ES2268969A1 - Procedimiento para la recuperacion de zinc en forma de sulfato, partiendo de residuos ricos de oxidos de zinc. - Google Patents

Procedimiento para la recuperacion de zinc en forma de sulfato, partiendo de residuos ricos de oxidos de zinc. Download PDF

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Abstract

Se describe un procedimiento para la recuperación de zinc en forma de sulfato, en particular una recuperación hidrometalúrgica de zinc de alta pureza, así como de otros metales a partir de residuos oxidados de zinc, mediante extracción con solventes orgánicos. El procedimiento comprende básicamente dos fases consecutivas, complementarias, consistentes en una operación de lixiviación en medio ácido del óxido de Zn, con la que se obtiene una disolución rica en sulfato de zinc, y una conversión de la solución obtenida, en un electrolito apto para la obtención de zinc electrolítico, mediante una fase de purificación con objeto de eliminar impurezas tales como Cu, Cd, Co, Ni, Fe, Cl o F.

Description

Procedimiento para la recuperación de zinc en forma de sulfato, partiendo de residuos ricos en óxidos de zinc.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la recuperación de zinc en forma de sulfato, partiendo de residuos ricos en óxidos de zinc, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.
Más en particular, el objeto de la invención consiste en un procedimiento hidrometalúrgico para la recuperación de zinc de alta pureza, y de otros metales a partir de residuos oxidados de zinc, mediante una extracción con solventes orgánicos.
El campo de aplicación de la invención está comprendido dentro del sector industrial dedicado a la separación y recuperación de metales, en particular a partir de residuos oxidados.
Antecedentes y sumario de la invención
Los expertos en la materia son conocedores de los múltiples procesos conocidos y utilizados en la técnica actual para la recuperación de metales u otros componentes, entre los que el zinc ocupa un lugar preponderante. Aunque los procesos conocidos cumplen con la misión para la que fueron desarrollados, no están por ello exentos de inconvenientes que afectan, sobre todo, a la eficacia rendimiento del proceso.
Por esta razón, la presente invención se ha propuesto como objetivo aportar una solución efectiva mediante la que se subsanen los inconvenientes actuales, y para ello ha desarrollado el procedimiento que va a ser objeto descripción en lo que sigue.
La técnica propuesta por la invención para la recuperación hidrometalúrgica de zinc de alta pureza, permite pasar directamente de disoluciones diluidas de zinc a la obtención electrolítica, mediante un proceso sencillo y totalmente conocido. Este procedimiento es la extracción mediante solventes orgánicos, utilizando un extractante catiónico de tipo ácido, como pueden ser los derivados del ácido fosfórico, tal como, pro ejemplo, el D_{2}EHPA de LANXESS CHEMICALS, el RHODIA de ALBRIGHT & WILSON, el Cyanex 302 CYANAMID, ..., etc.
El procedimiento de la invención tiene como objetivo principal la obtención de un electrolito cargado en zinc apto para ser alimentado a electrolisis, a partir del tratamiento de residuos ricos en óxido de zinc tales con los polvos de acerías, óxidos de waelz, etc., los cuales, al tener impurezas de tipo cloruros y fluoruros, no pueden ser tratados por el procedimiento convencional de lixiviación purificación utilizado para el beneficio del zinc de calcinados procedentes de la tostación de concentrados de sulfuros de zinc (blendas).
Básicamente, este procedimiento se compone de de etapas:
1. Lixiviación en medio ácido del óxido de Zn, para la obtención de una disolución rica en sulfato de zinc, y
2. Conversión de dicha solución en un electrolito apto para la obtención de zinc electrolítico; esto se consigue mediante una fase de purificación, con objeto de eliminar impurezas tales como Cu, Cd, Co, Ni, Fe, Cl^{-}, F^{-}.
Descripción de la forma de realización preferida
Tal y como se ha anticipado, el procedimiento de la invención está basado en las dos etapas que se acaban de mencionar.
La eliminación de los aniones halogenuros se consigue complementando el proceso de purificación tradicional mediante cementación con polvo de Zn (se eliminan impurezas del tipo Cu, Cd, Co, Ni, etc.), con un proceso de extracción selectiva del zinc mediante reacción con ácido dietil-hexilfosfórico (DEHPA).
