DE COBRE DESDE SOLUCIONES AMONIACALES POR MEDIO DE …
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ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE DESDE SOLUCIONES AMONIACALES POR
MEDIO DE ELECTRO-ELECTRODIÁLISIS UTILIZANDO MEMBRANAS DE
INTERCAMBIO IÓNICO ANIÓNICAS Y/O CATIÓNICAS
Belén Estefanía Garrido Moreno
Pedro Fredes Trujillo
Gerardo Cifuentes Molina
Porto Alegre, 2019
Situación Actual
2
Hidrometalurgia Pirometalurgia
30,4% (2017)
8,6% (2028)
(Fuente: Proyección de la producción esperada de cobre en Chile 2017 - 2028, Cochilco 2017)
69,6% (2017) 91,4% (2028)
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Producción de concentrados
48,5%
Producción Cátodos SX-EW
67,2%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
2005 2010 2016 2021 2028
Producción de concentrado refinado y sin refinar
Refinado Sin refinar
3
Electrólisis
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
4
Electrólisis Convencional
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
pH
Cátodo
Ánodo
5
Electrólisis
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
6
Lixiviación de Sulfuros
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
LX
SX
EW
Cambio de
pH
Lixiviación
Alcalina
EW
convencional
NH3 EED
7
Evaluar la efectividad de obtener cátodos de cobre mediante electro-
obtención directa de cobre a partir de soluciones amoniacales artificiales
utilizando electro-electrodiálisis (EED).
Objetivo General
Evaluar los efectos de la variación de concentración de iones cúpricos del
electrolito, en la calidad catódica.
Evaluar los efectos de la variación de densidad de corriente aplicada en la
calidad catódica.
Estudiar la variación de pH en el electrolito durante la EED.
Objetivos Específicos
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
8
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Teoría
𝐻+ + 𝑁𝐻3 ⟷ 𝑁𝐻4+ 𝑁𝐻4
+ + 𝑂𝐻− ⟷ 𝑁𝐻3 + 𝐻2𝑂
9
Amonio/Amoniaco
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
10
Preparación de la solución
Solución amoniacal tetramina cúprica
H2SO4
NH4OH
CuSO4
Variación en la concentración de cobre
Variación en la concentración de amoniaco
Ajustar 9<pH<9,2
Temperatura ambiente
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
11
Montaje
1 2
3
1 2
3
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
12
M.A
M.V
M.A
M.V
13
Montaje
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
14
Parámetros
• Voltametría
• Especiación
Ensayos
• Electro-electrodiálisis
Diferente [Cu]
Diferente [NH3]
Diferente i
• Electrólisis convencional
Análisis
• Depósito sólido
Espectrofotometría
Inspección Visual
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Metodología
15
Especiación
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Fraction
pH
Cu(NH3)3OH+
Cu(NH3)42+
CuO(cr)
[Cu2+]TOT
= 50.00 mM [NH3]TOT
= 300.00 mM
Frac
ció
n
8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Fraction
pH
Cu(NH3)3
2+
Cu(NH3)3OH+
Cu(NH3)42+
CuO(cr)
CuO(cr)
[Cu2+]TOT
= 50.00 mM [NH3]TOT
= 600.00 mM
Frac
ció
n
16
𝑖𝐿 = 𝑛 · 𝐹 · 𝐷 ·𝐶0
𝛿
Densidad de corriente límite
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
(3 g/L)
(5 g/L)
17
18
Efecto concentración Cu+2
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Concentración Cu+2
0
5
10
15
20
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-20
0
20
40
60
80
100
120
Ten
sió
n d
e ce
lda,
V
Efic
ien
cia
de
corr
ien
te.
