Semana 10 Final

 

 

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA CARRERA DE INGENIERÍA DE MINAS

-TECNOLOGÍAS: LIXIVIACIÓN DE CALCINAS DE ZINC TERMODINÁMICA, DIAGRAMA DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO” 

“SEMANA 10

CURSO: METALÚRGICA EXTRACTIVA DOCENTE: Ing. John Bejarano Guevara INTEGRANTES: APELLIDOS Y NOMBRES

Total

1 Crespín Gámez, Piero 2 García Loayza, Daniel 3 Nieves Joaquín, John

TURNO: Martes: 10:30 a.m. - 1:30 p.m. GRUPO: 6

TRUJILLO  – PERÚ 2019   2019

 

 

MISION

Somos una Universidad Católica que brinda formación humana integral basada en valores cristianos, contribuye mediante la investigación e innovación al desarrollo de la sociedad.

VISION

La Universidad Católica de Trujillo Benedicto XVI, al celebrar sus Bodas de Plata:  

Es una universidad acreditada.

 

Es reconocida por formar profesionales competentes con calidad moral y ética.

 

Se orienta a la solución de problemas basada en la investigación científica, la creación y aplicación de nuevas tecnologías.

 

 

VALORES INSTITUCIONA INSTITUCIONALES LES

SERVICIO

RESPONSABILIDAD

VERDAD

CALIDAD

RESPETO

SOLIDARIDAD

LIBERTAD

 

ÍNDICE I. Objetivos ..................... ............................................ .............................................. ............................................. ............................................. ............................... ........ 1  II.

Fundamento teórico .................... .......................................... ............................................ ............................................ ....................................... ................. 2 

II.I. TECNOLOGÍAS: LIXIVIACIÓN DE CALCINAS DE ZINC ................................. ...................................... ..... 2  II.I.I. EL ZINC ... ......................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ......................... 2  II.I. II. LIXIVIACIÓN........................................... ................................................................. ............................................ ....................................... ................. 4  II.I.II.I. Etapas de la Lixiviación ....................... ............................................. ............................................. ....................................... ................ 7  II.I. III. TECNOLOGÍAS EN LIXIVIAR ZINC ............................................ ................................................................ .................... 8  II.II. TERMODINÁMICA, DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO ............................ 13  II.II.I. PROCESOS PRINCIPALES DEL C CIRCUITO IRCUITO DE ZINC.................................... .................................... 13  II.II.I.I. Tostación .................... .......................................... ............................................. ............................................. ........................................ .................. 13  II.II.I. II. Lixiviación ................... ......................................... ............................................ ............................................ ..................................... ............... 15  II.II.I. III. Planta de separación de sólidos......................................................... sólidos.................................................................... ........... 15  II.II.I. IV. Planta de purificación ................ ...................................... ............................................ ............................................ ...................... 15  II.II.I. V. Plantas de Flotación y Polvo de Zinc .......................................... ............................................................ .................. 16  II.II.I. VI. Sección Electrolítica .................. ........................................ ............................................ ............................................ ...................... 16  II.II.I. VII. Celdas electrolíticas............................................ ................................................................... ........................................ ................. 17  II.II.I. VIII. Fundición y Moldeo ........................ ............................................ ............................................. ..................................... .............. 17  II.II.I. IX. Diagramas de flujo para la obtención de zinc........................................... .............................................. ... 17  II.II. II. TOSTADORES DE LECHO FLUIDIZADO ................ ....................................... ..................................... .............. 18  III.

Conclusiones..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................ ...................... 20 

IV. Referencias bibliográficas ...................................... ............................................................ ............................................ ................................. ........... 21  V. Anexos ................... .......................................... ............................................. ............................................ ............................................ ..................................... ............... 23 

 

 

INTRODUCCIÓN En la metalurgia del zinc desde tiempos muy antiguos (~200 a.C.), fueron implementadas varias tecnologías para producir zinc metálico. El proceso electrotérmico electrotérmico fue desarrollado en Suecia con hornos eléctricos de arco y tuvo el problema de condensación del vapor de zinc. Los procesos New Jersey y St.Joseph desarrollaron un proceso alternativo con calentamiento directo de la carga tomando como referencia los estudios realizados en Suecia. El proceso Saint Joseph se desarrolló en base al efecto Joule y resolvió el problema de la condensación de vapores de zinc con la instalación de un condensador tipo anillo construido de ladrillo de carburo de silicio, la condensación alcanzada fue del 93% del zinc aproximadamente. La extensión del proceso St. Joseph fue limitado debido a los altos costos de inversión y al requerimiento de concentrados con bajos contenidos de hierro. Así mismo, la recuperación de zinc en horno de cuba se desarrolló en Inglaterra con la tecnología del horno Imperial Smelting (ISF) que comprende sinterización de la carga a alimentarse y condensación de zinc en plomo fundido. En el futuro las plantas que se construyan serán electrolíticas o ISF, y la elección será en base a factores como energía eléctrica y costo de producción, que está condicionado por las variaciones de los precios del coque. Para el caso de producir sólo zinc, parece barato el  proceso electrolítico ssii se dispone de uunn concentrado concentrado de aalta lta ley y energía energía eléctrica suficiente. Si se requiere producir plomo y zinc, el proceso ISF puede ofrecer ventajas; sin embargo, la etapa de sinterización en este proceso es altamente contaminante, aspecto que fue superado  por los nuevos procesos que se desarrollan ac actualmente. tualmente. El proceso LREW fue desarrollado comercialmente en el año 1917 y el 85% de la producción mundial actual se la realiza con esta tecnología, el esquema general se muestra en la figura 1, y como se conoce, el sulfuro de zinc en la tostación se oxida a ZnO favorablemente f avorablemente segú segúnn la termodinámica; sin embargo, la presencia de hierro oxidado o como pirita a una temperatura elevada, ocasionan que se formen compuestos denominados ferritas de zinc (ZnO Fe2O3).

