Aula 09 Metalurgia do Zinco

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Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico 
Introdução 
 O zinco(do alemão Zink) é um elemento químico de 
símbolo Zn, número atômico 30 (30 prótons e 30 elétrons) 
com massa atómica 65,4 uma. 
 À temperatura ambiente, o zinco encontra-se no estado 
sólido. 
 As ligas metálicas de zinco têm sido utilizadas durante 
séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram 
encontrados na Palestina , e outros objetos com até 87% de 
zinco foram achados na antiga região da Transilvânia. 
 A principal aplicação do zinco - cerca de 50% do consumo 
anual - é na galvanização do aço ou ferro para protegê-los 
da corrosão, isto é, o zinco é utilizado como metal de 
sacrifício (tornando-se o ânodo de uma célula, ou seja, 
somente ele se oxidará). 
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Introdução 
 Ele também pode ser usado em protetores solares, em 
forma de óxido, pois tem a capacidade de barrar a 
radiação solar. 
 O zinco é um elemento químico essencial para a vida: 
intervém no metabolismo de proteínas e ácidos 
nucleicos, estimula a atividade de mais de 100 
enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema 
imunológico, é necessário para cicatrização dos 
ferimentos, intervém nas percepções do sabor e olfato. 
 Foi descoberto pelo alemão Andreas Marggraf em 
1746. 
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Características 
 O zinco é um metal, às vezes classificado como 
metal de transição ainda que estritamente não 
seja, apresenta semelhanças com o magnésio e o 
berílio além dos metais do seu grupo. 
 Este elemento é pouco abundante na crosta 
terrestre, porém pode ser obtido com facilidade. 
 É um metal de coloração branca azulada que arde 
no ar com chama verde azulada. 
 
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Características 
 O ar seco não o ataca, porém, na presença de 
umidade, forma uma capa superficial de óxido ou 
carbonato básico que isola o metal e o protege da 
corrosão. 
 Praticamente o único estado de oxidação que 
apresenta é 2+. 
 Reage com ácidos não oxidantes passando para o 
estado de oxidação 2+ e liberando hidrogênio, e pode 
dissolver-se em bases e ácido acético. 
 O metal apresenta uma grande resistência à 
deformação plástica a frio que diminui com o 
aquecimento, obrigando a laminá-lo acima dos 100 °C. 
 
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Principais Minérios 
 Os principais minérios de Zinco são: 
• Blenda - ZnS 
• Zincita - ZnO 
• Smithsonita - ZnCO3 
• Willemita - ZnSiO3.ZnO 
• Calamina - ZnSiO3.Zn(OH)2 
• Franklinita - xFeZnO4.yMn3ZnO4 
• Marmatita - xFeS.yZnS. 
 
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Principais Minérios 
 Embora os minérios puros tenham alta 
percentagem de Zn, os minérios sulfetados nunca 
têm mais de 7% de Zn, ao passo que os oxidados 
raramente excedem 20% de Zn. 
 Deve-se considerar que a concentração de 
sulfetados é bem mais fácil. 
• Geralmente por flotação 
 Composição típica de um concentrado de 
blenda: 
• Zn - 60%; S - 30%; SiO2 - 3%; Fe - 2%; CaO - 1%; 
MgO - 0,5%; Ni, Cu, Co, Al, As e Sb. 
 
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Ocorrência 
 As reservas mundiais cuja exploração é 
economicamente viável ultrapassa a casa dos 220 
milhões de toneladas, a maior parte nos Estados 
Unidos , Austrália, China e Cazaquistão. 
 As reservas mundiais (incluindo aquelas cuja extração 
atualmente não é viável) são estimadas em 2000 
milhões de toneladas. 
 A produção mundial foi em 2003, segundo dados da 
Agência de Prospecção Geológica dos Estados Unidos 
(US Geological Survey) de 8,5 milhões de toneladas, 
liderada pela China com 20% e Austrália com 19%. 
 Estima-se que um terço do zinco consumido é 
reciclado. 
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Beneficiamento 
 A produção do zinco começa com a extração do mineral 
que pode ser realizada tanto a céu aberto como em jazidas 
subterrâneas. 
 Os minerais extraídos são triturados e, posteriormente, 
submetidos a um processo denominado flotação para a 
obtenção do mineral concentrado. 
 Os minerais com altos teores de ferro são tratados por via 
seca. 
 O concentrado é queimado (calcinação) para transformar o 
sulfeto em óxido, que recebe a denominação de calcina. 
 O óxido obtido é reduzido com carbono produzindo o metal 
(o agente redutor na prática é o monóxido de carbono 
formado). 
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Beneficiamento 
 As reações por etapas são: 
• Por via úmida o minério é calcinado (queimado) para a 
obtenção do óxido, posteriormente lixiviado com ácido sulfúrico 
diluído. 
• A lixívia obtida é purificada para a separação dos diferentes 
componentes, principalmente o sulfato de zinco. 
• O sulfato é submetido a um processo de eletrólise com ânodo 
de chumbo e cátodo de alumínio, sobre o qual se deposita o 
zinco, formando placas de alguns milímetros. 
• O zinco obtido é fundido e lingotado para sua comercialização. 
 Como subprodutos, diferentes metais são obtidos, como 
mercúrio, cádmio, ouro, prata, cobre e chumbo, em função 
da composição dos minerais. 
 O dióxido de enxofre obtido na calcinação é usado para 
produzir o ácido sulfúrico utilizado na lixiviação. O 
excedente é comercializado. 
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Metalurgia Extrativa 
 O zinco funde a 419oC e entra em ebulição a 905oC, a 
fusão à mate não seria possível pois o ZnS sublima-se a 
1900oC, aí o ponto de fusão de qualquer mate seria 
superior à temperatura de ebulição do zinco. 
 A redução direta dos sulfetos pelo C ou CO só se 
realizaria a altas temperaturas, sendo industrialmente 
impraticáveis. 
 Também os sulfetos não são diretamente solúveis no 
ácido sulfúrico ou em outro solvente usual. 
 Resta então, para os sulfetos de zinco, iniciar-se pela 
ustulação. 
 
