Electro obtención de cobre

7/23/2019 Electro obtencin de cobre

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L CTRO OBT NCON

Sergio Pacheco Ramos

Franco Vilca Daz

030!"0#3


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Introduccin

El proceso de electro-obtencin de cobre constituye la etapafnal del Proceso Hidrometalrgico de benefcio de minerales

oxidados y mixtos de cobre.


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Objetivos Generales

Descripcin general de la Recuperacin de cobre

contenido en una solucin acuosa y obtener cobre

metlico en la orma de ctodos.

omponentes !ue ayudan a la recuperacin de cobre"

para ormar un ctodo de alta pure#a.

$ariables operacionales del proceso.

Descripcin del proceso


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%a electro-obtencin de cobre" es un proceso de

recuperacin de este metal desde soluciones cidas de sulato

cprico" se caracteri#a por la aplicacin de un campoel&ctrico entre un nodo !u'micamente inerte y un ctodo"

ambos inmersos en el electrolito cido de iones cpricos.

(e lle)a a cabo en celdas electrol'ticas las cuales se agrupan

en secciones y circuitos.


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Equipos y Circuitos

Celdas de EW.

%as celdas son las unidades bsicas para la E* y debido a

las caracter'sticas del proceso y sus limitaciones" se

re!uiere disponer un alto nmero de ellas de acuerdo a la

produccin deseada +alrededor de ," celdas por una

tonelada de ctodos por d'a.

on)encionalmente" las celdas se /an construido de

/ormign armado moldeado y re)estidos interiormente con

materiales plsticos. En los ltimos a0os el empleo de lasceldas polim&ricas se generali#a como e!uipo estndar en las

nue)as instalaciones. Estas celdas son monol'ticas y para una

capacidad de 12 ctodos miden 1"3 x ,",3 x ,"4 metros.


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5na celda electrol'tica para electro obtener cobrecuenta con cuatro omponentes bsicos6

nodos

5sualmente abricados de plomo aleado + Pb - (b" Pb - a -(n y en cuya superfcie se reali#a la reaccin andica u

oxidacin.

Ctodos

Puede ser una lmina inicial de cobre o una placa madre de

acero" en sus superfcies se reali#a la reaccin catdica o

reduccin. %os ctodos reciben el cobre depositado

aumentando de peso /asta su cosec/a.

Electrolito

7cta de medio conductor inico de la corriente de

transporte de iones.

Electrodo

(on los conductores electrnicos" sobre los cuales se reali#an

las reacciones electro!u'micas ambos tienen dierentespolaridades.

a. Electrodo Neativo

(e denomina ctodo" y es el electrodo en el cual se

obtienen los depsitos metlicos o depsitos catdicos"

segn una reduccin catdica.

b. Electrodo positivo

(e denomina nodo" y es el electrodo sobre el cual se

produce la disolucin del metal +electro refnacin o el

desprendimiento de gas


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+8" 8 l +electro obtencin" segn una reaccin de

oxidacin andica.

Conductores !etlicos

onectan el nodo con el ctodo externamente para la

transerencia de electrones a la uente generadora de energ'a.

%a corriente continua necesaria en el proceso se obtiene del

rectifcador de corriente alterna.

%a corriente rectifcada se conduce a las celdas con las barrasconductoras y posteriormente a)an#a de celda en celda !ue

est el&ctricamente conectado en serie en el circuito.


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Contacto nodo" Ctodo


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Electrodos nodos

%os nodos de E8 deben presentar cualidades de estabilidad

!u'mica y no incenti)ar la contaminacin del ctodo con

plomo.

%a experiencia reunida en su comportamiento" est

imponiendo el uso de nodos laminados de plomo aleado

con calcio +a y esta0o +(n.

El espesor de un nodo es de 1 mm. aprox. y sus

dimensiones un poco menores !ue la de un ctodo.

%a placa del ctodo se abrica de acero inoxidable 9,1 %

+,: ; romo< ,9 ; ='!uel con un espesor de alrededor 9"3

mil'metros.

Electrodos Ctodos

%as dimensiones son de ,"2 x ," metros" siendo el rea

sumergida para depsito de alrededor de un metro cuadrado

por cada lado. En cada cara se obtienen depsitos de

alrededor de 92 - 43 >ilogramos por planc/a de cobre.

