Produccion de Polvo de Zinc a Partir de Sulfato de Zinc Terminado

Mecánica De Partículas

“Producción De Polvo De Zinc A Partir De Sulfato De Zinc”

INDICE

INTRODUCCION OBJETIVOS FUNDAMENTO TEORICO Polvo Metálico Zinc Polvo de zinc TÉCNICAS DE OBTENCIÓN DE POLVO DE ZINC DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCION DE POLVO DE ZINC METODO Recepción y almacenamiento de concentrados Tostación De Concentrados Producción de Ácido Sulfúrico Lixiviación Purificación Técnica Electrolítica para la obtención de polvos Electrodeposición Fusión del Zinc Técnica Atomización USOS Y APLICACIONES INDUSTRIALES DEL POLVO DE ZINC ANALISIS DE MERCADO DEL POLVO DE ZINC Exportación e Importación Del Polvo De Zinc Empresas Peruanas Productoras Productoras De Polvo De Zinc Mercado Potencial Peruano Del Polvo De Zinc CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS

UNAC - Facultad - Facultad De Ingeniería Ingeniería Química



INTRODUCCION

Los polvos metálicos ocupan un rol importante en la práctica industrial lo cual ha motivado numerosos trabajos de investigación tendientes a mejorar u optimizar los procesos de producción. Ellos son usados en la fabricación de piezas dando origen a la pulvimetalurgia, como reactivos en la industria química y en procesos catalíticos o de adsorción donde son apreciados por su alta área específica. Los mayores argumentos para la producción de piezas estructurales por pulvimetalurgia son: tamaños y formas exactas, peso definido, mecanizado despreciable, alta eficiencia en el uso de materiales y bajo consumo de energía. En el caso de materiales de alta performance la pulvimetalurgia se vuelve atractiva cuando se debe operar con altos puntos de fusión, dificultad para el maquinado o el logro de microestructuras especiales. Asimismo, la pulvimetalurgia constituye un método de producción único para el caso de objetos con una porosidad definida tales como en filtros de ruidos o cojinetes autolubricantes. La industria química hace uso de polvos metálicos, por ejemplo en las plantas de producción de cinc por vía electroquímica la eliminación de los iones cobre, cadmio y cobalto se realiza por desplazamiento electroquímico, también denominado cementación, mediante la adición de polvo de cinc en etapas consecutivas lográndose el reemplazo de los contaminantes por iones cinc. Finalmente los contaminantes quedan depositados sobre el polvo adicionado y son retirados por filtración. En el presente trabajo nos centraremos en proceso de producción de Zinc mediante electrodeposición electrodeposición




INTRODUCCION

Los polvos metálicos ocupan un rol importante en la práctica industrial lo cual ha motivado numerosos trabajos de investigación tendientes a mejorar u optimizar los procesos de producción. Ellos son usados en la fabricación de piezas dando origen a la pulvimetalurgia, como reactivos en la industria química y en procesos catalíticos o de adsorción donde son apreciados por su alta área específica. Los mayores argumentos para la producción de piezas estructurales por pulvimetalurgia son: tamaños y formas exactas, peso definido, mecanizado despreciable, alta eficiencia en el uso de materiales y bajo consumo de energía. En el caso de materiales de alta performance la pulvimetalurgia se vuelve atractiva cuando se debe operar con altos puntos de fusión, dificultad para el maquinado o el logro de microestructuras especiales. Asimismo, la pulvimetalurgia constituye un método de producción único para el caso de objetos con una porosidad definida tales como en filtros de ruidos o cojinetes autolubricantes. La industria química hace uso de polvos metálicos, por ejemplo en las plantas de producción de cinc por vía electroquímica la eliminación de los iones cobre, cadmio y cobalto se realiza por desplazamiento electroquímico, también denominado cementación, mediante la adición de polvo de cinc en etapas consecutivas lográndose el reemplazo de los contaminantes por iones cinc. Finalmente los contaminantes quedan depositados sobre el polvo adicionado y son retirados por filtración. En el presente trabajo nos centraremos en proceso de producción de Zinc mediante electrodeposición electrodeposición




PRODUCCION DE POLVO DE ZINC A PARTIR DE SULFATO DE ZINC

I.

OBJETIVOS  



II.

Conocer las distintas técnicas de obtención de de polvo de zinc. Determinar la técnica apropiada y aplicable según nuestro mercado, para la obtención de polvo de zinc. Conocer los usos y aplicaciones del polvo de zinc.

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 metales en un estado finamente dividido exhiben propiedades y características 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 múltiples 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.




INFORMACIÓN GENERAL Nombre, símbolo, número Serie química

Cinc, Zn, 30 Metales de transición

Grupo, período, bloque

12, 4, d

Masa atómica

65,409 u

Configuración electrónica

[Ar]3d104s2

Dureza Mohs

2,5

Electrones por nivel

2, 8, 18, 2 (imagen)

PROPIEDADES FÍSICAS Estado ordinario

Sólido (diamagnético) 7140 kg/m3

Densidad Punto de fusión

692,68 K (420 °C)

Punto de ebullición

1.180 K (907 °C)

Entalpía de vaporización

115,3 kJ/mol

Entalpía de fusión

7,322 kJ/mol

Presión de vapor

192,2 Pa a 692,73 K VARIOS

Estructura cristalina

Hexagonal

Calor específico

390 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica

16,6·106 S/m

Conductividad térmica

116 W/(K·m)

Velocidad del sonido

3700 m/s a 293,15 K (20 °C)

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.

