Cinética de lixiviação dos concentrados de zinco utilizados na Votorantim metais.

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.