $ue constituyen los residuos de la li xiviación& La filtración se lleva a ca!o en una !ater%a de filtros los $ue son filtros rotatorios de /ft de di"metro y 3 ft de largo&
La solución filtrada por la parte central ir" a los tan$ues de sedimentación y almacena*e mientras $ue el residuo sólido pasar" al lavado para recuperar aún m"s solución de +A1 3 y luego saldr" por la parte posterior del filtro para ir a un proceso posterior de tratamiento de residuos&
ELECTRODEPOSICIÓN DEL CINC Fna vez $ue el cinc en solución (+n1 3) haya sido purificado se proceder" a enfriar en torres de ventilación forzada hasta o!tener por lo menos una temperatura de ,G en promedio& Esta solución pura arrastra consigo iones +n 6 13-6 H y H - y es sometida al proceso de electrodeposición mediante la aplicación de corriente continua o!tenida gracias a la ayuda de transforrectificadores&
Composició !" #o!os $ c#%o!os p&'& (& "("c%'o!"posició !"( )ic*
COMPOSICIÓN
+o!o
;leación '! y ;g
C#%o!o
;luminio
En el caso del "nodo se usa una est" aleación ya $ue la plata dotar" de mayor consistencia y resistencia a la corrosión al '! pero solo se usa en el rango &0/?-2? de plata&
La corriente elctrica se transmitir" so!re el electrolito (+n1 3) y har" $ue el zinc se deposite en el "todo regener"ndose el H613 en el "nodo y desprendiendo ox%geno al medio am!iente&
La reacción $u%mica $ue go!ierna este proceso electrol%tico es=
ZSO, - H.O - C*E*C
Z - H.SO, - / O.
ELECTRÓLITOS
Los electrolitos son el conductor iónico en una celda electro$u%mica los cuales son afectados por ciertas condiciones $ue afectan o me*oran su funcionamiento entre las cuales se destacan=
Co!0c%i1i!&! $ '"sis%"ci&*2 En toda pila industrial (celda electro$u%mica) en la $ue hay electrólisis es evidente $ue existen resistencias óhmicas en varias partes del sistema con la consiguiente prdida de energ%a y desprendimiento de calor& En los contactos uniones y *untas se formar"n gotas de contacto cuya importancia depende de la atención $ue se les dedi$ue y el mantenimiento $ue se realice& Evidentemente un electrolito es un conductor el cual tiene cierta resistencia óhmica& 1in em!argo difiere de los conductores met"licos en $ue el paso de la corriente por l determina efectos $u%micos en los electrodos $ue sin los puntos o secciones de contacto del circuito& La conductividad de una solución depende de la naturaleza de sus componentes del disolvente de la concentración de la movilidad iónica y de la temperatura& En las disoluciones $ue contengan dos o m"s sales la conducti!ilidad de la disolución vendr" afectada por los e$uili!rios esta!lecidos por los iones y sus concentraciones su interacción sus solu!ilidades y la formación de diferentes sales no disociadas& La conductividad ser" una suma de las conducti!ilidades iónicas y sus concentraciones tal y cual como existen en la disolución en el punto de e$uili!rio&
3"(oci!&!"s ióic&s '"(&%i1&s El movimiento constante de los iones hacia sus respectivos electrodos asociado al transporte de las cargas elctricas $ue con llevan constituye la corriente elctrica en la solución& ;lgunos iones se mueven r"pidamente& tros lo hacen con lentitud& El ion hidrógeno se mueve con m"s rapidez $ue ningún otro& La velocidad iónica contri!uye a la conductividad pues la corriente electrol%tica no es algo fa!ricado fuera de la solución y luego pasado a travs de la misma si no el movimiento de los propios iones determinado y mantenido por la atracción de los electrodos cargados elctricamente& ;dem"s algunas 63 sustancias se ionizan li!remente m"s $ue otras& La me*or conductividad se consigue con productos $ue se disocien li!remente en iones de movimiento r"pido
REACCIONES EN EL PROCESO DE ELECTRODEPOSICIÓN DEL CINC
Ieacción general&