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Especificaciones Técnicas Análisis Físico: Microscopia Electrónica de barrido con sistema de aseguramiento de calidad según el siguiente cuadro.

Morfología de partícula

Esférica

Gravedad especifica

7.1

Retención malla 100

0

Retención malla 200

trazas

Retención malla 325 ( máximo)

0.50%

Partículas de 1 a 5 micras

65 a 70 %

Menores de 1 micra

0.5 a 1 %

Mayor de 5 micras

29 a 34 %

Análisis Químico: Espectroscopia de emisión por plasma. Método basado en EPA 200.7 AQ – ICP/PRO – 116.




Propiedades Químicas

%

Zinc Total ( Mínimo)

99

Zinc Metálico ( Mínimo)

97

Plomo

0.01

Cadmio

<0.01

Fierro

0.02

Cobre

0.001

Vida Útil El polvo de zinc es sensible a la humedad, debe ser almacenado en un lugar fresco y seco, las roturas del envase pueden reducir sensiblemente la vida útil del producto.

III.

TECNICAS DE OBTENCION DE POLVO DE ZINC

Para la producción de polvos metálicos pueden distinguirse cuatro tecnologías:    

Atomización. Desintegración mecánica de metales fundidos Procedimientos químicos Electrodeposición bajo condiciones controladas para obtener directamente un polvo metálico.

Atomización: El primer método es reservado a materiales frágiles. La acción

desintegradora en metales fundidos puede conducirse mediante chorros de gases o líquidos que impactan sobre el fundido dando origen al proceso denominado atomización o produciendo su fragmentación mediante el uso de fuerza centrífuga. Es el método más usado de los ya mencionados. Procedimientos químicos: Es predominante la descomposición de carbonilos de ciertos metales (Fe, Ni) formados por reacción con monóxido de carbono a alta presión y temperatura, éstos son descompuestos a baja presión para dar el polvo del metal con forma esferoidal. También puede mencionarse la transformación de cationes metálicos desde óxidos o sales mediante un agente UNAC - Facultad De Ingeniería Química



reductor apropiado tal como hidrógeno o carbón, es importante decir que la velocidad de reducción puede estar limitada por la velocidad de difusión del gas hacia dentro de las partículas.

Pulverización o Trituración. Este proceso consiste en el desmenuzamiento o

pulverización mecánica del metal e implica la fragmentación o molienda de éste, la cual se lleva a cabo por trituración por rodillos, en molinos de bolas, molino de martillos, pudiéndose producir polvos casi con cualquier grado de finura, o esmerilado de metales frágiles o menos dúctiles. La acción de pulverizado afecta de manera distinta a los materiales, si el material es frágil, las partículas de polvo que se producen tienen formas angulares; si los materiales son dúctiles se producen partículas con forma de hojuelas, lo cual no es recomendable en la metalurgia de polvos. En este proceso se mezclan polvos de dos o más metales puros en un molino de bolas, a fin de que por la acción mecánica de las bolas sobre las partículas de polvo metálicas, éstas se rompan y se unan entre sí por difusión, formándose los polvos de aleación. Electrodeposición: es posible reducir el ión metálico en el cátodo, bajo

condiciones operativas controladas, para generar un depósito pulverulento con propiedades opuestas a las que se persiguen en los procesos de electrodeposición convencionales. Dentro de este procedimiento también puede incluirse la desintegración mecánica de electrodepósitos o la electrodeposición con formación de amalgamas y posterior destilación para liberar el polvo del metal.

La materia prima y el método de producción definen el tamaño, su distribución, forma, contenido de impurezas y costo de los polvos. La trituración produce polvos de formas irregulares, mientras que la atomización gaseosa de metales líquidos da formas esféricas. Reacciones químicas usualmente dan polvos porosos que pueden comprimirse fácilmente. Los polvos producidos en forma electroquímica directa muestran amplia variedad de formas y tamaños y es posible producirlos para todos los metales y muchas aleaciones, normalmente se trabaja en fase acuosa o bien se opera con sales fundidas cuando el potencial para la deposición es muy negativo.


TECNICAS DE OBTENCIONDE POLVO DE Zn

TÉCNICAS DE FABRICACIÓN MECÁNICA

TÉCNICAS DE FABRICACIÓN ELECTROLÍTICA

Hay cuatro tipos que normalmente se usan combinados: IMPACTO, ATRICCIÓN, CIZALLADURA y COMPRESIÓN.

ELECTROLITICO

S E D A D I L A R E N E G

Polvos gruesos e irregulares de baja fluidez, muy contaminante, la eficiencia disminuye al hacerlo el tamaño de partícula, involucra mayor energía de proceso, las pérdidas de energía se dan en calor y sonido.

