Subprocesos del procesamiento del Zinc
Enviado por Juan C Corrales • 3 de Julio de 2022 • Apuntes • 2.094 Palabras (9 Páginas) • 55 Visitas
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 K -273.15=5791.41 °C
La temperatura dada nos indica que temperaturas bajas de 5791.41 °C, la reacción es espontánea y ello se da en la práctica, la reacción se da a una temperatura de 900 °C. También es posible determinar si es espontánea a través de su energía libre de formación.
Cálculo de la energía libre de Gibbs
∆G= ∆H - T∆S
∆G= -441500 J/mol – 298K(-72.8J/K.mol)
∆G= -441500 J/mol + 21694.4 J/mol
∆G= -419805.6 J/mol
Al ser negativo la energía libre nos indica que la reacción es espontánea.
Pero al ser un compuesto que netamente no se encuentra solo, se encuentra mezclado con compuesto de fierro se necesita mantener bajo temperaturas de 960°C para evitar formación de ferrita de zinc (ZnO.Fe2O3), que al igual que el sulfuro de zinc (ZnS), no es fácilmente atacada por ácidos. (Lovera,1984) afirma:
El parámetro gravitante para la tostación
...