Use este identificador para citar o ir al link de este elemento:
http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8EAMQQ| Tipo: | Tese de Doutorado |
| Título: | Estudo cinético do ustulado de zinco da votorantim metais: mecanismo não catalítico associado á caracterização e á determinação de tempos de residência |
| Autor(es): | Julio Cezar Balarini |
| primer Tutor: | Adriane Salum |
| primer miembro del tribunal : | Adelson Dias de Souza |
| Segundo miembro del tribunal: | Marcelo de Matos |
| Tercer miembro del tribunal: | Roberto Mattioli Silva |
| Cuarto miembro del tribunal: | Maria Elisa Scarpelli R e Silva |
| Resumen: | O objetivo deste trabalho foi o estudo da lixiviação sulfúrica de concentrado ustulado de zinco, proveniente da Votorantim Metais Zinco, que envolveu três grandes etapas: uma caracterização completa da matéria-prima antes e após a ustulação, determinação da cinética de lixiviação do concentrado ustulado em meio sulfúrico e o uso do balanço populacional em conjunto com a determinação de tempos de residência como ferramentas de análise do comportamento da extração de zinco em reatores reais. Na etapa de caracterização, a análise de MEV/EDS, em conjunto com a técnica de difração de raios-X, permitiram identificar a presença significativa de esfalerita (ZnS) remanescente e a presença da ferrita de zinco (ZnFe2O4) nas amostras de concentrado ustulado, indicando possíveis problemas relativos ao processo de ustulação. As análises das micrografias das seções polidas do concentrado ustulado corroboram o mecanismo de oxidação da esfalerita contendo ferro (Zn,Fe)S proposto pelos pesquisadores Graydon e Kirk (1988), que é constituído por uma etapa de difusão do ferro para a superfície das partículas, por uma etapa de oxidação simultânea dos sulfetos de zinco e de ferro e por uma etapa de separação das fases ZnO e ZnFe2O4. Os resultados do estudo cinético revelaram que, mesmo em condições muito brandas de lixiviação (Cácido = 4 g.L-1 e T = 30ºC), a conversão das partículas de concentrado ustulado atinge seu valor máximo nos primeiros cinco minutos de reação, indicando elevada taxa de extração de zinco. A modelagem cinética dos dados das curvas de conversão em função do tempo, utilizando os modelos do Núcleo em Diminuição e de Conversão Progressiva, mostra que, matematicamente, tanto a difusão na camada de cinzas quanto a reação química são etapas que descrevem esses ensaios de lixiviação. Porém, a análise física do processo aponta que a etapa de reação química é a mais adequada para descrever a lixiviação em questão, uma vez que não há a formação de camada de produtos inertes devido à redução do tamanho das partículas em função do tempo (Modelo do Núcleo em Diminuição). Os parâmetros termodinâmicos e cinéticos que representam a lixiviação do concentrado ustulado em meio sulfúrico possuem valores estimados da ordem de: 13,45 kJ.mol-1 para a energia de ativação, 11,07 kJ.mol-1 e -256,20 J.mol-1.K-1 para a entalpia e entropia aparentes, respectivamente, e 3,00 x 10-2 cm.s-1 para a velocidade da reação química. O concentrado ustulado, analisado pela ótica de sistemas multiparticulados, é descrito pelo modelo de distribuição granulométrica RRB (Rosin-Rammler-Bennet). Os resultados dessa descrição em conjunto com o equacionamento do balanço populacional e a determinação de tempos de residência mostram que o tempo adimensional para se atingir a conversão máxima das partículas é igual a 6 e que, baseado nesse tempo, são necessários três reatores contínuos de mistura (CSTR) para se atingir o mesmo nível de conversão de um reator de fluxo pistonado. |
| Abstract: | The objective of this work was the study of the sulphuric leaching of roasted zinc concentrate, from Votorantim Metais - Zinco, that involved three great stages: a complete characterization of the raw material before and after the roasting step, leaching kinetic determination of the roasted concentrate in sulphuric acid and the use of the population balance description with the residence time distribution as analysis tools ofthe behaviour of zinc extraction in real reactors. In the characterization stage, the SEM/EDS analysis, with the X-ray diffraction technique, allowed to identify significant presence of remaining sphalerite (ZnS) and the presence of the zinc ferrite (ZnFe2O4) in the roasted concentrate samples, indicating possible problems in the roasting process.The micrographs analyses of the polishing sections of the roasted concentrate corroborate the oxidation mechanism of the iron bearing sphalerite - (Zn, Fe)S proposed by Graydon and Kirk (1988), which is constituted by a stage of iron diffusion into the particles surface, by a stage of simultaneous oxidation of zinc and iron sulphides and bya separation stage of ZnO from ZnFe2O4. The results of the kinetic study had revealed that, even in mild leaching conditions (Cácid = 4 g.L-1 and T = 30ºC), the particles conversion of the roasted concentrate reaches its maximum value among the first five minutes of reaction, indicating a high zinc extraction rate. The kinetic modelling of the of the conversion curves data, using the Shrinking Core and Progressive Conversion models, shows mathematically that both the diffusion in the product layer and thechemical reaction are stages that describe the leaching assays. However, the physical analysis of the process points that the stage of chemical reaction describes better the leaching in question, because does not have the formation of an inert layer of products due to reduction of the particles size in function of time (Shrinking Core Model). Thethermodynamic and kinetic parameters that represent the leaching of the roasted concentrate in sulphuric acid have values of the order of: 13,45 kJ.mol-1 for the activation energy, 11,07 kJ.mol-1 e -256,20 J.mol-1.K-1 for the apparent enthalpy and entropy, respectively, and 3,00 x 10-2 cm.s-1 for the chemical reaction constant rate. The roasted concentrate is described by RRB model (Rosin-Rammler-Bennet) of size distribution. The results of this description with the population balance equations andwith the residence time distribution show that the adimensional time to reach the maximum conversion of particles is equal the 6 and based in this time three continuous reactors of mixture (CSTR) are necessary to reach the same level of conversion of a plug flow reactor. |
| Asunto: | Engenharia quimica |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8EAMQQ |
| Fecha del documento: | 6-nov-2009 |
| Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado |
archivos asociados a este elemento:
| archivo | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tese_julio_c_zar_balarini.pdf | 17.52 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Los elementos en el repositorio están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, salvo cuando es indicado lo contrario.