ZSO, 4Z-.-SO, 5* 6P&'ci&(m"%" !isoci&!o7 Fna vez se aplica la densidad de corriente respectiva (&24-&, ;Jcm 6) los iones de +n6se reduce en el c"todo y forman +n=
Z-. - .e 4 Zn 6'"&cció c&%ó!ic&7 H.O 4 H- - OH2 6Disoci&ció po' (& "("c%'ó(isis7
REACTI3OS DE ADICIÓN El electrólito es alimentado por gravedad y antes de entrar a cada celda se le agregan reactivos de adición si son necesarios& ;lgunos metales $ue presentan so!revolta*es por e*emplo el n%$uel puede depositarse de forma compacta y con !uena textura ya $ue el alto so!revolta*e favorece su nucleación& 'ero otros metales de !a*o so!revolta*e como el oro la plata y hasta cierto punto el co!re tienden a producir depósitos gruesos de cristales m"s grandes esto hace $ue las deposiciones tengan poros rugosidades y ar!orescencias&
'ara una !uena deposición es necesario $ue el depósito crezca y se engruese sin estos defectos esto se logra mediante la adición al electrólito de inhi!idores para la reacción catódica& Los cuales se adsor!en so!re el c"todo aumentando as% su so!revolta*e para la reacción catódica facilitando as% su nucleación& 1e distinguen , tipos de reactivos de adición=
Ni1"(&%"s8 ecualizan la actividad de las distintas zonas del depósito produciendo una redistri!ución del voltage y por lo tanto de la corriente& A9'i((&%&!o'"s8 usados para me*orar el aspecto visual del depósito& R":0(&!o'"s !"( %&m&;o !" :'&o8 generan condiciones para $ue se esta!lezcan tasas de nucleación y crecimiento espec%ficas al tipo de depósito $ue se desea formar& 9recuentemente presentan pro!lemas o incompati!ilidades con algunas etapas del proceso como extracción por solventes donde estos reactivos afectan negativamente la separación de fases&
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Luego de agregarse los reactivos de solución el electrolito es alimentado individualmente en cada celda a una temperatura de entrada $ue !ordea l os 60G y de salida aproximadamente ,3G & La electrodeposición es originada por el pase de la corriente elctrica continua a travs de la solución +n13 en medio "cido causando las reacciones y depositando el +n met"lico en los c"todos& 1e logra depositar aproximadamente solo el 0/? del +n contenido en la solución el 6/? restante del +n *unto con el "cido regenerado retornan (spent) a la lixiviación de calcinas de zinc&
Luego las l"minas del zinc son apiladas y llevadas al proceso posterior de moldeo&
EFECTO DE LAS IMPUREZAS EN EL C+TODO DE CINC
ELECTRODEPOSICIÓN EN LA REFINERÍA DE CINC CA
La electrodeposición del zinc tiene lugar en la casa de celdas tipo Keille 7ontagne la capacidad de dise5o es de 222 T7 de c"todos cinc Ja5o# Los electrodos est"n constituidos por "nodos insolu!les de aleación de '!J;g al 0/ ? de plata y c"todos de aluminio con un "rea efectiva de deposición de 6. m6 (am!as caras) La corriente es suministrada por 3 transforrectificadores de corriente elctrica& La densidad de corriente es de 36 amperios por metro cuadrado de superficie catódica& Las celdas electrol%ticas son de concreto armado con envoltura interior de material sinttico est"n dispuestas en dos circuitos elctricos de 3 filas cJu# cada fila tiene 6: celdas y cada celda 34 c"todos y 3: "nodos el periodo de electrodeposición es de 34 horas&
EQUIPOS Y ELEMENTOS UTILIZADOS EN EL PROCESO
=* C"(!& "("c%'o(>%ic&*2 celdas tipo Keille 7ontagne la capacidad de dise5o es de 222 T7 de c"todos zinc Ja5o est"n hechas de concreto se disponen de 3 filas cada fila cuenta con 6: celdas&
.* P&'& ci'c0(&ció !"( "("c%'o(i%o*2 el electrolito es distri!uido a las celdas mediante canales de polister reforzado por fi!ra de vidrio mientras $ue el spent ser" recogida por tu!er%as flexi!les de polietileno&
?* R"c09'imi"%o !" c"(!&s*- se usa un recu!rimiento de policloruro de vinilo $ue garantiza la impermea!ilidad contra l%$uido y aislamiento elctrico& 7"s conocido como 'K&
