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Capítulo 4:

 Obtención electrolítica del zinc (1/2)

La vía electrolítica de zinc, con diversas variables, es prácticamente un método único en el cual las variables son de forma o de dirección pero nunca de proceso. En efecto consta de tres etapas fundamentales, que pueden ser dobles o simples, continuas o discontinuas, o combinación de ambas.

Las tres etapas fundamentales de la obtención electrolítica del zinc metal, son:

-Lixiviación.

-Purificación.

-Electrólisis.

Y otras dos etapas, que presentan múltiples variantes:

-Fusión.

-Tratamiento de residuos.

Mediante la lixiviación se disuelve el tostado de la blenda, el óxido de zinc, 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.

El proceso se lleva a cabo en una serie de reactores con tanques abiertos, recipientes cerrados y recipientes a presión, o una combinación de los mismos. Durante el proceso se disuelven otros metales, que se eliminan tras la lixiviación.

Para mejorar la recuperación del zinc y evitar así pérdidas de metal se efectúa la lixiviación ácida en caliente (90-95º C) durante 2-4 horas. Bajo estas condiciones no solo se disuelve el zinc sino también el hierro asociado a la ferrita de zinc (franklinita), obteniéndose una solución rica en zinc que contiene entre 15-30 g/l de hierro (principalmente en forma férrica) que debe ser eliminado de la misma.

El hierro es la principal impureza y se precipita en 3 formas principales por vía hidrometalúrgica: Jarosita, Goethita y Hematita. La forma de estos precipitados se utiliza para dar nombre a los procesos. Las etapas de precipitación son:

•Como Jarosita utilizando amoníaco o sulfato sódico y calcinado de zinc para neutralización. Se utilizan hasta 3 etapas, según si se realiza recuperación de Ag/Pb. También se utiliza un proceso de una sola etapa denominado “Proceso de Conversión”.

Fe2(SO4)3 + 10 H2O + 2 NH4OH → (NH4) 2Fe6(SO4)4(OH)12 + 5 H2SO4

•Como Goethita utilizando sulfuro de zinc para pre-reducción, oxígeno para reoxidación y calcinado de zinc para neutralización.

Fe2(SO4)3 + ZnS → 2 FeSO4 + ZnSO4 + S

2 FeSO4 + ½ O2 + 3 H2O → Fe2O3H2O + 2 H2SO4

•Como Hematita usando dióxido de azufre o sulfuro de zinc para pre-reducción, y un autoclave con oxígeno para precipitación. En este caso, se produce un residuo de azufre así como un residuo de hierro.

2 Fe2++ 2 H2O + ½ O2 → Fe2O3+ 4 H+

Las principales diferencias en los precipitados de hierro son su volumen y facilidad de filtrabilidad. También existen diferencias significativas en la inversión para cada proceso así como en los costes operativos. El balance de los mismos con los costes de desecho de los residuos puede estar influenciado por los costes exteriores al proceso. El proceso de Hematita se creía que era muy atractivo, ya que el volumen de residuos era menor y la hematita es una posible materia prima para hierro. El proceso no ha demostrado ser viable, y la hematita no era aceptable para la industria siderúrgica.

El proceso de Jarosita es capaz de realizar elevadas recuperaciones de zinc, incluso con concentrados que contienen entre 10 y 15% de Fe. Recuperaciones similares se basan en un bajo contenido de hierro en el calcinado (ó ZnO) que se utiliza para la etapa de precipitación.

Como alternativa, la lixiviación puede interrumpirse tras la lixiviación neutra. El residuo lixiviado se envía a un Horno de Fundición Imperial (ISF) y se añade al material sinterizado de alimentación. El zinc, el plomo y la plata se recuperan como metales, el azufre como H2SO4. En lugar de un ISF puede usarse un horno de secado Waelz, pero en tal caso será necesario realizar absorción de SO2.

Por otra parte, se conocen dos aplicaciones en las que el concentrado se lixivia directamente sin calcinación, en Korea Zinc y Outokumpu Zinc. En Korea Zinc, el hierro se deja en la solución durante la lixiviación y luego se precipita en un paso separado como goethita, mientras que en Outokumpu el hierro precipita como jarosita simultáneamente con la lixiviación de los sulfuros.

Sea cual sea el residuo producido por las opciones de proceso de los precipitados de hierro, la eliminación de zinc se potencia al máximo lavando el residuo. Otros metales solubles pueden tratarse mediante precipitación como hidróxidos o sulfuros. Los residuos se almacenan en áreas de vertido, normalmente en el mismo centro o en sus proximidades, de forma que queden aislados del suelo o de las aguas superficiales. El agua de la zona de almacenaje se recicla normalmente al proceso. Se están realizando desarrollos para evitar los residuos o al menos hacerlos más inertes mediante fijación.

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