Electroobtención

Introduccin

La operacin EW aplicada al cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de minerales oxidados y mixtos.

Los principales objetivos son : Recuperar el cobre contenido en una solucin acuosa

y obtener cobre metlico en la forma de ctodos.

Producir ctodos de la mayor calidad posible y a bajo costo.

Regenerar cido sulfrico simultneamente con la

deposicin de cobre, el cual se recicla a la planta de Extraccin por Solventes (SX) ( tambin a Lixiviacin en los procesos sin SX).

Electroobtencin

La electroobtencin es el proceso final en la produccin de cobre catdico de alta pureza. En la electroobtencin el cobre metlico se recupera desde una solucin de sulfato de cobre cido (CuSO4) mediante el proceso de electrlisis sumergiendo dos electrodos (ctodo y nodo) en una solucin electroltica de cobre.

Solucin electroltica: Es una solucin lquida que tiene la propiedad de permitir el paso de la corriente elctrica. En la planta la solucin electroltica es una mezcla de agua, cido sulfrico y sulfato de cobre. Electrodos: Son planchas metlicas que se usan para hacer pasar la corriente elctrica por el electrolito. El ctodo inicial (carga negativa), es una plancha de acero inoxidable 316L y el nodo (carga positiva), es una plancha rolada en caliente de plomo-calcio-estao.

Celdas Electrolticas

Celdas Electrolticas

A medida que el electrolito fluye a travs de las celdas de electroobtencin, en el proceso se producen varios cambios:

El contenido de cobre del electrolito disminuye a

medida que el cobre se deposita en los ctodos. La concentracin de cido sulfrico aumenta,

debido a la descomposicin del H2O en el nodo. La temperatura del electrolito aumenta, debido al

calor producido por la resistencia y otras ineficiencias.

Descripcin del proceso en celdas Electrolticas

La Electro-obtencin de cobre permite recuperar este metal desde soluciones cidas de sulfato cprico. Se caracteriza por la aplicacin de un campo elctrico entre un nodo y un ctodo, ambos inmersos en el electrolito cido de iones de cobre.

Se lleva a cabo en celdas electrolticas las cuales se agrupan en secciones y circuitos.

Una celda electroltica para electro-obtener cobre cuenta con cuatro componentes bsicos :


nodos Usualmente fabricados de plomo aleado ( Pb - Pb - Ca

- Sn ) y en cuya superficie se realiza la reaccin andica u oxidacin.

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

de acero inoxidable, en cuyas superficies se realiza la reaccin catdica o reduccin. Los ctodos reciben el cobre depositado aumentando de peso hasta su cosecha.

Electrolito Acta de medio conductor inico de la corriente,

indispensable para el transporte de iones. Conductores Metlicos Conectan el nodo con el ctodo externamente para la

transferencia de electrones a la fuente generadora de energa.


El proceso consiste en reducir electro-qumicamente los iones cpricos presentes en el electrolito, por medio de una corriente impuesta que circula de nodo a ctodo a travs del electrolito.

Como resultado, el cobre se deposita sobre el ctodo y el agua se descompone sobre el nodo con evolucin de burbujas de Oxigeno. La Figura muestra en forma esquemtica el funcionamiento del proceso.

El proceso requiere de energa para las reacciones qumicas, para vencer resistencias y compensar prdidas.


El cobre se deposita sobre la plancha madre por un periodo de 7 das aprox.

Al final del ciclo de deposicin, las planchas madre se cosechan (se retiran) de las celdas y se llevan a la mquina despegadora de ctodos, donde se separan las lminas de cobre catdico de las planchas madre

Estas planchas madre se reparan o pulen si es necesario y se retornan a las celdas de electro-obtencin para iniciar un nuevo ciclo de deposicin.

La energa de corriente continua (DC) para las celdas, es suministrada por rectificadores /transformadores, para suministrar energa a las celdas.

Electroqumica del Cobre

El nodo lleva carga elctrica positiva.

El ctodo, carga elctrica negativa.

Los iones de cobre (Cu++) son reducidos, es decir neutralizados en el ctodo por los electrones que fluyen por l, depositndose una capa de cobre metlico sobre la superficie de la plancha madre de acero inoxidable (ctodo permanente).

La reaccin de deposicin electroltica en el ctodo es:

Cu +2 + 2e- Cu0


Donde (e-) denota un solo electrn, necesitndose dos para neutralizar un in Cu++.

Sin embargo, la reaccin en el nodo es completamente diferente.

El gas oxgeno se forma en el nodo inerte por la descomposicin del agua. Los iones sulfato (SO4-) se neutralizan en el nodo formando inmediatamente cido sulfrico (H2SO4) y oxgeno (O2) segn las reacciones siguientes:


H2O 2H+ + O2 + 2e-

2H+ + SO4-2 H2SO4 ___________________________________________________ H2O + SO4-2 H2SO4 + O2 + 2e-

La evolucin del oxgeno libre en los nodos provoca dos problemas:

las burbujas de gas producidas al elevarse a la

superficie y reventar, expulsa gotas extremadamente finas de electrolito a la atmsfera, lo que produce una niebla altamente corrosiva de electrolito.


