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A PRECIPITAÇÃO DA JAROSITA NA COMPANHIA PARAIBUNA DE METAIS
RESUMO
ANTONIO LUIZ DE ALMEIDA 1
WALTEP MAGALHÃES FILHO 2
RONIE MAURO DA SILVA 3
TONE TAKAYAMA FILHO 4
Na extração eletrolítica do zinco, é necessária a eliminação do ferro da solução de sulfato de zinco antes desta solução ser enviada para eletrólise. O processo utilizado na Companhia Paraihuna de Metais é o de sua precipitação na forma de jarosita.
A jarosita anteriormente produzida na empresa, era normalmente contaminada por metais pesados que, além de possíveis problemas ambientais, causavam perdas significativas no rendimento global da Planta.
Este trabalho relata os resultados dos estudos realizados peloCen tro de Pesquisas da Companhia Paraibuna de Metais, visando a ob-tenção de um precipitado de jarosita de alta pureza, bem como faz uma comparação entre 9 processo convencional e o processo es tudado.
ABSTRACT
A residue containing high values of silver and lead is obtained from hydrometallurgical treatment of zinc sulphide concentrate calcines at CPM.
The charactheristics of this material made it possible therecover of these metals by using flotation thecniques.
This paper presents the differential process of flotation 、・カ・ャセ@for this residue.
1 Engenheiro Químico Chefe do Centro de Pesquisas da CPM 2 Engenheiro de Minas do Centro de Pesquisas da CPM 3 Engenheiro Químico do Centro de Pesquisas da CPM 4 Engenheiro Metalúrgico do Centro de Pesquisas da CPM
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INTRODUÇAO:
A Cia Paraibuna de Metais produz zinco eletrolítico a pa!
tir de concentrados sulfetados de zinco. Nestes concentrados ・ウエセッ@
presentes diversas impurezas. Sendo o ferro a impureza em maior te
or sua ・ャゥュゥョ。セッ@ do circuito é feita isoladamente por um processo
especial de ーイ・」ゥーゥエ。セッN@
A tecnologia usual para o processamento de um concentrado
desta natureza consiste, numa primeira etapa, de uma 」。ャ」ゥョ。セッ@ オウセ@
tulante deste concentrado onde セウオャヲ・エッウ@ ウセッ@ transformados em óxi
dos segundo a ・アオ。セッ@ geral (1), assim representada.
MeS + 3/2 02 MMセ@ MeO + so 2 + calor ( 1)
mセ@ representa todos elementos metálicos presentes.Esta イセ@
ação é exotérmica, auto sustentável se passando a uma temperatura ュセ@
d1a 950°C o calor é recuperado gerando vapor,necessário a outras uni
dades da planta. Os gases com 7,0 - 9,0% de so2 , após a 、・ーオイ。セッLウセ@
guem para a fábrica de ácido sulfúrico.
Na 」。ャ」ゥョ。セッ@ ustulante todos os sulfetos ウセッ@ transforma
dos em óxidos ( MeO ) que seguem para a segunda etapa de ・クエイ。セッ@ do
zinco onde ウセッ@ solubilizados com a ウッャオセッ@ extinta de ácido sulfúri
co que retorna das células eletrolíticas.
A ャゥクゥカゥ。セッ@ é feita em duas etapas, uma neutra e uma áci
da a quente, sendo todo zinco solubilizado assim como a maior parte
das impurezas que se transformam em sulfatos solúveis.
A ウッャオセッ@ de sulfato de zinco ( ZnS04 ) é purificada inici
almente por cementação com pó de zinco dos diversos elementos metáli
c os ( Cu, Cd, Ni, C o, Tl, As, Sb, .... ) . O ferro é precipitado na foi
ma de jarosita, goetita ou hematita. E, finalmente o chumbo e a pra
ta ウセッ@ separados na forma de um resíduo de Pb/Ag assim como a sílica
e demais sulfatos insolúveis.
Na Cia Paraibuna de Metais o ferro é precipitado pelo pro-
...
205
cesso da jarosita que é um sulfato básico de ferro cuja fórmula qu!
mica é a seguinte: NH 4 . Fe 3 (504 l 2 COH) 6
No fluxograma simplificado da figura 1, tem-se uma idéia
melhor do processo de extração do zinco utilizado na CPM.
