TESIS
Optimización de los parámetros de operación del proceso de reciclado de zinc
Fecha
2018-03-09Registro en:
Gamboa Bamaca,Omar Osmin . (2017). Optimización de los parámetros de operación del proceso de reciclado de zinc. (Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. México.
Autor
Gamboa Bamaca, Omar Osmin
Institución
Resumen
RESUMEN:Actualmente el zinc es uno de los metales no ferrosos más utilizados, enseguida del aluminio
y cobre. Es ampliamente utilizado en industrias como la metalúrgica, química, agricultura,
pinturas, etc. Una parte del zinc que se consume en el mundo proviene del zinc recuperado
de fuentes secundarias tales como los polvos de horno de arco eléctrico y residuos del proceso
de galvanizado (dross de zinc). Para el reciclado de estos materiales se utiliza un horno
rotatorio en el cual se efectúa la reducción de los metales zinc, plomo y cadmio que se
evaporan y posteriormente vuelven a oxidarse para dar lugar al denominado Óxido Waelz.
El presente estudio tiene como objetivo analizar desde el punto de vista aerodinámico,
termodinámico y cinético la reducción de pellets de zinc a alta temperatura, los cuales
proveen útiles indicaciones para el proceso Waelz.
Para abordar este trabajo de investigación el material de estudio (dross de zinc) se peletizó
con dos tipos de agente reductor (Carboss 96 y Antracita P6), respectivamente. La
recuperación del zinc a partir de dross de zinc se hizo empleando el proceso pirometalúrgico
conocido como proceso Waelz variando la temperatura de 1000, 1100 y 1200 °C con tiempo
de residencia de 5, 10, 15 y 20 minutos, respectivamente; se realizó un análisis químico, por
difracción de rayos X y MEB de la escoria generada. Los resultados obtenidos de la
caracterización del dross de zinc muestran una composición de 64 % de zinc. El análisis DRX
muestra la presencia de cuatro fases: ZnO, ZnFe2O4, ZnSiO4 y SiO2; los mejores resultados
obtenidos para la recuperación final del zinc durante el proceso Waelz se logró utilizando
Carboss 96. El análisis termodinámico que se efectúa en este trabajo permite determinar el
efecto de la temperatura y cantidad de carbón para la eliminación de Zn, Pb, Ag y Cd durante
el proceso Waelz. La simulación numérica permitió obtener la mejor ubicación y distribución
de los pellets dentro del horno de tubo con la cual se logró que los pellets reaccionaran de
forma homogénea. El modelo cinético que estudia la reducción del óxido de zinc es el modelo
de grano, obteniendo una energía de activación aparente de 140.3624 kJ/mol K y 66.9759
kJ/mol K para Antracita P6 y Carboss 96 con un factor de frecuencia de 559.7425 y 3.5576,
respectivamente.
ABSTRACT:Today the zinc is one of the most used metals, like aluminum and copper. It is widely used
in industries such as metallurgy, chemistry, agriculture, paints, etc. Part of the zinc consumed
in the world comes from the zinc recovered from secondary sources such as electric arc
furnace dust and residues from galvanizing process (dross of zinc). A rotary kiln is used for
the recycling of these materials in which the reduction of metal as zinc, lead and cadmium.
These metals evaporate and then oxidize again to give rise to the so called Waelz Oxide.
For this reason, the objective of the present study is to analyze from the aerodynamic,
thermodynamic and kinetic point view the reduction of high temperature zinc pellets, which
provide useful indication for the Waelz process.
To approach this research work, the material of study (powders with zinc) was mixed with
two types of coke (Carboss 96 and Anthracite P6), respectively. The pellets were
characterized by chemical analysis using atomic absorption and X-ray diffraction (XRD); the
recovery of zinc from the dross of zinc was done using the pyrometallurgical process known
as the Waelz process, using the temperature 1000, 1110 and 1200 °C, with residence time of
5, 10, 15 and 20 minutes, respectively. Chemical, X-ray diffraction and SEM analysis were
carried out of the slag generated.
The results obtained from the characterization of the zinc powders show a composition of
64% zinc. The XRD analysis show the presence of four phases: ZnO, ZnFe2O4, ZnSiO4 and
SiO2; the best results obtained for the final recovery of zinc during the Waelz process were
achieved using Carboss 96. The thermodynamic analysis carried out in this work allows to
determine the effect of temperature and amount of coal for the elimination of Zn, Pb, Ag and
Cd during the Waelz process. The numerical simulation allowed to obtain the location and
optimal distribution of the pellets so that they react homogeneously inside the tube furnace.
The kinetic model that studies the reduction reaction of zinc oxide is the grain model,
obtaining an apparent activation energy of 140.3624 kJ/mol K and 66.9759 kJ/mol K for
Anthracite P6 and Carboss 96 with a frequency factor of 559.7425 and 3.5576, respectively.