 

 

Semana N°10 TECNOLOGÍAS: LIXIVIACIÓN DE CALCINAS DE ZINC TERMODINÁMICA, DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

 

 

I.

Objetivos

 



 



Conocer la definición de  

Estudiar 

1

 

 

II.

Fundamento teórico

II.I. TECNOLOGÍAS: LIXIVIACIÓN DE CALCINAS DE ZINC POLVO METALICO Los polvos metálicos son definidos como aquellas partículas metálicas o de aleación en un rango de tamaño de 0.1 a 1000 µm. Los metales en un estado finamente dividido exhiben  propiedades y características únicas. La diversidad de tamaño, forma y morfología superficial de los polvos se reflejan en las condiciones que controlan la formación del metal o aleación en una forma finamente dividida. Características de los polvos metálicos:   Elevada relación entre área superficial/volumen



  Fluyen por efecto de la gravedad



Calcina: Producto ddee la ccalcinación alcinación

II.I.I. EL ZINC El zinc también escrito cinc es un metal, a veces clasificado como metal de transición, aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su ion positivo presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cadmio de su grupo, pero del mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades físicas y químicas de este (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23.º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero (El galvanizado o galvanización es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un metal con otro. Se denomina galvanización  pues este proceso se desarrolló desarrolló a partir del trabajo de Luigi Galvani, quien descu descubrió brió en sus experimentos que, si se pone en contacto un metal con una pata cercenada de una rana, ésta se contrae como si estuviese viva; posteriormente se dio cuenta de que cada metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, lo que implica que cada metal tiene una carga eléctrica diferente). La producción mundial de zinc durante 2011 alcanzó un total de 12,40 millones de toneladas métricas. El principal país productor es China, seguido por Perú y Australia. El zinc es un componente natura naturall de nuestra corteza terrestre y es parte inherente de nuestro medio ambiente. Está presente, no sólo en las rocas y suelos sino también en el aire, el agua, las plantas, animales y seres humanos. 2

 

  Se emplea en varias formas médicas y farmacéuticas, como por ejemplo en vendajes, tabletas antigripales, tratamientos para la piel, bloqueadores solares en crema y loción, tratamientos  para quemaduras quemaduras y heridas, cchampús hampús y co cosméticos. sméticos.

PROPIEDADES FÍSICAS Estado ordinario

Sólido (diamagnético)

Densidad

7140 kg/m3

Punto de fusión

692,68 K (420 °C)

Punto de ebullición

1.180 K (907 °C)

Entalpía de vaporización

115,3 kJ/mol

Entalpía de fusión

7,322 kJ/mol

Presión de vapor

192,2 Pa a 692,73 K

POLVO DE ZINC El polvo de zinc presenta de las características más importantes pues éste tiene es su capacidad para proteger al acero frente a la corrosión. La vida y la resistencia del acero aumentan considerablemente cuando está recubierto de zinc. Ningún otro material puede ofrecer al acero una protección tan eficiente y tan rentable. A continuación, tenemos las especificaciones Técnicas Análisis Físico de una muestra real tomada de un laboratorio: Microscopia Electrónica de barrido con sistema de aseguramiento de calidad según el siguiente cuadro. Morfología de partícula Gravedad especifica

Esférica 7.1

Retención malla 100

0

Retención malla 200

trazas

Retención malla 325 (máximo)

0.50%

Partículas de 1 a 5 micras

65 a 70 %

Menores de 1 micra

0.5 a 1 %

Mayor de 5 micras

29 a 34 %

3

 

 

II.I. II. LIXIVIACIÓN Mediante la lixiviación se disuelve el tostado de la blenda, el óxido de cinc, en una disolución diluida de ácido sulfúrico (100-150 g/l); estas concentraciones de ácido sólo permiten disolver el ZnO, quedando las ferritas formadas en la l a tostación, ZnO.Fe2O3, inatacadas. Para mejorar la recuperación del cinc y evitar así pérdidas de metal se efectúa la lixiviación ácida en caliente (90-95ºC) durante 2-4 horas (Ramachandra Sarma et al., 1976; Claassen et al., 2002). Bajo estas condiciones no solo se disuelve el cinc sino también el hierro asociado a la ferrita de cinc (franklinita), obteniéndose una solución rica en cinc que contiene entre 15-30 g/l de hierro (principalmente en forma férrica) que debe ser eliminado de la misma (Salinas et al., 2001; Claassen et al., 2002). La lixiviación se realiza simultáneamente a la oxidación y la neutralización de forma que se  pueda precipitar precipitar el hierro con el qque ue co-precipitan imp impurezas urezas como el As, Sb y Ge. También se co-precipitan sílice coloidal e hidróxido de aluminio. Esta precipitación de Fe3+ se efectúa actualmente haciendo uso de las precipitaciones jarosítica, goetítica o hematítica. La Compañía Asturiana de Zinc S.A. (1964), junto j unto con dos compañías extranjeras, una noruega:  Norzinc (Det Norske Zinkkompany, Zinkkompany, 1965) y otra australiana: australiana: Electrolytic Zinc Company of Australasia (Electrolytic Zinc Company of Australasia, 1965) (Claassen et al., 2002), demostraron que el hierro podía ser precipitado como jarosita, que es un compuesto sintético cristalino cuya fórmula es M2 Fe 6 (SO 4)4 (OH)12 en donde M puede ser Pb, Na, K, NH 4 , etc., añadiendo NH4+ o Na+ a la disolución, ajustando el pH a 1.5 y fijando una temperatura de unos 90ºC. El resto r esto del hierro se puede precipitar a pH 3.5 por neutralización. La jarosita tiene la ventaja de separarse muy bien de la disolución. Con este método se puede permitir la lixiviación de más hierro, a la vez que se recupera el cinc de las ferritas aumentando, así, la recuperación de cinc del mineral. La reacción de precipitación es la siguiente: Fe2 (SO4)3 + 10H2O + 2NH 4 OH → (NH4)2 Fe6 (SO4)4 (OH)12 + 5H2SO4 