Esta extracción permite la separación del Zn de aquellas impurezas no eliminadas en la cementación con polvo de zinc, es decir, fundamentalmente cloruros y fluoruros, ya que el Zn reacciona con el DEHPA de acuerdo con la siguiente reacción:
(I)Zn(aq) + 2RH(org) = R_{2}Zn(org) + 2H^{+} (aq)
Éste pasa la fase orgánica, quedando las impurezas en la fase acuosa. Posteriormente, el Zn puede ser reextraído al poner en contacto la fase orgánica cargada en Zn, con una disolución de ácido sulfúrico (electrolito agotado procedente de la electrolisis), dándose la reacción inversa a la reacción (I). La reacción del Zn con el DEHPA es un proceso totalmente reversible.
El DEHPA no sólo es selectivo para los aniones, sino que en gran medida y, dependiendo fundamentalmente del pH, es selectivo para el resto de los metales, a excepción del hierro, por el cual tiene el DEHPA incluso más afinidad que por el zinc. De esta forma, la extracción permite no tener que hacer un proceso de cementación diferencial de los diferentes metales tan exhaustivo como el que se lleva a cabo en el tratamiento convencional. El Ni y el Co, que son los dos metales más complejos de cementar, no sería necesario cementarlos hasta concentraciones inferiores a 0,3 mg/l, ya que, dada la selectividad del DEHPA para estos metales, se puede trabajar en la etapa de extracción con concentraciones tanto de Ni como de Co superiores.
De acuerdo con la reacción (I), en el proceso de extracción se genera ácido, ya que por cada Zn extraído se transfieren dos protones a la fase acuosa. Para evitar que la reacción de extracción se detenga al alcanzar el equilibrio termodinámico, es necesario neutralizar el ácido que se va generando en la fase acuosa con objeto de ir desplazando el equilibrio hacia la extracción del zinc.
Dado que la productividad en una planta de extracción (cantidad de zinc extraído por etapa de extracción), depende en gran medida de la cantidad inicial de zinc que se alimente a la unidad extractiva (cuanto mayor cantidad de zinc se alimente, mayor cantidad de zinc se extrae), al tener limitada la concentración de zinc de entrada a 20 g/l en una planta convencional, la única alternativa para obtener producciones de zinc elevadas consiste en incrementar el caudal de fase acuosa de alimentación, lo que conduce a tener que dimensionar, no sólo la planta de extracción para caudales muy elevados, sino que obliga a sobredimensionar todos los equipos de lixiviación, cementación, separación, bombeo, etc., con el consiguiente incremento de los costes de inversión.
El procedimiento de la invención resuelve este problema, combinando ambas alternativas de neutralización en el mismo proceso.
Para poder trabajar con concentraciones de entrada superiores a 20 g/l, se lleva a cabo la neutralización interna sólo en las etapas de extracción donde se produce el agotamiento en zinc del caudal de purga. De esta forma, se evitan las pérdidas de zinc en la purga pese a trabajar con concentraciones iniciales de zinc en la fase acuosa de 50 g/l. De esta forma, se incrementa la capacidad de extracción de la planta en más de un 30% con respecto a una alimentación de 20 g/l de Zn.
El resto de solución acuosa se neutraliza externamente mediante la lixiviación de los óxidos de zinc. Y dado que el agua de purga, ya sea para poderse verter o ya sea para poder ser reutilizada en el procedimiento, se ha de someter a un proceso de depuración que implica como primera etapa una neutralización con cal, se aprovecha esta fase de neutralización para llevar a cabo la recuperación del amoníaco utilizado anteriormente como neutralizante en la extracción. La reacción de neutralización del amoniaco es como sigue:
(II)NH_{3}(aq) + H^{+}(aq) = NH_{4}{}^{+}(aq)
El catión amonio se puede transforma nuevamente en amoníaco mediante reacción con cal (CaO):
(III)CaO(s) + (NH_{4}) _{2}SO_{4} (aq) = 2NH_{3} + CaSO_{4} (s)
De esta forma, el amoníaco pasa a ser un reactivo circulante sólo teniendo que aportar una mínima cantidad de amoniaco fresco necesario para compensar las posibles pérdidas.
