18 MATERIALES MATERIALES Foto: http://www.kin.com.cn Zinc El protector esencial del metal Carolina Llano Uribe Periodista Metal Actual La industria mundial produce 9.8 millones de toneladas de este metal por año El zinc ocupa el puesto número 23 como elemento más abundante en la corteza terrestre y es un metal fundamental para la fabricación de innumerables piezas en diversas industrias. Desde el revestimiento de metales hasta el uso farmacéutico, el zinc se ha convertido a través de los años, en un material esencial para la vida del hombre. El zinc es un mineral blanco ligeramente azulado y brillante que puede ser quebradizo cuando esta frío pero se vuelve maleable y dúctil entre 100 y 150 C, se funde a 420ºC y tiene su punto de ebullición a los 907ºC. De él se obtiene el metal de zinc en estado puro, por lo que es menos vulnerable a los factores ambientales corrosivos, cuando entra en contacto con humedad, se oxida y se cubre con una capa de oxido o carbonato básico de color gris que lo aísla, protegiéndolo de la corrosión. Tiene buena resistencia mecánica por lo que puede ser empleado en la industria de la construcción, sin embargo, su cualidad más importante es su capacidad de protección, por lo que se usa principalmente como capa protectora o galvanizador para otros metales. Según la publicación Promozinc de la Asociación Latinoamericana de Zinc LATIZA,
MATERIALES 19 cada año la industria mundial del zinc produce 9.8 millones de toneladas de este metal. La mitad de esta cantidad se destina a la protección del acero frente a la corrosión. La galvanización en caliente es uno de los sistemas más eficaces de protección del hierro y el acero frente a la corrosión que experimentan estos materiales cuando se exponen a la atmósfera, las aguas y los suelos. Consiste en la formación de un recubrimiento de zinc sobre las piezas y productos de hierro o acero mediante inmersión de los mismos en un baño de zinc fundido a 450ºC. Durante la inmersión en el zinc fundido, se produce una reacción de difusión entre el zinc y el acero, que tiene como resultado la formación de diferentes capas de aleaciones zinc-hierro. Al extraer los materiales del baño de zinc, estas capas de aleación quedan cubiertas por una capa externa de zinc puro. El resultado es un recubrimiento de zinc unido metalúrgicamente al acero base mediante diferentes capas de aleaciones zinc-hierro. El ciclo de vida del acero, sin ningún tipo de protección, es de dos años aproximadamente antes de que sean afectadas sus propiedades y funcionalidad, mientras que gracias a los recubrimientos galvanizados de zinc aumenta su resistencia y logra prolongar su duración mínimo 10 años, sin necesidad de mantenimiento, incluso en las peores condiciones atmosféricas. El zinc es un elemento químico metálico que está presente en el agua, el suelo y el aire y aunque no representa más del 0,012 por ciento de la corteza terrestre, es un material altamente extraído. Está generalmente asociado a otros metales como el cobre o el plomo. Este elemento se encuentra principalmente como sulfuro mineral denominado blenda o escalerita de color caramelo, y marmitita de color negruzco. También se encuentra como óxido de zinc en el mineral cincita; como silicato de zinc en la hemimorfita; como carbonato de zinc en la esmitsonita; y como óxido mixto de hierro y zinc en la franklinita. Las menas 1 más utilizadas como fuente de zinc son la esmitsonita y la esfalerita. La extracción del zinc puede realizarse en minas de cielo abierto o en yacimientos subterráneos. Una vez extraídas, las rocas son transportadas a la fábrica donde se lleva a cabo todo un proceso de transformación que inicia con la separación de concentrados. Los minerales extraídos se trituran y posteriormente los concentrados presentes en la roca son separados mediante un proceso de flotación. Por medio de esta técnica, las partículas minerales recubiertas de ciertos productos químicos se aglutinan en forma de burbujas de aire en la