La produzione globale di zinco dipende in larga misura dalla lavorazione della blenda di zinco. Oltre il 95% dello zinco mondiale viene prodotto da questa fonte minerale. Prima di poter recuperare lo zinco metallico mediante metodi idrometallurgici o pirometallurgici è necessario eliminare lo zolfo presente nel concentrato. Questo viene fatto riscaldando il solfuro di zinco (ZnS) ad alte temperature, trasformandolo nell'ossido di zinco più attivo (ZnO).
L'anidride solforosa ottenuta durante questo processo viene poi convertita in acido solforico. Tuttavia, il solfuro di ferro nel minerale causa problemi, poiché si trasforma in ferrite di zinco (ZnO·Fe2O3) quando reagisce con l'ossido di zinco. Per garantire una produzione di zinco di alta qualità, la soluzione disciolta viene sottoposta a fasi di purificazione prima dell'elettrolisi.
Questa Application Note di processo descrive in dettaglio l'analisi online di parametri chiave come il contenuto di zinco, acido solforico e ferro. Il 2060 TI Process Analyzer di Metrohm Process Analytics offre misurazioni precise ed efficienti, riducendo tempi, manodopera ed errori umani.
Oltre il 95% dello zinco mondiale proviene dalla blenda di zinco (ZnS) [1]. Prima di ottenere lo zinco metallico, che può essere ottenuto mediante tecniche idrometallurgiche o pirometallurgiche, è necessario eliminare lo zolfo presente nel concentrato.
Ciò si ottiene mediante arrostimento o sinterizzazione ad alte temperature (>900 °C), facendo sì che il solfuro di zinco (ZnS) si trasformi nel più reattivo ossido di zinco (ZnO) (Equazione 1). L'anidride solforosa acquisita viene convertita in acido solforico all'interno di un vicino impianto collegato alla fonderia.
Se nel minerale è presente solfuro di ferro, verrà trasformato in ossido di ferro (III) (Fe2O3), che poi reagisce con l'ossido di zinco (ZnO) per produrre ferrite di zinco (ZnO·Fe2O3). Questo composto di zinco è difficile da recuperare, rendendo più desiderabili i minerali a basso contenuto di ferro.
Nella fase di lisciviazione (lisciviazione con acido caldo) mostrata nella Figura 1, l'ossido di zinco viene isolato dagli altri calcini formati nel processo di tostatura. L'isolamento viene effettuato utilizzando acido solforico (elettrolita esaurito) per creare solfato di zinco (ZnSO4) e acqua (Equazione 2).
Lo zinco si dissolve e il ferro precipita, mentre altri metalli come piombo e argento rimangono non disciolti. Tuttavia, la soluzione risultante contiene anche impurità, come tracce di metalli, che devono essere rimosse per produrre zinco di elevata purezza.
La purificazione del primo e del secondo stadio prima dell'elettrolisi viene effettuata mediante precipitazione o cementazione della polvere di zinco. La risultante soluzione purificata di solfato di zinco neutro viene quindi sottoposta a elettrolisi nella stanza delle celle per creare zinco metallico.
Nel complesso processo di raffinazione dello zinco, un'analisi efficiente e accurata di parametri chiave come zinco, acido solforico e ferro è fondamentale per mantenere condizioni di processo ottimali e garantire una produzione di zinco di alta qualità. I metodi tradizionali di analisi di laboratorio sono stati utilizzati a lungo per determinare questi parametri, ma spesso richiedono molto tempo, molto lavoro e sono soggetti a errori umani. È qui che entrano in gioco i sistemi di analisi online, rivoluzionando il modo in cui vengono effettuate queste misurazioni critiche nel settore della raffinazione dello zinco.
In diverse fasi del processo di raffinazione dello zinco, vengono utilizzati analizzatori di processo online per determinare le concentrazioni di acido, zinco e ferro per il monitoraggio del tasso di completamento. Metrohm Process Analytics offre una soluzione di analizzatore di processo multiparametrico per l'analisi simultanea di tali analiti in un ampio intervallo di concentrazioni: il 2060 TI Process Analyzer (Figura 2). Con questo analizzatore di processo è possibile realizzare altre combinazioni di misurazioni (ad esempio pH), nonché punti di misurazione presi da più flussi.
La concentrazione di acido viene misurata mediante una semplice titolazione acido/base mentre la concentrazione di zinco viene analizzata mediante una titolazione complessometrica. Il ferro ferrico viene analizzato mediante titolazione redox. Un'altra impurità comune, il cobalto, può essere misurata con la fotometria, mentre altri metalli in tracce possono essere misurati mediante voltammetria (Tabella 1).
Oltre all'analisi chimica, il precondizionamento del campione è un fattore cruciale per il successo dell'analisi online. La Figura 2 mostra 2060 TI Process Analyzer con un pannello di precondizionamento personalizzato in grado di gestire questo tipo di campione di liquame. A causa dell'ambiente acido e dell'elevata temperatura del campione, tutte le parti sono realizzate (o rivestite) con perfluoroalcossi (PFA) o politetrafluoroetilene (PTFE).
Tabella 1. Parametri da monitorare nel processo di raffinazione dello zinco. Sono suggerite diverse tecniche di misurazione in base all'intervallo di concentrazione.
| Parametro | Intervallo di concentrazione | Tecnica |
|---|---|---|
| Zn2+ | 0–2 mg/L | Fotometria |
| Zn2+ | 10–90 g/L | Titolazione |
| H2SO4 | 50–200 mg/L | Titolazione |
| Cobalto | 0.01–1.5 mg/L | Fotometria |
| Trace metals | <0.05 mg/L | Voltammetria |
È necessario misurare anche impurità come nichel, cobalto, rame, cadmio, antimonio e germanio per motivi di controllo della qualità del prodotto, efficienza del processo, conformità ambientale, salute e sicurezza. Inoltre, la misurazione di queste impurità è fondamentale per la risoluzione dei problemi del processo e il potenziale recupero di risorse preziose.
Queste impurità possono essere monitorate con un analizzatore di processo voltammetrico dedicato nei filtrati di purificazione e nei treni di reattori (Figura 1). Questo analizzatore di processo può essere utilizzato anche per monitorare le tracce di metalli negli effluenti dell'impianto di zinco per scopi ambientali.
In conclusione, la produzione di zinco dalla blenda di zinco comporta la rimozione dello zolfo, il recupero dell’ossido di zinco e la purificazione della soluzione. I sistemi di analisi online come il 2060 TI Process Analyser svolgono un ruolo fondamentale nel monitorare vari parametri e garantire una produzione di zinco di alta qualità. Aiutano inoltre a misurare le impurità per il controllo della qualità e l'ottimizzazione del processo. Questi strumenti hanno rivoluzionato il settore della raffinazione dello zinco, migliorandone l’efficienza e il rispetto ambientale.
- Production - Zinc.Org India. http://zinc.org.in/why_zinc/production/
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