Metalurgia Del Zinc

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA METALURGIA DEL ZINC

MINERAL DE ZINC BLENDA (marmatita) Sulfuro de cinc que se halla en la naturaleza en cristales muy brillantes, de color que varía desde el amarillo rojizo al pardo oscuro y se utiliza para extraer el cinc: la blenda cristaliza en el sistema cúbico. Sinónimos Esfarelita. Blenda de cinc Mineral perteneciente a la clase de los sulfuros y menas metálicas, también conocido como esfalerita, cuya fórmula es ZnS.

CARACTERÍSTICAS • El zinc es un metal de color blanco ligeramente azulado y brillante o grisáceo. • Cuando el metal tiene contacto con la humedad, se produce la formación de una capa superficial de hidrocarbonato que aísla al metal y lo protege de la corrosión y oxidación. • Es un metal quebradizo cuando está frío, pero se vuelve maleable y dúctil entre 100 y 150°C.

CARACTERÍSTICAS • Se encuentra presente en la corteza terrestre, agua, suelo, aire y en los seres vivos, constituyendo un componente indispensable para el cuerpo. • No es considerado tóxico, salvo que sea inhalado como óxido de zinc recién formado, pudiéndose presentar desórdenes fisiológicos

PROPIEDADES FISICAS DEL ZINC Densidad: Sólido = 7.13 gr/cm3 (25 ºC) Líquido = 6.62 gr/cm3 (419.5 ºC) Punto de fusión: 419.5 ºC Punto de ebullición: 907 ºC (1 atm) Contracción lineal total a 20ºC : 1.4 % Modulo de elasticidad: 10 a 20x106 PSI

Usos del Zinc • En la galvanización como protección del acero contra la corrosión. • En 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 terminales eléctricos y armamentos. • También 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.

Usos del Zinc • El principal uso es en la construcción y en el transporte (fabricación de automóviles), el cual es 70% del consumo del metal. • Debido a la fuerte dependencia respecto de estos dos sectores, la demanda por el metal es especialmente sensible a los ciclos económicos

APLICACIONES BASE ZINC Motor de vehículos Aplicaciones de hogar Maquinas comerciales y herramientas Ferretería de construcción Equipos de oficina Instrumentos ópticos y fotográficos Agricultura Equipos electrónicos Militar Transporte ( otros no vehículos )

% POR PESO 58.0 17.5 6.9 5.8 3.4 2.5 1.2 0.8 0.7 1.2

Calaminas

Tubos galvanizados

Ánodos de Zinc

PROCESO DE PRODUCCIÓN • La extracción del zinc puede efectuarse en minas de tajo abierto o en yacimientos profundos • La extracción del mineral en minas de tajo abierto se realiza a través de perforación de huecos donde se colocan cargas explosivas. • Una vez extraído el mineral son transportados hasta la planta concentradora para iniciar la fase de concentración.

CONCENTRADOS DE ZINC • El mineral es triturado obteniendo partículas muy finas para ser sometidas a diversos tratamientos químicos. • Los diferentes minerales presentes en la molienda son separados por un proceso de flotación, desde sus pulpas acuosas por medio de burbujas de gas y a base de sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas

CONCENTRADOS DE ZINC • Esta técnica involucra tres etapas: sólida, líquida y gaseosa. • Las partículas minerales al ser recubiertas de ciertos productos químicos se aglutinan en forma de burbujas de aire; éstas son insufladas por la parte inferior de la celda de flotación y suben a la superficie, formándose un contenido espumoso, el cual es filtrado y recogido como diferentes concentrados de zinc

Refinado • En esta etapa del proceso, se obtiene el metal puro y para ello se suele utilizar dos procedimientos: la hidrometalurgia y la pirometalurgia.

La hidrometalurgia o electrólisis (extracción por vía húmeda) • La hidrometalurgia consiste en la producción, purificación o la eliminación de metales o componentes de metales a través de reacciones químicas. • Este método es utilizado en el tratamiento de los minerales que tienen un alto contenido de hierro. • Se desarrolla en cuatro fases: tostación, lixiviación, purificación y la electrólisis.

TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC • Trata concentrado de Sulfuro de Zinc, que se realiza en hornos denominados lecho fluido • El concentrado como sulfuro se oxida con aire, formándose óxido de zinc (ZnO) y dióxido de azufre gaseoso (SO2) • Este gas se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) por los gases que salen de los hornos de tostación. Según siguiente reacción: ZnS + 3/2O2  ZnO + SO2 ZnO + 2O2 - ZnSO4

TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE ZINC

Esta mezcla de óxido de Zinc más sulfato de zinc más las impurezas que había en el concentrado se denomina CALCINA, que se somete a lixiviación (disolución) en ácido sulfúrico diluido El óxido es atacado por el ácido sulfúrico, convirtiéndose en sulfato de zinc ZnO + H2SO4 - ZnSO4 + H2O2

Lixiviación de Zinc • El zinc y los otros metales contenidos en la calcina se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida • Lixiviación neutra. Se disuelve la mayor parte de la calcina, excepto las ferritas de zinc (óxido de hierro y zinc). • Mediante la utilización de espesadores se separan los sólidos no disueltos de la disolución de sulfato de zinc. • La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación, mientras que los sólidos no disueltos se someten a la etapa de lixiviación ácida.