El control del pH, que tiende a bajar como resultado de la formación de ácido sulfúrico, se hace por adición de tostado, es decir, de óxido de cinc. Una vez ha precipitado la jarosita, controlando así el nivel de hierro en disolución, se evacua de los espesadores y se filtra,  procediéndose a su depósito en lugares acondicionados para evitar todo tipo de contaminación, tanto ácida como metálica. 4

 

  El hierro residual de esta precipitación jarosítica, que suele quedar en forma ferrosa, bien se re-oxida y neutraliza aparte para su eliminación o bien se envía a la lixiviación neutra. El licor se separa, para purificarle de otros metales, después de la lixiviación neutra. Para optimizar la recuperación de cinc se propone, a veces, lavar la jarosita con ácido. Con ello se consiguen disolver las pequeñas cantidades de ferrita procedentes de la pulpa inicial o del óxido neutralizante. La precipitación jarosítica conlleva la fijación de cantidades importantes de ácido sulfúrico en el residuo, pero esto no es, hoy día, un problema al ser muy excedentarias las plantas metalúrgicas en este producto que, por otra parte, ingresa  parcialmente como sulfato en el tostado. Más importante es el problema de volumen del residuo que se produce. Las soluciones son fundamentalmente dos: o se descompone la jarosita para su reciclado o se promueve un procedimiento distinto de precipitación de hierro. En Balen (Bélgica) la compañía Vieille Montagne S.A. (Societe de la Vieille Montagne, 1968) (Claassen et al., 2002), desarrolló otro método para la precipitación del hierro de la disolución según el cual el hierro procedente del ataque ácido de las ferritas se reduce al estado ferroso por adición de concentrado de blenda y la disolución se reoxida, a 95ºC y pH4, por medio de aire u oxígeno,  precipitando el mineral mineral sintético goetita (Fe (FeOOH). OOH). Las reacc reacciones iones son las siguientes: Fe2(SO4)3 + ZnS → 2 FeSO4 + ZnSO4 + S2 FeSO4 + ½ O2 + 3H2O → 2FeOOH + 2H2SO4  Al igual que en el caso de la precipitación jarosítica, es preciso controlar el pH lo que se consigue adicionando tostado. El producto precipitado, la goetita, sedimenta con facilidad en los espesadores por lo que también t ambién permite una fácil separación. El proceso de separación goetítica está perfectamente desarrollado a nivel industrial, aunque no ha tenido una implantación tan amplia como el proceso de la jarosita. Tiene, sin embargo, claras ventajas en cuanto a volumen de residuos pues de acuerdo con la fórmula de ambos  precipitados, la goetita contiene casi el doble de hierro que la jarosita. No obstante, los dos  productos contienen contienen pequeñas cantidade cantidadess de cinc (menos del 1%) y contenidos variables en metales pesados por lo que su deposición ha de ser controlada. Por otro lado, la compañía japonesa Dowa M. instaló en Arika, Japón, otro método diri dirigido gido a un mejor control medioambiental, la precipitación hematítica, utilizada también por la compañía Ruhr-Zink en Datteln (Alemania). La planta japonesa propuso un tratamiento de lixiviación del residuo procedente de la etapa de ataque neutro, a una temperatura de 100ºC, utilizando una autoclave en el que se introduce dióxido de azufre, a una presión de dos 5

 

  atmósferas, para disolver la mayoría de los metales: hierro, cinc, cobre, cadmio, etc. De la disolución se precipitan los metales más nobles, como el cobre, con sulfuro de hidrógeno. La disolución se neutraliza con cal, para eliminar sulfato como yeso, y a pH 5 se precipitan los metales presentes incluyendo el germanio y el arsénico. Posteriormente, en una autoclave de titanio, se procede a la oxidación con oxígeno gas, a alta temperatura (200ºC) y presión,  precipitando un mineral artificial de hierro, la hematites. Este precipitado tiene mayor concentración de hierro, llegando al 70%. Después de la lixiviación se efectúa una purificación de la disolución con objeto de eliminar algunos elementos presentes en la misma. Dicha eliminación se realiza con la adición de cinc en polvo. Por medio de esta adición se precipitan el Cu, el Co y el Cd, y se reduce el contenido de Sb y Ge a niveles aceptables. Esto es posible debido a la cementación de los mencionados metales por el cinc, que es menos noble que ellos. En la práctica, a 90ºC y pH 4, el primero en precipitar es el Co; después se precipitan Cu, Ni, As y Sb. En un paso posterior, con más adición de cinc, se precipitan Cd, Tl y Ge, lo que se produce a pH 3 y 70-80ºC. Parece ser que el As activa el cinc en polvo aumentando su selectividad y eficacia. Por ello se adicionó, a veces, en forma de óxido; su peligrosidad hizo que se cambiara por Sb y entonces las condiciones varían ligeramente: a 65-75ºC, se precipitan Cu, Ni y Co juntos con algo de Cd. Se filtra y la disolución se trata con más cinc en polvo para precipitar el resto de Cd y los otros metales En ciertas plantas, la precipitación de metales se hace, primero, en frío, obteniéndose Cd y Cu y luego en caliente, a 90ºC, precipitándose Co y Ge mediante adición de polvo de cinc en presencia de Sb. Con minerales más cargados en algunos de estos metales, ciertas plantas, han tenido que desarrollar métodos de precipitación especiales, así como prácticas para la precipitación selectiva de metales, como el cadmio, a una determinada temperatura y previa precipitación de los demás metales. Convierte el óxido de zinc en sulfato de zinc Se añade ácido sulfúrico diluido. Podemos ver esta reacción en la Fig. 1. ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O En lixiviación neutra (pH=4.5, Temperatura = 70-80ºC, tiempo= 5 horas) se disuelve parte del zinc y otros metales, según la reacción: MO + H2SO4 → MSO4 + H2O

