UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA METALÚRGICA CARRERA PROFESIONAL: INGENIERÍA METALÚRGICA
ASIGNATURA: PROCESOS
PRACTICA Nº 001 LIXIVIACION LIXIVIACION DE CLACINA DE ZINC DOCENTE
: Ing. MILDER SEGOBIA
ALUMNO
: EDWIN PORROA SIVANA
CODIGO SEMESTRE FECHA
: 092638 : 2014-I : 08 DE AGOSTO 2014.
CUSCO- PERÚ 2014
PRESENTACION
El presente trabajo es un aporte por el alumno del curso de procesos extractivos I descrito, el cual tiene la finalidad de motivar, orientar y
encausar al estudiante en la comprensión y la aplicación de LIXIVIACION DE CALCINA DE ZINC Estimulando así a su interés por la investigación. La exposición de LIXIVIACION DE CALCINA DE ZINC tiene como objetivo servir de instrumentos prácticos al proceso de aprendizaje y es conveniente indicar que para el logro de este objetivo es necesario que
el alumno este consciente, que se necesita de su interés y cooperación a la hora de realizar sus prácticas.
Ante todo reciba un cordial saludo, presentándole en esta oportunidad el trabajo cuyo título posee “LIXIVIACION DE CALCINA DE ZINC” esperando sea de su agrado.
ATENTAMENTE:
Su alumno
LIXIVIACIÓN DE CALCINA DE ZINC 1. OBJETIVO:
Disolver un compuesto metálico soluble contenido en un mineral, pasando el metal al estado de ión, mediante un solvente adecuado o líquido extractor. 2. FUNDAMENTO TEORICO: 2.1.- POLVO METALICO
Los polvos metálicos son definidos como aquellas partículas metálicas o de aleación en un rango de tamaño de 0.1 a 1000 µm. Los metales en un estado finamente dividido exhiben propiedades y
características únicas. La diversidad de tamaño, forma y morfología superficial de los polvos se reflejan en las condiciones que controlan la formación del metal o aleación en una forma finamente dividida.
Características de los polvos metálicos:
Elevada relación entre área superficial/volumen
Fluyen por efecto de la gravedad
2.2.- EL ZINC
El cinc es un componente natural de nuestra corteza terrestre y es
parte inherente de nuestro medio ambiente. Está presente, no sólo en las rocas y suelos sino también en el aire, el agua, las plantas, animales y seres humanos.
El cinc contribuye de múltip les formas al logro de una mejor calidad de vida pues es un elemento natural que la humanidad ha venido utilizando extensamente desde el siglo XIII. Se emplea en varias
formas médicas y farmacéuticas, como por ejemplo en vendajes, tabletas antigripales, tratamientos para la piel, bloqueadores solares
en crema y loción, tratamientos para quemaduras y heridas, champús y cosméticos. PROPIEDADES FÍSICAS Estado ordinario
Sólido (diamagnético)
Densidad
7140 kg/m3
Punto de fusión
692,68 K (420 °C)
Punto de
1.180 K (907 °C)
ebullición Entalpía de
115,3 kJ/mol
vaporización Entalpía de
7,322 kJ/mol
fusión Presión de vapor
192,2 Pa a 692,73 K
2.3. - POLVO DE ZINC
El polvo de zinc presenta de las características más importantes pues éste tiene es su capacidad para proteger al acero frente a la corrosión. La vida y la resistencia del acero aumentan considerablemente cuando
está recubierto de zinc. Ningún otro material puede ofrecer al acero una protección tan eficiente y tan rentable. Especificaciones Técnicas Análisis Físico: Microscopia Electrónica de
barrido
con
sistema
de
aseguramiento de calidad según el siguiente cuadro. Morfología partícula
de Esférica
Gravedad especifica
Retención
7.1
malla
100
0
Retención malla 200 Retención malla 325 ( máximo)
0.50%
Partículas de 1 a 5
65 a 70
micras
trazas
%
Menores de 1 micra
0.5 a 1 % 29 a 34
Mayor de 5 micras 2.3.-
%
LIXIVIACIÓN:
Mediante la lixiviación se disuelve el tostado de la blenda, el óxido de cinc, en una disolución diluida de ácido sulfúrico (100 -150 g/l); esta concentración de ácido sólo permiten disolver el ZnO, quedando las ferritas formadas en la tostación, ZnO.Fe2O3, inatacadas. Para mejorar la recuperación del cinc y evitar así pérdidas de metal se efectúa la lixiviación ácida en caliente (90 -95ºC) durante 2 -4 horas (Ramachandra Sarma et al., 1976; Claassen et al., 2002). Bajo estas condiciones no solo se disuelve el cinc sino también el hierro asociado a la ferrita de cinc (franklinita),
obteniéndose una solución rica en cinc que contiene entre 15 -30 g/l de hierro (principalmente en forma férrica) que debe ser eliminado de la misma (Salinas et al., 2001; Claassen et al., 2002).
