Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento Departament o de Ingeniería Metalúrgica
DIPLOMADO EN HIDROMETALURGIA CURSO: PRECIPITACION DE COBRE VIA ELECTROLITICA
RELATOR: RELA TOR: DR. CRISTIAN VARGAS R. R.
[email protected] 23 y 24 de Septiembre de 2011
Objetivo General: El presente curso tiene por objetivo que los alumnos conozcan y apliquen los principios básicos inherentes a la electroquímica al entendimiento de las operaciones de precipitación de cobre a través de métodos electrolíticos con el fin de racionalizar y optimizar procesos industriales de la industria del cobre .
Objetivos Específicos: Conocer la técnica de electrólisis como método de recuperación de metales. Identificar y evaluar parámetros de proceso como densidad de corriente y voltaje de celda. Identificar las reacciones principales y parásitas en el proceso de electroobtención de cobre. Conocer los componentes componentes y los materiales usados en una celda de electrólisis.
Objetivo General: El presente curso tiene por objetivo que los alumnos conozcan y apliquen los principios básicos inherentes a la electroquímica al entendimiento de las operaciones de precipitación de cobre a través de métodos electrolíticos con el fin de racionalizar y optimizar procesos industriales de la industria del cobre .
Objetivos Específicos: Conocer la técnica de electrólisis como método de recuperación de metales. Identificar y evaluar parámetros de proceso como densidad de corriente y voltaje de celda. Identificar las reacciones principales y parásitas en el proceso de electroobtención de cobre. Conocer los componentes componentes y los materiales usados en una celda de electrólisis.
Programa Curso: 1.- Introducción · Reacciones químicas y Electroquímicas Electroquímicas.. · Conceptos de Electroquímica Aplicada. · Definiciones básicas: electrolito, ión, catión, anión. · Electrólisis como técnica de recuperación de metales.
2.- Fundamentos de Electroquím Electroquímica ica Aplicada · Reacciones anódicas y catódicas. · Conceptos de Electroquímica Aplicada. · Termodiná ermodinámica mica electro electroquímica. química. · Cinética electroquímica. · Procesos electroquímico electroquímicoss espontáneos y forzados.
3.- Electrodos, Reacciones y Mecanismos de electroobtención ele ctroobtención de cobre. · Reacciones involucradas en electroobtención de cobre. · Reacciones parásitas. · Ánodo y cátodo. · Densidad de corriente de operación. · Voltaj oltajee de celda celda.. 4. Componentes de un sistema de electroobtención de cobre. · La celda de electrólisis. · Tipos de celda. · Materiales anódicos y catódicos. · El rectificador de corriente. · Circuitos eléctricos de electroobtención de cobre. 5. Parámetros Operacionales y de Control. · Ley de Faraday y Eficiencia de corriente. · Consumo de energía. · Efecto de impurezas. · Calidad catódica. · Ejemplos de cálculo y aplicación.
Evaluación: 2 Tests y un EXAMEN de Desarrollo con la siguiente ponderación: Test 1: 25%
Test 2: 25% Trabajo de Desarrollo: 50% La nota mínima de aprobación del curso será de 4,0.
1. Introducción
El proceso de electroobtención de cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de “minerales oxidados y mixtos de cobre”. El cobre es depositado desde soluciones purificadas por medio de una electrólisis directa. El objetivo del proceso es producir cátodos de cobre de alta pureza.
Para lograr este objetivo, la solución proveniente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para posteriormente ser conducida a una serie de celdas de electrodepositación donde se producen los cátodos de cobre con una pureza de 99,99%.
La electroobtención: una tecnología moderna La electroobtención es un proceso electroquímico que se realiza en celdas electrolíticas. ¿Cuál es el objetivo?
La electroobtención es un proceso de la electrometalurgia mediante el cual se recupera el cobre que se encuentra concentrado en la solución de cobre (que se obtiene del proceso de lixiviación) con el propósito de producir cátodos de alta pureza de cobre (99,99%), muy cotizados en el mercado.