,* Ais(&!o' !" c"(!&s*- ada una de las celdas est" soportada so!re la estructura del edificio mediante cuatro aisladores&
@* +o!os*2 "nodos insolu!les de aleación de '!J;g al 0/ ? de plata con un "rea de deposición efectiva de 6&. m6 (am!as caras)& La plata otorgar" al 'lomo m"s resistencia a la corrosión adem"s de consistencia extra& En a*amar$uilla se tienen 34 "nodos por celda&
* C#%o!os*2 Los c"todos est"n hechos de aluminio de!ido a $ue investigaciones previas determinaron $ue gracias a su gran consistencia !rindan una distri!ución m"s uniforme de la corriente elctrica al electrolito& En a*amar$uilla se tienen 3: c"todos por celda&
* To''"s !" '"'i:"'&ció*2 sirven para refrigerar la solución purificada procedente de la 'lanta de purificación as% como tam!in para refrigerar el spent procedente de las celdas electrol%ticas& En a*amar$uilla se tienen 26 torres de refrigeración# 6 para la solución pura y 2 para el spent& ada torre tiene una rea de ,6m6 de refrigeración la solución es alimentada a las torres mediante tu!er%as y !om!as centrifugas# el aire necesario para enfriar la solución es provista por ventiladores hechos de polister# la distri!ución por torre es individual&
* A(im"%&!o'
"(c%'ico*2
La corriente es suministrada por 3 transforrectificadores de corriente elctrica& La densidad de corriente es de 36 amperios por metro cuadrado de superficie catódica&
3ARIABLES DEL PROCESO &7 D"si!&! !" co''i"%"*2 La densidad de corriente oscila entre ,04 - 36 ampJm6&
97 3o(%&"*2 En la pr"ctica el volta*e oscila entre ,&64 - ,&2 Koltios siendo el operativo de ,&33 KoltiosJcelda llegando hasta un :4? de eficiencia&
c7 E("c%'o(i%o*2 1e necesita una solución de +n1 3 con una concentración de 04&: grJl de +n y 24. grJl de H613# y un cierto margen de impurezas $ue no afecten el proceso electrol%tico& 1e de!e mantener esta proporción entre el +n y la acidez (&36) ya $ue una alta concentración de acidez tiende a redisolver el depósito de +n& Entonces decimos $ue el par"metro m"s importante para una !uena electrodeposición del +n es a fin de cuentas la pureza del electrolito&
!7 A:"%"s !" &!ició*2 1on a5adidos para confiarle al electrolito caracter%sticas tales como me*or distri!ución de electricidad me*orar su aspecto y evitar formaciones de ar!orescencias&
La dosificación deseada es la siguiente=
R"&c%i1os
Dosis
elatina
46 grJT7
1ilicato de sodio
06 grJT7
Iegaliz
,. grJT7
ar!onato de estroncio
6/ grJT7
"7 T"mp"'&%0'&*2 La temperatura del electrolito a los circuitos de!e ser de 60G y de salida ,2G a una mayor temperatura tendremos mayor accionar de las impurezas y a una !a*a temperatura tendremos un aumento de la resistencia del electrolito necesitando mayor volta*e por celda&
7 Eici"ci& !" co''i"%"*2 Es la relación entre el (p"so o9%"i!o p"so %"ó'ico7 = J a*amar$uilla registra eficiencias en promedio de :&44? :7 Cos0mo ""':%ico*2 1e consumen aproximadamente ,24
K7 Amp"'&"*2 El ampera*e operativo en casa de celdas es de /2 amperios siendo alimentados transforrectificadores&
a
travs
de
las
celdas
por
3
potentes
i7 Imp0'")&s*2 ; mucho plomo en el electrolito se formaran ar!orescencias ocasionando corto circuitos&
Tam!in encontramos el d el cual es nocivo económicamente ya $ue su ? determinara el valor del +n
7 Ti"mpo !" cos"cK&*2 El tiempo de electrodeposición es de 34 horas por /2 amperios contados desde el deslaminamiento anterior# pero su cosecha se hace cada 63 hora en el turno C (,=,-22= p&m&)&
7 P'o!0cció*- La producción por celda $ue contiene hasta 4. c"todos de 2. mN puede alcanzar , tJd%a& El zinc o!tenido es muy puro (::::/ ?)& ontiene menos de / ppm de impurezas siendo el plomo la principal&
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,& @aniel LKEI; ;K>L; (2:43) Op%imi)&ció $ "s%'&%":i&
comp0%&cio&( !" (os p&'#m"%'os :'&1i%&%"s " (& "("c%'o!"posició !"( )ic*(Tesis pregrado) FA717&
