CORROSION

CTEDRA : CINETICA DE PROCESOS METALURGICOSCATEDRTICO : DOC. MANUEL GUERREROS MEZAESTUDIANTE : RUIZ MEZA, Payro Joaquin SEMESTRE : VI

HUANCAYO PERU

INTRODUCCIN XE "1.- INTRODUCCIN"

la electrorefinacin de un metal consiste en la disolucin andica del metal impuro y el posterior depsito catdico de este metal puro. El proceso de refinacin acuosa del cobre es el ms importante, pues prcticamente toda la produccin de cobre por pirometalurgia es electrorefinada. A menor escala, se practica tambin la electrorefinacin de Pb, Ni, Ag, Au y otros metales menores.

La electrorefinacin de cobre tiene dos objetivos:

Eliminar las impurezas que perjudican las propiedades elctricas y mecnicas del cobre, tales como: As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Fe, Co, Ni y Pb.

Recuperar las impurezas valorizables, como: Au, Ag, metales del grupo del Pt y Se.OBJETIVO XE "2.- OBJETIVO" Estudiar la electrorefinacin de cobre

MARCO TERICO Y REVISIN BIBLIOGRFICA ELECTRO OBTENCIN Y ELECTROREFINACIN DEL COBRE (Cu)

El electro obtencin de cobre es la recuperacin del cobre como metal a partir de una solucin en una celda electroqumica. La electro refinacin de cobre es la purificacin de cobre por disolucin y posterior recuperacin sobre un ctodo, por va electroqumica. En una refinera en general, las celdas se ordenan en grupos y subgrupos que pueden llamarse circuitos, cuando se consideran las celdas alimentadas por un rectificador y secciones grupos de celdas relacionados con las operaciones de carga y cosecha de ctodos.

Cada circuito es una refinera en s, con redes hidrulicas y elctricas propias. En refinacin normalmente un circuito independiente se destina a la fabricacin de hojas de partida.

Las celdas son de concreto revestido en PVC, aunque hoy da se usan con buenos resultados los concretos polimricos. Una celda acepta del orden de 50 nodos y 51 ctodos. La conexin elctrica de las celdas es en serie (Walker) y cada ciclo andico dura 24 a 28 das. El ciclo catdico entre 12 y 14 das finalizacin normalmente un circuito independiente se destina a la fabricacin de hojas de partida.

Las celdas son de concreto revestido en PVC, aunque hoy da se usan con buenos resultados los concretos polimricos. Una celda acepta del orden de 50 nodos y 51 ctodos. La conexin elctrica de las celdas es en serie (Walker) y cada ciclo andico dura 24 a 28 das. El ciclo catdico entre 12 y 14 das.

Los ctodos iniciales miden un poco ms que los nodos.

Las hojas madres para la fabricacin de lminas de partida pueden ser de cobre, acero inoxidable o titanio. En las refineras modernas se usa los ctodos permanentes de acero inoxidable.

ELECTRO OBTENCIN DEL COBRE (Cu)

La electro-obtencin de cobre se realiza en una celda compuesta por un ctodo sobre el cual se recuperar el cobre y por un nodo que debe ser inatacable para evitar la contaminacin de la solucin. El ctodo inicial es una lmina delgada de cobre o una lmina de acero inoxidable (ctodos permanentes) y el nodo es una placa de una aleacin de plomo (Pb - Ca - Sn).

Las semi-reacciones que ocurren son:

La reduccin del in cprico: Cu2+ + 2e = Cu Eo = 0,34 V.

La oxidacin del agua: 2H2O = 4H + O2 + 4e E= 1,23 V.

Para realizar la electrlisis es necesario aplicar entre los electrodos una diferencia de potencial mayor que la diferencia de potencial mnima de electrlisis. Para la obtencin en condiciones estndar esta diferencia de potencial mnima es de 1, 23 0, 34 = 0, 89 V.

De acuerdo con la ley de Nernst el potencial de una placa de cobre a 25 C es:

E = Eo + 0,059 log [Cu2+]

La reaccin andica que ocurre sobre la placa de aleacin de plomo, insoluble, es la electrolisis del solvente. En este caso:

2H2O = 4H + O2 + 4e

E = E - 0,059 pH.

La diferencia de potencial mnima o potencial de descomposicin Ed es:

EO Ecu = Ed = 0,89 + 0,059 log [H+]/[Cu2+]

Para las condiciones medias reales ([H+] 0,5 y [Cu2+] 0,3) vale Ed 0,9.

Es interesante desde el punto de vista de consumo de energa minimizar este valor Ed disminuyendo la concentracin de cido y aumentando la concentracin del in Cu2+. Cuando la electro-obtencin es la etapa que sigue a lixiviacin esos valores estn condicionados por la etapa anterior.