Sólo puede aplicarse a polvos elementales, los contaminantes pueden inhibir la formación del depósito en el cátodo, el material debe ser limpiado del electrolito, molido y recocido lo que hace que su precio sea elevado, es un método poco ecológico

N Ó I C A C I L P A

para aceros de alto contenido de carbono, para amalgamas, para desaglomerar polvos reducidos, atomizados o electrolíticos y sobre todo en el procesamiento de CERAMICAS Y CERMETS

S O P I T

IV.

Metales de elevada pureza: Pd, Cu, Fe, Zn, Mn y Ag

TÉCNICAS DE FABRICACIÓN QUÍMICA Hay cinco tipos: Descomposición S-G, DESCOMPOSICIÓN TERMICA, Precipitación Desde Fase Liquida, Precipitación Desde Fase Gaseosa y Síntesis Por Reacción S-S.

Combinación de vaporización y condensación, elevadas temperaturas, el sólido se nuclea en fase vapor, produce partículas extremadamente finas 50 a 1000 nm, forma facetada o cúbica, presión muy baja de Ar (0.015 atm)

Materiales muy puros y muy finos: Cu, Ag, Fe, Au, Pt, Co y Zn

TÉCNICAS DE ATOMIZADO GAS INERTE

AGUA O PERDIGONADO

↓

↑

TEMPERATURA bajo punto de

TEMPERATURA

fusión

↑ TEMPERATURA

alto punto de fusión

se obtiene partículas pequeñas 100 µm, forma esférica, regular aglomeración, segregación leve, poca formación de óxidos, presione baja y poco eficiente

Metales como: Al, Ni, Mg, Co, Pd, Cu , Fe, Au, Sn, Zn, y Be

se obtiene partículas pequeñas 150 µm, forma nodular e irregular, poca aglomeración, segregación despreciable, alta formación de óxidos, presión alta y muy eficiente

SS, Cu, Latón, Bronce, acero de herramienta, aleaciones de Co y Ni, metales preciosos, Pb, Sn, Zn, Fe, etc.

Punto de fusión(Zn)= 692,68 K (420 °C)

DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCION DE POLVO DE ZINC

4.1.

Recepción y Almacenamiento de Concentrados

La refinería trata diferentes concentrados de zinc nacionales procedentes de unidades mineras, de los cuales aproximadamente el 60% se transporta por ferrocarril y la diferencia por camión. Todo el concentrado que se recibe es pesado y descargado formando pilas en el almacén que tiene una capacidad de 10,000 toneladas. Utilizando cargadores frontales, se lleva a cabo la combinación y mezcla de los concentrados junto con óxido de zinc (dross) recirculante del horno de fusión de cátodos, con el objetivo de alcanzar los parámetros fundamentales, como humedad y composición parámetros específicos. 4.2.

Tostación De Concentrados

Tostación en un tostador de cama turbulenta tipo Lurgi para oxidar los sulfuros, remover el 99% del azufre contenido en los concentrados de zinc y obtener una calcina que es un producto intermedio en el proceso de refinación de zinc que contiene óxidos, y gases residuales conteniendo anhídrido

IV.

DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCION DE POLVO DE ZINC

4.1.

Recepción y Almacenamiento de Concentrados

La refinería trata diferentes concentrados de zinc nacionales procedentes de unidades mineras, de los cuales aproximadamente el 60% se transporta por ferrocarril y la diferencia por camión. Todo el concentrado que se recibe es pesado y descargado formando pilas en el almacén que tiene una capacidad de 10,000 toneladas. Utilizando cargadores frontales, se lleva a cabo la combinación y mezcla de los concentrados junto con óxido de zinc (dross) recirculante del horno de fusión de cátodos, con el objetivo de alcanzar los parámetros fundamentales, como humedad y composición parámetros específicos. 4.2.

Tostación De Concentrados

Tostación en un tostador de cama turbulenta tipo Lurgi para oxidar los sulfuros, remover el 99% del azufre contenido en los concentrados de zinc y obtener una calcina que es un producto intermedio en el proceso de refinación de zinc que contiene óxidos, y gases residuales conteniendo anhídrido sulfuroso (SO2). Las principales reacciones químicas que se producen en esta etapa son:

4.3.

Producción de Ácido Sulfúrico

El producción de ácido sulfúrico, por el tratamiento del SO2 de los gases residuales del proceso de tostación, es en una planta de doble catálisis y doble absorción.


4.4.


Lixiviación

Lixiviación de la calcina producida en los tostadores de zinc se lleva a cabo en una etapa de lixiviación neutra y tres etapas de lixiviación ácida caliente, 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 Jarosita [NFe3(SO4)2(OH)6 = N2SO4.2Fe2O3.Fe2(SO4)3.6H2O]. Donde: N = Na, K, (H3O)+, NH4, ... y una etapa final llamada cuarta purificación para evitar que Fe soluble pase al proceso de purificación. Lixiviación Neutra

Lixiviación Acida Caliente

Precipitación de Jarosita

Cuarta Purificación



4.5.


Purificación

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.

4.6.