5na de las inno)aciones de mayor impacto introducidos

recientemente en la E8" /a sido el uso de la placa catdica

de acero inoxidable en lugar de las tradicionales lminas

iniciales de cobre como base para el depsito.


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El uso del ctodo de acero /a signifcado optimi#ar el

proceso en sus respuestas" debido a !ue se dise0 como un

ctodo permanente +reusable r'gido y recto" sobre el cual se

puede depositar cobre y posteriormente despegarlo.

Conductores !etlicos

onectan el nodo con el ctodo externamente para la

transerencia de electrones a la uente generadora de energ'a.

El proceso consiste en reducir electro!u'micamente iones

cpricos presentes en el electrolito" por medio de una

corriente impuesta !ue circula de nodo a ctodo a tra)&s del

electrolito. como resultado" el cobre se deposita sobre el

ctodo y el agua se descompone sobre el nodo con

e)olucin de burbu?as y 8xigeno.

El proceso re!uiere energ'a para eectuar las reacciones" para)encer resistencias y compensar p&rdidas.

Esque#a General del Interca#bio Inico


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$eacciones de Electro Obtencin

$eaccin %ndica

El agua es oxidada o descompuesta en oxigeno y protones de

/idrogeno liberando los electrones" lo !ue se presenta por la

ecuacin.

&'O ( O') '& ) e *

$eaccin Catdica

%oa iones de cobre con carga positi)a son atra'dos por el

ctodo !ue esta cargado negati)amente y los electrones

generados en el nodo reaccionan en la superfcie del ctodo

produciendo cobre metlico !ue enc/apan al ctodo.

Cu ) &'O Cu ) ( O' ) '&


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%a reaccin neta de celda es la suma de las anteriores.

Cu ) &' O Cu ) ( O' ) '&

(egn las reacciones anteriores los productos de electro

obtencin son6 cobre metlico en el ctodo" oxigeno gaseosoen el nodo y regeneracin de acido sulrico el cual es

reciclado de reextraccion de (@. El eecto neto del proceso

electrol'tico sobre el electrolito consiste en disminuir la

concentracin de cobre y aumentar la concentracin de acido.

Ecuaciones Electroqu+#icas y ,oltaje de Celda

Potencial de e!uilibrio del 8x'geno< en el nodo se

genera ox'geno6

H8 ,A8 B HB B e " EC ,"9 $

Potencial de e!uilibrio del obre< en el ctodo se reduce

el obre6

uB B e u2 " EC -2"94 $


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Potencial de e!uilibrio de elda 6 Ee! E8 B Eu

Ee! ,"9 2"94 2"FG $" !ue corresponde a la reaccin

global6

uB B H8 u B ,A8 B HB +Reaccin lobal

El proceso consiste en reducir electro!u'micamente los iones

cpricos presentes en el electrolito" por medio de una

corriente impuesta !ue circula de nodo a ctodo a tra)&s del

electrolito. omo resultado" el cobre se deposita sobre el

ctodo y el agua se descompone sobre el nodo con e)olucin

de burbu?as de ox'geno.

El proceso re!uiere energ'a para eectuar las reacciones" para

)encer resistencias y compensar p&rdidas.


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E-ECO/ DE ,%$I%01E/

%as )ariables ms importantes en el proceso de E* y !ue es

necesario controlar para obtener buenas respuestas son6

Co#posicin Electrolito

El electrolito es el medio por el cual ingresa el cobre a la celda

y su transporte como ion cprico /acia el ctodo" sus

caracter'sticas aectan al proceso.Para expresar el grado de empleo de la energ'a el&ctrica

aplicada en el proceso de electro-obtencin" se defne el

concepto de efciencia de corriente6

Para lograr altas efciencias de corriente (uperiores a G4 ;

durante la operacin normal de una planta" se deben reducir

en orma sistemtica las uentes de origen de inefciencias de

corriente" tales como la presencia de impure#as en el

electrolito.

%a calidad del electrolito incide en el uso efciente de la

energ'a empleada en la produccin de cobre.