El proceso de electroobtención de cobre
También existe la Electrorefinación de cobre
ELECTROQUÍMICA APLICADA Se subdivide en dos clases: 1) Estudia las reacc reacciones iones químicas que producen una corriente de electricidad (batería). 2) Estudia las reacciones químicas que son producidas producid as por una corriente eléctrica (electrólisis). Las reacciones electroquímicas son reacciones de oxidoreducción o redox.
REACCIONES REDOX Son reacc reacciones iones en las cuales ocurr ocurren en cambios en el número de oxidación de uno o dos sustancias. En toda REDOX hay dos semireacc semireacciones: iones: . Semireacción Oxidación . Semireacción Reducción Las dos semireacciones son simultaneas; no puede haber una sin la otra
Conceptos REDOX OXIDACION: Reacción mediante la cual un átomo pierde electrones. ( Aumento de EDO.) REDUCCION: Reacción mediante la cual un átomo gana electrones (disminución del EDO). OXIDACION
-
REDUCCION0
+
Agentes REDOX AGENTE OXIDANTE: Es aquella especie que oxida a otra y en ese proceso disminuye su E.D.O. ( o sea, se reduce). AGENTE REDUCTOR: Es aquella especie que reduce a otra y en ese proceso aumenta su E.D.O. (o sea, se oxida).
ELECTRODOS • Los
electrodos son superficies sobre las que tienen lugar las semi-reacciones de oxidación y reducción. Pueden participar o no en las reacciones. Aquellos que no reaccionan se denominan electrodos inertes. • Para
ambos tipos de celdas los electrodos se identifican de la manera siguiente: CATODO: Electrodo en el que ocurre reducción ANODO: Electrodo en el que ocurre oxidación • Estos pueden ser positivos o negativos.
¿Cómo se conduce la corriente eléctrica? La corriente La carga electrólitos electrólitos.
eléctrica
representa transferencia de carga.
se puede conducir a través de metales y de líquidos puros o de disoluciones conteniendo
Conducción metálica: flujo de análogo de los átomos del metal.
electrones
sin movimiento
Conducción iónica o electrolítica: conducción eléctrica mediante movimiento de iones a través de una solución, o un líquido puro. Iones (+) migran hacia el cátodo - ) Iones (- ) migran hacia el ánodo (+)
CELDAS ELECTROQUIMICAS Se clasifican en: • Celdas
Galvánicas: Son aquéllas en las que las reacciones químicas espontáneas producen electricidad y la suministran a un circuito externo. • Celdas Electrolíticas:
Son aquellas en las que la energía eléctrica procedente de alguna fuente externa hace que tenga lugar una reacción química no espontánea.
CELDAS ELECTROLITICAS Consta de un recipiente con el material de reacción y los electrodos inmersos en el material de reacción y conectados a una fuente de corriente continua. Generalmente se usan electrodos inertes.
Estas celdas transforman la energía eléctrica producida mediante un generador en energía química.
Anodo ( +)
Cátodo (-)
Eº < 0
Potencial de una Celda Corresponde a la diferencia de potencial entre dos electrodos de una celda. Se denomina fuerza electromotriz (FEM) o potencial de celda. En condiciones estándar ( 1 M de concentración para especies disueltas y 1 atm de presión para gases), se denomina potencial estándar ( Eº).