A continuación se describen con mayor detalle cada una de las etapas que constituyen el procedimiento de la invención.
Lixiviación Neutra
En la etapa de lixiviación neutra se lleva a cabo la lixiviación del 90% del Zn en forma de óxido, utilizando como agente lixiviante el ácido sulfúrico generado en el proceso de extracción que se recircula en la fase acuosa
agotada.
En esta etapa de lixiviación se ha de llevara a cabo la primera purificación, que consiste en la eliminación del hierro de la lejía cargada.
La pulpa se somete posteriormente a una decantación para llevar a cabo la separación de la lejía cargada en Zn del residuo sólido no disuelto en la lixiviación.
La lejía cargada, una vez libre de hierro, entra en la extracción por solventes orgánicos, mientras que el residuo se someterá a una nueva lixiviación con ácido sulfúrico para recuperar todo el zinc no recuperado en la lixiviación anterior.
\newpage
Lixiviación Ácida
Dado que la neutralización se ha de llevar hasta pH = 5, donde queda por tanto entre el 5 y el 10% del Zn óxido inicial sin atacar, se somete el residuo de la lixiviación anterior a una segunda lixiviación ácida con ácido sulfúrico hasta pH = 1,5. Tras la segunda lixiviación se consigue extraer el 92% del Zn inicial contenido en el material de partida. La pulpa lixiviada se somete a una etapa de separación sólido-líquido consistente en una decantación y un filtrado posterior, enviando el licor nuevamente a la cabeza del proceso para recuperar todo el zinc lixiviado en esta etapa.
Tras esta lixiviación, queda una cantidad de residuos que es del orden de 0,42 kg por cada kg de óxido inicial, siendo su composición como sigue:
Zn (%) Fe (%) Pb (%) Ag (mg/ kg)
7,7 20,0 21,0 240 
\vskip1.000000\baselineskip
Una vez recuperados los metales, solo queda del orden de 0,03 kg de residuo por cada kg de óxido inicial tratado.
El resultado anterior indica que podría perfectamente viable ampliar el procedimiento para la recuperación del Pb y la Ag, ya que tanto el plomo como la plata, una vez en disolución, se pueden recuperar mediante cementación con polvo de zinc, y los cementos obtenidos pueden ser tratados mediante procesos piro-metalúrgicos ampliamente conocidos.
Extracción
La etapa de extracción se compone de una etapa de saturación y una etapa de agotamiento, compuestas de n elementos cada una de ellas, en función del tamaño de la planta, formados por un mezclador, donde se ponen en contacto ambas fases, y un sedimentador, donde tiene lugar la posterior separación de las fases acuosa y orgánica.
Para conseguir el agotamiento completo de la fase acuosa, el ácido generado durante la extracción se neutraliza internamente dosificando amoníaco en los mezcladores.
Lavado
La fase orgánica, una vez cargada en Zn, se somete a una etapa de lavado con agua ligeramente acidulada para evitar que las impurezas que hayan podido ser arrastradas con la fase orgánica, pasen a la etapa de reextracción.
Reextracción
Una vez lavada la fase orgánica, se pone en contacto con electrolito agotado procedente de electrolisis con una concentración de ácido sulfúrico superior a 180 g/l. De esta forma, se reextrae el Zn pasando nuevamente a la fase acuosa, incrementando la concentración de Zn de la fase acuosa y disminuyendo su acidez. La nueva fase acuosa cargada (electrolito cargado), una vez eliminado cualquier resto de fase orgánica, se alimenta nuevamente a la electrolisis.
Electrolisis
Mediante el proceso electrolítico, se obtiene el Zn metal en forma de cátodos que posteriormente se someterá a fusión para su transformación a lingote.
Recuperación de amoníaco de la purga de extracción
El caudal de purga de extracción contiene, en forma de sulfato amónico, el total de amoníaco aportado para la neutralización interna. Sometiendo dicho efluente a un proceso de neutralización caliente, se obtiene un condensado con una concentración del 25% en amoníaco que se retorna nuevamente, como neutralizante, a la etapa de extracción. De esta forma, se recupera el 97% del amoníaco contenido en la purga.
Fusión y moldeo
El Zn en forma de cátodo, es fundido en hornos de inducción eléctricos para transformarlo en lingotes.