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Metalurgia Extrativa 
 Teríamos então: 
• ustulação letal a ZnO, 
• redução do ZnO pelo C ou CO. (pirometalurgia). 
 Mas poder-se-ia optar pela via hidrometalúrgica nas 
condições seguintes: 
• Ustulação parcial a ZnSO4 que é solúvel até na água ou 
dissolução do ZnO (ustulado) no ácido sulfúrico. 
 Os minérios oxidados como a zincita (ZnO) ou a 
smithsonita (ZnCO3) podem ser tratados por via 
hidrometalúrgica ou pirometalúrgica. 
 A smithsonita deve ser previamente calcinada: 
ZnCO3 ZnO + CO2 
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Metalurgia Extrativa 
 A via hidrometalúrgica, quando aplicada aos 
minérios silicatados (calamina e willemita), 
necessitam tratamento especial para floculação 
da sílica coloidal, formada pela decomposição do 
ácido silícico, resultante do ataque dos silicatos 
pelo ácido sulfúrico. 
 
ZnSiO3.Zn(OH)2 + 2H2SO  2ZnSO4 + H2SiO3 + 2H2O 
H2SiO3  SiO2 + H2O 
 
 A SiO2 coloidal é floculada com Al2(SO4) e pode 
ser retida num filtro. 
 
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Colóide? 
 Em química, colóides (ou sistemas 
coloidais), são, na verdade, misturas 
heterogêneas em que o diâmetro 
médio das partículas do disperso se 
encontra na faixa de 10 a 1000 
angstroms. 
 É uma dispersão, é quando 
substâncias que não são solúveis e 
naturalmente se apresentariam 
como uma solução heterogênea, 
mas por um processo de mistura 
diferenciado acabam se agregando 
as moléculas da água, 
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Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro MetalúrgicoUstulação 
 A ustulação do Sulfeto de Zinco pode ser feita de 
duas maneiras: 
• Parcial: ZnS + 2O2  ZnSO4 (solúvel até na água) 
• Letal (ou à morte): ZnS + ½ O2  ZnO + SO2 
 O SO2 destina-se a fabricação do H2SO4 , utilizado 
na lixiviação do ZnO. 
 esponja de Pt 
SO2 + ½O2  SO3; 
 ou V2O5 
SO3 + H2O  H2SO4 
 
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Ustulação 
 A temperatura de ustulação não pode ser 
muito elevada, senão poderá haver: 
• Formação de filmes pastosos (fusão incipiente, 
migração de enxofre) que impedem ou retardam a 
ação ustulante do oxigênio; 
• Formação de ZnO.Fe2O3, composto de grande 
estabilidade química, não redutível pelo CO e de 
difícil solubilização pelo H2SO4. 
 
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Ustulação 
 Controla-se a temperatura adicionando, se 
necessário, enxofre na carga para elevá-la e 
água para diminuí-la. 
 Se o diâmetro médio das partículas do 
concentrado for em torno de 1mm a ustulação 
inicia-se a 650oC, se for 2mm a 800oC, mas 
como o concentrado vem da flotação, médio < 
48# (40 m). 
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Ustulação 
 Partículas menores expõem maior superfície à 
ação ustulante do O2 , diminuindo assim 
eventual retardamento devido a ação de 
bloqueio do ZnO formado na superfície das 
partículas. 
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ZnS ZnO
ZnO
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Redução do ZnO 
 Opera-se em temperaturas elevadas por questões 
cinéticas. 
 
ZnO(s) + C(s)  Zn(g) + CO(g); ΔH
o = 54 kcal 
 
 Reação endotérmica com alto consumo de 
combustível. 
 Reagentes sólidos - mistura compatível. 
 Produtos gasosos - influência vigorosa no 
equilíbrio. 
 