Técnica Electrolítica para la obtención de polvos

Este método consiste en obtener zinc en polvo a partir de una sal de sulfato acuosa, es decir, por electrodeposición reducimos el ión metálico en el cátodo, bajo condiciones operativas controladas, de esta manera generamos un depósito pulverulento con propiedades diferentes a las que se persiguen en los procesos de electrodeposición convencionales (galvanizado). Los polvos producidos mediante este método muestran una amplia variedad de formas y tamaños y es posible producirlos para todos los metales y muchas aleaciones, normalmente se trabaja en fase acuosa o bien se opera con sales fundidas cuando el potencial para la deposición es muy negativo. La obtención del zinc en polvo mediante electrodeposición dependerá de los siguientes parámetros de operación: 

Densidad de corriente o sobre potencial aplicado,



Temperatura,



Material catódico,





Tiempo de deposición Composición del electrolito y del régimen hidrodinámico.

Manteniendo constantes todos los parámetros de operación excepto el sobre potencial aplicado podemos analizar el sistema mediante el gráfico de curvas de polarización para un metal, donde se grafica la densidad de corriente en función del sobre potencial aplicado:




Al aplicar corriente al sistema se dará inicio a la reacción química, entonces la velocidad de reacción va a depender en gran medida de la intensidad de corriente que se aplique, es decir la reacción será controlada por la transferencia de carga entre el electrodo y la especie reaccionante. Al volver cada vez más negativo el potencial se exige que la reacción electroquímica ocurra a mayor velocidad con lo cual la transferencia de masa comienza a tener influencia en la velocidad de la reacción electroquímica. En las curvas de polarización para la deposición de un metal Calusaru mostró que según la morfología se pueden distinguir tres rangos de sobre potencial que originan depósitos de: 

Metal compacto,



Apariencia rugosa o



Polvos.

Se distinguen dos valores límites entre estos rangos sobre potencial crítico para la iniciación del crecimiento de dendritas, ηi, y el sobre potencial crítico para la formación de polvos, ηc. Por otra parte, dado que después de un período de inducción se obtienen depósitos dendríticos en todo el rango de sobre potenciales comprendidos entre ηi y ηc, se considera ηi como el límite apropiado para distinguir entre depósitos dendríticos y compactos. Como resultado de este análisis el polvo metálico de Zinc puede obtenerse aplicando un sobre potencial muy negativo por debajo de ηc. Asimismo, es posible obtener depósitos metálicos pulverulentos de morfologías y tamaño de partícula controlados por la aplicación de sobre potenciales UNAC - Facultad De Ingeniería Química



pulsantes y por inversión o pulsación de corriente. Esta última estrategia es más simple de implementar en la práctica industrial desde el punto de vista de la instrumentación requerida, adquiriendo por consiguiente mayor relevancia. Así, las partículas formadas abajas frecuencias son más pequeñas, mientras que a altas frecuencias se observan formas y tamaños similares a las obtenidas en deposición galvanostática.

Acondicionamiento de polvo de metal electrodepositado en medio basico.

4.7.

Electrodeposición

Refinación electrolítica de la solución pura de sulfato de zinc, para obtener zinc electrolítico o catódico y regenerar el ácido sulfúrico para ser empleado en la lixiviación de calcinas.



4.8.


Fusión del Zinc

Fusión del zinc catódico en hornos eléctricos de inducción y moldeo en barras de zinc de 99.995% de pureza y/o aleaciones de zinc de diversas formas. La escoria extraída del horno será enviada a la planta de tratamiento, donde se efectúa una molienda para obtener dos productos: uno de partículas finas (ZnO), que va a la Planta de Tostación para alimentar al tostador junto con los concentrados, y otro metálico grueso (granallas de zinc), que se usa como materia prima para la planta de zinc en polvo.

4.9.

Técnica Atomización

La atomización es definida como la fragmentación de un líquido en gotas finas. Por lo tanto, cualquier material en estado líquido se puede atomizar. La atomización entre dos fluidos consiste, esencialmente, en la desintegración en partículas finas, de un chorro de metal líquido sobre el cual incide otro fluido que constituye el medio de atomización. Dentro de esta categoría se consideran dos tipos fundamentales de atomización que dependen del tipo de fluido empleado: atomización con agua y atomización con gas.




La atomización de dos fluidos es la tecnología predominante y cuenta con más del 95% de la capacidad de atomización mundial, ello debido a su elevada productividad 400 kg/min. La producción de polvos atomizados por gases inertes es mucho menor que la de atomización con agua. La atomización con aire de polvos de aluminio, bronce, cobre y zinc supera las 250,000 toneladas por año. La capacidad mundial de producción de polvos con gas inerte es menor a 40,000 toneladas por año, pero está en incremento esta cifra en tiempos actuales; los gases inertes son usados cuando la cantidad de oxígeno debe mantenerse baja, o cuando se procesan materiales muy reactivos.

4.9.1. Atomización con gas En la atomización con gas la desintegración es producida por fenómenos aerodinámicos del medio de atomización, generalmente nitrógeno, argón o aire, a velocidad subsónica o supersónica, de gas; es uno de los procesos más empleados en la producción de superaleaciones, titanio y otros polvos metálicos muy reactivos y generalmente se obtienen partículas con formas redondeadas o esféricas. Una unidad comercial de atomización con gas se muestra en la siguiente figura.