La implementacin del proceso de extraccin por solventes hace posible, debido a la pureza de las soluciones, obtener directamente por electro- obtencin ctodos de calidad electro- refinado. En este caso es posible lograr altas concentraciones en cobre y en cido. Persiste el problema de contaminacin en plomo proveniente de los nodos.

La tensin de celda es de 2 a 2,5 [V]. Gran parte de este potencial se utiliza en producir la reaccin electroqumica. En el electrlito la cada de tensin es tambin alta debido a la relativamente baja concentracin en cido sulfrico.

Las soluciones de lixiviacin para electro- obtencin tienen una conductividad del orden de 0,2 [mho/cm] y el consumo de energa es de 2.700 3.000 [kWh/t Cu].

Figura: Circuito equivalente para electro obtencin.

Figura: Procesos catdicos y andicos.

En la prctica las eficiencias catdicas en

E.O. varan entre 77 y 92%.

En la refinera de Chambishi con un electrlito que contuvo 4 [g/L] en Fe2+ y 6 [g/L] en Fe+3, la eficiencia catdica era de 77%. En Nchanga (Zambia) el electrolito contena 2,1 [g/L] en Fe2+ y 0,5 [g/L] en Fe+3 y la eficiencia fue de 85%. Estos valores ponen en evidencia el papel que juega el fierro, principal impureza desde el punto de vista de la eficiencia de corriente.

Fe3+ = Fe2+ + e E = 0,77 + 0,059 *log [Fe2+]/[Fe3+]

Figura: Efecto del fierro.

El in frrico produce adems problemas de corrosin en las orejas de los ctodos por establecimientos de una tensin mixta.

2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+ E = 0,33 V.

El fierro puede eliminarse por descarte parcial de soluciones a las que previamente se les ha extrado el cobre; oxidando la solucin con MnO2 y neutralizando a pH = 2 2,5, de modo que precipitar hidrxidos de hierro; tambin se puede utilizar fosfatos. En los procesos de extraccin por solventes se puede minimizar el arrastre de fierros a la electro-obtencin.

El plomo, proveniente de los nodos, es tambin una impureza nociva. Para esto se discuten dos tipos de soluciones; la utilizacin de nodos de aleaciones Ca Pb Sn laminados, que presentan un PbO2 de contextura diferente ms resistente y menos contaminantes o el uso del nodo de titanio recubiertos de xidos activos de rutenio, platino, iridio, etc.

La pureza de los ctodos de electro- obtencin es superior a 99,9 %DESCRIPCIN DEL PROCESOLos nodos se moldean en la fundicin y son de cobre impuro (99.4 a 99.8 % Cu) y los ctodos son Lminas de cobre puro (99.98 % Cu) u de acero inoxidable sobre el cual se va a depositar el cobre puro.

Resultados del proceso electroltico:

Depositacin de cobre puro en el ctodo

Disolucin de cobre impuro en el nodo

El electrolito se enriquece en impurezas y en cobre

Se produce un barro andico, rico en Au y Ag

El electrolito es una solucin cida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 g/l de Cu2+ y 180 a 200 g/l de H2SO4. La temperatura de trabajo es del orden de 60 C y la densidad de corriente varia entre 180 y 250 A/m2.

Figura 1 : Curva de polarizacin para la electrorefinacin de cobre.COMPORTAMIENTO DE LAS IMPUREZASTabla 1: Rangos de composicin industrial de nodos y ctodos de cobre.

Durante el electrlisis, el cobre y los metales menos nobles que l: As, Sb, Bi, Fe, Co, Ni, Pb, pasan desde el nodo a la solucin; mientras que los metales ms nobles como oro y plata, y los sulfuros, selenurios y teluros de cobre y plata, muy refractarios a la disolucin electroqumica, no se disuelven, decantan y pasan al barro andico.

El cobre es depositado sobre el ctodo; mientras que los metales menos nobles como Fe, Ni y As permanecen en la solucin. Un circuito de purificacin del electrolito permite eliminar estos elementos y evitar as que su concentracin aumente en solucin con el tiempo. El electrolito circula en circuito cerrado en la planta de electrorefinacin.

nodo:

Cobre: Cu => Cu2+ + 2e-- nobles: Fe => Fe2+ + 2e-

+ nobles: Au Au slido que decanta al fondo de la celda.

Ctodo:

Cobre: Cu2+ +2e- => Cu

(-) nobles: Fe2+ Fe2+: no se depositan

(+) Nobles: No estn en solucin

Adems, para mejorar la calidad del depsito catdico, se agrega al electrolito sustancias orgnicas en pequeas cantidades, llamadas inhibidores de cristalizacin, tales como: tiourea, cola y avitone.