Lixiviación de Zinc • Lixiviación ácida. Se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice. • La disolución obtenida se somete a un proceso de hidrólisis, tras el que se forma un sulfato básico de hierro insoluble llamado jarosita, que en unión de los metales no disueltos en esta segunda etapa constituyen el residuo final del proceso. • Este residuo, se decanta en espesadores, se filtra y se bombea a los almacenes

La Purificación del Zinc • Después de la lixiviación, algunos elementos externos están todavía presentes en la solución. • Su eliminación se realizará con la ayuda de polvo de zinc. • La cantidad necesaria de polvo de zinc dependerá del porcentaje de impurezas que contenga la solución que al final del proceso se recupera por filtración.

Electrólisis del Zinc • Una vez purificada la solución, se vierte en depósitos de electrólisis (tanques de cemento revestidos de PVC), constituidos por ánodos de plomo y de cátodos de aluminio. • Esta operación necesita entre 30 y 40°C y va a permitir al zinc depositarse en el cátodo de donde se le despegará (stripping) cada 24, 48 o 72 horas, según el caso. • El zinc obtenido es de 99.995%.

LA PIROMETALURGIA • Esta reducción trata a los concentrados ricos en plomo, Zinc, Cobre y otras impurezas metálicas que pueden tener valor. • Es la técnica tradicional de extracción de metales, a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. • Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. • El zinc obtenido por este método contiene entre 0,5 y 1,5% de impurezas, principalmente de plomo o de hierro y, raramente, cadmio, arsénico, antimonio o cobre

Diagrama de Flujo

CIRCUITO DE ZINC EN DOE RUN LA OROYA • • •

El circuito produce zinc de alta pureza (99.995%) y otros subproductos como indio refinado y ácido sulfúrico. Inició sus operaciones el 22 de enero de 1,948 con la empresa Cerro de Pasco Corporation. Fue el primero en operar a nivel de Sur América. Comprende las plantas de: - Preparación de Concentrados - Tostación de zinc (Tostador Lurgi) - Acido Sulfúrico - Lixiviación - Electro deposición - Purificación - Polvo de Zinc, - Moldeo y Despacho - Zileret (Tratamiento de ferritas de Zinc) - Hidrometalurgia: Indio, Sulfato de Zinc y Planta de Flotación de ferritas.

CIRCUITO DE ZINC • Se obtienen los siguientes productos: zinc refinado, ácido sulfúrico, indio refinado, sulfato de zinc, polvo de zinc y concentrado zinc-plata. • Con la finalidad de reducir la emisión de SO2 y material particulado para mejorar la calidad del aire, se desactivaron 3 tostadores reduciéndose la capacidad de la Planta de 75,000 a 45,000 TM/año de zinc refinado, a partir de enero del 2005.

Diagrama de Flujo del Circuito de Zinc • El concentrado es inicialmente procesado por la Planta de Tostación para producir una calcina de Zinc. • La calcina pasa a la Planta de Lixiviación donde se obtiene sulfato de Zinc que es enviado a la Planta de Purificación para retirar las impurezas. • El sulfato sin impurezas pasa a la Casa de Celdas donde se obtiene láminas de Zinc catódico y de allí con su Fusión y Moldeo se genera el zinc refinado en lingotes.

Diagrama de Flujo del Circuito de Zinc • En la planta de tostación los gases SO2 se dirigen hacia la planta de ácido sulfúrico • En el proceso de lixiviación a través de la planta de flotación se inician los procesos para obtener Indio y adicionalmente sulfato de zinc que es usado como insumo en el proceso interno del circuito de zinc.

PRODUCTOS DEL CIRCUITO DE ZINC

• Los productos que se obtienen en el circuito de zinc son: - zinc refinado - ácido sulfúrico - indio refinado - sulfato de zinc - polvo de zinc y - concentrado zinc-plata.

PLANTA DE PREPARACIÓN DE CONCENTRADOS • Los concentrados de zinc procedentes de las diferentes minas de la región central del país son transportados por vía férrea y camiones a esta planta, donde se realizan las mezclas apropiadas que luego son alimentadas al tostador de cama turbulenta (TLR = turbulent layer roaster)

PLANTA TOSTACIÓN DE ZINC • La planta de Tostación procesa la mezcla de concentrados de zinc en un tostador de cama turbulenta (TLR) para la obtención de calcina (ZnO) y gases de SO2 que se envían a la planta de Acido Sulfúrico. • Su capacidad de procesamiento es de 300TMHD.