La atomización con gas involucra muchas variables de proceso, tal como se presenta en la siguiente figura. Además se suelen emplear fuentes de gas a altas presiones y sistemas de ciclones separadores de partículas y filtros, con el fin de eliminar las partículas finas. El gas utilizado en la atomización se recicla o se expulsa a la atmósfera; normalmente, el gas usado para purgar la atmósfera en el tanque es el mismo que el utilizado para el proceso. Para minimizar la contaminación de los polvos, todas las superficies internas de la cámara son fabricadas con acero inoxidable pulido. Para fundidos reactivos, la fusión por inducción es llevada a cabo al vacío. La razón de flujo del metal fundido en operaciones por lotes está en el rango de 1 a 70 kg/min con un caudal de 2 a 15 mm. de diámetro. Con metales de bajo punto de fusión, la atomización frecuentemente se lleva a cabo de forma continua a razones entre 8 y 33 kg/min. Comúnmente se usan aire y nitrógeno para desintegrar la corriente de metal líquido. Para minimizar la contaminación de aleaciones fundidas reactivas, se prefiere usar argón. Alternativamente, el gas helio proporciona un ambiente inerte y también incrementa la velocidad de enfriamiento de las gotas atomizadas. Pueden ser seleccionadas mezclas de gases para alcanzar características deseadas de los polvos a menor costo. En procesos convencionales de atomización con gas, las presiones del gas están normalmente en el rango de 0.5 a 9 MPa; los correspondientes flujos de gas son aproximadamente de 0.02 a 0.24 m 3 /s. Las velocidades del gas dependen esencialmente del diseño de la salida de éste (jets). El tanque de la unidad de atomización es normalmente fabricado con acero inoxidable y puede ser enfriado externamente. La base del tanque puede tener una camisa llena con agua o nitrógeno líquido para enfriar las gotas atomizadas de metales preciosos. Un subsiguiente secado del polvo es necesario sí se utiliza agua como cama de enfriamiento. En una configuración normal para este proceso, la corriente de gas es radialmente simétrica con respecto al caudal vertical de metal fundido que se presenta en la base del contenedor. Entonces las gotas atomizadas solidifican en condiciones de caída libre dentro de la cámara. Para asegurar que todas las gotas estén solidificadas y enfriadas lo suficiente para evitar la formación de aglomerados por sinterización, la altura de la cámara debe tener, ya sea, como mínimo 10 m o un medio adecuado de extracción de calor.




Los polvos de la atomización con gas comercial son típicamente esféricos son superficies lisas. Pequeñas partículas (satélites) son frecuentemente vistas anexadas a la superficie de los polvos. El tamaño medio de partícula se encuentra normalmente dentro del rango de 50 a 300 µm con una desviación estándar cercana a 2. El grafico muestra el modelo de desintegración de una lámina líquida por la acción de un gas inyectado a alta presión. De la experiencia se sabe que el tiempo de solidificación determina la esfericidad de los polvos. Tiempos largos de solidificación > esferoidización.

Dentro del atomizador se produce una fuerte despresurización junto con una disrupción del chorro de metal que forma un cono. Este cono es muy inestable dada su elevada tensión superficial y se rompe en gotas, siempre que esté suficientemente sobrecalentado.




Los fenómenos turbulentos pueden reconducir partículas finas a la zona de expansión donde pueden incluirse en nuevas gotas de líquido provocando aglomeración y satélites La eliminación de satélites es fundamental para mejorar las propiedades de fluidez y llenado de moldes (control del flujo de metal y de la geometría de expansión (boquilla)) Micrografías de barrido electrónico representativas de polvos atomizados con gas se presentan en la figura siguiente. Materiales base aluminio, zinc, aleaciones cobre-zinc son excepciones, ya que estos presentan morfología irregular parecida a la obtenida por atomización con agua.

Variables que controlan el tamaño de las partículas:











Como regla general, cuanto mayor es la energía suministrada al caldo menor es el tamaño de partícula. La reducción de tamaño depende también de la viscosidad de la mezcla, de la temperatura y de la respuesta a la aceleración inducida por el gas. A menor distancia entre la salida de gas y el chorro de metal favorece la transferencia de energía gas-liquido y lleva a la formación de partículas más finas. La velocidad de salida del gas y la temperatura del caldo son fundamentales para el control del tamaño. El consumo específico de gas es considerado un parámetro importante que controla el tamaño de partícula en la atomización con gas. El consumo UNAC - Facultad De Ingeniería Química



específico de gas puede ser expresado como una razón másica de flujo gas: metal o como la razón de flujo volumétrico de gas : flujo másico de metal.

Características de la atomización con gas 

Variables que deben ser controladas

Se requiere de una atmósfera Metal Fundido: Inerte Temperatura del caldo. Tiene una baja velocidad de Viscosidad. solidificación Flujo de metal El caldo (metal líquido) se obtiene Gas: a partir de la fundición en un Tipo de gas. horno de inducción y se vierte por Presión. una boquilla. Caudal. Necesita un sistema de extracción Velocidad del gas. de gases para evitar sobreTemperatura. presión en la cámara. Geometría de la boquilla salida de Los polvos obtenidos tienen la gas. característica de ser esféricos y de elevada pureza. 

