Potencial continuación..... En cada semicelda, existe un potencial: el de oxidación Eºoxid y el de reducción Eºred. La fem estándar de la celda corresponde a la suma de los potenciales estándar de oxidación y reducción. Eºcelda =
Eºoxid + Eºred
Serie Electroquímica (potencial estándar a 25ºC)
Li/Li+ -3.04 mV K/K+ -2.92 mV Ca/Ca2+ -2.87 mV Na/Na+ -2.71 mV Mg/Mg2+ -2.37 mV Mn/Mn2+ -1.18 mV 2H2O/H2 + OH- -0.83 mV Zn/Zn2+ -0.76 mV Cr/Cr3+ -0.74 mV Fe/Fe2+ -0.56 mV Fe/Fe3+ -0.44 mV Cd/Cd2+ -0.40 mV Ti/Ti2+ -0.34 mV
Co/Co2+ Ni/Ni2+ Sn/Sn2+ Pb/Pb2+ H 2 /2H+ Cu/Cu+ 2Hg/Hg2 2+ Ag/Ag+ Hg/Hg2+ Pt/Pt 2+ Cl2 /2Cl Au/Au+ F2 /2F-
-0.28 mV -0.23 mV -0.14 mV -0.13 mV 0.00 mV +0.34 mV +0.79 mV +0.80 mV +0.85 mV +1.20 mV +1.36 mV +1.50 mV +2.87 mV
Espontaneidad de una reacción REDOX Dependiendo del valor del potencial total de la celda, se puede predecir si una redox será espontánea o no:
Eº > 0 : reacción espontánea Eº < 0 espontánea
:
reacción
no
Electrólisis La electrólisis es un proceso donde la energía eléctrica cambiará a energía química. El proceso sucede en un electrólito, una solución acuosa o sales fundidas que den la posibilidad a los iones de ser transferidos entre dos electrodos. El electrolito es la conexión entre los dos electrodos que también están conectados con una corriente directa.
Electrólisis Se pueden electro obtener, a partir de soluciones acuosas: Co, Cu, Mn, Ni, Zn
Se pueden electro refinar de soluciones acuosas: Ag, Au, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn
Se pueden electro obtener de sales fundidas: Al, Ba, Cr, Li, Mg, Na
Fuerza electromotriz La Fuerza electromotriz (F.E.M.) ,es una característica de cada generador eléctrico, y se define como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga positiva por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, al llegar a este polo negativo es necesario realizar un trabajo o sea, un consumo de energía (mecánica, química, etc,) para el transporte de dicha carga por el interior desde un punto de menor potencial (polo negativo) a otro de mayor potencial (polo positivo). La F.E.M. se mide en voltios lo mismo que el potencial eléctrico.
Electrólisis…..
CELDAS ELECTROLITICAS
Reacciones y electrodos en el proceso de electroobtención de cobre
Reacción Catódica La reacción en el cátodo en la separación por electrolisis es la deposición de cobre en la lámina de acero inoxidable, ésta viene dada por: +2
Cu
+ 2e
Cu°
E° = 0.34 VENH
Y dependiendo de las condiciones de trabajo, podría ocurrir: +
H
+ e
½ H2
E° = 0
VENH
Reacción Anódica En electroobtención de cobre, el ánodo es una aleación inerte que no participa en la reacción, pero que actúa solamente como soporte electrónico; de tal modo que la reacción principal es la descomposición de solvente según:
H2O ½ O2 + 2H+ + 2e
E° = 1.23 VENH
Analizando el cambio global que se produce en la celda al paso de la corriente, la reacción global sería: +2
Cu
+ H2O
0
+
Cu + ½ O2 + 2H
Eº = -0,89 VENH
REACCIONES EN E.O DE COBRE
REACCIÓN CATÓDICA: Cu 2+ + 2e- → Cu°
E° = 0.34 VENH
REACCIÓN ANÓDICA: H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e-
E° = -1.23 VENH
REACCIÓN GLOBAL: Cu2+ + H2O→ Cu° + ½ O2 + 2H+
E° = -0.89VENH
El producto final son cátodos de cobre de alta pureza (99,99 %Cu) Reacciones parásitas Además de las reacciones fundamentales, ocurren otras reacciones indeseadas, ya que consumen parte de la corriente impuesta sobre el sistema y disminuyen la eficiencia del proceso. Estas dependen de la presencia de impurezas en solución y entre ellas pueden contarse las siguientes:
2H+ + 2e-
H2 !burbujeo de hidrógeno en el cátodo!
Fe3+ + e-
Fe2+ Reducción del fierro residual en el cátodo.
Esto no produce deposito de fierro en el cátodo. Pero se debe evitar la presencia de fierro en cantidades considerables en la solución, para evitar que esta reacción ocurra.