O objetivo deste trabalho é mostrar como a precipitaçãorn
ferro era feita pelo processo convencional da jarosita e como atua1
mente é conduzido após.a introdução de uma etapa anterior a precip!
tação, denominada neutralização prévia da solução proveniente do 」ゥセ@
cuito de lixiviação ácida, bem como fazer uma analogia entre os do
is processos.
2 - PROCESSO CONVENCIONAL DE PRECIPITAÇAO DA JAROSITA.
Quando o concentrado sulfetado de zinco é submetido a cal
cinação ustulante, parte do ferro combina com o zinco e oxigênio fQr
mando as ferritas de zinco C ZnO.Fe 2o3 J, que no circuito.da lixívia
ção neutra se constituirá no resíduo de lixiviação denominado polpa
da lixiviação neutra. Esta polpa, além das ferritas, contém também
o excesso de calcinado usado no ajuste do pH final ( 4,5 - 5,5 ),bem
como a parte do ferro precipitado como hidróxido férrico (Fe (OH3 )e
outras várias impurezas.
No quadro 1 tem-se as análises médias do calcinado e da
polpa de lixiviação neutra
206
Quadro 1
Elemento Calcinado % Polpa Neutra %
Zn 5,0,00 - 60,00 25,00 - 30,00
Fe s,oo - 10,00 10,00 - 12,00
Cd 0,20 - 0,40 o' 10 - 0,20
Cu 0,30 - 0,60 1 '00 - 3,00
Pb 1 ,00 - 2,50 1,00 - 2,50
C aO 0,20 - 0,80 0,20 - 0,80
MgO o, 10 - 0,60 o, 10 - 0,60
Si02
1,50 - 2,50 2,00 - 4,00
Ni 0,002 - máx. 0,002 - máx.
C o 0,002 - máx. 0,002 - máx.
S(sulfeto) o' 15 - 0,20 0,20 - 0,50
Dando sequência a lixiviação, a polpa de lixiviação neu -
tra é subme t ida a uma lixiviação ácida a quente para recuperação do
zinco e outros metais não solubilizados na fase anterior. Todo o fer
ro é também dissolvido e sua eliminação do circuito é feita por ーイセ@
cipitação em meio ácido na forma de sulfato básico ( jarosita ) a
partir das soluções clarificadas provenientes do circuito anterior,
em temperatura elevada ( 95°C ) e em acidez de 10 - 20g/l de H2so4,
segundo a equação (2) abaixo: 1
2NH 3+ 3Fe2 (S04 )3+12 H20 セ@ 2NH 4Fe 3 (S0 4 ) 2 (0H) 6 + 5HzS0 4 (2) 2
A solução proveniente da lixiviação ácida chega aos tan -
ques de precipitação da jarosita a uma acidez de 40 - 50 g/1 e tem
peratura de 70- 80°C. Enquanto a reação (2) se passa há geraçãore
acidez que tende a deslocar o equilíbrio químico no sentido 2, 。ャエセ@
rama cinética de precipitação do ferr o . Isto tem que ser evitado,
207
para se atingir a remoção desejada de Fe 3+.
O controle de acidez é normalmente feito por adição de 」セ@
centrado calcinado, sendo as ferritas contidas nestes concentrados
descartadas junto com a jarosita formada por não se dissolverem nas
condições de trabalho desta fase. Isto acarreta perdas significati
vas de zinco, chumbo, cobre, cádmo e prata além de possíveis probl!
mas ambientais com o acondicionamento do resíduo.
Sais de sódio, potássio e amonia ou seus hidróxidos po -
dem ser utilizados como alternativas para a amonia líquida HnhセILョ。@
reação (2).
O quadro 2 apresenta uma composição média da jarosita ob
tida pelo processo convencional.
Quadro 2
Zn% Fe» Cd% Cu% Pb% Ag/g/1
50 - 70 22 0-25_,0 Oi10-0J15 o 30-0 50 RLPMセLッ@ 170-250
3- O PROCESSO DE PRODUÇAO DA JAROSITA DE ALTA PUREZA.