Esta niebla cida es irritante para los operadores y el personal de mantenimiento, es corrosiva para los componentes y equipos de la instalacin de electro-obtencin

El oxgeno liberado en la superficie del nodo puede hacer que se desprendan escamas de xido de plomo, las cuales decantan como lodo no soluble. El lodo se saca en intervalos peridicos mediante la limpieza de las celdas.


Esta niebla cida es irritante para los operadores y el personal de mantenimiento, es corrosiva para los componentes y equipos de la instalacin de electro-obtencin


Calidad de la lmina de cobre Electrolito pobre no sea menor a 30 gpl

(concentracin)

Esto causa:

La movilidad reducida de los iones de cobre en la regin del ctodo, conllevando a depsitos blandos o esponjosos y de una calidad baja.


Condiciones ptimas de la electro-obtencin

Las condiciones de operacin garantizan:

Larga vida til del ctodo.

Eficiencia operacional.

Facilidad en el desmonte del depsito de cobre.

Pureza del depsito.


Las condiciones ptimas son las siguientes: Contenido de cobre (35/40 g/L) Contenido de cido (150/180 g/L) Concentracin de cobalto (100/150ppm, 150 si el

contenido de manganeso en el electrolito es alto) Cloruro (menos de 30 ppm) Orgnico (< 1ppm) Hierro (< 1,5g/L) Flujo a las celdas Densidad de corriente Temperatura de la celda (4550C)

Problemas en la electroobtencin

Corrosin Por cloruros Cuando el nivel de cloruro en el electrolito es

alto, se puede producir una acumulacin de gas de cloruro sobre la lnea de solucin.

Andica Si la plancha catdica se llegara a colocar en una

celda como nodo, la corrosin por disolucin andica que se producira sera extremadamente grave.


Por contactos Si no se realiza la limpieza adecuada y si los

procedimientos de operacin son incorrectos, el enchapado de cobre de la barra de suspensin se corroe.

Los procedimientos para alargar el periodo de vida de la barra de contacto son los siguientes:

Lavado constante y efectivo de los contactos y barras de suspensin.

Reduccin de cortocircuitos. Retiro efectivo de niebla cida.


Nivel de electrolito en la celda El electrolito que est operando a baja

temperatura (menos de 35C), puede dar lugar a la formacin de sulfato de cobre cristalizado, especialmente en la parte superior del nivel de electrolito.


Alineamiento Efectos del espacio de separacin entre electrodos

Si la distancia es > que los valores especificados, se forma una capa delgada, tipo cero galleta, que cuando se procesa la placa no se despega.

Si la distancia es < entre electrodos se forma una capa de crecimiento acordado o nodular. Se prefiere un cobre catdico liso.


Efectos del espacio de separacin entre electrodos


Paralelismo Un factor imprescindible para conseguir la

efectiva distribucin de la corriente y reducir la formacin de cortocircuitos, es que el ctodo quede bien alineado entre dos nodos.


Cortocircuitos

El cortocircuito es la condicin fsica que causa que la corriente fluya entre los electrodos sin tomar parte en la reaccin electroltica.

Los cortocircuitos por crecimientos son causados por la inclusin en el depsito catdico de una partcula conductora. La partcula atrae mas carga y as crece ms rpidamente que el depsito catdico que est alrededor.


Desborre de celdas

El desborre se realiza para la limpieza de la celda y para evacuar el lodo del plomo que se acumula en el fondo.

Equipos asociados al proceso de celdas electrolticas

Los equipos asociados al proceso son:

Nave Electro-obtencin.

Celda de electro-obtencin.

Marco distribuidor de electrolito.

Marco cortocircuitador .


Nave Electro-obtencin

Puente Gra Nave

Carro

Strong

back

(Araa)

Celdas de electro-obtencin

Ctodo

nodo


Celda de electro-obtencin

Soporte

de las

pasarelas

Soporte de

la barra

colectora

Drenaje

inferior

Cajn de

rebalse

Drenaje

lateral

Barra de

nivel


Marco distribuidor de electrolito

El marco distribuidor colocado en la base de cada celda, es una tubera de forma rectangular, con una distribucin uniforme del electrolito sobre las caras de los ctodos suspendidos en la celda.

Marco cortocircuitador

Para realizar la limpieza de las celdas es necesario hacer un puente en el paso de la corriente elctrica sobre las celdas que van a ser limpiadas, para ello se utiliza un marco cortocircuitador.

Limpieza de Contactos entre Celdas de Electroobtencin

Ctodo

nodo

Ctodo nodo

Aisladores

Cubierta Barra de cobre triangular

Limpieza de Derrames

Si hay derrames de alguna sustancia en las instalaciones o equipos de la nave, este se debe limpiar en forma adecuada.

Identificar que tipo de sustancia se ha derramado.

Determinar de donde proviene la sustancia derramada.

Determinar la cantidad de la sustancia derramada.

Avisar al coordinador el tipo y la cantidad del derrame.

Reparar la causa si fuera posible.