Reacciones parásitas en el ánodo Fe2+
Fe3+ + e-
Mn2+ + 4H2O
2Cl-
MnO4- + 8H+ + 5e-
Cl2 + 2e-
Los ánodos Los ánodos utilizados en el proceso de electroobtención son del tipo inatacables, es decir no debieran disolverse. Históricamente las aleaciones base plomo han sido la principal oferta de ánodos para los procesos EW y la aleación Pb-Ca-Sn laminada, casi en la única oferta válida del mercado actual. ¿Cuál es la función de los ánodos en el proceso de electroobtención de cobre?
Ánodos…
Existe consenso respecto a los requerimientos que debe tener un material para comportarse como ánodos, que se pueden enumerar en: -Estabilidad química -Buenas propiedades mecánicas -Catalítico de la reacción principal -Buen conductor electrónico y - Menor precio posible,
Ánodos…
Ánodo = f (precio calidad)
Á NODO A C TUA L E N E W
Aleación Pb-Ca-Sn Laminada Niveles: Ca: 0,06 - 0,08% Sn: 1,3 - 1,6%
Parámetros Relevantes a Controlar en Ánodos
Especificaciones de Ánodos Calcio
Mínimo0.06%en peso Máximo 0.075%
Estaño
Mínimo 1,4% en peso Máximo 1,8% en peso
Dureza
Mínima 80 HHR
Segregaciones
No o mínimas
Medido por absorción atómica en laboratorio homologado.
Medida en Rockwel R
Observadas microscopio 100X ASTM 7 o mayor Cuando el grano recristalizado. Forma del grano Razón longitud/ancho > Sí aún no A 3 recristalizado Módulo de Mínimo 5,8 kg/mm a Ensayo de Ford 20oC Fluencia
Corrosión
escala
en está ha
Máxima, 0,38 mm año Medida por por cara cronopotenciometría a 2 350 A/m . Corresponde al valor de la prueba
Los cátodos En la actualidad se utiliza mayoritariamente la tecnología de los cátodos permanentes. Estos cátodos permanentes son comúnmente de acero inoxidable. El cátodo permanente esta compuesto de tres partes básicas: la placa del electrodo la barra de suspensión y las franjas protectoras.
El cátodo de acero inoxidable
La plancha del electrodo es de acero inoxidable 316L. El acero inoxidable 316L es un acero de bajo contenido carbono, con elementos aleantes que contribuyen que este acero tenga las propiedades aptas para medios donde suele ocurrir corrosión como ocurre en la celda. Los elementos aleantes que contienen el acero inoxidable 316L son los siguientes: 6 – 18 % Cr, 10 – 14 % Ni, 2 – 3 % Mo.
La superficie del cátodo debe presentar ciertas características para que puedan ocurrir las reacciones tanto de reducción de iones cúpricos como parásitas, y para esto la plancha se encuentra recubierta de una delgada capa de óxido de cromo, transparente, muy adherente y conductora electrónica.
Cátodos permanentes
El espesor de la plancha es de 3 – 3,3 mm, y la terminación superficial es estándar 2B, con una rugosidad superficial controlada conforme a normas ISO R1 302. Las dimensiones en general mantienen una configuración de 1*1 m2 con un sobretamaño de 30 – 50 mm con respecto al ánodo, en todas sus aristas. Para el manejo de los electrodos con la grúa en la nave, los cátodos poseen ganchos soldados a la barra de soporte o ventanas simétricas en la parte superior de la plancha.
La barra de suspensión puede ser de cobre o de acero inoxidable de bajo contenido de carbono, soldada a la plancha del electrodo. La soldadura es de punto, de alta resistencia mecánica y no altera la estabilidad dimensional de la plancha.
La conductividad eléctrica de la barra de soporte de acero inoxidable se asegura con un recubrimiento electrolítico de 2,5 mm de espesor de cobre de alta pureza.
La función de estas es impedir que el cobre penetre y se deposite en los bordes del cátodo. Las cubrejuntas son de PVC y se fijan a la plancha con pasadores de plástico. El borde inferior del cátodo se deja libre para el normal despegue del depósito catódico de cobre de cara, formando lo que se denomina un libro. A veces es necesario cubrir la base del electrodo con una cera de alto punto de fusión (90ºC), o simplemente con una cubrejunta igual a las utilizadas en los bordes.