superficie y son enviadas a través de varios filtros. Al final se recogen diferentes concentrados de zinc. Posteriormente se realiza el refinado que es la parte más importante del proceso. Para obtener el metal bruto se utilizan dos procedimientos: 1. La hidrometalurgia, extracción por vía húmeda, consiste en la producción y eliminación de componentes metálicos a través de reacciones químicas. Este proceso se desarrolla en cinco etapas: - El tueste: en esta fase el concentrado se tuesta para formar óxido de zinc, denominado calcina, y dióxido de azufre gaseoso, que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico. - La lixiviación (2) : el zinc y los otros metales contenidos en la calcina se disuelven en ácido sulfúrico diluido en dos etapas: lixiviación neutra, en la que se LATINOAMÉRICA: CONSUMO METÁLICO DE ZINC 2003-2008* (EN MILES DE TM) País 2003 2004 2005 2006 2007 2008* Argentina 32 46 49 50 52 17 Brasil 215 242 222 238 249 80 Chile 10 11 1 11 11 4 Colombia 20 23 23 25 25 8 México 236 240 244 250 250 84 Perú 61 80 61 69 74 25 Venezuela 12 16 16 16 16 5 Otros 26 28 28 28 28 9 Latinoamérica 612 686 653 687 705 232 Estados Unidos 1152 1251 1077 1136 1041 352 Canadá 185 189 175 181 173 55 América 1949 1468 1905 2004 1919 639 Mundo 9843 10651 10611 10999 11334 3744 *Enero- Abril Fuente ILZSG. Crédito: http://www.latiza.com/consumo_latinoamerica.html PRODUCCIÓN Y CONSUMO MUNDIAL DE ZINC 2008* Minera Metálica Consumo Metálico Europa 370 9.70 852 22.30 913 24.40 África 99 2.60 88 2.30 71 1.90 Latinoamérica 889 23.40 263 6.90 234 6.20 EE.UU y Canadá 498 13.70 369 9.70 407 10.90 Asia 1452 38.30 2085 54.60 2.037 54.40 Oceanía 488 12.90 165 4.30 83 2.20 Total Mundial 3796 100 3822 100 3745 100 *Enero- Abril Fuente ILZSG. Crédito: http://www.latiza.com/produccion_consumomundial.html
20 MATERIALES LATINOAMÉRICA: PRODUCCIÓN METÁLICA DE ZINC 2003-2008* (EN MILES DE TM) País 2003 2004 2005 2006 2007 2008* Argentina 39 35 41 40 36 13 Brasil 258 266 267 272 266 87 México 320 337 336 285 316 97 Perú 202 196 164 175 162 66 Latinoamérica 819 834 808 772 780 263 Estados Unidos 350 354 350 252 270 10 Canadá 761 805 724 824 802 269 América 1930 1993 1882 1848 1852 632 Mundo 9871 10395 10224 10645 11346 3822 *Enero- Abril Fuente ILZSG. Crédito: http://www.latiza.com/produccion_metalicalatino.html disuelve la mayor parte de la calcina, excepto las ferritas de zinc (óxido de hierro y zinc); y la lixiviación ácida, que se realiza a una temperatura próxima a la de ebullición en la que se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, el calcio y la sílice. - La purificación: durante este proceso se busca eliminar el resto de los elementos que han quedado después de la lixiviación con la ayuda de polvo de zinc. - La electrólisis: en esta etapa se realiza el paso de una corriente eléctrica a través de la solución purificada de sulfato de zinc. Esta operación se realiza entre 30 y 40 C y permite obtener zinc metálico puro. - La fusión y colado: el zinc es fundido en hornos y luego es enviado a las máquinas de colado, donde se le dará las diferentes formas de lingotes que el mercado requiere. 2. La pirometalurgia: extracción por vía seca, permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio de calor. Principalmente consiste en extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. El zinc obtenido por este método contiene entre 0,5 y 1,5 por ciento de impurezas, principalmente de plomo o de hierro. Foto: www.metaltrading.fr Actualmente el 30 del zinc consumido se obtiene del reciclado y el 70 restante se origina en cuerpos mineralizados extraídos de minas. Usos y Aplicaciones del Zinc El zinc en las industrias metalmecánica y metalúrgica se usa principalmente como elemento protector o anticorrosivo para otros metales especialmente el hierro y el acero a través de diferentes procedimientos: El galvanizado o zincado en caliente por inmersión, es un proceso en el que el recubrimiento de metales ferrosos se hace por medio de la