La lixiviación se realiza simultáneamente a la oxidación y la neutralización de forma que se pueda precipitar el hierro con el que coprecipitan impurezas como el As, Sb y Ge. También se coprecipitan sílice coloidal e hidróxido de aluminio. Esta precipitación de Fe3+ se efectúa actualmente haciendo uso de las precipitaciones jarosítica,
goetítica o hematítica. La Compañía Asturiana de Zinc S.A. (1964), junto con dos compañías extranjeras, una noruega: Norzinc (De t Norske Zinkkompany, 1965) y otra australiana: Electrolytic Zinc Company of Australasia (Electrolytic Zinc Company of Australasia, 1965) (Claassen et al., 2002), demostraron que el
hierro podía ser precipitado como jarosita, que es un compuesto sintético cristalino cuya fórmula es M 2Fe6(SO4)4(OH)12 en donde M puede ser Pb, Na, K, NH , etc., añadiendo NH 4
+ 4
+
o Na a la disolución, ajustando el pH a 1.5 y
fijando una temperatura de unos 90 ºC. El resto del hierro se puede precipitar a pH 3.5 por neutralizació n. La jarosita tiene la ventaja de separarse muy bien de la disolución. Con este método se puede permitir la lixiviación de más hierro, a la vez que se recupera el cinc de las ferritas aumentando, así, la recuperación de cinc del mineral. La reacción de precipitación es la siguiente: Fe (SO ) + 10H O + 2NH OH 2
4 3
2
4
(NH )
→
4
Fe (SO ) (OH) + 5H SO
2
6
4 4
12
2
4
El control del pH, que tiende a bajar como resultado de
la formación de ácido sulfúrico, se hace por adición de tostado, es decir, de óxido de cinc. Una vez ha precipitado la jarosita, controlando así el nivel de hierro en disolución, se evacua de los espe sadores y se filtra, procediéndose a su depósito en lugares acondicionados para evitar todo tipo de contaminación, tanto ácida como metálica. El hierro residual de esta precipitación jarosítica, que suele quedar en forma ferrosa, bien se reoxida y neutrali za aparte para su eliminación o bien se envía a la lixiviación neutra. El licor se separa, para purificarle de otros metales, después de la lixiviación neutra. Para optimizar la recuperación de cinc se propone, a veces, lavar la jarosita con ácido. Con ello se consiguen disolver las pequeñas cantidades de ferrita procedentes de la pulpa inicial o del óxido neutralizante. La precipitación jarosítica conlleva la fijación de cantidades importantes de ácido sulfúrico en el residuo, pero esto no es, hoy día, un problema al
ser muy excedentarias las plantas metalúrgicas en este producto que, por otra parte, ingresa parcialmente como sulfato en el tostado. Más importante es el problema de volumen del residuo que se produce. Las soluciones son fundamentalmente dos: o se descompone la jarosita para su reciclado o se promueve un procedimiento distinto de
precipitación de hierro. En Balen (Bélgica) la compañía Vieille Montagne S.A. (Societe de la Vieille Montagne, 1968) (Claassen et al., 2002),
desarrolló otro método para la precipitación del hierro de la disolución según el cual el hierro procedente del ataque ácido de las ferritas se reduce al estado ferroso por adición de concentrado de blenda y la disolución se reoxida, a 95ºC y pH 4, por medio de aire u oxígeno, precipitando el mineral sintético goetita (FeOOH). Las reacciones son las siguientes: Fe (SO ) + ZnS 2
4 3
2 FeSO + ZnSO + S
→
2 FeSO + ½ O + 3 H O 4
2
2
4
4
2 FeOOH + 2 H SO
→
2
4
Al igual que en el caso de la precipitación jarosítica , es preciso controlar el pH lo que se consigue adicionando tostado. El producto precipitado, la goetita, sedimenta con facilidad en los
espesadores por lo que también permite una fácil separación. El proceso de separación goetítica está perfectamente desarrollado a nivel industrial aunque no ha tenido una implantación tan amplia como el proceso de la jarosita. Tiene, sin embargo, claras ventajas en cuanto a volumen de residuos pues de acuerdo con la