(donde Me= Zn, Cd, Cu, etc). 6

 

  El residuo de la lixiviación neutra se trata con solución caliente de H 2SO4 (50  – 60 60 g/L de ácido; 95ºC.): MeO.Fe2O3 + 4 H2SO4 ↔ MeSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O. El hierro disuelto se precipita como jarosita de amonio, NH 4[Fe3(SO4)2(OH)6]por adición de hidróxido de amonio: Fe2(SO4)3 + 5ZnO+ 2NH4OH + 5H2O ↔5 ZnSO4+ 2NH4[Fe3(SO4)2(OH)6] Los materiales, reactivos y equipos utilizados para este ejemplo se muestran en la Fig.2

II.I.II.I. Etapas de la Lixiviación La lixiviación comprende dos etapas: 1.  lixiviación neutra para extraer zinc soluble y precipitar impurezas como sílice coloidal, hierro, alúmina, etc., 2.  lixiviación ácida en caliente que se realiza con el residuo y ferritas de la lixiviación neutra para obtener la máxima recuperación de zinc, utilizando electrolito gastado  para oxidar el Fe(II) a Fe(III). En la lixiviación, la separación del hierro como Fe(OH)3 coloidal inviabiliza cualquier proceso de lixiviación ácida debido a que se debe elevar el pH de 1.7 -1.9 hasta 3.5-5 y operar a temperaturas altas (>90 °C).

7

 

 

II.I. III. TECNOLOGÍAS EN LIXIVIAR ZINC DYNATEC Sherritt Technologies Esta tecnología conocida como "Proceso Sherritt Gordon", es mostrada esquemáticamente en la figura 3. Consiste de lixiviación ácida a presión directa de los sulfuros de zinc, empleando autoclaves de diseño especial, elimina la etapa de tostación y las emisiones de dióxido de azufre, permite obtener zinc metálico de alta calidad en el cual se integran  procesos de purificación, prec precipitación ipitación y electro-obtenc electro-obtención. ión. El residuo de las autoclaves contiene azufre elemental y metales valiosos, los que se deben integrar a procesos de flotación y/o filtración fi ltración para su recuperación por técnicas conocidas y convencionales como tostación, fusión y copelación. Una alternativa muy conveniente de tratamiento de estos residuos sería destinar al proceso de recuperación de plomo (horno Kivcet). Sin embargo, la recuperación de la plata es sólo del 90% aproximadamente. La precipitación del ion férrico arrastra arsénico, antimonio, germanio y otras impurezas,  porque el Fe(OH)3  forma flóculos que dificultan la precipitación y electrólisis. En una segunda etapa se agrega CaCO3  para regular el pH y precipitar cobre, cadmio y metales minoritarios en la solución, además de eliminar residuos de hierro que quedaron de la anterior etapa de precipitación. La solución libre de impurezas se destina a electrolisis para obtener Zn electrolítico; así mismo, la solución pobre de electrolisis se recircula a la lixiviación en autoclaves

INTEC, PROCESO IZP Este proceso es una tecnología de lixiviación directa de sulfuros de zinc (Moyes, 2006), actualmente garantizada por la patente denominada Intec Zinc Process IZP, y se basa en la utilización de un reactivo denominado HalexTM mezcla de cloruro y bromuro conformado como un compuesto de BrCl2-, altamente oxidante que es aplicado principalmente a la electrolisis de zinc. Esta técnica elimina el proceso convencional de tostación-lixiviación ácida-electrólisis, donde también es posible la recuperación de metales como oro, plata e indio en las diferentes etapas del proceso. La descripción general del proceso se muestra en la figura 4, donde se observan tres etapas consecutivas, las cuales son: 1. Etapa de preparación y lixiviación 2. Etapa de purificación 3. Etapa de electrolisis 8

 

  El mineral es molido a -74 um para tratamiento en la etapa de lixiviación a 85 °C, 1 atm y solución halógena BrCl2-, lixiviante que procede de la etapa de electrolisis (aplicable a 3,600 m.s.n.m.). El compuesto BrCl2- es considerado como una molécula de cloro en solución con un ion de bromo generado en el ánodo y es un poderoso agente lixiviante aplicado a lixiviación de concentrados de sulfuros de zinc. La solución lixiviada es vertida al siguiente tanque donde se introduce oxigeno o aire para oxidar el hierro disuelto y transformarlo a Fe2O3 en su totalidad. La solución rica en zinc es depositada en el primer tanque de agitación de la segunda etapa de cementación y purificación, donde se agrega zinc en polvo para cementar plata y cobre. Este residuo con contenido de zinc será previamente procesado por vía pirometalúrgica de manera que se obtendrá una escoria rica en zinc, la l a cual se destina nuevamente a la etapa de lixiviación de la primera etapa. La solución libre de plata y cobre, se destina a un segundo tanque de purificación donde se añade zinc en exceso con el propósito de precipitar metales como plomo, cadmio, etc. La solución rica del segundo tanque se destina a un tercer tanque donde se agrega una cantidad de solución anolítica para subir el potencial hasta 700 mV, aproximadamente; y oxidar el hierro residual a Fe3+ como Fe2O3 a un pH en el rango de 2.5 a 3 regulada por la adición de CaCO3. Este precipitado además de contener hierro, arrastra metales como bismuto, indio y otros. La solución purificada de este tercer sedimentador es destinada a la tercera etapa del proceso que comprende la electrolisis con membrana, donde el zinc es depositado en el cátodo sin interferencia porque los electrolitos están separados. El depósito se realiza con alta pureza y la ley de Faraday controla muy bien la cantidad depositada, adicionalmente tiene la propiedad de formar el reactivo Halex que se destina a la lixiviación de minerales sulfurosos en la  primera etapa.