Limpiar el derrame adecuadamente.

Limpieza General Limpiar los derrames de aceite, grasa, agua, electrolito,

etc., dejar limpia y ordenada el rea de trabajo.

Recoger los ndulos que cayeron fuera de la zona de la cadena de recepcin y almacenarlos.

Recoger las bolitas de polipropileno que cayeron fueras de las celdas.

Limpiar el polvo acumulado en mquinas equipos, estructuras, etc.

Limpiar los letreros de seguridad y colocarlos en sus sitios.

Limpieza General

Asegurarse que las estructuras no estn sueltas o desatadas; si es as comunquese a mantenimiento para la solucin correspondiente.

Asegurarse que las puertas de acceso estn en buen estado de funcionamiento.

Dejar las herramientas y equipos utilizados en los lugares que les corresponde.

Hacer la limpieza de los equipos del sistema de captacin de niebla cida y de los ventiladores extractores con agua. Por lo menos una vez a la semana.

DESCRIPCIN DEL PROCESO DE

COSECHA

La cosecha de ctodos en las celdas de electro-obtencin se realiza despus de aproximadamente 7 das de deposicin.

Para la cosecha se utiliza un puente gra y un Strongback (tren de ganchos)

DESCRIPCIN DEL PROCESO DE

COSECHA El cobre depositado en los ctodos es removido

de las celdas y transportado a una mquina despegadora de ctodos, para separar el cobre en la plancha madre.

Las planchas de cobre catdico ya despegadas, son pesadas, enzunchadas y transportadas al mercado

EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA

Los equipos asociados al proceso son:

Puente gra.

Mando colgante y radio control del puente gra.

Ctodos.

nodos.

El Strongback de ctodos y nodos.


Puente gra.

Limite switch

(Tope de puente) Riel de desplazamiento

Accionamiento del tecle

Accionamiento del carro

Accionamiento

del Puente

Portador del

cable Unidad

inferior Mando colgante

Sistema de cables

mensajeros de la

botonera


Ctodos.

Lnea de

solucin

Barra de

suspensin

Cinta de borde

plstico


nodos. Barra de cobre revestida

de plomo

Contacto

Aleacin de

plomo,

calcio,

estao

Aisladores

en forma de

ala


El Strongback de ctodos y nodos.

Celda

nodo

Ctodo

Campana

colectora de

neblina

Gancho de

sujecin

Strongback de

ctodo

DESCRIPCIN DEL PROCESO DEL

DESPEGUE DE CTODOS

La mquina despegadora de ctodos es un

sistema que tiene como objetivos: Recepcionar y lavar los ctodos cosechados,

despegar la plancha de cobre de la plancha madre, corrugarlos y apilarlos para ser pesados, etiquetados y enzunchados para su distribucin.

Preparar las planchas madre para su retorno hacia la celda de electroobtencin.


DESPEGUE DE CTODOS

Etapas de la mquina despegadora de ctodos La mquina despegadora de ctodos cuenta con

una serie de etapas automatizadas por las que pasan los ctodos (planchas madre cosechadas), para ser despegados.


DESPEGUE DE CTODOS

Recepcin de ctodos

Montura de la cadena de recepcin

Dispositivo de transferencia de carga

Flujo de ctodo Motor hidrulico

Cadena de transmisin

Pin

Ctodo Pin


DESPEGUE DE CTODOS

Lavado de ctodos

Lnea de

agua

Cmara

de lavado

Ctodo

Aspersores

Rejilla

Tranque de

agua de

recirculacin

Calefactor

elctrico

Trampa de

bolas


DESPEGUE DE CTODOS

Transportadora transversal

Estacin de

descarga Despegado

de ctodos Estacin de

carga

Dispositivo de

transferencia de

descarga

Plancha de

cobre

Transportadora

transversal Tope de Jebe

Dispositivo de

transferencia de

carga


DESPEGUE DE CTODOS

Despegado de ctodo

Martillo

Soporte flexador

Pistn

Ua de fijacin

Barra flexador

a


DESPEGUE DE CTODOS

Transportadora de planchas de cobre

Despegado de ctodos Transportadora de plancha de ctodo

Prensa corrugadora

Paquete de planchas de cobre

Apiladora de planchas de cobre


DESPEGUE DE CTODOS

Corrugado de planchas de cobre Motor elctrico

Tanque de aceite hidrulico

Matriz macho Matriz Hembra

Plancha de ctodo

Soporte de la prensa corrugadora

Cilindro hidrulico de

elevacin


DESPEGUE DE CTODOS

Apilado de planchas de cobre

Mstil Rodillo

Pistn hidrulico

Soporte

Paquete de plancha de cobre

Mesa de elevacin


DESPEGUE DE CTODOS

Pesado, etiquetado y enzunchado de planchas de cobre

Maquina enzunchadora

Gra horquilla Pesmetro Alimentador de los zunchos

Etiquetadora

Procesador de la balanza


DESPEGUE DE CTODOS

Estacin de rechazo

Dispositivo de transferencia de descarga

Rack

Plancha madre rechazada

Presionador de cantos

Cadena de descarga

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