4.9.2. Atomización con líquido La atomización con agua adquirió importancia comercial en los años 50 cuando se aplico a la producción de polvos de acero inoxidable y de hierro. En la actualidad, la atomización con agua es la técnica dominante para la producción de polvo metálico a bajo coste y gran escala. La principales razones para el uso de la técnica son los bajos costes de producción, buena resistencia en verde debido al perfil irregular del polvo, a la estructura microcristalina, al alto grado de sobresaturación, a la posibilidad de formar fases metaestables, a la no macrosegregacion y a que la microestructura de la partícula y su perfil pueden controlarse a través de las variables de la atomización.




Durante el proceso de atomización con agua, una corriente vertical de metal líquido se desintegra por chorros de agua a alta presión cruzados (5L agua/kg metal). Las gotas de metal líquido solidifican en una fracción de segundo y se recogen en la parte inferior del tanque de atomización. La principal desventaja con el proceso de atomización con agua es la oxidación de la superficie del polvo. Con frecuencia, el tanque se purga con un gas inerte, tal como nitrógeno o argón para minimizar la oxidación de las superficies del polvo. Después de eliminar el agua, los polvos se secan y en algunos casos se someten a un proceso de recocido (por el cual los óxidos de la superficie formados se reducen al menos parcialmente), ó, a un proceso doble de tratamiento de reducción en hidrógeno + molienda (para romper aglomerados). Micrografías de barrido electrónico representativas de polvos atomizados con agua se presentan en la figura siguiente.




Características de la atomización con gas   





Elevada velocidad solidificación Producción ~400kg/min. Técnica más usada para producir polvos elementales o prealeados de Tf < 1600ºC . Produce un temple de las partículas y una oxidación en la superficie de las partículas. Suele ir acompañado de un proceso de reducción en hidrógeno con molienda posterior.

El control de la forma requiere sobrecalentamientos muy por encima de la temperatura “liquius” (problemas con refr actarios y oxidación). A veces se usan aceites sintéticos para controlar forma y oxidación.


V.

USOS Y APLICACIONES INDUSTRIALES DEL POLVO DE ZINC

En el gráfico de sectores de la figura siguiente se resumen los diferentes usos industriales del Zinc.

Distribución del consumo de Zinc por usos industriales. Fuente: International Lead and Zinc Study Group. 2004.

V.

USOS Y APLICACIONES INDUSTRIALES DEL POLVO DE ZINC

En el gráfico de sectores de la figura siguiente se resumen los diferentes usos industriales del Zinc.

Distribución del consumo de Zinc por usos industriales. Fuente: International Lead and Zinc Study Group. 2004.

El zinc es usado principalmente en la galvanización como protección del acero contra la corrosión por las distintas tecnologías que incluyen el uso de aleaciones mixtas zinc-aluminio. En este proceso se recubre el acero con una capa de zinc para evitar su deterioro por acción del medio ambiente. El polvo de zinc es aplicado en las pinturas anticorrosivas como elemento de protección en aquellas estructuras que por sus tamaños o por estar ya instaladas no pueden ser galvanizadas. Seguidamente, el zinc es utilizado para la fabricación de bronce (al mezclarse con cobre) y otras aleaciones que se destinan a diversos procesos industriales. Por ejemplo, el latón al ser un metal más resistente se utiliza en la elaboración de componentes electrónicos, terminales eléctricos y armamentos. El polvo de zinc también es utilizado en la cementación de oro en soluciones de lixiviación con amoniaco – tiosulfato. También en los compuestos químicos y los semi-manufacturados es usado en su presentación en polvo, donde el metal es mezclado con otros compuestos para ser usado en la industria farmacéutica y de cosméticos, y como micronutriente para el ser humano, plantas y animales. Se considera que podría actuar de forma positiva en los fenómenos de envejecimiento y participar en la regulación de la glucemia, además las necesidades cotidianas medias de un individuo se sitúan entre 9 y 15 mg, según se trate de un niño o de un adulto; constituyendo un componente indispensable para el cuerpo.



Usos intermedios del Zinc Fuente: SNMPE / Elaboración: PCR

En cuanto a los usos finales del zinc, la construcción consume el 45%, el transporte un 25%, maquinaria y equipo un 11%, infraestructuras públicas un 10% y baterías eléctricas y otros el 9% restante. El polvo de zinc es sumamente utilizado en la producción de pilas alcalinas. El principal uso del zinc es en la construcción y en el transporte (fabricación de automóviles), los cuales explican en conjunto aproximadamente el 70% del consumo del metal.

Fuente: UNCTAD




Usos del polvo de zinc        

    

Galvanización de acero Fabricación de piezas de latón Fabricación de piezas fundidas Fabricar componentes electrónicos Se usa como ingrediente para productos de cosmética Aplicador en las pinturas anticorrosivas Aleación para piezas de fundición Se usa como protector superficial (galvanizado o cincado) de chapas y alambres de hierro Fabricación de vehículos Se usa como agente de reducción. para herramientas diamantadas para fumigación con flama para materiales de fricción

Aplicación del polvo de zinc El polvo de zinc también es utilizado en la cementación de oro en soluciones de lixiviación con annoniaco-tiosulfato este polvo utilizado tiene un diámetro promedio de 2,8 µm, con un 68,1 % inferior a 3 µm, presentando un contenido de 6,7 % de oxígeno y 0,62 % de silicio. El área superficial del polvo de cinc utilizado fue de 0,94 m 2 /g.