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TÉCNICAS REUNIDAS (ZINC SKORPION) Técnicas Reunidas desarrolló los procesos ZINCEXTM, PLACID y PLINT, basados en la extracción solvente para la recuperación de zinc los cuales no fueron aplicados industrialmente para minerales complejos con plomo (Díaz et al. 2001). Técnicas Reunidas comenzó sus operaciones en Namibia, en el depósito Skorpion constituido  por minerales oxidados de zi zinc nc (sili (silicatos), catos), característica única en el mundo. Sin embargo, existen otras fuentes de zinc asociado a minerales oxidados, silicatos y carbonatos como Shaemerdem en Kazajstan, Lanping en China, Sierra Mojada en México, etc. Técnicas Reunidas construyó la planta tipo ZINCEXTM que incluye las etapas de lixiviación (química o biolixiviación), extracción con disolventes y electrolisis. La lixiviación en estos procesos, también incluye los minerales sulfurosos de zinc en condiciones oxidantes con iones férrico donde el zinc en forma de sulfato colixiviará con muchas impurezas. El sulfato ferroso agotado se regeneraría permanentemente, estas etapas  presentan los mism mismos os prob problemas lemas del hhierro ierro de descritos scritos aanteriormente. nteriormente. Por este este motivo Técnicas Reunidas (Frías, 2008), y por el consumo adicional de ácido debido a la ganga básica,  parámetro crítico qque ue da lugar a dos tipos ddee procesamiento procesamiento:: (i) lixiviación directa del mineral cuando el consumo de ácido es bajo; (ii) pre-concentración del mineral por medios densos o flotación seguido de la lixiviación lixi viación del concentrado de zinc producido. Después de la lixiviación, incorporan una etapa de neutralización para retirar el hierro disuelto junto con otras impurezas. El licor rico se envía a una etapa de extracción con disolventes que contienen el reactivo D2EHPA (2 - dietil ácido fosfórico hexil) disuelto en queroseno, donde el zinc se extrae selectivamente para producir una disolución de sulfato de zinc de alta pureza. Esta etapa a su vez comprende sub etapas como la re-extracción, lavado y regeneración de la fase orgánica. Respecto a la lixiviación lixi viación atmosférica, Técnicas Reunidas recurre al proceso Albion y presenta un diagrama conceptual del tratamiento de concentrados de Zn/Pb combinando con las tecnologías ZINCEXTM y PLINT mostradas en la figura 5. Este proceso no ha sido probado en escala industrial

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PROCESO ALBION El proceso Albion fue desarrollado por la Compañía Xstrata, en ésta se incluyó un molino horizontal IsaMill como principal etapa, para conseguir un material molido ultrafino (8 - 12 mm), y área superficial mayor (Hourn et al. 2005), (Turner, 2010). La molienda fina activa el mineral y mejora la lixiviación con oxidación realizada a presión atmosférica y autotérmicamente a 100 °C en tanques agitados no presurizados al mezclar con oxígeno. La temperatura del lodo de lixiviación se controla por el flujo de oxígeno y por la densidad del lodo de lixiviación. En este proceso los resultados de extracciones de zinc superan el 97%. El diagrama de flujo de este proceso es simple. La lixiviación Albion es una lixiviación ferrosa regenerando continuamente el ión férrico como sulfato férrico mediante la reacción con oxígeno disuelto suministrada por inyección a través del lodo La lixiviación de la esfalerita ocurre con la solución férrica generada por la reacción (28) con la formación de sulfato de zinc y azufre elemental como residuo del proceso En este proceso el control del hierro es importante para el proceso de lixiviación como fuente de hierro ferroso. Sin embargo, se requiere un paso de control para prevenir el exceso de hierro en la solución de lixiviación de circulación forzada y el método de eliminación debe ser previa, con la tostación y lixiviación neutra, y el hierro debe ser extraído en una etapa  jarosita. También puede ser extraído por precipitación ggoethita. oethita.

PROCESO BATEMAN Existe una tecnología denominada Bateman-Litwin dedicada a la extracción por solvente BSX como una etapa en la industria, que puede combinarse con otro proceso de lixiviación donde el contenido de zinc sea bajo, y se integra con otros procesos como intercambio iónico (IX), extracción por solventes (SX) y electrobtención (EW), denominado "Solution Purification Group" (SPG). Mediante la tecnología Bateman-Litwin, se eleva la concentración del zinc de las soluciones lixiviadas para su recuperación económica mediante electrolisis. Técnicas Reunidas aplica esta tecnología en Namibia; en Bolivia no existen minerales de zinc de característica oxidados.