A CPM estudou atráves de seu Centro de Pesquisas uma vari
ação do processo da jarosita de precipitação do ferro, objetivando
ュ・ャィッイセ。イ・」オー・イ。 ̄ッ@ do zinco, dos metais secundários e cbnsequent!
mente a obtenção de uma jarosita mais pura e inerte, que pudesse
ser estocada sem os possíveis problemas ambientais causados ー・ャッウセ@
tais pesados.
Estudou-se inicialmente,em escala de laboratório e piloto,
a ョ・オエセ。ャゥコ。 ̄ッ@ prévia da solução de lixiviação ácida que contém tQ
do o ferro dissolvido , para valores de acidez iguais aqueles que são
mantidos nos tanques de formação da jarosita. Nesta fase dos estu±s
procurou-se determinar as condições adequadas à neutralização sem
208
que houvesse precipitação prem3tura da jarosita. Posteriormente es
tudou-se também a precipitação da jarosita de alta pureza a partir
da soluçaõ clarificada proveniente desta etapa de neutralização pr!
via. O fluxograma resumido da figura 2 mostra como ficou o processu
3.1. A NEUTRALIZAÇAO PREVIA DA SOLUÇAO ACIDA.
A cinética de precipitação da jarosita é sensivelmente a
fetada pela temperatura, acidez do meio e concentração de íons Fe 3:
Entretanto soluções mesmo com alto teor de Fe3+e baixa acidez são es
táveis a temperaturas inferiores a 65°C. Assim a uma temperatura in
feriar a 65°C, a acidez pode ser baixada para 5-10 g/1, num tempo
curto, por adiçaõ de um agente de neutralização sem haver formação
prematura da jarosita. Desse modo a solução resultante após o ・ウー・セ@
sarnento da polpa, é enviada clarificada aos tanques de precipitação
onde é obtido uma jarosita livre de metais contaminantes.
O agente de neutralização neste caso pode ser a polpa de
lixiviação neutra que é facilmente dosada. Ela tem alto poder de ョセオ@
tralização e contém alto teor de sólidos solúveis naquelas condições
No entanto havendo variações nas condições de trabalho é possível
que o poder de neutralização da polpa neutra seja insuficiente para
a neutralização até aos níveis desejados. Neste caso é feito a com
plementação com concentrado calcinado.
No quadro 3 são apresentadas as composições das soluções
de alimentação e saída dos tanques de neutralização. Vale acrescen
tar que na saída do circuito ácido a temperatura varia de 70 - 80°
C, sendo portanto necessário o seu resfriamento para 60 - 65°C.
209
Quadro 3
Solução Elemento q/1 Zn Fe Cd Cu H2so4
Alimentação 80-100 7-20 o' 5-1,5 2-4 40-50
Saída 90-110 7-20 0,5-2,0 2-5 5-10
O resíduo da lixiviação prévia, após o espessamento, é en
viado para o circuito de lixiviação ácida para solubilização das fer
ritas. No quadro 4 é mostrada a composição ュ←セゥ。@ desta polpa.
Quadro 4
Zn% Fe% Pb% Cd% Cu% Ag g/t
12 - 16 18 - 22 2,5-5,0 o' 10- o' 20 o, 50- 1 'o 200 - 250
A neutralização é feita em dois tanques de BOm' e o con -
trole é feito dosando a alimentação de polpa no primeiro tanque.Por
ocasião da implantação industrial do processo houve necessidade de
se estabelecer o limite mínimo de acidez para o qual a decantação da
polpa e clarificação da solução são adequadas às etapas subsequentes
de operação da fábrica. A acidez prática encontrada oscila entre 7-
9 g/1 na saída do último tanque e na saída do espessador entre 5 - 7
g/1. Para acidez inferior à estes limites tem-se o início da hidró
lise de sulfato férrico que é inconveniente.
3.2. A PRECIPITAÇAO DA JAROSITA.
A solução clarificada proveniente do espessador da neutra
lização é inicialmente aquecida a 90 - 95°C num trocador de calor de
placas e em seguida enviada a 3 tanques de 80 m' para a precipitação
210
do ferro, sendo a temperatura mantida no mínimo a 95°C por injeção
de vapor.