inmersión de las piezas en un baño de zinc fundido. La galvanización tiene como principal objetivo crear una película resistente a la corrosión entre el metal base y el medio ambiente. Esta técnica es utilizada principalmente en la industria de la construcción en materiales para techado, piezas para fachadas, canales de desagüe, etc.; en la industria automotriz en la fabricación de algunas partes de vehículos, baterías, etc.; y en el caso de los electrodomésticos se usa en productos como neveras o lavaplatos. La galvanoplastia, o electrogalvanizado, consiste en el traslado de iones metálicos desde un ánodo (carga -) a un cátodo (carga +) en un medio líquido compuesto fundamentalmente por sales metálicas. Se realiza en piezas pequeñas que requieran recubrimientos muy finos. El grosor de este revestimiento es el más delgado y fácil de pintar por lo cual, los fabricantes automóviles compran el 90 de acero electro galvanizado. Sherardización, se utiliza para recubrir piezas pequeñas que son calentadas y mezcladas con polvo de zinc a una temperatura por debajo de su punto de fusión hasta que se forma un recubrimiento gris mate sobre la pieza. La aleación con otros metales es otro uso general del zinc. Las aleaciones más comunes son: El latón, es una aleación de cobre con un porcentaje de zinc que varía entre el 5 y el 50 por ciento y que en algunas ocasiones puede tener la adición de otros elementos como el níquel o el estaño. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes espesores, varillas, o cortarse en tiras que pueden estirarse para fabricar alambres. Además, en muchas ocasiones es un sustituto del bronce, usado para decoración, plomería, aplicaciones eléctricas o productos como cerraduras, válvulas, instrumentos musicales, etc. Zamak, nombre comercial que recibe la aleación compuesta de zinc como metal base con porcentajes de 3.5 hasta 6 de aluminio, de 0.75 a 1.6 de cobre y de 0.0 hasta 0.065 de magnesio. Puede tener tasas máximas de elementos como el hierro en un 0.1, plomo 0.005, estaño 0.003 y cadmio 0.004. Tiene dureza, resistencia a la tracción y posee buena resistencia mecánica y deformabilidad plástica. En muchos casos es un sustituto económico del latón y se utiliza
MATERIALES 21 en sectores como el de la construcción, electrónica, automotriz, eléctrico, juguetería, joyería, decoración, artículos deportivos y telefonía, entre otros. (Consulte la edición 08 de Metal Actual, página 15, artículo: Zamak, una aleación muy versátil). Por otro lado, los derivados del zinc también tienen diferentes aplicaciones en varios sectores industriales: el óxido de zinc, conocido como zinc blanco, se usa en la fabricación de pinturas, como base de caucho, tintas para impresión, cosméticos, productos farmacéuticos, etc.; el sulfuro de zinc es utilizado en aplicaciones relacionadas con la electroluminiscencia, luces fluorescentes, pantallas para televisores y cuadrantes luminosos; y el cloruro de zinc es usado para preservar la madera y como fluido soldador. Foto: www.almacenesarenal.com Aunque uno de los mayores usos del zinc esta en el revestimiento de metales para evitar la corrosión, son muchos los productos que se fabrican a partir de sus aleaciones y derivados. Foto: www.houstonhinge.com Foto: www.sunstrongmetal.com
22 MATERIALES Mercado del Zinc El zinc es un componente esencial en la fabricación de muchos artículos y productos que forman parte de la vida cotidiana del hombre. Si se tiene en cuenta la amplia gama de industrias que dependen de sus propiedades, es fácil ver su importancia en los sectores económicos. Según la Asociación Latinoamericana de Zinc LATIZA, cada año los productos elaborados con zinc o contenido de zinc aportan cerca de 40,000 millones de dólares a la economía mundial y la distribución de la producción minera, fundición y refinamiento de zinc se estima en 18,500 millones de dólares. Latinoamérica cuenta con una participación del 23 por ciento de la producción mundial, siendo Perú el país que