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PROCESO AUSMELT/ZINC La tecnología Ausmelt, trabaja con lanza para fundir-volatilizar los concentrados de cobre, estaño, plomo y zinc (en éste caso concentrados y residuos) en varias etapas en el mismo horno. El Ausmelt/zinc es la mejor alternativa para procesar concentrados de zinc de la calidad producida en Bolivia, con contenidos de plomo, estaño, plata, indio y porcentajes altos de hierro (marmatita). La producción de polvos con altas recuperaciones de los elementos metálicos en forma de óxidos,  posteriormente son procesados por lixiviación neutra sin la producción de ferritas ya que el hierro forma un compuesto estable en la escoria del Ausmelt, no es necesaria la lixiviación en caliente; así mismo en las etapas posteriores, no se producen residuos sino escorias inertes. La extracción de zinc, plomo, Indio y otros elementos supera a cualquier otro proceso y la recuperación de energía del vapor producido en los WHB (wasteheat boiler) es sustancial. Esta tecnología opera en Korea del Sur, no es contaminante y su implementación a nivel internacional está siendo realizada. En resumen, de estas tecnologías tenemos que: La tecnología Ausmelt de alto grado de extracción de metales no es contaminante y no requiere de la etapa de lixiviación en caliente, es autosuficiente en energía recuperada y la inversión por tonelada de zinc producida es menor comparada a otros procesos. Con ventajas es aplicable a los concentrados alto contenido en indio y elevado contenido en hierro. La tecnología RLEW es viable únicamente reemplazan reemplazando do la etapa de extracción en caliente  por el horno ciclón y/o horno Ausmelt (Korea-Zinc); en este caso se aplicaría el Ausmelt como etapa secundaria para procesar residuos de zinc. La tecnología Dynatec para el tratamiento trat amiento de sulfuros de zinc en autoclaves es adecuada para  bajos contenidos de plata. Ambas alternativas dan la posibilidad de enviar los residuos con contenidos de metales preciosos de plomo a tratamiento en el horno Kivcet. El proceso Intec es una alternativa muy especializada e interesante para tratamiento de minerales sulfuros complejos de zinc con altos contenidos de plata e indio. El proceso de Técnicas Reunidas basados en la extracción solvente se aplica a minerales de oxidados, silicatos y carbonatos de zinc. Este proceso recurre al procseso Albion de molienda ultra fina. Los posteriores procesos de TR son complicados cuando los minerales tienen contenidos de plomo y ésta combinación no fue demostrada industrialmente. 12

 

 

II.II. TERMODINÁMICA, TERMODINÁMICA, DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO La línea principal de producción de Zinc se inicia en la planta de Tostación del concentrado de Zinc, obteniéndose dos productos: el Dióxido de Azufre (gas SO2) que es enviado a la  planta de Ácido Sulfúrico de Zinc y, la calcina (Öxido de Zinc - ZnO) que es proce procesada sada en la Planta de Lixiviación, obteniéndose a su vez dos productos: una pulpa lixiviada que es decantada y filtrada para obtener como producto la Ferrita de zinc, y una solución impura de sulfato de zinc que es purificada con polvo de zinc para precipitar impurezas y alimentada al área de Casa de Celdas para obtener el zinc catódico por electro-obtención que luego es fundido, moldeado en barras para su venta al mercado. La Ferrita de Zinc es flotado obteniéndose dos productos: el concentrado zinc-plata y un  producto no flotado (relave) que es la ferrita, derivado para su tratamiento posterior en el  proceso de es esfumado fumado Wa Waelz-Kiln elz-Kiln para obtener como prod producto: ucto: la esponja de fierro y el Fume (óxidos de zinc indio y plomo principalmente) para ser lixiviado y obtener tres productos: solución de sulfato de zinc impuro, precipitado de plomo y el concentrado de indio del que se obtiene el Indio Metálico comercial. En la figura 6 se puede mostrar en un diagrama de flujo el Circuito de Zinc a una escala mayor.

II.II.I. PROCESOS PRINCIPALES DEL CIRCUITO DE ZINC II.II.I.I. Tostación La tostación transforma los sulfuros de zinc, en óxidos de zinc, los cuales son fácilmente solubles en las operaciones subsiguientes de lixiviación, generándose durante la tostación t ostación gas S02 para la producción de ácido sulfúrico de 98,5%. La alimentación a los tostadores to stadores de cama fluida debe ser en forma de perdigones duros. El concentrado es llevado a una mezcladora de  paletas donde se adiciona solución de sulfato de zinc, ácido sulfúrico y polvos oxidados de zinc provenientes de los ciclones y de Cottrell Central reaccionando el óxido de zinc de estos últimos productos con el ácido sulfúrico para formar sulfato de zinc, el cual actúa como agente aglomerante. La mezcla se transforma en perdigones en un perdigonador cilíndrico. Los perdigones son secados en un horno rotatorio, clasificados por medio de una zaranda vibratoria para separar los finos que son regresados al mezclador y los gruesos son transportados a las tolvas de alimentación de los tostadores de cama fluida por medio de transportadores de baldes. Estas unidades de tostación son de forma rectangular con el piso  perforado, a través través del cual pas pasaa el aire fluidizante.

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  Los perdigones son alimentados por medio de una compuerta situada a un lado del horno. En la cámara de combustión se mantiene la temperatura a 960ºC, mediante el control de la velocidad de alimentación y el exceso de aire usado. Las reacciones en el tostador son exotérmicas no siendo necesaria la adición de calor externo. Aproximadamente un 30 % del material cargado a los tostadores de cama fluida es arrastrado con los gases, lo cual obliga a tener un buen sistema de recuperación de polvos. Los gases de combustión pasan por calderos para aprovechar aprovechar el calor en la obtención de vapor y luego por ciclones para separar las partículas gruesas. Finalmente, los gases exentos de partículas gruesas pasan por un dueto vía Conttrell Central, en el cual se recupera la porción de polvo fino por medio de un sistema electrostático del cual los gases completamente limpios pasan a la Chimenea Principal. El polvo recuperado por los ciclones es alimentado al circuito de calcina para su subsiguiente cernido y molienda o reciclados a la l a sección perdigonación si es necesario. Los concentrados son directamente alimentados al tostador de cama turbulenta por medio de una faja de alta velocidad. El tostador es cilíndrico con una base circular perforada para  permitir el paso del del aire. La tostación ocurre en una cama formada por las partículas gruesas gruesas y en la parte superior o cámara cámara de combustión. La tempe temperatura ratura de operación operación 960ºC se mantiene con adición de agua dentro del tostador, Aproximadamente 70 % de la carga alimentada es transportada con los gases y precipitada en el caldero, en los ciclones y en el  precipitador electrostático. Los gases limpios previamente enfriados a 350ºC con una concentración de S02 de 7,0 % base seca, son enviados a la Planta de Ácido Sulfúrico. La calcina, es enfriada en un sistema de transporte de eslabones previstos de chaquetas de enfriamiento con agua y luego bombeada neumáticamente a la tolva de d e almacenamiento. El óxido de zinc precipitado en el Cottrell Central se une al flujo principal de calcina en la sección cernido y molienda. La calcina de los tostadores de cama fluida pasan a través de un tambor previsto de un sistema de enfriamiento y luego por medio de transportadores de eslabones a la sección de cernido, donde los finos con malla - 35 son almacenados en una tolva de 15 toneladas de capacidad conectada al sistema de transporte, los gruesos caen a una tolva desde la cual son alimentados a los molinos de bolas, cuya descarga está conectada también al sistema de transporte principal donde se mezclan con la calcina del tostador de cama turbulenta para ser llevados a la sección de lixiviación. La descripción del proceso de tostación se muestra en la figura 7 y 8. 14

