16-04-2014
ELECTROMETALURGIA
ELECTROWINNING
Introducción.
ELECTROOBTENCIÓN
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ELECTROWINNING
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EW
Alimenta Alimenta las celdas de electroobtención que en su interior contiene ánodos de plomo y cátodos de acero inoxidable en forma alternada.
Es un proceso químico que se realiza en celdas electrolíticas. El electrolito contiene el cobre en forma de sulfato de cobre en solución (CuSO4)
ELECTROOBTENCIÓN – ELECTROWINNING – EW.
ELECTROOBTENCIÓN – ELECTROWINNING – EW. Introducción.
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La Electroobtención es una tecnología moderna, limpia y no convencional.
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Para proteger los ánodos del desgaste se agrega al electrolito "sulfato "sulfato de cobalto“ Para obtener un depósito parejo, se agrega al electrolito guar .
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Por efecto de la corriente eléctrica continua, el cobre que está en la solución electrolítica se deposita en los cátodos de acero inoxidable.
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Transcurridos 6 ó 7 días de depósito, se realiza la cosecha del cobre Se sigue un orden definido de tercios de celdas, levantando de a 20 cátodos inoxidables por lingadas .
Los cátodos de cobre son lavados rigurosamente con agua caliente para remover restos de materiales e impurezas que pudieran ir adheridas a los cátodos de cobre.
El puente grúa los traslada a la máquina despegadora de cátodos y trae de vuelta 20 placas de acero inoxidable para colocar en la celda, es lo que se llama siembra .
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Cosecha de cátodos: lavado de lingadas.
Lingada de cátodos lavada
Puentes Grúas en cosecha. Puente grúas marca "Kone"
Reposición de placas inoxidable (siembra).
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La cosecha va acompañada del desprendimiento de los cátodos de cobre, realizándose en la máquina despegadora de cátodos. Los cátodos entran a la correa receptora, se lavan con agua caliente, pasan a la correa transversal, avanzan a la unidad de flectado donde se golpea el cátodo por ambos lados (sistema hidráulico), primero un lado y luego el otro lado.
Luego avanza a la unidad de cuchillos; bajan dos cuchillos hidráulicos que terminan por soltar los dos cátodos de cobre, uno por cada lado.
Continua avanzando la placa inoxidable a la unidad marco apilador ; dos brazos hidráulicos por lado, toman los cátodos y los colocan en los paquetes que se están formando.
Esto se realiza para soltar las placas de cobre de la placa inoxidable.
Ahora, sigue avanzando por la correa transversal la placa de acero inoxidable; si está buena (vertical, sin daño en los bordes, sin daño en la barra, etc.) pasa a la correa de salida de placas para reponer en las celdas, "siembra", si está dañada pasa a la correa de rechazo. Una vez que los cátodos de cobre han salido de la máquina despegadora son apilados uno encima del otro, formando paquetes que pueden pesar entre 2.500 y 3.500 kilos. Posteriormente son rotulados, pesados y enzunchados.
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Electroobtención. La Electroobtención es un proceso Electrometalúrgico. Es la continuación de la Extracción por Solvente y se realiza en celdas electrolíticas, donde cada celda dispone alternadamente de ánodos (insolubles) y cátodos (placas de acero inoxidables). En su interior circula un flujo de electrolito que contiene el cobre (Cu+2) que captó en la reextracción de la SX.
Los cátodos y los ánodos están conectados formando un circuito eléctrico de corriente continua. La corriente entra por los ánodos (polo positivo), pasa al electrolito y sale por los cátodos. Por lo tanto, la corriente eléctrica provoca que los cationes de cobre, de carga +2 (Cu+2 ), sean atraídos hacia el polo negativo o cátodo y se deposite el cobre en forma metálica, con carga cero (Cuº), dando como resultado final un cátodo de cobre con una pureza de 99.99% de cobre.
Los procesos no convencionales (electroobtención) emplean una tecnología limpia de cátodos permanentes tipo ISA o KIDD.
Los cátodos obtenidos por el proceso KIDD (RT, El Abra, etc.), producen dos cátodos de cobre unidos por el borde inferior, formando un cátodo doble que puede pesar entre 80 – 100 kilos.
Los cátodos obtenidos por el proceso ISA (Quebrada Blanca, Chuquicamata, etc.), producen dos cátodos de cobre que pueden pesar entre 40 – 50 kilos cada uno.
El proceso de electroobtención consiste en la depositación electroquímica de cobre sobre la superficie de una placa de acero inoxidable a partir de soluciones obtenidas en la reextracción de la SX.