fórmula de ambos precipitados, la goetita contiene casi el doble de hierro que la jarosita. No obstante, los dos productos contiene
pequeñas cantidades de cinc (menos del 1%) y contenidos variables en metales pesados por lo que su deposición ha de ser controlada. Por otro lado, la compañía japonesa Dowa M. instaló en Arika, Japón, otro método dirigido a un mejor control medioambiental, la precipitación
hematítica, utilizada también por la compañía Ruhr-Zink en Datteln (Alemania). La planta japonesa propuso un tratamiento de lixivia ción del residuo procedente de la etapa de ataque neutro, a una
temperatura de 100ºC, utilizando un autoclave en el que se introduce dióxido de azufre, a una presión de dos atmósferas, para disolver la mayoría de los metales: hierro, cinc, cobre, cadmio, etc. De la disolución se precipitan los metales más nobles, como el cobre, con sulfuro de hidrógeno. La disolución se neutraliza con cal, para eliminar sulfato como yeso, y a pH 5 se precipitan los metales presentes incluyendo el
germanio y el arsénico. Posteriormente, en un autoclave de titanio, se procede a la oxidación con oxígeno gas, a alta temperatura (200ºC) y presión, precipitando un mineral artificial de hierro, el hematites. Este precipitado tiene mayor concentración de hierro, llegando al 70%.
Después de la lixiviación se efectúa una purificación de la disolución con objeto de eliminar algunos elementos presentes en la misma. Dicha eliminación se realiza con la adición de cinc en polvo. Por medio de esta adición se precipitan el Cu, el Co y el C d, y se reduce el contenido de Sb y Ge a niveles aceptables. Esto es posible debido a la
cementación de los mencionados metales por el cinc, que es menos noble que ellos. En la práctica, a 90ºC y pH 4, el primero en precipitar es el Co; después se precipitan Cu, Ni, As y Sb. En un paso posterior, con más adición de cinc, se precipitan Cd, Tl y Ge, lo que se produce a pH 3 y 70-80ºC. Parece ser que el As activa el cinc en polvo aumentando su selectividad y eficacia. Por ello se adicionó, a veces, en forma de óxido; su peligrosidad hizo que se cambiara por Sb y entonces las condiciones varían ligeramente: a 65-75ºC, se precipitan Cu, Ni y Co juntos con algo de Cd. Se filtra y la disolución se trata con más cinc en polvo para precipitar el resto de Cd y los ot ros metales En ciertas plantas, la precipitación de metales se hace, primero, en frío, obteniéndose Cd y Cu y luego en caliente, a 90ºC, precipitándose Co y Ge mediante adición de polvo de cinc en presencia de Sb. Con
minerales más cargados en algunos de estos metales, ciertas plantas, han tenido que desarrollar métodos de precipitación especiales así como prácticas para la precipitación selectiva de metales, como el cadmio, a una determinada temperatura y previa precipitación de los demás metales. Convierte el oxido de zinc en sulfato de zinc Se añade ácido
sulfúrico diluido
En lixiviación neutra (pH=4.5, Temperatura = 70-80ºC, tiempo= 5 horas) se disuelve parte del zinc y otros metales, según la reacción: MO + H2SO4
MSO4 + H2O
(donde
→
Me =
Zn, Cd, Cu, etc).
El residuo de la lixiviación neutra se trata con solución caliente de H2SO4 (50 –60 g/L de ácido; 95ºC.):
MeO.Fe2O3+ 4 H2SO4 MeSO4+ ↔
Fe2(SO4)3+ H2O. El hierro disuelto se precipita como jarosita de amonio, NH4[Fe3(SO4)2(OH)6]por adición de hidróxido de amonio: Fe2(SO4)3 + 5 ZnO+ 2 NH4OH + 5 H2O
5 ZnSO4+ 2 NH4[Fe3(SO4)2(OH)6]
↔
3. MATERIALES, REACTIVOS Y/O EQUIPOS REACTIVOS:
ZnO
H2SO4
Agua destilada
MATERIALES Y/O EQUIPOS:
Cocina Eléctrica. Balanza
pHmetro
Benker 500 ml
termómetro
Probeta 250 ml
Agitador de Vidrio
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Lixiviar
el óxido de zinc hasta que contenga una concentración de 65 g/L. 2. Preparar una solución de H2SO4 180 g/L. 3. Una vez disuelto y preparar el ácido, formar el electrolito en un volumen de 1L. 4. Para lixiviar el ZnO, trabajar en caliente a una temperatura de
50ºC.