PLANTA DE LIXIVIACIÓN • En esta planta se procesa la calcina producida en el TLR con la finalidad de transformar el óxido de zinc en sulfato de zinc mediante lixiviación con ácido sulfúrico (spent).

PLANTA DE SEPARACIÓN DE SÓLIDOS • En esta planta se trata la pulpa proveniente de los tanques de Lixiviación para separarlos residuos sólidos (ferritas de zinc) obteniéndose una solución impura de sulfato de zinc

PLANTA DE PURIFICACIÓN • Las impurezas contenidas en la solución de sulfato de zinc proveniente de la etapa de separación de sólidos, son removidas precipitándolas con la adición controlada de polvo de zinc.

PLANTA DE CASA DE CELDAS • En esta planta, mediante un proceso electro-químico el zinc contenido en la solución purificada de sulfato de zinc se deposita sobre cátodos de aluminio formando láminas, estas láminas son removidas y enviadas a la etapa de fusión y moldeo

FUSIÓN, MOLDEO Y DESPACHO • Las láminas de zinc catódico provenientes de la Casa de Celdas son fundidas en un Horno eléctrico de inducción y luego se moldea en lingotes, los cuales son apilados en atados y embalados con flejes de acero para su despacho

Planta de Acido Sulfúrico del Circuito de Zinc

• En la Planta de Acido se procesan los gases de SO2 provenientes del TLR (Planta de Tostación) para obtener ácido sulfúrico de 98.5% de pureza. • Con la finalidad de mejorar la calidad del aire, esta planta fue repotenciada el año2007 incrementándose la fijación del SO2 y aumentando la producción de ácido sulfúrico de 54,000 TMA a 63,000 TMA.

PLANTA DE POLVO DE ZINC • Mediante un proceso de destilación se obtiene polvo de zinc que es utilizado para el consumo interno en la etapa de purificación y ocasionalmente para venta de acuerdo a pedido

PLANTA ZILERET • Las ferritas obtenidas en la etapa de separación de sólidos, son tratadas en un Horno Kiln que, mediante un proceso de oxidación-reducción, se obtiene oxido de zinc con contenidos de indio (fume) y esponja de fierro. • El fume es procesado en la etapa de Hidrometalurgia y la esponja es transferida a los circuitos de cobre y plomo.

Planta Hidrometalurgia • La planta hidrometalurgia tiene como finalidad lixiviar el fume (óxido de zinc con contenido de indio) producido en el Horno Kiln para recuperar el zinc en solución y obtener concentrados de indio.

Planta de Indio • El concentrado de Indio es tratado en esta planta con una serie de procesos selectivos desarrollados con experiencia y tecnología propias (know-how), obteniéndose Indio metálico refinado de 99.99% de pureza.

PLANTA SULFATO DE ZINC • A partir de las soluciones de zinc se produce Sulfato de zinc sólido monohidratado, para la venta al sector minero.

PLANTA FLOTACIÓN DE FERRITAS

• Esta planta tiene como finalidad tratar las ferritas que se obtienen en la etapa de lixiviación para producir concentrado de Zn-Ag para su comercialización.

EL CIRCUITO DE METALES PRECIOSOS • Comprende las Plantas de Residuos Anódicos con las líneas de producción de Plata Doré, Bismuto, Selenio, Telurio y la planta Refinería de Plata. • En el año 1937 la planta de Residuos Anódicos inicia sus operaciones como planta piloto, para el procesamiento de los lodos anódicos provenientes de las Refinería de Cobre y Plomo, produce Plata Doré de 98,5% de pureza. • Con tecnología propia se produce Bismuto de alta pureza (grado 95), Selenio y Telurio comerciales.

REFINERÍA DE PLATA • En esta planta, donde por electro refinación se procesa el doré, se obtiene plata refinada de 99.996% de gran aceptación en el mercado internacional y oro bullón de 99.80% de pureza. • Las capacidades de producción de este circuito son: Plata refinada 1,200 TM/año, Oro bullón 2,500 Kg/año (de acuerdo al ingreso en los materiales tratados), Bismuto 1,100TM/ año, Selenio 27 TM/ año y Telurio 38 TM/ año

Diagrama de Flujo del Circuito de Metales • Los lodos anódicos de las Refinerías de Cobre y Plomo pasan a un horno reverbero para su fusión como paso previo a los convertidores. • Los convertidores permiten separar impurezas conteniendo bismuto. • De los convertidores se continua con la copelación de donde se obtiene el doré. • El doré pasa, en la Refinería de Plata a celdas electrolíticas la que con la fusión y moldeo respectivo se obtienen la plata y oro como producto final.