 

 

II.II.I. II. Lixiviación La lixiviación disuelve el óxido de zinc y el sulfato de zinc presente en la calcina. El proceso de lixiviación se lleva a cabo en tanques agitadores donde se carga el electrolito gastado, calcina fina y el ácido sulfúrico concentrado requerido. El hierro presente se oxida con  bióxido de manganeso para precipitar como hidróxido de hierro junto con el cual cual coprecipitan también otras impurezas, tales como el arsénico y antimonio; permaneciendo insoluble la ferrita de zinc (ZnO.Fe2O3). La pulpa obtenida pasa a través de un hidrociclón donde son separadas las partículas finas (que pasan a la unidad de separación de sólidos), de las  partículas gruesas gruesas (arenillas) que serán serán nuevamente tra tratadas tadas en una nueva lixiviación.

II.II.I. III. Planta de separación de sólidos La planta de separación de sólidos, está constituida por 4 espesadores de los cuales 3 están en operación y conforman una batería de sedimentación y lavado en contracorriente (CCD); aquí se separaran inicialmente en un clarificador la solución ( over flow) que es la solución impura y el residuo (underflow) que será lavado en los sedimentadores lavadores 1 y 2. De la última etapa de lavado, el residuo es enviado hacia los filtros al vacío EIMCO, en donde se realiza la última etapa de lavado para asegurar la máxima extracción del sulfato de zinc. El residuo obtenido en forma de queque es repulpado nuev nuevamente amente y enviado a la planta planta de flotación; en esta planta se hace una nueva separación en una batería de pequeños hidrociclones; las partículas finas pasan a la Unidad de Residuos para ser sedimentados con un rendimiento de 50 t/d y ser enviado a la Planta de Tratamiento de residuos lixiviados lix iviados y el resto al depósito.

II.II.I. IV. Planta de purificación Durante la lixiviación se ha conseguido precipitar parcialmente el arsénico, antimonio, germanio, hierro, algo de cobre, silicio, etc., y mediante decantación en contracorriente en la  planta de separación de sólidos se separan los precipitados y compuestos insolubles de la solución de sulfato de zinc (ZnSO4). El producto de 26 esta separación es el IMPURO, el cual tiene impurezas que son perjudiciales para la Electrólisis. En la unidad de purificación se recepciona la solución impura de sulfato de zinc para eliminar las impurezas que aún existen, tales como el cobre, cadmio, arsénico, antimonio principalmente y ocasionalmente germanio y selenio. Ya que la electrodeposición del zinc en casa de celdas sólo es posible con soluciones de sulfato de zinc lo más puras posible.

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II.II.I. V. Plantas de Flotación y Polvo de Zinc Las partículas gruesas pasan a las celdas de flotación en donde se obtiene el concentrado zinc-plata que será tratado nuevamente en un circuito especial; posteriormente, el relave se envía directamente al depósito de Huanchán. La solución impura de sulfato de zinc pasa a unos tanques de almacenamiento de donde se bombea a la unidad de purificación. La solución tratada con polvo de zinc, es filtrada en filtros prensa tipo Shriver, enviándose el queque obtenido a la Planta de Cadmio para su tratamiento posterior. La solución pura es almacenada en tanques de confrontación (check) de donde se alimenta a la casa de tanques de acuerdo a las necesidades de operación. El polvo de zinc requerido en la . unidad de purificación es producido por destilación en retortas pequeñas ubicadas en la unidad de polvo de zinc. En un horno Ajax Northrup se cargan cátodos de zinc o barras de · zinc para ser fundidos. El producto obtenido se transfiere a las retortas en donde el zinc se vaporiza y condensa en una cámara contigua. El producto que se obtiene se zarandea a malla - 200 para su empleo en la unidad de purificación. El exceso de producción se vende en el mercado nacional o en el extranjero.

II.II.I. VI. Sección Electrolítica La Casa de Celdas Electrolíticas está conformada por 18 bloques o unidades, cada una de 20 celdas ordenadas en 2 columnas de 10 celdas. La electrólisis de la l a solución de sulfato de zinc ocurre entre cátodos de aluminio y ánodos de plomo-plata. Los ánodos tienen forma de rejilla  para permitir una mejor distribución de la corriente eléctrica. Los ánodos de plomo moldeados en la planta contienen 0,75 % de plata (en masa) para reducir la solubilidad del  plomo durante la electrólisis. Los cátodos son planchas de aluminio de 3/16" (0,48 cm) remachado en su parte superior a barras de cobre con las que se suspenden en las celdas y a la vez son los conductores del circuito. Para facilitar el delaminado cada cátodo tiene dos filetes de polipropileno laterales removibles. Luego de un ciclo de deposición de 16 horas, los cátodos son extraídos de las celdas y el zinc es delaminado y enviado para. su fusión. La fusión se efectúa en un horno de inducción Ajax Magnathermic de baja frecuencia. El zinc líquido se transfiere por medio de una bomba de grafito a unos moldes elefante o a una máquina moldeadora automática Morward la cual moldea barras de 24 kg. Para reducir la oxidación del zinc durante la fusión del cátodo se usa cloruro de amonio, el cual junto con los óxidos formados ( dross) son retirados de la superficie del baño y tratado en la Planta de Tratamiento de escorias en donde se clasifican las escarchas de la escoria propiamente dicha: 16

 

  La escoria es molida en un molino de barras para lograr separar el zinc metálico (granallas) de la escoria fina, la que es recuperada en filtros de bolsas y enviada a la Planta de Tostación  para su dosificación dosificación con los co concentrados ncentrados de zinc. Además de los equipos de fusión y moldeo ya detallados, se cuenta con dos pequeños hornos de inducción de baja frecuencia, para la producción de aleaciones. aleaciones. Los elementos de aleación se cargan directamente al horno moldeándose el producto en barras de 3,5 y 10 kg, respectivamente.