Cátodos de Cobre….
DESCRIPCION CELDA EO COBRE
Celda de Electroobtención
La celda de electrólisis representa la unidad básica industrial donde se desarrolla el proceso, los elementos activos lo conforman los electrodos, siendo el ánodo donde ocurre la oxidación y cátodo donde ocurre la reducción. Los electrodos de una misma polaridad en general están conectados en paralelo a un mismo punto de tensión y las celdas en serie entre ellas. La asociación de varias celdas se denomina sección y las secciones se agrupan en un circuito. El conjunto se denomina Casa Electrolítica o Nave Electrolítica.
Celda de Electroobtención La corriente entra al sistema por el borne positivo de modo que los ánodos son los que ingresan la corriente al sistema, esta corriente pasa a través de la solución y sale por los cátodos para así pasar a la celda vecina y así sucesivamente por todas ellas hasta cerrar el circuito con la última celda en su borne negativo.
Desde el punto de vista eléctrico la celda de electrólisis queda definida por la corriente que circula (I) y por la tensión global a los bornes de los electrodos denominada tensión de celda (V).
Celda de Electroobtención Las celdas de EO de cobre son paralelepípedos rectos que llevan en su interior, alternadamente, ánodos y cátodos. Hay n cátodos y n+1 ánodos en cada celda. ¿Por qué?
Celda de Electroobtención
El material de que están hechas las celdas es concreto polimérico. Previamente se fabricaban de plomo. El caudal de recirculación del electrólito es de aproximadamente 10-20 m3/h en EO de Cu.
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención La alimentación de corriente a los electrodos se efectúa por medio de dos busbars (una anódica y una catódica) colocadas sobre los bordes superiores longitudinales de la celda. La corriente que pasa por las celdas es de varias decenas de miles de Amperes (ej. 36 kA)
TYPICAL ELECTROWINNING CELL
Cathodes Anodes
Electrolyte Flow
Distribution Manifold
Celda de Electroobtención
Polymer concrete cell & furniture
―Dog bone‖ inter -cell bus bar
Clip type anode insulators
Cell flow distributor
Top capture cathode design
Manifold
Las prácticas para mantener la calidad óptima de los electrodos son:
Calidad de Electrodos
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
Celda de Electroobtención
A su vez los ánodos se sacan cada cierto tiempo (3 o 4 meses) para desborrar la celda.
Resumiendo….
Resumiendo….
El proceso más utilizado para la electroobtención del cobre actualmente, consiste en hacer pasar corriente continua desde ánodos insolubles de plomo calcio estaño laminado a cátodos permanentes de acero inoxidable dentro de una celda, a través de un electrolito formado por ácido sulfúrico y sulfato de cobre, electrolito que proviene de los procesos previos de lixiviación y extracción por solvente. Con esto se consigue que el cobre disuelto en el electrolito se deposite en el cátodo permanente, formando lo que se ha llamado los "cátodos de cobre" y que se comercializan a nivel internacional.
Resumiendo….
Tecnología Convencional
Tecnología Cátodos permanentes
VOLTAJE TOTAL POR CELDA Durante el proceso de EW existen caídas de potencial, no solo el voltaje para la descomposición de la reacción. Estos son los siguientes: - Reacción de descomposición (ER). - Sobrepotencial catódico (EC). - Sobrepotencial anódico (EA). - Resistencia óhmica del electrolito (E Ohm).
- Resistencia en los conductores y contactos eléctricos (EK).
Entonces, el potencial total de la celda se puede resumir en: Etotal = ER + EA + EC + E Ohm + EK Para el cobre el E total esta en el rango de 2 – 2,5 (V / celda).
Sobrepotencial Catódico Es causado por el gradiente de concentración de iones Cu2+ en la capa límite cercano al cátodo. Su efecto puede ser reducido por agitación del electrolito cerca del cátodo. En el caso del cobre este Sobrepotencial es 0,05 a 0,1 V. A elevadas densidades de corriente hay que considerar el efecto del Sobrepotencial del hidrógeno, debido a su magnitud por efectos cinéticos, lo cual no ocurre en la práctica comercial del cobre.