%
19
Efecto densidad de corriente
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Densidad de corriente
0
20
40
60
80
100
200 300 400
0
5
10
15
20
Efic
ien
cia
de
corr
ien
te,
%
Ten
sió
n d
e ce
lda,
V
20
Modificación de celda
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
0,03 M 200-300-400 A·m-2
0,08 M 300-350-400-500 A·m-2
21
• 0,05 M
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Densidad de corriente
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150 250 350 450 550
efi
cie
nc
ia d
e c
orr
ien
te %
densidad de corriente A/m2
0,05M Catiónica 0,05M Aniónica Sobrepotencial, favorece nucleación
Efecto densidad de corriente MA/MC
22
0,15 M; 100% NH3
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
Densidad de corriente
Sobrepotencial, favorece crecimiento
y = 0,0948x
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150 250 350 450 550
efi
cie
nc
ia d
e c
orr
ien
te %
densidad de corriente A/m2
0,15 M Catiónica 0,15 M Aniónica
Efecto densidad de corriente MA/MC
23
• 0,05 M; 300-400 A·m-2
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
% NH3
Efecto amoniaco MA/MC
24
Análisis de pH y Ubornes
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
25
Análisis de pH
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
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Electro-electrodiálisis:
Es factible llevar a cabo la electro obtención de cobre en una celda basada en
electrodiálisis reactiva utilizando membranas de intercambio iónico catiónicas y aniónicas,
tanto para soluciones sintéticas y provenientes desde lixiviacion amoniacal
• Soluciones de 12-20 g·L-1, en el rango de 200-300 𝐴 ⋅ 𝑚−2, suprimiendo la etapa de
extracción por solvente.
• Sintéticas de baja concentración de cobre, 3 g·L-1, en el rango de 200 -500 𝐴 ⋅ 𝑚−2.
Reacción de oxidación del agua en medio alcalino en el anolito.
La turbulencia del electrolito al interior de la celda juega un papel importante es el proceso,
permitiendo operar a mayores densidades de corriente con electrolitos de bajas
concentraciones del ion metálico.
Conclusiones
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
27
Para todos los casos la eficiencia de corriente aumenta conforme aumenta la densidad de
corriente. Para concentraciones de 0,05 M de Cu la eficiencia de corriente aumenta un
130%, de 200 a 500 𝐴 ⋅ 𝑚−2; para concentraciones de 0,08 M, un 30%, en rango de 300 a
400 𝐴 ⋅ 𝑚−2; y para concentraciones de 0,15 M, la eficiencia de 500 𝐴 ⋅ 𝑚−2 aumenta 4
veces la eficiencia correspondiente a 200 𝐴 ⋅ 𝑚−2
Las tensiones de celda obtenidas estuvieron en el rango de 2-4 V, y potencia consumida
de 0,1-0,7 W.
A mayor concentración de amoniaco en solución la eficiencia de corriente disminuye, al
igual, aunque en menor medida, que lo hace el voltaje de celda.
En vista de las eficiencias de corriente y la calidad de depósito obtenido la concentración
de amoniaco más adecuada es de 50% de exceso.
Conclusiones
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
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Son obtenidos depósitos de cobre con purezas sobre 99,5%. Siendo las impurezas parte
del mal manejo de materiales e insumos. Que, con el debido cuidado y precaución, podrían
minimizarse.
El pH del catolito aumenta levemente en el tiempo (neto 0,2 puntos de pH
aproximadamente) durante tres horas de operación.
El pH del anolito disminuye levemente en el tiempo (neto 0,2 puntos de pH
aproximadamente) durante tres horas de operación.
Así mismo, es posible depositar cobre desde una solución amoniacal en una celda de
electro obtención convencional (sin membranas), con eficiencias de corriente del 60% y
una potencial utilizada de 0,37 W. Sin embargo, no es posible deducir si el agente
acomplejante es destruido, si así fuera, nuestra solución electrolítica se convierte en un
efluente a tratar.
Conclusiones
Motivación Objetivos Marco Teórico
Experimental Resultados Conclusiones
29
Muchas Gracias
Muito obrigado
Moltes Gràcies