II.II.I. VII. Celdas electrolíticas Los electrodos en las celdas están conectados en paralelo a los blocks y las celdas eléctricamente colocadas en serie.

II.II.I. VIII. Fundición y Moldeo Se carga los cátodos de zinc al horno por la parte superior, los cuales se van adicionando en función a la velocidad de fusión del horno. Luego, se inicia el bombeo del material fundido hacia la cuchara, una mariposa distribuye el líquido en forma uniforme sobre los moldes (lingote). Durante el recorrido del lingote, existe un sistema de enfriamiento para evitar que se formen ampolladuras o huecos en la superficie del lingote.

II.II.I. IX. Diagramas de flujo para la obtención de zinc Los procesos desarrollados en la obtención de zinc anteriormente descritos se presentan en las Figuras 7 y 8 mostradas en la figura 9 como una forma f orma generalizada.

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II.II. II. TOSTADORES DE LECHO FLUIDIZADO La fluidización de lechos de partículas es una técnica que se ubica dentro de las reacciones sólido-fluido, mediante la cual una masa constituida por partículas sólidas dentro de un recipiente, en mayor o menor grado de división, adquiere la movilidad de un fluido, y se mantiene en suspensión por el empuje o tiro de un fluido que se desplaza en dirección vertical. Durante la fluidización un gas o un líquido se ponen en contacto con un sólido, reaccionan con él y lo transforman en un producto diferente a la inicial. Por ejemplo: A (fluído) + B (sólido)

Productos {fluidos, sólidos, fluidos y sólidos}

Entre las principales características de las camas fluidizadas se pueden mencionar las siguientes: • Estan compuestas de una cama de sólidos en la parte inferior de la cámara de reacción. • Debajo de la cama hay dispositivos (inyectores toberas) que distribuyen dist ribuyen el aire sobre el área

del tostador.

• A través de las toberas el gas reaccionante es forzado con una presión positiva. • Los sólidos

tratados son íntimamente y rápidamente mezclados con el gas que hace contacto con ellos. El flujo de gas crea el medio fluidizado. • El material tostado (calc ina) es continuamente descargado de la cama de sólidos fluidizados

y del sistema de colección de polvos (caldera, ciclones, precipitadores electrostáticos).  Normalmente los sólidos que se usan están finamente divididos y el fluido más usado es el aire, dado que su adquisición no implica un gasto. Adicionalmente al proceso, el aire en el horno de tostación cumple tres funciones: l. Acción mecánica: Mantiene en suspensión el lecho, para favorecer la tostación cuando ingresan los concentrados. 2. Acción física: Enfría o refrigera el tostador, eliminando el exceso de calor generado en la tostación. 3. Acción química: Proporciona el oxígeno necesario para la oxidación de los sulfuros.

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TRANSFERENCIA TRANSFERENCI A DE CALOR La transferencia de calor en una cama fluidizada puede darse entre el gas y las partículas, entre las paredes del reactor y la cama fluidizada y entre la cama fluidizada y la superficie de sólidos instalados dentro de la cama. Con el progreso de las reacciones químicas que ocurren dentro de las partículas fluidizadas, una cantidad de calor es despedido o absorbido en la reacción de interfase y el calor es transferido a los alrededores de la parte gaseosa a través de la película límite de las partículas, el rate de transferencia de calor es importante como la base de la cinética de las reacciones que ocurren en la cama fluidizada f luidizada El tostador de lecho fluidizado, se encarga de tostar los sulfuros, para lo l o cual el tostador está compuesto de una cama de sólido en la parte inferior de la cámara de reacción, r eacción, a través de la cual el gas reaccionante (aire), es forzado con una presión positiva; debajo de la cama hay dispositivos (inyectores) que distribuyen el aire sobre el área del tostador. El producto del tostador (calcina) es continuamente descargada de la cama de sólidos fluidizados y del sistema de colección de polvo: caldera, ciclones y precipitador electrostático. Los sulfuros de zinc son autógenos y justamente el tostador de cama fluidizada se caracteriza  por liberar liberar más calor de dell que puede ser elimina eliminado do por los productos productos de de tostación, tostación, esto esto implica la necesidad de refrigerar el tostador razón por la cual se le ha instalado un sistema de refrigeración por medio de un serpentín de enfriamiento, el cual tiene por finalidad absorber aproximadamente el 20 % del poder calorífico desprendido de las reacciones de tostación logrando de este modo amortiguar la operación total de la caldera.

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III.

Conclusiones

Se ha definido lo que son Se ha determinado lo que significa

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IV. Referencias bibliográficas LEMA, J. "¿Y la Refinería de Zinc?". Reporte Metalúrgico y de Materiales. Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales. Universidad Mayor de San Andrés. No 7, febrero de 2010. 2. Estudio de Zinc. Estudio sob sobre re la Factibilidad del Tratamiento Tratamiento de Residuos Procedentes de la Lixiviación Neutra. Abril de 1978. 3. SANCHO, J.P. "Metalurgia "Metalurgia ddel el Zinc" Zinc".. En: Metalurgia Extractiva, Volumen II, II, Proces Procesos os de Obtención. España: Editorial Síntesis, 2003. 4.

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V. Anexos

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