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El cloro" en concentraciones superiores a 32 mgA% puede

iniciar la corrosin tipo picadura +IpittingJ del acero de los

ctodos" bombas" placas de intercambiador de calor" etc. En

presencia de un electrolito con mltiples impure#as y estados

de oxidacin" el cloro e)entualmente se reduce y orma gascloro" el cual escapa /acia la atmsera.

%os pitting o corrosin tipo picadura en las placas de acero

ancla el depsito de cobre" difcultando enormemente su

desprendimiento durante el despegue en la ma!uina

automtica de despegue.

El or#amiento del ctodo de acero para lograr despegar el

cobre ad/erido incide en una p&rdida de la )erticalidad.

%a p&rdida de )erticalidad aumenta los cortocircuitos en la

celda electrol'tica durante el periodo de siembra del cobre"

dado !ue el ctodo doblado toca al nodo de plomo

adyacente.

%a presencia de cortocircuitos a)orece la perdida de

corriente" lo !ue se reKe?a en una ba?a efciencia de corriente

y sobreconsumo de energ'a. Lambi&n" aumenta la

contaminacin con plomo del cobre !ue toca al nodo por la

presencia de los ctodos de acero doblados.

Por lo anterior" el ctodo de cobre pierde )alor comercial. Por

otro lado" el ctodo doblado" en lo posible" debe ser

recuperado" lo !ue re!uiere de personal e insumos adicionales

para estas tareas. (in embargo" muc/os de los ctodos deacero no logran ser recuperados" con la consiguiente p&rdida

econmica.


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Concentracin de Cobre y cido.


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5na alta concentracin de cobre en el electrolito" aun!ue

inerior al l'mite de solubilidad del sulato de cobre" es

necesario para obtener ctodos de alta pure#a" opera a mayor

densidad de corriente para lograr mayor produccin" es por

esta ra#n" !ue tanto el electrolito alimentado como elsaliente o pobre tenga altas contracciones en cobre y su

dierencia no sea superior a ,2 gA% y comnmente al

alrededor de 3 gA%.

%os electrolitos cargados !ue presentan una concentracin de

43 - 33 gA% a los descargados !ue retornan (@ entre 93 - 43

gA%.

%a concentracin de cido aecta principalmente al consumode energ'a" ya !ue a)orece la conductibilidad del electrolito

pero una acide# muy alta aecta la corrosin del nodo y

calidad del ctodo. =ormalmente concentracin de cido )ar'a

de ,42 - ,:2 gA%.

Concentracin de I#pure2as

Dentro de las impure#as solubles en el electrolito !ue /an

llegado a E* por arrastre de acuoso en el orgnico"

disolucin del nodo o de las placas madre de acero"

interesan 7s" (b" Mi" Ne. %as primeras por su contaminacin

!ue puede pro)ocar en el ctodo" el /ierro adems pro)ocan

disminucin en la efciencia de corriente y el in cloruro

causa contaminacin al depsito como tambi&n corrosin en

las placas madre de acero.


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%as impure#as insolubles como slidos suspendidos y

arrastres de orgnicos deben mantenerse en ba?as

concentraciones ya !ue contaminan al ctodo.

e#peraturaEn general" la temperatura a)orece el proceso de E* en los

aspectos d calidad catdicas" menor )olta?e de celda" cin&tica

de transporte. (in embargo" la temperatura de operacin est

limitada al rango de 42 a 33 C" debido al costo de caleaccin

del electrolito" p&rdidas de agua por e)aporacin" mayor

eecto de la neblina cida e incidencia de mayor corrosin en

la planta. En algunos casos" /asta el calentamiento del

Electrolito de la na)e produce resisti)idad al paso de la

corriente y aumento en los cortocircuitos.

-lujos a Celdas de EW

En las celdas de electrolitos se alimenta en orma continua

para apro)ec/ar cobre y retirar de las de las celdas el

electrolito empobrecido.

El Ku?o de electrolito circulando por la celda debe tener un)alor adecuado para lograr una concentracin /omog&nea de

in cprico sobre la superfcie catdica y una /omogeneidad

en el electrolito a lo largo y alto de la celda" actores !ue

inKuyen en la calidad catdica" mayor )elocidad de

depositacin del cobre en el ctodo.

=ormalmente se opera con Ku?o de ,22-922 %Amin." siendo

mayor donde las celdas depositan ms cobre y tiene mayor

nmero de ctodos.