Sobrepotencial Anódico Es causada por la reacción de liberación de oxígeno, asociada con la dificultad de nucleación de las burbujas de oxígeno producidas y de la baja presencia de ácido sulfúrico en la capa límite del ánodo. Este sobrepotencial puede llegar a ser 1 volt. En caso de los ánodos de Pb / Sb, este sobrepotencial es aproximadamente 0,70 a 0,75 volt. Con la adición de 2 g/l de Co2+, este sobrepotencial disminuye a 0,60 a 0,65 volt en el rango de 0 a 400 (A/m2).
Resistencia Óhmica del Electrolito Es la resistencia que opone la solución al paso de la corriente eléctrica. Valores típicos de conductividad de electrolitos de cobre: Soluciones ricas de lixiviación: 0,2 Ohms-1 cm-1 Electrolitos de SX: 0,6 Ohms-1 cm-1 Electrolitos de ER: 0,7 Ohms-1 cm-1
Las diferencias se establecen por las diferentes concentraciones de iones, la concentración de ácido libre y la temperatura.
La resistencia óhmica también depende de la geometría de la celda, en cuanto al espaciamiento de los electrodos y el área transversal de flujo de la corriente eléctrica. Esto esta dado por: R = r * (l / S) donde: R: resistencia óhmica total r: resistividad especifica del baño l: espaciamiento entre los electrodos (ánodo – cátodo) S: área del electrodo menor
Aplicando la ley de Ohm se puede calcular la caída de potencial según este efecto: E Ohm = I * r * (l / S) donde: E Ohm: caída de potencial debido a la resistencia óhmica I: intensidad de corriente del circuito En un circuito de EW comercial este factor oscila entre 0,15 a 0,5 V, dependiendo de la densidad de corriente.
Caída de Potencial de los Contactos y Conductores En la práctica comercial se acepta 0,005 V / contacto, pero es prácticamente imposible reducirlo de 0,1 V en total, debido a que las barras colgadoras no están apernadas y pueden sufrir sulfatación por los derrames de solución durante las cosechas. De la tabla que se muestra a continuación, se desprende que el sobrepotencial anódico es extremadamente alto, por esta razón se ha intentado reducirlo a través de la adición de especies que ejercen un efecto depolarizador (ej. Cobalto) o el uso de ánodos recubiertos de óxidos que exhiben un menor sobrepotencial de desprendimiento de oxígeno que el óxido de Plomo (ej. RuO2), sin embargo, el alto costo lo prohíbe.
Balance de voltaje
Volts
%
Voltaje de descomposición (reacción)
0,92
45,55
Sobrepotencial Anódico
0,6
29,7
Sobrepotencial Catódico
0,1
4,95
Resistencia óhmica de la solución
0,3
14,85
Resistencia de los Conductores y Contactos
0,1
4,95
Voltaje total
2,02
100
Condiciones de operación El electrolito que ingresa a la nave de EW, proveniente de SX, presenta por lo general la siguiente composición química: Cobre Ácido Fe
total Cloruro Mn
: 40 48 g/L : 140 180 g/L : 0,5 1,5 g/L : 30 ppm : 30 80 ppm –
–
–
–
Además se adicionan aditivos para mejorar el depósito catódico (Guar), como también para disminuir la corrosión anódica (CoSO4*7H2O), los cuales se agregan en las siguientes concentraciones:
Guar Sulfato
Cobalto
: 100 300 (g/ton Cu) de : 100 200 (g/ton Cu) –
–
Las condiciones de operación en una planta de EW que utiliza la tecnología de cátodos permanentes, son por lo general:
Densidad
de corriente Flujo de electrolito a celda Distribución de electrolito Distancia
: 160 300 (A/m2) : 100 150 (L/min) : convencional o fondo de celda / manifold : 90 110 mm : 5 7 días : 40 48 ºC Sn : 6 mm de espesor –
–
cátodo cátodo Ciclo de depósito Temperatura Pb Ca Ánodos laminados Cátodos permanentes de acero : 3 3,3 mm de espesor inoxidable 316L –
–
–
–
–
–
–
Parámetros Operacionales de Control de Proceso Una operación electrolítica debe acompañarse por el control o conocimiento de cuatro parámetros operacionales que de alguna forma caracterizan al proceso a saber: Producción horaria Rendimiento o eficiencia de corriente Consumo específico de energía Rendimiento energético Los dos primeros parámetros tienen relación con el proceso catódico de electrodepositación de cobre, y los dos últimos tienen relación con el comportamiento del conjunto de la celda.