Finalmente, como la concentracin de cobre aumenta en el electrolito, debido a la disolucin qumica del xido cuproso contenido en el nodo, es necesaria que una parte del electrolito sea sometida al proceso de electroobtencin para mantener la concentracin de cobre constante en solucin.

Disolucin qumica (nodo) :

Cu2O + 2 H+ => 2 Cu+ + H2O

2 Cu+ => Cu2+ + Cu(precipitado) (dismutacin)

CONSUMO DE ENERGAEl consumo de energa es calculado a travs de la ecuacin P=I*V*t, siendo este 200 250 Kwh/Tn

PRCTICA INDUSTRIALCIRCUITO HIDRULICOLa figura 5.16 muestra el circuito hidrulico de una planta de ELECTROOBTENCIN DE COBRE. El electrolito rico, proveniente del proceso de SX, se bombea a las celdas en paralelo, dnde se deposita parte del cobre disuelto, y vuelve al proceso de SX.

El estanque de recirculacin permite el mezclado del electrolito rico, proveniente de la SX, con parte del electrolito pobre que se recicla a las celdas. Estarecirculacin permite ajustar el balance de cobre en el electrolito que sufre una fuerte variacin en la etapa de SX y muy leve en la electroobtencin.

En el caso de la ELECTROREFINACIN DE COBRE, el electrolito circula en circuito cerrado en la planta. Solamente una pequea parte del caudal del electrolito pasa en un circuito de purificacin para bajar el nivel en impurezas del electrolito. CIRCUITO ELCTRICOLos circuitos elctricos de las plantas de electroobtencin y electrorefinacin de cobre son similares; a pesar de que el voltaje de celda es mayor en el primer caso. La corriente elctrica continua proviene de un rectificador y alimenta a las celdas en serie. A dentro de cada celda, la corriente atraviesa los electrodos en paralelo (figura 2).

Entonces, la corriente y el potencial que debe entregar el rectificador estn dados por:

Vrectificador = Vcelda x Nmero de celdas

Irectificador = Nc x Sc x Icorriente x 2

Vcelda : Potencial entre los ctodos y los nodos de la celda (V)

Nc : Nmero de ctodos por celda

Sc : Superficie de cada cara de un ctodo (m2)

Icorriente : Intensidad de corriente (A/m2)

Los datos industriales sol los siguientes:

Proceso convencionalProceso Mount ISA

CtodosCu puroAcero inoxidable

Tiempo de deposicin14 das7 das

Peso2*75 Kg2.40 - 60 Kg

nodoCu impuroCu impuro

Peso350 Kg350 Kg

Tiempo de disolucin28 das20 das

Requerimiento de energa200 -250 Kwh/Tn350 Kwh/Tn

Eficiencia de corriente>95%>97 %

Temperatura del bao60 60

Densidad de corriente250 A/m2250 A/m2

EXPERIMENTACIN XE "4.- EXPERIMENTACIN" MATERIAL Y EQUIPO Solucin de cobre

Ctodo de acero inoxidable

Cobre impuro

Un rectificador de corriente

1 celdas electrolticas

Un testerPROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Pesar ctodos antes del proceso

Medir el rea sumergida de los ctodos que en este caso es de 0.042 Conectar los electrodos de manera que quede la celda en serie y los electrodos en paralelo

Suministrar una intensidad de corriente de 0.8 Amp

Encender el equipo y controlar una hora de proceso

Apagar el equipo

Pesar el ctodos despus del proceso

Figura 3. Conexin de la celda de elcetrorefinacin de cobre. RESULTADO XE "5.- RESULTADO" Rendimiento de corriente:

Consumo de Energa (Kwh/Ton de Cu depositado)

CONCLUSIONES XE "7.- CONCLUSIONES" El objetivo del proceso de electrorefinacin de cobre es obtener un cobre con elevada pureza, en la presente prctica se estudio el proceso, obtenindose una eficiencia de corriente de 60.15 %, el cual es bajo comparado con los obtenidos en la prctica industrial, en cuanto al consumo de energa es bajo comparado con el industrial, por lo que la practica tuvo un resultado no muy aceptable. En cuanto al estudio del proceso se puede decir que la prctica cumpli con este punto.

BIBLIOGRAFA XE "8.- BIBLIOGRAFA" (1) Universidad Atacama Apuntes de Hidrometalurgia

(2) Terkel Rosenquist, " Fundamentos de Metalurgia Extractiva ", ed. Limusa, Mxico,

(3) Germn Cceres, " Electroobtencin ", Curso de capacitacin, Universidad de Atacama, Copiap, 1994.

(4) Apuntes MET 3322

Anexos:Comcentrado de cobre

Precipitacin de la solucin de cobre

Celda electroltica

Catodos de cobre

ELECTROREFINACIN DEL CObre