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Densidad de Corriente

omo se /a descrito y anali#ado en los aspectos bsicos del

E*" la densidad de corriente es una )ariable de suma

signifcancia en las respuestas ms importantes del proceso

como son la produccin de la planta" el consumo de energ'a y

la calidad catdica.

En el aspectos de produccin en E* es )enta?oso opera las

celdas con la mayor densidad de corrientes posible y de esa

manera incrementar la producti)idad de la capacidad

instalada. Pero" por otra parte desde el punto )ista de la

calidad catdica y del consumo de energ'a es ad)ersoseecto.

%a calidad de los ctodos decrece para altas densidades de

orriente debido a un aumento de rugosidad y porosidad del

depsito" lo !ue a)orece la oclusin de electrolito y

suspensiones slidas y la codepositacin de impure#as.


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5na mayor densidad de corriente disminuye la efciencia de

corriente por mayor probabilidad de cortocircuitos por

crecimiento dendr'ticos y reacciones parasitarias.

El consumo de energ'a se incrementa" ya !ue" el potencial

de celda crece al aumentar la densidad. En las plantas de

E* la densidad de corriente empleada )ar'a entre ,F2 - 92

+7Am.

%a ley de Naraday indica !ue I5n Naray de electricidad

+G1322 ampAseg o coulomb depositar el peso atomico

di)idido por su )alencia" con el peso expresado en

gramos. Esto se conoce como el Ie!ui)alente

electro!u'micoJ.

Dosi3cacin de %ditivos

En el proceso de E* del cobre" se utili#an aditi)os con el

propsito de me?orar algunas respuestas como es por e?emplo

la calidad catdica y otros para in/ibir la degradacin del

nodo de plomo y otros eectos ad)ersos en el proceso.

%os aditi)os de me?oramiento de la calidad 'sica del depsito+ni)eladores sua)i#antes permiten obtener depsitos lisos"

ad/erentes y compactos. 5n exceso de aditi)o regulador

genera eectos ad)ersos en la calidad y consumo de energ'a.

Para el aditi)o in/ibidor de la corrosin del nodo" se emplea

sulato de cobalto !ue adems disminuye el sobre potencial

andico o por lo tanto el consumo de energ'a" se emplean

concentraciones de 12 ,2 ppm.


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Neblina cida

Durante el proceso de electro obtencin" la e)olucin del

ox'geno libre en los nodos pro)oca dos problemas6En primer t&rmino" las burbu?as de gas producidas son muy

pe!ue0as y" al ele)arse a la superfcie y re)entar" la energ'a

liberada expulsa gotas extremadamente fnas de electrolito a

la atmsera" lo !ue produce una niebla altamente corrosi)a

de electrolito conteniendo cido sobre las celdas.

Esta niebla cida es irritante para los operadores y personalde mantenimiento" es corrosi)a para los componentes y

e!uipos de la instalacin de electro obtencin.


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Para minimi#ar el problema de la neblina cida" la solucin de

electrolito en las celdas es cubierta con dos capas de bolas

supresoras de neblina cida +bolitas de polipropileno de 2

mm de dimetro. %as bolas Kotan sobre el electrolito

omentando la coalescencia de las diminutas gotas de

electrolito.

ada celda es cubierta por una campana colectora y planc/as

plsticas" de tal manera !ue se cubra la mayor parte de las

celdas" a excepcin de las barras de contacto. Esto se /ace

con el fn de poder obser)ar los cortocircuitos o c/ispa#os

posibles< en esta campana se inyecta agua en orma de spray!ue permite la condensacin de la neblina.


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%a neblina cida es extra'da de la na)e de E* a tra)&s de los

)entiladores aspiradores" luego en el depurador +(crubber" se

agrega agua por medio de un aspersor" con lo cual se produce

la condensacin de la neblina.


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Equipos de 4roteccin 4ersonal

%os e!uipos de Proteccin Personal deben ser los apropiados

para el rea y por el tipo de traba?o !ue en dic/o sector serealice" lo cuales !uedan determinados en los procedimientos

de traba?o seguro.


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Concl$si%n


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Bi&liogra'a

Electro obtención de cobre

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