En una electrolisis industrial, los datos de operación son los siguientes:
I
: corriente impuesta (A) U : tensión de celda (V) t : tiempo de operación (h, d) Mc : masa depositada (kg, Ton) S : superficie de electrodo (m2) : volumen de solución (m3) V C : concentración electrolito (g/l) : flujo a celda (m3/H) F
Producción Horaria Este parámetro relacionado a la producción y cuantifica la capacidad de la planta. Este concepto puede asociarse a un solo tipo de electrodo, para lo cual su unidad será en masa de producto formado por unidad de tiempo y superficie, o relacionada a todo el proceso para lo cual debe mencionarse la masa producida por unidad de tiempo. Por ejemplo: Kg / (·*m2), Ton / día,
EFICIENCIA DE CORRIENTE ( c) La eficiencia de corriente es la razón entre el cobre realmente recuperado y el cobre que teóricamente debiera depositarse según la ley de Faraday, entonces:
c
M real M teorica
·100
donde, la masa teórica se calcula a través de la ley de Faraday. Entonces: M teorica
PM I F t n
PM Cu ·I·t n·F
: Peso molecular (g/mol) : Corriente aplicada (A) : Constante de Faraday (96485 [C/mol*eq]) : Tiempo de operación (seg) : Número de electrones en juego
Consumo especifica de energía eléctrica W (KWH / Ton) Es la cantidad de energía eléctrica transferida para obtener un Kg (Ton) de producto.
W
U·I·t
1000·M real
(KWH / kg)
donde: U
t
: Tensión a los electrodos (V) : Corriente aplicada (A) : tiempo (H)
Mreal
: masa depositada (Kg)
I
Rendimiento energético (Pw) Este parámetro representa la razón entre la energía teóricamente requerida (Wth), es decir, que las reacciones que se producen a los electrodos son rápidas y en ausencia total de términos resistivos en las celdas de electrólisis, y la energía realmente consumida (W), en las condiciones particulares de electrólisis. Pw
donde:
Wth W
Wth W
: Energía teórica : Energía real
La energía teórica se puede calcular a través de la siguiente expresión:
Wth
E th ·I·t 1000·M th
(KWH / kg)
Por lo tanto:
Pw
E th ·c U
Efecto de la densidad de corriente La densidad de corriente controla tres importantes variables en el proceso de EW: -Eficiencia de corriente de la celda -Consumo de energía -Producción
Además controla otros parámetros importantes del proceso, la calidad física y química del depósito catódico.
Se ha determinado que a una mayor densidad de corriente disminuye la eficiencia de corriente, principalmente porque favorece el crecimiento dendrítico y la probabilidad de cortocircuitos. Altas densidades permiten también incrementar la sobretensión catódica y se puede reducir el ión hidrógeno generando hidrógeno gaseoso, lo que provoca un depósito pulvurento de pésima adherencia y baja calidad.
Altas densidades de corriente provocan: - Incrementos de voltaje de celda - Mayores costos de energía y más mano de obra para la detección de cortocircuitos -Acelera la cinética del proceso con la consiguiente disminución de equipos, inventario de cobre y mayor producción.
Revisión….
Cálculo de planta de EO de Cu.
Cálculo de planta de EO de Cu.
Cálculo de planta de EO de Cu.
Cálculo de planta de EO de Cu.
Cálculo de planta de EO de Cu.
