Hidrometalúrgia do Zinco

Minério O minério de zinco normalmente usado tanto em pirometalúrgica quanto em hidrometalurgia é o sulfeto ZnS, blenda ou esfalerita, normalmente concentrado por flotação. No Brasil o minério silicatado de Vazante MG com base na Calamina é particularmente importante por uma fração significativa da produção de zinco ser resultante deste tipo de minério. Esfalerita

A hidrometalurgia tradicional trata dos minérios sulfetados. Minério Sulfetado A hidrometalurgia tradicional trata dos minérios sulfetados. ZnS Esfalerita

Blenda ou Esfalerita Zns A lixiviação só ocorre em condições muito ácidas.

Blenda ou Esfalerita Zns A lixiviação só ocorre com formação de gases tóxicos.

Blenda ou Esfalerita Zns Portanto do ponto de vista prático NÃO SE LIXIVIAM SULFETOS. Assim, o concentrado precisa ser ustulado.

Ustulação Passagem do ZnS para ZnO. No caso de pirometalurgia faz-se uma ustulação sinterizante para se condicionar o material para o processo de redução, todavia em hidrometalurgia não se deseja aglomerar. Normalmente são usados fornos de leito fluidizado operando entre 650-900 C dependendo do concentrado e do processo. A ustulação a altas temperaturas pode levar à formação de ferritas de zinco: Fe2O3 +ZnO = ZnO.Fe2O3

Ustulação Passagem do ZnS para ZnO

Ustulação A ustulação a altas temperaturas pode levar à formação de ferritas de zinco: Fe2O3 +ZnO = ZnO.Fe2O3 As ferritas são mais difíceis de lixiviar do que o ZnO. Assim, ou terão perdas de zinco ou então o processo deverá trabalhar em condições mais severas de lixiviação.

Lixiviação Lixiviação com pH final entre 2 e 4,5

Lixiviação A redução do pH faz com que aumente a velocidade de lixiviação, na prática se trabalha com pH próximo de 2

Nestas condições solubiliza-se o Ferro também

Nestas condições solubiliza-se o Ferro O ferro é o principal contaminante e se estiver na forma de íon ferroso posteriormente acabará formando um precipitado muito difícil de filtrar, o qual inviabiliza o processo.

Nestas condições solubiliza-se o Ferro E agora o que fazer?

Aumentar o potencial da solução fazendo o íon ferroso passar para férrico. Adiciona-se minério de Mn MnO2

E depois aumentando-se o pH para 4,5 para precipitar o Fe(OH)3

FASE ÁCIDA Portanto o processo ocorre em duas fases Primeiro solubiliza-se o ZnO pH = 2 FASE ÁCIDA

FASE ÁCIDA Portanto o processo ocorre em duas fases Primeiro solubiliza-se o ZnO e eleva-se o potencial pH = 2 FASE ÁCIDA

FASE NEUTRA Portanto o processo ocorre em duas fases Depois aumenta-se o pH para precipitar Fe(OH)3 pH =4,5 FASE NEUTRA

FASE NEUTRA Portanto o processo ocorre em duas fases: Todavia o principal motivo para se aumentar o pH é o seguinte: Ezn/zn2+ = -0,76 E H/H= = -0,059pH – 0,79 Portanto, aumentando-se o pH aumenta-se a diferença entre o potencial de eletrodo do zinco e o do hidrogênio evitando a formação de H2 na eletrólise. FASE NEUTRA pH =4,5

Fluxograma da Lixiviação Simples Pachucas Àcida Filtração Àcida Sol. Filtrada Àcida Sol. Neutra Pachucas Àcida Filtração Neutra USTULADO Pachucas Neutras Purificação Resíduo Neutro Resíduo Àcido Filtração Àcida Fluxograma da Lixiviação Simples Sílica, silicatos, Al2(OH)3,PbSO4, ZnS, PbS, FeS2 CaSO4, Fe4O5(OH)5As, Fe4O5(OH)5Sb, SiO2, Al2O3, micas, Fe(OH)3 Ca(OH)2 ou CaCO3 pH = 4-5 s.a.v.c. pH = 1,5 – 1,8 106°C 60°C

