Minério de zinco contendo
de ZnS e
de inertes é queimado numa fornalha contendo
de ar em excesso. O sulfeto de zinco é convertido em óxido de zinco de acordo com a reação:
O óxido de zinco é então misturado com coque (
e
de inertes em peso), numa segunda unidade onde o óxido de zinco é reduzido ao metal de acordo com a reação:
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
O óxido de zinco é então misturado com coque (
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício de engenharia química envolvendo a queima de minério de zinco (ZnS) e a redução do óxido de zinco (ZnO) para obter zinco metálico. A matéria principal aqui é a estequiometria das reações químicas. Precisamos usar as equações balanceadas fornecidas para calcular:
a) A composição dos gases que saem da fornalha;
b) A quantidade de zinco metálico produzido;
c) A quantidade de coque consumido.
a) A composição dos gases que saem da fornalha;
b) A quantidade de zinco metálico produzido;
c) A quantidade de coque consumido.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do minério de zinco. Temos 1 tonelada de minério com 80% de ZnS e 20% de inertes. Então, a quantidade de ZnS é:
Passo 3
Agora, vamos considerar a reação de queima do ZnS:
Isso significa que para cada 2 mols de ZnS, precisamos de 3 mols de O₂ para produzir 2 mols de ZnO e 2 mols de SO₂.
Passo 4
Vamos calcular a quantidade de O₂ necessário com 50% de excesso. Primeiro, calculamos o O₂ teórico:
Para 0,8 toneladas de ZnS:
Para 0,8 toneladas de ZnS:
- Massa molar de ZnS: Zn = 65,38 g/mol + S = 32,07 g/mol = 97,45 g/mol
- Mol de ZnS:
- De acordo com a reação, para 2 mols de ZnS, precisamos de 3 mols de O₂:
Com 50% de excesso:
Passo 5
Com a quantidade de O₂, podemos determinar os produtos formados:
- Mol de ZnO formado: 2 mol de ZnO para 2 mol de ZnS, ou seja, 1:1
- Mol de SO₂ formado: Igual ao mol de ZnS
Passo 6
Para achar a composição dos gases saindo da fornalha, precisamos considerar o excesso de O₂:
- Mol de O₂ consumido: 12329 mol
- Mol de O₂ fornecido: 18494 mol
- O₂ restante:
Passo 7
Agora, vamos calcular as frações molares dos gases:
- Total de mols de gás:
- Fração molar de SO₂:
- Fração molar de O₂:
Passo 8
Convertendo para porcentagem volumétrica:
- SO₂: 57,1%
- O₂: 42,9%
Passo 9
Para a parte b, queremos saber a produtividade de zinco metálico. Primeiro, observamos a reação de redução:
Cada mol de ZnO produz 1 mol de Zn.
Passo 10
Sabendo que foram formados 8219 mol de ZnO, a quantidade de Zn metálico será também 8219 mol. Convertendo para massa:
- Massa molar de Zn: 65,38 g/mol
Passo 11
Finalmente, para calcular a quantidade de coque consumido, usamos a mesma proporção da reação. Cada mol de ZnO consome 1 mol de C.
- Massa molar de C: 12,01 g/mol
Como o coque é 95% de C, a massa total de coque necessária será:
Resposta
a) A composição dos gases saindo da fornalha é aproximadamente 57,1% de
e 42,9% de
.
b) A produtividade de zinco metálico é cerca de 536,5 kg.
c) A quantidade de coque consumido é aproximadamente 10,38 kg.