Extracción del Zn
La extracción reactiva del Zn mediante reacción con ácido dietil-hexil-hidrogenofosfórico (D2EHPA), es un proceso utilizado para la separación del Zn, disuelto en lejías impurificadas, de otras especies no deseables en la electrodeposición del Zn (Ni, Co, Cl^{-}, F^{-}, ...).
La separación se produce al poner en contacto una fase orgánica, en la cual se disuelve el agente extractante (DEHPA), siendo el disolvente queroseno u otro derivado del petróleo de similares características, con una fase acuosa rica en zinc.
Al poner en contacto ambas fases, se produce una reacción selectiva entre el DEHPA y el Zn, formándose un compuesto de coordinación soluble en la fase orgánica. El balance de cargas en la fase acuosa se mantiene gracias a la transferencia simultánea de protones (H+) del DEHPA a la fase acuosa. La reacción que se produce puede expresarse de la siguiente forma:
2DH(org) + Zn^{+2} (aq) = D2Zn(org) + 2H^{+} (aq)
donde:
DH(org): DEHPA en la fase orgánica;
Zn(aq): Zn en fase acuosa;
D2Zn(org): Compuesto de coordinación que contiene al Zn en la fase orgánica;
H^{+}(aq): protones cedidos por el DEHPA a la fase acuosa
Posteriormente, el Zn contenido en la fase orgánica, se reextrae pasándolo nuevamente a la fase acuosa libre de impurezas mediante la reacción inversa. Es decir, se pone en contacto la frase orgánica cargada en Zn con una fase acuosa cargada en ácido (electrolito agotado), dándose la siguiente reacción:
D2Zn(org) + 2H^{+} (aq) = 2DH(org) + Zn^{+2} (aq)
Entre ambas etapas, se lleva a cabo una etapa de lavado de la fase orgánica, para evitar arrastres de solución acuosa impurificada a la etapa de reextracción.
Según lo descrito con anterioridad, este proceso puede sustituir parcialmente a la etapa de purificación tradicional mediante cementación con polvo de zinc, y que la selectividad del agente extractante (DEHPA) permite una separación satisfactoria con respecto a metales como el Ni y el Co (concentraciones en lejía purificada <0,2 ppm), y aunque con menor eficiencia, también permite la separación del Cd y del Cu (soluciones purificadas con concentraciones >1 ppm dependiendo de la concentración de estos metales y del pH en la fase acuosa circulante en el circuito de extracción).
Igualmente, este proceso de purificación permite tratar materiales con contenidos elevados en cloruros y fluoruros, que hacen inviable su tratamiento por la vía hidrometalúrgica tradicional. Mediante extracción con DEHPA, la separación es totalmente satisfactoria al no ser estas especies solubles en disolventes orgánicos.
Aspectos termodinámicos de la extracción reactiva del Zn con DEHPA
Dado que, en este tipo de extracción, la transferencia de materia entre ambas fases no se produce por diferencia del producto de solubilidad del soluto (Zn^{+2}), como ocurre en una extracción líquido-líquido, no se utilizará el concepto de isoteimas de extracción para explicar el proceso. Si bien el concepto de isotermas puede ser una herramienta útil para evaluar la selectividad del DEHPA frente a diferentes metales en función del pH, se muestra totalmente insuficiente cuando lo que se pretende es obtener un modelo matemático que permita calcular y optimizar una planta de extracción, teniendo en cuenta todas las variables que intervienen en el proceso.
La extracción de Zn de la fase acuosa a la fase orgánica, se produce debido a la reacción selectiva entre este metal y el agente extractante (DEHPA).
2DH(org) + Zn^{+2} (aq) = D_{2}Zn(org) + 2H^{+} (aq)
Esta reacción es un proceso reversible, lo que hace que después sea posible la reextracción. Como toda reacción reversible, está regida por una constante de equilibrio termodinámica que es:
(I)K_{e} = \frac{[D_{2}Zn (org)]_{e} \cdot [H^{+} (aq)]_{e}{}^{2}}{[Zn^{+2}(aq)]_{e} \cdot [DR(org)]_{e}{}^{2}}
donde:
[D_{2}Zn (org)]_{e}: concentración de Zn (mol/L) en el equilibrio, en la fase orgánica;
[H^{+}(aq)]_{e}: Concentración de H+ (mol/L) en el equilibrio, en la fase acuosa;
[Zn^{+2}(aq)]_{e}: Concentración de Zn (mol/L) en el equilibrio, en la fase acuosa;
[DH(org)]_{e}: Concentración de H^{+} (mol/L) en el equilibrio, en la fase orgánica.