Existem vários fatores que afetam a formação e ーイ・」ゥーゥエセ@
ção da jarosita, entre os quais destacam-se a 」ッョセ・ョエイ。 ̄ッ@ inicial
de íons Fe 3+ ; a acidez inicial e final; concentração de amonia
( NH 3 ); a presença de núcleos de cristalização ( sementes ); o tem
po e a temperatura .
Mantendo os parâmetros temperatura, tempo, concentração de
amonia e volume de ·solução constantes, a acidez gerada durante a ヲッセ@
mação da jarosita varia na taxa de 1,46 grama para cada grama de í
ons Fe 3+ precipitados.
3+ 2-2NH3 + 6Fe + 9 504 + QRh R Pセ@ 2NH 4 Fe 3 (S04) 2(0H) 6 + 5H 2S04 (3)
3+ o 6 Fe 5H 2S 4
6 X 55,85 5 X 98,078 X 7 1 , 46 g
lg X
O controle de precipitação da jarosita é feito dosando a
concentração final de ions Fe 3+ . E de importância prática manter セ@
ma concentração residual de Fe 3+de 2-3 g/1, isto porque a solução
clarificada desta etapa retorna ao circuito neutro para neutraliza
ção da acidez (15-20 g/1) até pH ( 4,5-5,5). Nesta fase os íons Fe 3+
sofrem hidrólise precipitando como hidróxido férrico e arrastando im
purezas como As, 58, Ge, etc.
A presença de núcleos de cristalização (sementes) na ウ・ーセ@
ração por precipitação de um determinado elemento tem efeito positi
vo. No caso da precipitação do ferro como jarosita, este efeito é 「。セ@
tante acentuado. O gráfico da figura 3,mostra que na ausência de se
mentes, foram necessárias 30 horas para a concentração do ferro bai
xar de 10g/l para 5g/l. Já no gráfico da figura 4, pode ser visto o
efeito positivo da adição de sementes que quando se adicionou 50g de
i _.1
211
jarosita por litro de solução, a concentração de Fe 3•baixou de 7,0
g/1 para 2,5 g/1 em apenas uma hora. Na prática este nível de con
centração de sementes é mantida recirculando para os tanques de pr5:_
cipitação parte da lama decantada no espessador da jarosita.
Um outro efeito benéfico da adição de sementes diz resp5:_i
to a eliminação de impurezas como As e Sb que são coprecipitadoscom
a jarosita.
No quadro 5 são mostradas as composições de algumas amos
tras de jarosita obtidas pelos dois processos. Vale acrescentar que
estas amostras foram lavadas para eliminar sais solúveis afim de
não falsear os resultados.
Quadro 5
Jarosita Convencional Fe% Zn% Pb% Cu% Cd% Ag g/t ln g/t
Média JAN/86 21,38 5,46 4,29 0,30 o, 11 212 -
" FEV/86 24,99 4,02 2,66 0,45 o, 11 250 -
" MAR/86 25,45 4,50 1,80 0,50 o, 10 168 -" Anual /85 23,80 4,91 3,18 0,57 o, 11 195 -
Alta Pureza 1 33,81 0,32 o, 11 0,05 ND ND 780
" " 2 33,49 0, 27 o, 10 0,06 ND ND 800
" " 3 33,35 0,29 o, 10 0,06 ND ND 790
4 - COMPARAÇAO ENTRE OS DOIS PROCESSOS DE PRECIPITAÇAO OA JAROSITA
NA CPM.
A introdução da neutralização prévia da solução de lixiv!
ação ácida objetivou a maior recuperação do zinco e demais ュ・エ。ゥウセ@
sados bem como a produção de uma jarosita livre de problemas ambien
212
tais.
Tomando por base os dados do quadro 5 e a produção de zin
co de 1985 ( 36.615 t ) quando foram consumidas 7j,230 t de concen
tado com teor médio de ferro igual a 6,98 %, portanto 5.111 t de me
tal contido, pode-se estimar as perdas ,,ais significativas, a quan
tidade de resíduo produzida e fazer uma projeção do comportamento da
planta com a introdução do novo processo ( quadro 6 ).
