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Title: Cinética de lixiviação dos concentrados de zinco utilizados na Votorantim metais.
Authors: Souza, Adelson Dias de
metadata.dc.contributor.advisor: Leão, Versiane Albis
Keywords: Lixiviação química
Zinco
Silicatos
Sulfetos
Issue Date: 2007
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: SOUZA, A. D. de. Cinética de lixiviação dos concentrados de zinco utilizados na Votorantim metais. 2007. 98 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2007.
Abstract: A cinética de lixiviação de concentrados de zinco (sulfetados e silicatados) foi estudada no presente trabalho. Primeramente, foram avaliados os efeitos de temperatura, concentrações de íon férrico e ácido sulfúrico, velocidade de agitação e tamanho de partícula sobre a cinética de lixiviação de um concentrado sulfetado em soluções ácidas de sulfato férrico. O processo de lixiviação pôde ser separado em dois estágios. Inicialmente, a cinética de dissolução do concentrado sulfetado era controlada por reação química na superfície das partículas de sulfeto de zinco. Posteriormente, a cinética de dissolução era controlada pela difusão do íon férrico através da camada de enxofre elementar (camada de cinza) formada na superfície do sólido. A energia de ativação da etapa controlada por reação química foi de 6,6kcal/mol (27,5kJ/mol) e o valor encontrado para o estágio final, controlado por difusão do reagente na camada de produto foi de 4,7kcal/mol (19,6kJ/mol). As ordens de reação com respeito à concentração de íon férrico e ácido sulfúrico eram cerca de 0,50 e 1,00, respectivamente. As análises de MEV-EDS das partículas de sulfeto “in natura” e lixiviadas mostraram um progressivo aumento da espessura da camada de enxofre elementar sobre a superfície do sólido. A formação desta camada de enxofre era uma evidência adicional da mudança da etapa controladora do processo de dissolução do sulfeto com o progresso da reação. Também foi estudada a cinética de lixiviação do concentrado calcinado de silicato de zinco, incluindo os efeitos do tamanho de partícula (0,038–0,075mm), temperatura (30 o C–50 o C) e concentração inicial de ácido (0,2–1,0 mol/L). Os resultados mostraram que a redução do tamanho de partícula aumenta levemente a velocidade de lixiviação, enquanto a temperatura e a concentração de ácido sulfúrico têm uma grande influência na dissolução. À medida que ocorre a lixiviação, há uma progressiva dissolução da willemita mantendo-seas fases ricas em quartzo e ferro praticamente inertes. Dentre os modelos cinéticos aplicados a sólidos porosos testados no presente trabalho, o “modelo do grão” com controle por difusão nos poros descreveu de forma satisfatória a cinética de dissolução do concentrado calcinado silicatado de zinco. Através da utilização deste modelo, foi possível determinar a energia de ativação e ordem de reação com respeito a concentração de ácido sulfúrico, obtendo os valores de 50,7kJ/mol e 0,64, respectivamente, os quais são, provavelmente, conseqüências da natureza paralela dos processos de difusão e reação química no sólido poroso. Além disto, os estudos de lixiviação do silicato de zinco mostraram que o teor de ferro no concentrado silicatado de zinco não afeta a extração de zinco, uma vez que a cinética de dissolução dos concentrados com alto teor (10-11%) ou baixo teor (3%) é similar. A energia de ativação encontrada para a lixiviação do concentrado de alto ferro, 13,1±5,1kcal/mol, era estatisticamente igual àquela observada para o material com baixo teor de ferro, 16,0±2,2kcal/mol, sugerindo que o processo de dissoluçãode ambos os materiais seja controlado pela mesma etapa controladora. As análises estatísticas dos experimentos de lixiviação mostraram que o aumento do teor de ferro no silicato de 5% para 9% não resultou em redução significativa nas extrações. Para os concentrados de baixo teor, a extração foi de 98,5% enquanto que para os de alto teor foi de 97,5%. Além disto, o concentrado com alto teor de ferro viabiliza uma maior recuperação de massa durante o processo de flotação do minério silicatado. Foi proposta uma nova rota tecnológica para utilização de concentrado com altoteor de ferro, que inclui a remoção de impurezas (Ge, As, Sb), eliminando a necessidadede integração com processo RLE.
metadata.dc.description.abstracten: The leaching kinetics of zinc concentrates (suphides and silicates) was studied. Firstly, the effects of temperature, ferric ion and sulphuric acid concentrations, agitation speed and particle size on the leaching kinetics of a zinc sulphide concentrate in acid ferric sulphate medium were investigated. The leaching process could be separated into two stages. Initially, the dissolution kinetics was controlled by the chemical reaction at the surface of the zinc sulphide particles followed by a second step where the reaction was controlled by diffusion of the reagents or productsthrough the elemental sulphur (ash) layer. The activation energy of the chemical controlled step was 6.6kcal/mol (27.5kJ/mol) and the value determined for the diffusion controlled step was 4.7kcal/mol (19.6kJ/mol). The reaction order with respect to ferric ion and sulphuric acid concentrations were approximately 0.50 and 1.00, respectively. Analysis of the unreacted and reacted sulphide particles by SEM-EDSshowed a progressive increase of the thickness of the elemental sulphur layer on thesolid surface. The development of this sulphur layer was a further evidence of the change on the rate-controlling step as the reaction progress. Also studied was the leaching kinetics of the zinc silicate calcine including the effects of particle size (0.038–0.075mm), temperature (30 o C–50 o C) and initial acid concentration (0.2–1.0 mol/L). The results showed that decreasing particle size slightly increases the leaching rate, while temperature and acid concentration have a stronger effect on dissolution. As leaching occurs, there is a progressive dissolution of willemite while the quartz and iron-containing phases remain inert. Among the kinetic models for porous solids tested, the grain model with porous diffusion control successfully described the zinc dissolution kinetics. The model enabled the determination of an activation energy and reaction order with respect to sulphuric acid values of 50.7kJ/mol and 0.64, respectively, which are likely a consequence of the parallel nature of diffusion and chemical reaction in porous solids. In addition, zinc silicate leaching studies have shown that the iron content in zinc silicate concentrates does not affect zinc extraction as the dissolution kinetics of concentrates with either high (10-11%) or low iron (3%) content are similar.The activation energy determined for the high-iron concentrate leaching, 13.1±5.1kcal/mol, was statistically similar to that observed for the low-iron material, 16.0±2.2kcal/mol. This suggests that the leaching of both solids presents the same rate-controlling step. The statistical analysis of the leaching experiments showed that increasing the iron content of the silicate from 5% to 9% iron does not result in a significant reduction in extractions, as 98.5% zinc dissolution was achieved for the low-iron concentrate. In the meantime, a zinc extraction of 97.5% was observed for the high-iron sample. Furthermore, high iron contents in the silicate concentrate enable a higher mass recovery during flotation. A flowsheet was proposed utilizing the high iron content of the silicate to remove impurities during the hydrometallurgical processingof zinc silicates
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3248
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