Esta misma constante puede expresarse también en función de flujos molares y caudales volumétricos de fase acuosa y orgánica, como sigue:
(II)K_{e}= (F_{Zn} (org) /F_{Zn} (aq)) \cdot (O/A) \cdot (Ra)^{2}
donde:
R_{a}: (F_{H}(aq)/F_{H}(org))^{2}, relación de ácidos libres en ambas fases;
O (m^{3}/h): caudal volumétrico de fase orgánica
A (m^{3}/h): caudal volumétrico de fase acuosa;
F_{Zn}(org) (mol/h): flujo molar de Zn en la fase orgánica cargada;
F_{Zn}(aq) (mol/h): flujo molar de Zn en la fase acuosa agotada;
F_{H}(aq) (mol/h): flujo molar de H^{+} en la fase acuosa agotada;
F_{H}(org) (mol/h) : flujo molar de H^{+} en la fase orgánica cargada.
Despejando F_{Zn}(org) de la ecuación (II), queda:
(III)F_{Zn} (org) = K_{e}\cdot F_{Zn} (aq) \cdot (A/O) \cdot (1/R_{a})^{2}
Teniendo en cuenta que K_{e} es constante, F_{Zn}(org), es decir la cantidad de Zn extraída una vez alcanza el equilibrio en una etapa de extracción, dependerá de tres factores, a saber:
1. Flujo molar de Zn en la acuosa agotada F_{Zn}(aq). Para un caudal de fase acuosa dado y el resto de condiciones de extracción constante, la cantidad de Zn que permanece en la fase acuosa agotada, dependerá principalmente de la concentración de Zn inicial de la acuosa cargada. A mayor concentración de Zn en la acuosa cargada, mayor cantidad de Zn será extraído, y por lo tanto, mayor .producción de Zn se obtendrá.
2. Relación entre caudales de fase orgánica y acuosa (A/O). Para un caudal de fase orgánica dado, a mayor caudal de fase acuosa alimentado a la etapa de extracción, mayor producción de Zn.
3. Relación de ácidos libres en ambas fases R_{a}. A mayor concentración de DEHPA libre en la fase orgánica y mayor caudal volumétrico de la fase orgánica, mayor será F_{H}(org), y por lo tanto, menor será este factor que relaciona los flujos de ácido en ambas fases, lo cual favorece la extracción de Zn. Este factor también decrece al disminuir FH(aq), lo cual se puede conseguir adicionando un neutralizante interno (amoníaco) que vaya retirando el ácido de la fase acuosa que se va generando en la extracción, y por desplazamiento del equilibrio, se favorece la extracción de Zn.
Al estar elevado al cuadrado, el factor de relación de ácidos es el término predominante en el equilibrio de esta reacción.
En definitiva, la producción de Zn (Zn extraído en la fase orgánica), en una etapa de extracción reactiva mediante DEHPA, dependerá de la concentración de Zn y de DEHPA iniciales, de los caudales tanto de fase acuosa como orgánica, y del uso o no de neutralizante interno.
Criterios de optimización de una planta de extracción
La optimización de una planta de extracción pasa por el cumplimiento de dos objetivos básicos:
1. Máxima producción de Zn. El flujo molar de Zn en la fase orgánica F_{Zn}(org), que es el Zn que se recupera en la reextracción, ha de ser máximo. Atendiendo a la ecuación (III), F_{Zn}(org) se incrementará cuanto mayor sea el flujo molar de Zn de la acuosa cargada, cuanto mayores sean la concentración de DEHPA y el caudal en la fase orgánica, y cuanto más neutralizante interno se utilice para desplazar el equilibrio hacia la extracción de Zn.