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Equipos o Instalaciones Principales de una Planta de Electroobtención. a.- Celdas Electrolíticas b.- Estanques c.- Circuito Hidráulico d.- Intercambiadores de Calor e.- Máquina Despegadora de Cátodos f.- Puentes Grúas g.- Bombas Impulsadoras de Solución h.- Equipos de Ventilación i.- Sección Preparación de Aditivos
Equipos o Instalaciones Principales de una Planta de Electroobtención. a.- Celdas Electrolíticas: Son celdas construidas de cemento tipo hormigón, con recubrimiento interno antiácido. Últimamente, se están construyendo celdas monolíticas de hormigón polimérico, de geometría rectangular. Cada celda tiene una alimentación y una descarga por donde entra y sale el electrolito.
Equipos o Instalaciones Principales de una Planta de Electroobtención. a.- Celdas Electrolíticas ( continuación): En el fondo, la celda lleva una salida conectada a un tubo de PVC, donde se instala una válvula de seguridad. Ésta se usa cuando se realiza mantención a la celda o desborre y lavado de residuos acumulados en el fondo, los que provienen principalmente de los productos d e degradación de los ánodos de plomo. Cada celda tiene en forma alternada ánodos y cátodos (placas de acero inoxidable).
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Por diseño existen celdas con 48, 57, 60, 63 ó 66 cátodos. El número de ánodos por celda es: Nº cátodos + 1 (Ejemplo: 60 cátodos y 61 ánodos). Las celdas están conectadas en paralelo formando grupos de celdas y los grupos forman bancos de celdas. Las celdas según su funcionamiento en el proceso se clasifican en dos tipos: celdas scavenger y celdas comerciales.
La mayoría de las plantas en Chile usan solamente celdas comerciales.
Compañía Minera Quebrada Blanca S.A., usa 1/3 de celdas scavenger, 66 celdas y 198 celdas comerciales.
Los cátodos producidos en Quebrada Blanca son de igual calidad en ambas celdas (celdas scavenger y celdas comerciales) "High –Grade" .
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A las celdas scavenger o de limpieza de residuos orgánicos, que vienen en el electrolito rico o avance, también se les llama celdas de sacrificio, pues en ellas no se produce cobre de alta pureza cuando pasan residuos orgánicos de alta consideración en el electrolito de avance.
Sin embargo, las plantas de EW que tienen celdas scavenger también producen cobre de alta calidad "High – Grade" cuando el electrolito está limpio de residuos orgánicos.
Las plantas de SX, debido a una falla operacional no detectada a tiempo, alimentaron las celdas con electrolito contaminado con orgánico y sólidos en suspensión, cosecharon cátodos de cobre contaminados de baja calidad.
b.- Estanques: Las plantas de electrodepositación poseen estanques de cabeza. Los principales son: 1.- Estanque de electrolito rico (avance) 2.- Estanque de electrolito gastado (spent) 3.- Estanque de electrolito de recirculación 4.- Estanque de preparación de aditivos
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b.- Estanques: 1.- Estanque de electrolito rico (avance): Recibe la solución de avance proveniente del decantador de la etapa de reextracción. 2.- Estanque de electrolito gastado (spent): Recibe la solución gastada que salió de las celdas de la electrodepositación (celdas comerciales).
Estanques: 3.- Estanque de electrolito de recirculación: Cumple la función de recibir y mezclar los electrolitos ricos con parte del electrolito pobre. El mezclado también permite la transferencia de calor y ácido desde el electrolito pobre al electrolito rico. Este estanque también se usa para agregar los aditivos al electrolito (guar y cobalto), agua y ácido sulfúrico. 4.- Estanque de preparación de aditivos: Necesario para preparar el guar y el sulfato de cobalto. Estos aditivos anódicos y catódicos se agregan diariamente al electrolito en forma continua.
c.- Circuito Hidráulico:
d.- Intercambiadores de Calor: Se usan para subir la temperatura al electrolito.
Corresponde a todo el sistema de ductos y tuberías que permiten alimentar el circuito de celdas en la entrada y salida. Los ductos y tuberías son de acero inoxidable, PVC y polietileno. El material es apto para soportar los altos niveles de corrosión de las soluciones que circulan.
Los intercambiadores de calor son instalaciones construidas en base a placas altamente conductoras de temperatura. Se hacen circular dos soluciones en contra corriente por vías diferentes sin que se mezclen ambas soluciones. Una aumenta la temperatura a la otra solución: spent con electrolito de avance debe incrementar la Tº a la solución de avance y agua caliente con electrolito de avance debe subir la Tº al electrolito de avance, etc.
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e.- Máquina Despegadora de Cátodos: Diseñada para recibir, lavar y desprender los cátodos de cobre que son cosechados según el programa de cosecha. Su diseño se parece a una U. En la correa receptora se colocan los cátodos de acero inoxidable que tienen adheridos los cátodos de cobre.