Productos del Circuito de Metales Preciosos • En el circuito se produce plata refinada de 99.996% y oro bullón de 99.80% de pureza. • Como subproductos se produce Bismuto de alta pureza (grado 95), Selenio y Telurio.

Planta de Residuos Anódicos Obtención de Plata Doré • Los lodos anódicos provenientes de las Refinerías de Cobre y Plomo son tratados en esta planta donde, mediante procesos de fusión, conversión y copelación se obtiene doré con 98.5 % de plata. • Este doré es enviado a la refinería de plata para su posterior refinación. • Utilizando tecnología propia se obtienen subproductos como bismuto refinado de 99.9995% de pureza así como selenio y telurio comerciales. • Los polvos metalúrgicos generados en esta planta son enviados a la planta de Antimonio

Residuos Anódicos - Obtención de Bismuto • La escoria de Bismuto obtenida en la segunda fase de oxidación selectiva de los convertidores es cargada al horno de reducción, previamente mezclada con coque fino. • El dross caliente de cobre proveniente del proceso de refinación del bismuto, es cargado al horno de reducción con pirita y coque fino. • La mata de cobre formada es removida totalmente, el metal es enfriado, vertido en tazas y transferido a las ollas de refinación, obteniéndose Bismuto refinado de 99.9994 % de pureza.

Residuos Anódicos - Obtención de Selenio • La escoria nítrica y el polvo recuperado en el bag-house son sometidos a un proceso de lixiviación alcalina. • Luego, el Selenio en solución es separado del Telurio en cake, mediante una etapa de neutralización con ácido sulfúrico. • El Selenio en solución se precipita por acción del gas SO2 y se obtiene un Selenio metálico con 99.97 % de pureza.

Residuos Anódicos - Obtención del Telurio • El Telurio se disuelve con Hidróxido de Sodio obteniéndose un electrolito, luego es refinado por electro deposición y finalmente es fundido y moldeado en barras, obteniéndose Telurio de 99.96 % de pureza.

REFINERÍA DE PLATA • En esta planta, mediante un proceso electroquímico a partir del doré recibido de Residuos Anódicos se obtiene plata refinada de 99.997% y oro bullón de 99.80% de pureza.

Indicadores Ambientales - La Oroya • La empresa cuenta con una red de monitoreo para la calidad de aire y agua que está soportado por un estricto proceso de control y aseguramiento de la calidad en el que intervienen laboratorios acreditados como INSPECTORATE y SGS.

Indicadores Ambientales - La Oroya • El monitoreo ambiental adicionalmente es supervisado íntegramente por OSINERGMIN y en virtud de la R.M. 257-2006 MEM/DM se tiene la participación de la ciudadanía a través del Comité de Vigilancia y Monitoreo Ciudadano conformado por15 instituciones entre ellas la Municipalidad Provincial de Yauli-La Oroya, Asociación de Delegados de Medio Ambiente, Parroquias Solidarias, ONG Filomena Tomayra, Comité de Defensa de La Oroya, Sindicato de Trabajadores de DoeRun Perú, SENATHI, Universidad Nacional del Centro, Junta Vecinal Provincial y Comunidades de Paccha y San Jerónimo de La Oroya.

Indicadores Ambientales - La Oroya • Las emisiones atmosféricas de material particulado, plomo y arsénico por la Chimenea Principal del Complejo, como producto de la implementación de los proyectos PAMA, se encuentran por debajo de los límites máximos permisibles establecidos en la R.M.315-96 EM/VMM y alcanzan las metas ambientales establecidas por el Ministerio de Energía y Minas en la R.M. 257-2006 MEM/DM.

Descargas de SO2 – Chimenea Doe Run - La Oroya

Indicadores Ambientales - La Oroya • Las descargas líquidas no contaminan las aguas del Río Mantaro ni ningún otro río o afluente. • Todas las descargas, sin excepción, son aptas para el riego de zonas agrícolas y/o agropecuarias (cumplen con la Ley General de Aguas ClaseIII). • Las aguas industriales son procesadas en la Planta de Tratamiento de Aguas Industriales (PTAI) lográndose una reducción significativa en el caudal y manteniendo bajo control el contenido de plomo y arsénico.

Indicadores Ambientales - La Oroya • Las aguas residuales que se generan en las viviendas de los trabajadores son tratadas en tres Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales ubicadas en Chulec, Huaymanta y la Fundición antes de su descarga a los ríos Yauli y Mantaro.

Estaciones de Monitoreo Aerofotografía • La estación de monitoreo y aerografía permite el registro de la calidad de aire en todo instante (tiempo real), en un radio de 15 Km alrededor del Complejo. • Demandó una inversión de US$ 0.63 millones y viene operando desde octubre de 1999.