El polvo de zinc también es utilizado en la cementación de oro



VI.


ANALISIS DE MERCADO DEL POLVO DE ZINC 6.1. Exportación e Importación Del Polvo De Zinc Exportaciones Los países exportadores indicados sobre el siguiente mapa representan aproximadamente 96% de las exportaciones mundiales de mineral del zinc, sólo los flujos más importantes se indican para los diferentes países.

Mapa interactivo de los principales flujos mundiales de las exportaciones de zinc mostrando destinos (1999 a 2003). Fuente: Secretaría de la UNCTAD según los datos estadísticos del Comtrade

En el año 2009, las exportaciones de zinc disminuyeron en un 16.47%, llegando a una cifra de US$ 1,225 millones (US$ 1,466 millones en el 2008); las exportaciones alcanzaron las 1,367 miles de TMF, disminuyeron en un 5.80%. Cabe mencionar que, dicha disminución se ve explicada por los menores precios internacionales del commodity, los cuales disminuyeron en un 17.41%; así como por los menores envíos de concentrados al exterior de las empresas Los Quenuales (-54.93%), debido a la suspensión de la operaciones de la unidad Iscaycruz. Sin embargo, las empresas Volcan, Milpo y Antamina aumentaron el volumen exportado en un 65.17%, 18.34% y 18.83%, respectivamente.




Fuente: MINEM y BCRP / Elaboración: PCR

Fuente: MINEM y BCRP / Elaboración: PCR

Es importante mencionar que los principales mercados de destino de zinc son: China, Corea del Sur, Japón, España y Brasil. Por otro lado, cabe resaltar que las exportaciones mineras abarcan aproximadamente el 60.86% del total de exportaciones nacionales, constituyendo las exportaciones de zinc, el 7.49% del total de exportaciones mineras.




Fuente: ADEX / Elaboración: PCR

Evolución de Precios Internacionales A diciembre de 2009, el precio promedio del zinc fue de US$ 2,374 por TM, cifra inferior en un 12.01% respecto a lo registrado en similar periodo del año anterior. Dicho descenso se ve explicado por el superávit en la oferta mundial de concentrados de zinc, habiéndose registrado una disminución tanto de la demanda como en la oferta; sin embargo, esta última disminuyó en mayor proporción. Asimismo, se registró en el 2009, una menor producción de zinc (-3.16% comparado con el periodo de 2008) debido a la disminución en la producción por parte de Australia, China y Perú.

Fuente: BCRP / Elaboración: PCR




Precios de Polvo de Zinc Fuente: BCRP / Elaboración: PCR

6.2. Empresas Peruanas Productoras De Polvo De Zinc H&T Insumos Industriales E.I.R.L. http://www.hytinsumoindustrial.com.pe

Son una empresa dedicada a la fabricación de Polvo de Zinc para uso minero con óptimos resultados. La experiencia obtenida al trabajar con una granulometría superfina, ha sido la disminución de consumo de zinc en la gran mayoría de operaciones mineras en donde ha sido puesto a prueba. El polvo de Zinc "H & T" es producido por la vaporización del zinc metálico y posterior condensación en atmósferas adecuadas, logrando así partículas de formas esféricas y de tamaños muy pequeños. El Polvo de zinc "H & T" es muy fino y de color azul grisáceo, su peso atómico es de 65.38 y su gravedad especifica a 25 grados centígrados es de 7.156. Este Polvo de Zinc tiene alto contenido metálico, consistente y distribución estrecha del tamaño de partículas.




Industrias Electro-Químicas S.A. (IEQSA) http://www.ieqsa.com.pe

Sus operaciones abarcan la producción de derivados metalúrgicos del zinc tales como aleaciones, zinc laminado (hojas, tiras, bobinas y planchas), discos de zinc para pilas (tejos), polvo de zinc para pilas alcalinas, láminas para uso electroquímico, planchas para zincograbado, ánodos para galvanoplastia (zincado electrolítico) y la elaboración de productos químicos tales como óxido de zinc. Desde 1999 han iniciado la producción y venta de polvo de zinc para pilas alcalinas, producen varias composiciones alternativas de polvo de zinc, sin cadmio y sin mercurio. Zinc Industrias Nacionales S.A. (ZINSA) www.zinsa.com

Productora de Polvo de Zinc de una granulometría sumamente fina con una malla -325 igual a 99% min. El control de calidad de sus productos es realizado con un espectrofotómetro de absorción atómica, además de usar un equipo especializado, tales como: Superficie de Área Específica, Promedio de Tamaño de Partícula y otros, que verifican los requerimientos químicos y físicos. Además de esto, todos sus pedidos son enviados con un reporte del departamento de Control de Calidad, por lo que garantizan a sus clientes un esmerado servicio, calidad y entrega oportuna.