Máquina Despegadora de Cátodos: Luego, los cátodos pasan por una unidad de lavado con agua caliente para extraer las impurezas: sulfato de cobre, plomo, cera, etc.; y un sistema hidráulico los desprende de la placa inoxidable y los apila en la unidad llamada “marco apilador“; donde son bajados y
transportados por correa hacia la unidad de pesaje, etiquetado y enzunchado. Las placas inoxidables continúan el recorrido por la M.D.C. y salen por la correa, donde el puente grúa los toma (de a 20 placas) y los lleva a la celda que está siendo cosechada.
f.- Puentes Grúas: Usados para optimizar la cosecha de cátodos, son eléctricos. Su función principal es sacar ligadas de cátodos de las celdas y trasladarlas a la máquina despegadora de cátodos (M.D.C.), realizando la correspondiente reposición.
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f.- Puentes Grúas: Generalmente, son de 10 toneladas de capacidad y operan a dos puentes. Están equipados con un sistema de levantamiento de carga (multiganchos). Cada puente tiene una araña que levanta y traslada 20 cátodos inoxidables a la vez (40 cátodos de cobre). Esto es válido para celdas con 60 placas inoxidables .
g.- Bombas Impulsadoras de Solución: Son unidades electromecánicas que tienen la misión de impulsar las soluciones de un lugar a otro, son de acero inoxidable y resistente a la corrosión.
PUENTES GRÚAS EN COSECHA
g.- Bombas Impulsadoras de Solución: Las más importantes son: bombas de alimentación de electrolito a las celdas comerciales bombas de alimentación a celdas scavenger , bombas de alimentación a reextracción, bombas de traspaso de solución bombas de alimentación a etapa de limpieza d e electrolito (columnas de flotación, filtro de retrolavados, etc.), bombas para alimentar la etapa de reextracción con orgánico cargado
El número y capacidad son determinadas por diseño de acuerdo al tamaño de producción de la nave de electroobtención.
bombas impulsoras de agua y bombas para sumideros.
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h.- Equipos de Ventilación: Se usan potentes extractores para retirar la nociva neblina ácida y así mantener un ambiente respirable dentro de la nave de electroobtención.
ESTACIÓN DE BOMBEO DE SOLUCIÓN.
h.- Equipos de Ventilación:
i.- Sección Preparación de Aditivos:
Esta neblina ácida tiene su origen en las celdas de depositación de cobre, debido al rompimiento de las burbujas de oxígeno en la interfase electrolito –aire . Tiene lugar en todos los ánodos de las celdas producto del cobre que se deposita en las placas inoxidables por efecto de la corriente eléctrica continua. La reacción química es la siguiente: Cu SO4 + H2 O = Cu (metal)
En todas las naves de electroobtención se produce inevitablemente la indeseable y nociva neblina ácida "mist", también llamada aerosol ácido.
+ H2SO4 + ½ O2 gas
En el proceso de electroobtención se usan los siguientes aditivos:
-Guar: guarfloc
-Cobalto: sulfato de cobalto
En la reacción, se observa que el cobre está en estado metálico y se deposita en la placa de acero inoxidable. Por esto, se genera ácido sulfúrico y liberación de oxígeno alrededor del ánodo.
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i.- Sección Preparación de Aditivos:
i.- Sección Preparación de Aditivos:
Como aditivo catódico se utilizan productos polímeros orgánicos derivados de la goma del "guar", que es una resina producida por el fruto de una planta de origen africano llamada Guar.
Se agrega al electrolito en forma constante para obtener un depósito catódico suave, parejo y denso (evita el crecimiento nodular y el atrapamiento de electrolito).
Se prepara con agua en un estanque que tiene agitación (no debe formar grumos), y se deja en reposo durante unas horas (8 –12 horas). Para esto, se requiere un estanque para reposo una vez que se prepara.
Cada planta tiene su propia dosificación de guar, que puede oscilar entre 100 a 300 gr./ tonelada cobre depositada. La dosificación dependerá de la densidad de corriente, la temperatura del electrolito y descarte de electrolito. Una sobre dosificación de guar provoca efectos adversos en el depósito del cobre y un mayor aumento en el sobrepotencial catódico.
El sulfato de cobalto se usa como aditivo anódico Éste se prepara con agua y se agrega también en el estanque de electrolito que alimenta las celdas, aportando iones de cobalto y protegiendo los ánodos del desgaste prematuro.
Fin de la presentación
Reduce la corrosión del ánodo y evita el desprendimiento de partículas de óxido de plomo que pueden contaminar los cátodos de cobre. También, disminuye la densidad de corriente local y el sobrepotencial (menor consumo de energía). Cada planta tiene su propia dosificación de sulfato de cobalto en el electrolito, oscilando entre 100 a 200 ppm.
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