No se podría operar en una planta de extracción sin tener en cuenta la necesidad de ir purgando el total o una fracción de la fase acuosa agotada, con objeto de mantener en el circuito de fase acuosa, el volumen constante y un nivel de impurezas que no afecte a la calidad del producto que se va a obtener, que no es otro que el electrolito cargado de Zn que sale de la etapa de reextracción. Cuando mayor es la concentración de impurezas en la fase acuosa, mayor es la posibilidad de que sean extraídas o arrastradas y pasen a la etapa de reextracción.
Por lo tanto, el Zn no extraído, contenido en el caudal de purga, se perderá. Esto marca el segundo objetivo a cumplir.
2. Mínima concentración de Zn en la corriente de purga de fase acuosa. Es decir, el flujo molar de Zn en la fase acuosa agotada de la corriente de purga Fp_{Zn}(aq) ha de ser mínimo. Si se aplica la ecuación de equilibrio a la corriente de purga, despejando Fp_{Zn}(aq) queda como sigue:
(IV)Fp_{Zn}(aq) = (1/K_{e}) \cdot Fp_{Zn} (org)\cdot (R_{a})^{2}\cdot (O/A)
Si:
(V)FP_{Zn} (org) = Fp_{OZn} (aq)
siendo Fp_{OZn} el flujo molar de Zn de la acuosa cargada (antes del equilibrio), Fp_{Zn}(aq) será igual a cero puesto que todo el Zn de entrada a la etapa de extracción, habría pasado a la fase orgánica, y por lo tanto el flujo molar de Zn en la fase acuosa agotada seria nulo. Sustituyendo la ecuación (V) en la ecuación (IV), ésta quedará:
(VI)Fp_{Zn}(aq) = (1/k_{e})\cdot Fp_{OZn} (aq)\cdot (R_{a})^{2} \cdot (O/A)
Esta expresión tenderá a cero cuanto menores sean Fp_{oZn} y R_{a}, y paradójicamente, para que estos dos términos tiendan a cero, (O/A) ha de ser máximo, puesto que para mayor caudal de fase orgánica, mayor será F_{H}(org), y cuanto menor sea el caudal de fase acuosa, menor será Fp_{OZn}(aq).
En definitiva, para ir a un agotamiento máximo de la fase acuosa se requiere, al igual que para producción máxima, la mayor concentración de DEHPA posible, relación (O/A) máxima, aporte máximo de neutralizante interno y, por el contrario, mínima concentración de Zn y mínimo caudal de fase acuosa cargada.
Al ser objetivos contrapuestos, cumplir ambos en una misma etapa de extracción resulta complejo, y pasa por una solución de compromiso donde la producción máxima vendrá limitada por la concentración de Zn y el caudal de fase acuosa, ya que el máximo agotamiento implica siempre baja productividad de la etapa de extracción.
Una alternativa para salvar esta limitación, consiste en disponer en la planta dos tipos diferentes de etapas de extracción en función de los dos objetivos a cumplir:
a) Etapas de producción o saturación de fase acuosa: son aquellas etapas donde el objetivo a cumplir es de máxima producción sin tener en cuenta el grado de agotamiento. La fase orgánica se va cargando en Zn conforme va pasando de una etapa de extracción a otra. Por ello se puede incrementar la concentración de Zn por encima de 20 g/l (concentración de entrada acuosa en las plantas de extracción que funcionan en la actualidad), puesto que no se pretende que la acuosa de salida esté totalmente agotada, ya que se recirculará toda, a excepción de la fracción de purga. El ácido generado en la extracción se neutralizará externamente (por ejemplo, lixiviando óxidos de Zn (ZnO)), volviéndose a recircular a extracción, cargando nuevamente.
En estas etapas se va a extraer prácticamente la totalidad de la producción de Zn de la planta, sin necesidad de consumir neutralizante interno.
b) Etapas de agotamiento o purga de la fase acuosa. Son aquellas en que el objetivo a cumplir es el de máximo agotamiento de a fase acuosa sin tener en cuenta la productividad de la etapa de extracción. En las etapas de agotamiento se justificaría la utilización de amoníaco como neutralizante interno, puesto que ello permitiría tratar mayor caudal de purga, si hay necesidad de purgar el circuito y, lo que es más importante, entrar en agotamiento con una concentración de Zn superior, lo que supone poder entrar en las etapas de producción con una concentración de Zn en la acuosa cargada superior. Esto implica poder obtener mayor producción con la misma instalación.