ocupa el tercer lugar entre los productores mundiales de concentrados de zinc. Además, existen plantas para someter el concentrado producido a proceso de refinación en México, Perú, Brasil y Argentina. Según Infocomm Información de Mercado sobre Productos Básicos, el zinc ocupa el cuarto lugar a nivel de producción de metal en el mundo después del hierro, el aluminio y el cobre. Los cinco primeros países productores son China, Australia, Perú, Canadá y Estados Unidos que producen alrededor del 65 por ciento de la producción mundial. La mayoría de las grandes empresas mineras transforman ellas mismas el zinc en metal para el consumo interno o para la exportación. Sin embargo, el mineral es igualmente exportado en su forma bruta para ser refinado en terceros países como Japón, la República de Corea o España. Durante el pasado mes de abril, la firma ILZSG Lead and Zinc Study Group presentó los datos sobre las perspectivas para el 2008 de la oferta y la demanda a nivel mundial del plomo y el zinc. Dentro de estas cifras cabe destacar que: La producción minera de zinc aumentará en un 10,4 por ciento equivalente a 12,08 millones de toneladas en 2008, mientras que la producción mundial de zinc refinado se prevé que aumente en un 6,4 por ciento equivalente 12,06 millones de toneladas. Otros aumentos importantes se esperan en China y la India y en un plan de previsiones de otros países, incluyendo Canadá, Irán, Japón, la República de Corea, México, Perú y los Estados Unidos. Se prevé un aumento global en la demanda del zinc en un 5,2 por ciento correspondiente a unas 11,85 millones de toneladas debido principalmente al crecimiento en Asia. Para el 2008 se prevé que en China, la demanda aumentará en más de un 10,4 por ciento principalmente por una mayor inversión en proyectos de infraestructura y hogar, por lo que se espera que las exportaciones netas chinas de zinc refinado sean significativamente menores que en el 2007. Sin embargo, en cifras netas, se espera que las importaciones de zinc contenidas en concentrados de zinc permanezcan cerca a los niveles récord alcanzados en 2007. También se prevé que habrá un aumento en la India, Japón, la República de Corea y Tailandia. En el caso de Europa, se espera que los aumentos en los usos del zinc sean en Bélgica, Francia, Polonia, la Federación de Rusia y España, compensados parcialmente por descensos en Alemania e Italia, dando como resultado general, un aumento del 0,9 por ciento. Por otro, se espera que después de una caída del 11,8 por ciento en el 2007 nivel más bajo desde 1991, Estados Unidos, tenga una aumento del 4,8 por ciento durante el 2008. Características Físicas y Químicas del Zinc Símbolo químico Zn Número atómico 30 Masa atómico 65.37 Hexagonal, Estructura cristalina dihexagonal, dipiramidal Densidad (a 25ºC) 7133 Kg/m3 Temperatura de ebullición (760 mmhg) 907ºC (1180ºK) Temperatura de fusión 419 ºC (692.7 ºK) Dureza Vickers No 2-6 ypsum Resistividad eléctrica (a 20ºC) 5.96.ohm.cm Resistencia a la tracción 19 dan/mm 2 Conductividad térmica (sólido 18 ºC) 113 W/ m.k Configuración electrónica [2,8,18]4 S2 Isótopos 60 a 73 Citas 1) Mena: es un mineral del que se puede extraer un elemento (metal generalmente) por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado. Por ejemplo se dice que un mineral es mena de un metal cuando mediante minería es posible extraer ese mineral de un yacimiento y luego mediante metalurgia se puede obtener el metal de ese mineral. 2) Lixiviación: es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. Fuentes www.latiza.com www.ilzsg.org www.wikipedia.es/enciclopedia/zinc es.wikipedia.org/wiki/lixiviacic3b3n www.unctad.org/infocomm/espagnol/zinc/ utilizacion.htm www.unctad.org/infocomm/espagnol/zinc/ mercado.htm w w w. r a t i n g s p c r. c o m / p e r u / I n f o r- mes/2007/12/smzing.pdf www.aprendizaje.com.mx/curso/proceso1/ Temario1_IVZinc.htm es.wikipedia.org/wiki/galvanoplastia www.edz.es/aplicaciones.htm www.edz.es/propiedades.htm