Quadro 6
Quantidades ( t )
Processo J arosita Zn Pb Cd Cu Ag
Convencional 21.475 1.055 683 24 123 42
Neutralização 15.235 44 15 - 9 -
Variação % 29,06 95,80 97,80 - 92,70 -
Como pode ser visto com o processo de neutralização o in
c remento na recuperação do zinco e demais ,,etais será bastante s!g
nif icativo .
Existem porém casos nos quais a concentração de ferro na
lixiviação ácida atinge valores altos e sendo a acidez gerada na for
mação da jarosita função oa quantidade de ferro precipitado ( 1g Fe:
= 1,46 g H2so 4 ), há que se fazer diluições nos tanques de ーイ・」ゥーゥエセ@
ção, para que esta acidez não altere a cinética da reação (2). Para
este caso, a figura 5 apresenta um flu xograma simplificado.
5 - CONSIOERAÇOES FINAIS.
O advento da neutralização prévia da solução de lixívia -
ação ácida proporcionou além de maior recuperação do zinco e outros
metais, a redução de 30% na massa do resíduo final. O acondicio
213
namento deste resíduo é mais fácil por conter menos massa e menor te
or de metais pesados nocivos ao meio ambiente.
Um outro fato favorável esta relacionado com a ーッウウゥ「ゥャゥ、セ@
de aproveitamento comercial da jarosita para extraçâo do índio e re
cuperação do sulfato de amonio, utilizado como fertilizante.
A adoção do processo exigiu no entanto investimentos vulto
sos em trocadores de calor, tanques, espessador e um controle ュ。ゥウイセ@
finado do processo. Deve-se considerar também o caso de se trataran
centrados com alto teor de ferro que exige a diluição da acidez ァ・イセ@
da com solução clarificada do circuito neutro. Este artifício obriga
operar a lixiviação neutra a uma maior vazão para não haver アオ・、セウイョ@
produção de zinco.
6 - REFERENCIAS bibliograficセsN@
1. Arregui,V., セッイ、ッョL@ A.R., and steintveit, G., the jarosite Pro
cess - past Present and future, lead-zinc-Tin 80, Metallurgical
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3. Matthew, I.G., Haigh, C.J. and Pammenter R.V.,
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process ", Electrolitic zinc company of Australasia Limited.
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IV .... A
215
f.!U - FLUXOGRAMA SIMPL!FICAPO
PRECIPITACÃO QA JAROSITA fijBA USANDO セ@ NEUTRALIZAÇÃO PREVIA
RESÍDUO OE LIXIVIAÇÀO
(I)
w .... z セ@w (I)
o セ@(.)
õ w a:
CALCINADO
VAPOR
SOl. OE LIXIVIJIÇAo ÁCIDA
T• 70· 80°C
H2S04=40-roQ/I
PRÉviA
JAROSITA PURA
SOLUÇÂO PARA LIXIVIAÇÀO NEUTRA
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(I) ·o
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O> (I) ·o ·o
9H:
I
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I
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I
217
AG. 4 - INFLUÊNCIA DA AOICÃO CE SEMENTES NA PRECIPITAÇÃO
00 FERRO COMO JAROSITA
7,o-l---""T""-----.----r----r------,
o-1---+-----t---+---+---+ nwo/a o セNッ@ 2,0 3,0 4,0 5,0
LEGENDA:
@ SEM SEMENTES
$ 50 Q/1
â 759/1
CD l.OOQ/1
® セ oqOQ@
218 FI G. 5 - FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO
PRECIPITAÇÃO DA JAROSITA PURA USANDO - --セ@ NEUTRALIZAÇÃO PRÉVIA & QILUICÃO
RESIDUO PARA LIXIVIAÇÃO ÁCIDA
;;; ... ..... z セ i@... V>
JAROSITA PURA ..e---+--L___f
SOL NEUTRA PARA PURIFICIIÇÃO
)!! m :::> ..J
õ
セ@u ::J ..J
1il
SOl.. DE L IX IV I .liÇÃO ÁCIDA
T' 70- 60°C
H2S04 =40-50g/l
H20
CALCINADO T• 60·65°C
CALCINADO SOL EXTINTA
T= 90-95°C
I RESIDUO oA UXIVIAC.ÕO NEUTRA