5. CALCULOS
( )
6. CUESTIONARIO 1.
Describir la práctica.
Tostación: En el caso de concentrados de ZnS, primero se les tuesta en hornos de cama fluidizada a temperatura de alrededor de 950ºC.
2ZnS+ 3O2 2ZnO+ 2SO2 ↔
El SO2es colectado y convertido en ácido sulfúrico.
Otros metales presentes también son convertidos en óxidos. En la tostación se produce también la ferrita de zinc
(ZnO.Fe2O3) que presenta dificultades de tratamiento.
Lixiviación.- Convierte el óxido de zinc en sulfato de zinc Se añade ácido sulfúrico diluido
La jarosita se separa por filtración. La solución se purifica con adición de polvo de zinc, originando la precipitación de impurezas según: Se obtiene zinc por electrodeposición: ánodos de Pb-Agy cátodos de aluminio: 660 amp/m2.
2.
Explicar el proceso de lixiviación de la refinería cajamarquilla.
Lixiviación de la calcina producida en los tostadores de zinc se lleva a cabo en una etapa de lixiviación neutra (1) y tres etapas de lixiviación ácida caliente (2), obteniéndose un residuo sólido que contiene principalmente sílice, plomo y plata. La solución obtenida contiene los metales solubles bajo la forma de sulfatos (Zn, Cu, Fe, Cd) la cual es tratada para precipitar el hierro
en
forma
de
N 2SO4.2Fe2O3.Fe2(SO4)3.6H2O],
donde
Jarosita
(3)
[NFe 3(SO4)2(OH)6
=
N
= Na, K, (H3O)+, NH4, ... y una etapa final llamada cuarta purificación
(4) para evitar que Fe soluble pase al proceso de purificación .
1)
Lixiviación Neutra ZnO + H2SO4 M O
2)
+ H2SO4
ZnSO4 + H2O
→
→
M SO4 +
H2O
Lixiviación Acida Caliente 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
ZnO.Fe2O3 + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + ZnS
Fe2(SO4)3 + 6H2O
→
ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
→
ZnSO4 + 2Fe SO4 + S°
→
2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 3)
Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2H2O
→
Precipitación de Jarosita
3Fe2(SO4)3 + 2N (OH) + 10H2O 2 →
donde
N
= Na, K, (H3O)+, NH4, ...
5ZnO + 5H2SO4 4)
N Fe3(SO4)2(OH)6 +
Cuarta Purificación
5ZnSO4 + 5H2O
→
5H2SO4
Fe2(SO4)3 + 6H2O
2Fe (OH)3 + 3H2SO4
→
2FeSO4 + 1/2O2 + 5H2O 2ZnO + 2H2SO4
3.
2Fe(OH)3 + 2H2SO4
→
2ZnSO4 + 2H2O
→
Preparar una solución de 180 gr/Lt de H2SO4 en un volumen de 1.5 L, las características del H 2SO4. Pureza = 98.5%
4.
Explicar el proceso de purificación de la solución de sulfato de zinc.
Purificación de la solución impura de sulfatos se lleva a cabo en dos etapas en las cuales se adiciona zinc en polvo para precipitar los
metales más electropositivos que el zinc y obtener una solución de sulfato de zinc libre de impurezas y residuos sólidos de los cuales se recupera el cobre y el cadmio.
5.
Escribir la ecuación de Rx de la jarosita.
La jarosita se separa por filtración. La solución se purifica con adición de polvo de zinc, originando la precipitación de impurezas según: Me2++ Znº Meº+ Zn2+. ↔
Se obtiene zinc por electrodeposición: ánodos de Pb -Ag y cátodos de aluminio: 660 amp/m2. Fe (SO ) + 10H O + 2NH OH 2
4 3
2
4
(NH ) Fe (SO ) (OH) + 5H SO
→
4 2
6
4 4
12
2
4
7. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
El Zinc en polvo requiere cuidado especial ya que es
fácilmente atacado por el oxígeno del aire.
Que es posible la lixiviación a partir de ZoO obteniéndose una solución se Para su posterior tratamiento de electro deposición