Fluxograma da Lixiviação Dupla - 325 # 98OC Ph = 4.5 (~o,5g H2SO4/l) USTULADO PACHUCAS NEUTRAS FILTRAÇÃO NEUTRA SOL. NEUTRA RESÍDUO NEUTRO PACHUCAS ÁCIDAS PURIFICAÇÃO SOL. ÁCIDA RESÍDUO ÁCIDO FILTRAÇÃO ÁCIDA pH = 2 S.A.V.C.

Reações da Lixiviação Fase Àcida: 1) ZnO + H SO (s.a.v.c.) ZnSO (s.a.) +H O (u) 2 4 4 2 2) FeO(u) + H SO (s.a.v.c.) FeSO (s.a.) + H O 2 4 4 2 3) Fe O (u) +3H SO (s.a.v.c.) Fe (SO ) (s.a) + H O 2 3 2 4 2 4 3 2 4) ZnSO (u) + H O ZnSO (s.a.) + H O 4 2 4 2 5) As O (u) + 3H O 2AsO H (s.a.) 2 3 2 3 3 6) Sb O (u) + 3H O 2sbO H (s.a.) 2 3 2 3 3 7) 2FeSO (s.a.) + 2H SO + MnO Fe (SO ) (s.a.) + 4 2 4 2 2 4 3 MnSO (s.a.)+ H O 4 2

Fase Neutra Lixiviação Simples Lixiviação Dupla

Por que purificar a solução? Purificação Por que purificar a solução?

precipitação: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cd2+ + Zn = Cd + Zn2+ Purificação Eliminação das Impurezas que prejudicam o processo de redução eletrolítica. As,Sb,Co,Cu,Ni,Cd,Ge,Te,In. Baseia-se na reação das impurezas formando compostos estáveis que precipitam,para condições de temperatura e pH bem definidas. Refino com Zn em pó. precipitação: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cd2+ + Zn = Cd + Zn2+ Cuº Znº

Purificação Refino com Zn em pó. precipitação: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cd2+ + Zn = Cd + Zn2+ A precipitação pode ser seletiva: Cu2+ + Cd = Cu + Cd2+ Portanto o cobre tende a ser removido primeiro e assim por diante.

Purificação Elevando-se a temperatura diminui-se o teor de O2 dissolvido e aumenta-se a velocidade das reações de precipitação. dissolução: M + 2H+ +1/2 O2 = M2+ + H2O

Adições de Tartarato de antimônio e potássio ou trióxido de antimônio ou arsênico favorecem a precipitação de compostos estáveis do cobalto, níquel e cobre. É necessário ter-se cobre em solução (150 a 400 ppm), para favorecer a dissolução do aditivo.

Fatores que influem na sobretensão -Impurezas -Temperatura -Densidade de Corrente O aumento da densidade de corrente causa aumento na sobretensão. O aumento da temperatura causa diminuição na sobretensão. Influência das impurezas. Impurezas Anódicas Relacionadas ao aumento da corrosão no anôdo de Pb e afetando a deposição de O2. Cl - F - NO3- ClO3-2

1° ETAPA FILTRAÇÃO 2° ETAPA 3° ETAPA 1° - - ETAPA FILTRAÇÃO 2° ETAPA Zn (pó) 1° ETAPA FILTRAÇÃO 2° ETAPA 3° ETAPA Sol Neutra Resíduo De cobre Vapor Cu, Co, Ni, Cd, etc (Zn, Cd) Sb O Solução purificada 1° - - ETAPA Zn (pó) Sol Neutra Resíduo FILTRAÇÃO De cobre Sb O 2 2 3 3 2° ETAPA Vapor Resíduo FILTRAÇÃO Cu, Co, Ni, Cd, etc 3° ETAPA Resíduo FILTRAÇÃO (Zn, Cd)