6.3 Mercado Potencial Peruano Del Polvo De Zinc Escenario Internacional La producción mundial de zinc por continentes desde el año 2000 queda representada en la figura siguiente. Puede verse que el principal productor de zinc es Asia/Pacífico con un total de 63 fundiciones de zinc, seguido de Europa con 31 fundiciones, América, con 18 y África con 2.

Producción mundial de cinc (miles de tm/año) por continentes durante el periodo 2000-2003. Fuente: International Lead and Zinc Study Group. 2004.

En el 2009, el principal continente que demanda mayor cantidad de zinc es Asia con el 64.45% (5,099 miles de TM) de la demanda total, seguido de Europa con un 17.64%(1,396 miles de TM) y América con un 14.81% (1,172 miles de TM). En relación con el consumo del continente americano, los principales mercados lo constituyen Brasil, Canadá, Estados Unidos y México.

Fuente: U.S.G.S., Mineral Commodity Summaries / Elaboración: PCR (*)Estimados




La producción mundial de refinados en el 2009, disminuyó en 3.16% respecto al periodo 2008 debido al cierre de numerosas operaciones mineras en Alemania, Bélgica, Brasil, Canadá, Estados Unidos, Japón, Korea, Perú y Rumania. Por su lado, la producción mundial de concentrados, disminuyó en un 2.78% como consecuencia de la menor producción en Australia, China, Estados Unidos, Perú y Polonia. Del mismo modo, la demanda mundial de zinc disminuyó en un 5.25%, producto de la menor demanda proveniente de Corea, Estados Unidos, Europa y Japón. En cuanto al superávit del mercado, éste ha ido aumentando en los últimos años, registrándose en 2009 un superávit de 451 miles de TM, muy superior al registrado al similar periodo anterior (219 miles de TM).

Fuente: ILZSG / Elaboración: PCR

Producción Nacional de Zinc En los últimos 10 años la producción nacional de zinc se ha incrementado en un 68.87%, pasando de 899 mil TM en 1999 a 1,509 mil TM en el 2009. En vista que la minería aporta el 60% del total de los ingresos por exportaciones, las inversiones en el sector minero han permitido responder a la demanda de otros mercados y así, incrementar los ingresos del país.




Fuente: MINEM / Elaboración: PCR

En el periodo 2009, la producción acumulada de concentrados de zinc disminuyó en un 5.83%, de 1,602,597 TMF a 1,509,129 TMF respecto al año 2008. Estas disminuciones se explicaron principalmente a las fuertes caídas en la producción de la Compañía Minera Los Quenuales (-75.43%), Sociedad Minera El Brocal (-17.33%) y Compañía Minera Santa Luisa (-18.28%). Cabe mencionar que, las empresas Antamina y Milpo aumentaron el volumen producido de concentrados en un 29.41% y 10.22%, respectivamente. Entre los cinco principales productores de concentrado de zinc, destacan las empresas Antamina, Volcán, Milpo, El Brocal y Atacocha, con 32.83%, 17.49%, 9.70%, 4.66% y 4.17% de participación, respectivamente.






Respecto a las principales regiones donde se concentra la producción de concentrados de zinc, destacan a diciembre de 2009, las regiones de Áncash, Pasco, Lima y Junín, con una participación de 36.66%, 28.15%, 7.32% y 16.61%, respectivamente. Cabe resaltar que Ancash desplazó a Pasco como primer productor de zinc a nivel nacional, registrando volúmenes de producción de 553,211 TMF. Asimismo, es interesante mencionar que las regiones que presentaron un mayor descenso del volumen producido fueron Lima y Pasco, con una disminución de 7.32% y 28.15%, respectivamente. En el mapa de la parte inferior, se puede apreciar la ubicación de las principales empresas por región.





Ubicación de Empresas Mineras por Regiones Fuente: MINEM / Elaboración: PCR



VII.

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CONCLUSIONES

Si bien la técnica por atomización es muy utilizada, la elección del fluido a utilizar depende de la pureza del polvo que se desea obtener. Si se desea un polvo de alta pureza (99%) se usara el gas inerte aunque el costo sea alto. La deposición del Zinc en forma de polvo depende de las condiciones de la celda electrolítica y de la concentración de la solución, también de la naturaleza de los electrodos. El Zinc en polvo requiere cuidado especial ya que es fácilmente atacado por el oxigeno del aire.

El polvo de zinc se encuentra en ampliando su mercado, debido a su fácil manipulación y considerarse un metal no contaminante, sobre todo en las áreas: farmacéutica, cosmética y electrónica. Los usos más comunes del polvo de zinc se dan en los procesos de galvanizado y cementación; sobre su presencia en producto finales tenemos: las pilas alcalinas, pinturas anticorrosivas y los automóviles. Los pronósticos sobre el manejo económico del zinc son favorables, con perspectivas de rentabilidad y retorno a la producción, se estima que la producción en mina aumente un 6.4%, mientras que los refinados alrededor de 7%. Las políticas de libre comercio, ya que China es el principal consumidor de zinc en todas sus presentaciones y sus derivados; contribuirán a aumentar la producción. Se estima que en el presente año el precio del zinc presente recuperación debido a la persistente debilidad del dólar.


Produccion de Polvo de Zinc a Partir de Sulfato de Zinc Terminado

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