Proceso de retortas verticales

A finales de los años 20, la compañía New Jersey Zinc, de Pennsylvania, en EEUU, hizo un esfuerzo notable para resolver los problemas inherentes al desarrollo de una retorta de operación continua con alta eficacia térmica. El problema estaba en encontrar el material de la retorta que suministrarse el calor necesario para la reacción 4.6 que requiere 5279 kJ por kg de Zn producido, cantidad muy superior a la necesaria para reducir plomo, estaño o cobre. Los vapores de zinc necesitan para llegar a 1100ºC un calor que se evalúa en 1172 kJ por kg de Zn. Además, hay que suministrar calor para calentar la carga y reducir otros óxidos metálicos presentes como los de plomo y cadmio. Por tanto, la cantidad total de calor necesaria, por kg de zinc, era del orden de 7227 kJ.

Estas retortas verticales (figura 4.4.a) se usaron para la coquización del carbón pero, en este caso, el ladrillo de sílice era suficiente dadas las necesidades térmicas. Para la destilación del zinc fue preciso contar con un nuevo material, el carburo de silicio (carborundo), que tiene una conductividad térmica (15,9 W∙(m∙k∙h)-1 _{a 1300ºC) nueve veces}

superior a la del ladrillo de sílice.

Las retortas se realizan con ladrillos de 115 mm de grueso, 1850 mm de largo y 305 de anchos (figura 4.4.b). Estos ladrillos están diseñados para acoplarse y construir una

retorta de 12 m de altura que puede producir diez toneladas de zinc al día. Calentadas por encima de los 1300ºC, pueden durar tres años en los que tratan 23000 Mg de carga.

Figura 4.4. a) Horno de retorta vertical New Jersey; y b) Sección transversal de la retorta.

Sobre la zona calentada hay otra zona de 3-4 m, llamada eliminador, que tiene por fin facilitar la reacción de reversión 4.1. Así, consumido el CO2, de los gases y producido el

polvo azul sobre la carga descendente, se evita que dicho polvo llegue al condensador, o que se forme en él, con lo que se permite una mejor coalescencia de las gotas de metal que, como se sabe, tienen tendencia a recubrirse de polvo dificultándose dicha coalescencia. El eliminador también ayuda a reducir el contenido de plomo de los vapores que dejan el horno.

Las retortas se construyen en baterías de ocho. Se calientan con gas natural o gas de gasógeno. Se precisan 1,8 × 1010 _{J por tonelada de zinc, de los que el 30% los suministra el}

gas CO de tragante. El gas se quema en las cámaras de combustión, con aire caliente y en diferentes puntos, para conseguir una combustión uniforme; esto es muy importante para la vida de la retorta. La temperatura normal es de 1300ºC. Los gases de combustión pasan los recuperadores que calientan el aire a 550ºC.

Algo que ha sido consustancial al desarrollo del proceso New Jersey ha sido la producción de briquetas las cuales deben ser de un tamaño adecuado para la mejor transmisión del calor. Tienen forma de panecillos, de 100× 75× 65 mm3 _{lo que les permite}

recibir la radiación de la pared y una transmisión de calor adecuada.

Para fabricar las briquetas se prepara una mezcla de blenda sinterizada con carbón bituminoso de alto poder aglutinante, antracita y pequeñas proporciones de arcilla y lejía de sulfito. Se mezcla bien, se amasa y se conforma en prensas de rodillo.

Las briquetas deben cocerse posteriormente en un horno de descenso. La temperatura del horno se mantiene por combustión de la materia volátil del carbón no necesitándose aporte energético exterior. Después de cocidas las briquetas, se cargan calientes (800ºC) en la retorta.

En la figura 4.5 se presenta el diagrama completo de una planta de retortas verticales. La condensación del metal es problemática. Se sabe que para evitar la reacción inversa a la 8.1 es decir:

CO ZnO CO

Zn+ ₂ → + Ec. 4.18

Se precisa enfriar los vapores tan rápido como sea posible. Para hacer esto, se hace pasar el vapor que deja el eliminador a una caja en la que se mantiene un baño de zinc fundido regulado constantemente a 500ºC por medio de tubos refrigerantes. Este baño de zinc se agita mediante una turbina de carborundo produciéndose una suspensión de gotitas de zinc en la cámara, que enfría instantáneamente los gases de la retorta con lo que el zinc condensa en forma metálica sobre las gotas evitando la posibilidad de reoxidación. Aproximadamente, el 96% del zinc que entra en el condensador condensa como metal y menos del 4% como polvo azul.

El gas que deja el condensador se lava en venturis y se alimenta a la cámara de combustión de las retortas aportando el 30% de energía necesaria. El metal colado tiene: 0,1 - 0,2% de Pb: 0,03 - 0,06% de Cd; y 0.005 -0,015% de Fe. El futuro de las retortas verticales está casi agotado. A pesar del gran avance que supuso este proceso sobre el de retorta horizontal, las retortas verticales tienen sus propias desventajas. Aunque se consigue un proceso continuo y con ahorro energético, los costos de primera instalación son altos, así como los costes de mantenimiento. El proceso está muy determinado por la existencia de carbón bituminoso que es el que da estructura a las briquetas. Además, los concentrados han de ser bajos en hierro, pues si no, se pueden formar placas de hierro en las retortas que interfieren la marcha de las briquetas. Las briquetas gastadas suponen un problema como

residuo a almacenar. Así y todo, hasta no hace mucho tiempo, funcionaban algunas plantas en New Jersey, en Estados Unidos, y en Inglaterra; también funcionaron en Francia, Alemania y Japón pero hoy estas plantas están paradas y no se van a construir nuevas instalaciones en el futuro empleando esta tecnología.