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Redução do ZnO 
 A temperatura de redução 
do ZnO pelo C é 950oC 
quando Pzn + PCO = 2atm, 
mas quando esta soma é 
1atm, a temperatura de 
redução desce para 897oC. 
 De qualquer maneira usa 
reduzir o ZnO acima de 
1000oC, pois nessas 
condições a reação assume 
velocidades mais elevadas. 
20 
Go
(kJ)
-600
400 800
oC
Tf Zn
Teb Zn 950oC
2Zn +
 O2 
 2ZnO
2C + O
2 
 2CO
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Redução do ZnO 
 Uma reação secundária altamente indesejável 
que tende a ocorrer é: 
Zn + CO2  ZnO + CO, 
mas o CO pode se decompor em presença do C. 
2CO  CO2 + C. 
 Deve-se então: 
• Utilizar C em excesso para consumir o CO2 formado; 
• Operar em temperaturas mais elevadas, que tornam 
mais difícil a reação: 
Zn + CO2  ZnO + CO (reação exotérmica); 
• Resfriar rapidamente a mistura gasosa para diminuir o 
tempo de contato do Zn com o CO2. 
 
 
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Redução do ZnO 
 A condensação do vapor é uma transformação 
exotérmica, deve-se então procurar realizá-la 
sobre um núcleo que possa absorver o calor 
desenvolvido, dissipando-o. 
 
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Hidrometalurgia do Zn 
 Como já mencionado, a hidrometalurgia do 
Zinco é recomendável para minérios oxidados 
pois são atacados pelo ácido sulfúrico. 
 As principais etapas são: 
• Ustulação 
• Lixiviação 
• Purificação da Solução 
• Eletrólise 
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Lixiviação 
 A lixiviação se dá segundo a reação: 
ZnO + H2SO4(s)  ZnSO4(s) + H2O 
 Simultaneamente com o Zn algumas impurezas 
também se solubilizam: sílica, alumina, óxidos de Fe, 
Sb, As, Ni, Cu, Cd, Co, Pb, Ag, ... 
• Os óxidos são provenientes do minério ou formados 
durante a ustulação. 
 Muitas impurezas são precipitadas pela simples 
neutralização da solução ácida. 
 Este excesso de H2SO4 é neutralizado pela adição de 
mais ustulado. 
 Outras impurezas necessitam tratamento especial para 
eliminá-las. 
 
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Purificação da Solução 
 Uma vez neutralizada a solução, adiciona-se bióxido de 
manganês que transforma o Fe do sulfeto ferroso em 
sulfato férrico. 
 
2 FeSO4 + H2SO4 + MnO2  Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2 H2O 
 
 O sulfato férrico formado transforma-se em hidróxido de 
ferro que age como floculante do As e do Sb. 
 
Fe2(SO4)3 + 3 ZnO + 3 H2O  3 ZnSO4 + 2 Fe(OH)3 
  
 ustulado a mais, para a neutralização. 
 
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Purificação da Solução 
 Após a filtragem iniciam-se novos estágios de 
purificação: 
• Para eliminar o Cu, Cd, Ni, parte do Co e Al, Sb, As 
remanescente, adiciona-se Zn em pó visando 
cementação; 
 
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Zn
Zn++
Cu++, Cd++, Ni++
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Purificação da Solução 
• Para eliminar o Co remanescente adiciona-se alfa-nitroso-beta-
naftol que com ele forma um complexo que precipita em 
seguida; 
• Eliminam-se os íons Cl-, eventualmente presentes na solução, 
adicionando gotas de Ag2SO4, pois os mesmos iriam, dificultar a 
descascagem dos cátodos, após a eletrólise; 
 
2 Cl- + Ag2SO4  2 AgCl + SO4
-- 
  
 ppt 
 
 Filtrada, a solução de ZnSO4, agora límpida está pronta para 
a eletrólise 
 
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Eletrólise 
 A eletrólise do Zinco se da 
segundo as reações abaixo, 
recuperando o Zn do banho. 
ZnSO4  Zn
++ + SO4
= 
 Reação Catódica.: 
Zn++ + 2e-  Zn 
• O Zn depositado na folha de Al 
é descascado a cada 24 h. 
 Reação Anódica.: 
SO4
= - 2e-  (SO4)
o 
(SO4)
o + H2O  H2SO4 + ½O
2 
 
 
28 
G
+ -
SO4
=
Zn++
O2
Pb com 0,75% de Ag
Placa de Al
Zn que vai
para fusão
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Eletrólise 
 Para obter Zn com 99,99% de pureza e com 
kWh/ton de Zn, teremos: 
• V = 3,5 V 
• dc = 315 A/m
2 
• I = 7000 A 
• c = 92 % 
 
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Tipos de Zinco 
 
 Os tipos de zinco obtidos se classificam segundo a 
norma ASTM em função da sua pureza: 
• SHG, Special High Grade (99,99%) 
• HG, High Grade (99,90%) 
• PWG Prime Western Grade (98%) 
 A norma EN 1179 considera cinco níveis (Z1 a Z5) com 
teores de zinco entre 99,995% e 98,5%, existindo 
normas equivalentes no Japão e Austrália. 
 Para harmonizar todas as normas a ISO publicou em 
2004 a norma ISO 752 regulando a classificação e 
requisitos necessários em relação ao zinco. 
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 OBRIGADO! 
 
Niquelândia, 2011 
 
brenno.senai@sistemafieg.org.br 
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