De esta forma, en el global de la planta, se pueden conseguir ambos objetivos de elevada productividad y máximo agotamiento.
Una vez establecidos los criterios de optimización, lo único que se necesita para poder modelizar el proceso y evaluar la influencia de las diferentes variables que influyen en el mismo, es conocer el valor de la constante de equilibrio de la reacción de extracción.
\newpage
Determinación experimental de la constante de equilibrio K_{e}
Siendo teóricamente rigurosos, la constante de equilibrio termodinámica sólo es función de las concentraciones de las especies que intervienen en el equilibrio en disoluciones ideales. Para disoluciones reales:
K_{e} = f (a_{1}, a_{2}, a_{3}, ..., a_{i})
siendo "a_{i}" la actividad de la especie "i". La actividad de una especie en disolución se expresa como sigue:
a_{1} = \delta_{i}\cdot [a_{i}]
donde:
\delta_{i}: coeficiente de actividad de la especie "i";
[a_{i}]: concentración (mol/l) de la especie "i".
El coeficiente de actividad es un parámetro que mide el alejamiento del comportamiento ideal de una disolución.
Para una buena aproximación, se obtiene fijando dos constantes de equilibrio diferentes, a saber, una para las etapas de saturación y otra para las etapas de agotamiento. Los valores obtenidos experimentalmente son los siguientes:
a)
Etapas de saturación: K_{e} = 0,05
b)
Etapas de agotamiento: K_{e} = 0,08.
Utilizando estos dos valores para la constante de equilibrio de la reacción de extracción, se puede establecer un algoritmo de cálculo que permite diseñar una planta de extracción, así como optimizar todas la variables que influyen en el proceso.
Mediante diferentes ensayos realizados con unos parámetros de base de relación orgánica/acuosa de 1,71 y una concentración de DEHPA de 290 g/l, se obtuvieron los resultados que se recogen en la tabla que sigue:
\vskip1.000000\baselineskip
Zn Fe Q H_{2}SO_{4}
Acuosa Cargada 50 g/l 70-280 m^{3}/h
Acuosa Descargada 40 g/l 75-305 m^{3}/h
Acuosa Agotada <0,5 g/l 10-25 m^{3}/h
Acuosa Purificada 47 g/l
Agua depurada <1 ppm
Orgánica Circulante 100-400 m^{3}/h
Cto de Cu Cd 15%
Yesos 0,05%
Electrolito agotado 45 g/l 185 g/l
Electrolito cargado 100 g/l 100 g/l

Claims (8)

1. Procedimiento para la recuperación de zinc en forma de sulfato, partiendo de residuos ricos en óxidos de zinc, en particular un procedimiento hidrometalúrgico que permite la recuperación de zinc de alta pureza, así como de otros metales, a partir de residuos oxidados de zinc y mediante una extracción con solventes orgánicos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
a)
recuperación del zinc de la materia prima mediante una operación de lixiviación neutra;
b)
separación sólido-líquido de la lejía fértil de los residuos;
c)
lixiviación ácida para la recuperación de zinc residual y de otros metales, o la inertización de dichos metales;
d)
extracción del zinc mediante solventes orgánicos;
e)
lavado del solvente orgánico cargado en zinc, procedente de la etapa de extracción;
f)
reextracción del zinc con electrolito agotado procedente de la electrolisis, y
g)
recuperación del zinc procedente de la reextracción mediante electrolisis.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la lejía fértil entra directamente a la etapa de extracción.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la recuperación del zinc de la etapa c) comprende recuperar el zinc contenido en los residuos mediante lixiviación ácida, y a su vez, la recuperación de los demás metales para su revalorización o inertización.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la disolución acuosa de entrada a la extracción puede tener un contenido en zinc superior a los 50 g/l.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de extracción comprende a su vez una doble etapa de saturación y agotamiento.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de extracción comprende la neutralización interna con solución amoniacal en caso de que lo requiera la etapa de agotamiento.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de agotamiento, cuando se realiza la neutralización interna, permite la recuperación del neutralizante.
8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende la recuperación de todos los efluentes líquidos como aguas de proceso.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ES2454415A1 (es) * 2012-10-10 2014-04-10 Antonio ROS MORENO Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares

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