Problemas técnicos en EO de Cu
Presencia de Fe en electrólito Presencia de Mn en electrólito Aditivos Arrastre de orgánico Neblina ácida Corrosión de cátodos permanentes Corrosión de ánodos de Pb
Problemas técnicos en EO de Cu
Presencia de fierro en el electrolito Incluso las soluciones electrolíticas obtenidas por SX contienen fierro, por la selectividad limitada del reactivo, como por los arrastres físicos de acuoso desde la extracción a la reextracción. Pequeñas concentraciones de fierro son ventajosas para actuar como depolarizadores del ánodo, con lo cual bajan el sobrepotencial anódico. Además, protegen el ánodo de Pb – Sb y de Pb – Ca evitando la formación de óxidos en su superficie.
Problemas técnicos en EO de Cu
Presencia de fierro en el electrolito
Sin embargo, altas concentraciones de fierro disminuyen la eficiencia de corriente por las siguientes reacciones:
Reducción primaria de Fe3+ a Fe2+ en el cátodo Redisolución catódica del cobre depositado
Oxidación primaria de Fe2+ a Fe3+ en el ánodo Por lo tanto en los circuitos comerciales, se aceptan concentraciones de fierro entre 0,5 a 1,5 g/l.
Problemas técnicos en EO de Cu
Problemas técnicos en EO de Cu
Concentración de manganeso: A altas concentraciones se puede convertir en permanganato (MnO4), el cual es altamente corrosivo sobre el ánodo. Ahora si el manganeso está disuelto (ión manganeso) causa el deterioro del film protector de PbO 2 (óxido de plomo), contribuyendo a contaminar con plomo el cátodo, generando una mayor cantidad de borra en el sistema, y causando deposición de MnO 2 (óxido de manganeso) sobre el ánodo.
Problemas técnicos en EO de Cu
Concentración de Cloro Pequeñas concentraciones de Cloro tienen un efecto depolarizador del ánodo y evitan la codepositación del Bismuto. Pero por su efecto corrosivo en un ambiente altamente ácido, la concentración máxima utilizada es 0,05 gpl. Una concentración mayor producirá una precipitación de CuCl en los cátodos y corrosión de los ánodos. El Cloro refina o afina el grano y depolariza la reacción catódica. El Cloro actúa como un puente de electrones. El Cloro tiene un efecto refinador de granos, ya que al inhibir el crecimiento de un grano, permite que se forme un nuevo núcleo.
Concentración de Cobalto Los efectos del cobalto en el proceso son los siguientes: - Baja el sobrepotencial anódico. - La presencia de iones Co 2+ tiene un efecto inhibidor sobre la corrosión de ánodos de Pb. - Depolariza la formación de oxígeno sobre el ánodo. - Depolariza la descomposición del agua sobre el PbO2 / Pb.
- Contribuye a la coherencia de estructura de PbO 2.
Problemas técnicos en EO de Cu
Efecto de aditivos orgánicos en EW Los principales aditivos empleados en Electroobtención de Cobre, es la adición de goma Guar (Guargum) y de sulfato de Cobalto. La ventaja de agregar goma Guar a procesos de Electrobtención es a nivel catódico, es decir, mejora notablemente la calidad superficial de los cátodos de cobre. Debido a que la Electrobtención trabaja con altos campos de corriente, los cátodos presentan a menudo huevos o nódulos en su superficie, la adición de Guar al electrolito hace que estos nódulos se disuelvan o simplemente se conviertan en pequeñas agujas, homogenizando el depósito de cobre.
La adición de sulfato de Cobalto al proceso de Electrobtención, es en beneficio de la vida útil del ánodo de plomo, o en otras palabras disminuye la tasa de corrosión del ánodo. Para estabilizar la capa de óxido de plomo en el ánodo (PbO2), se adiciona sulfato de Cobalto al electrolito. El mecanismo de acción del cobalto a nivel de electrodo se ha interpretado en términos de ejercer una disminución de la sobretensión anódica y modificar la proporción de óxidos de plomo, que se forman sobre la matriz de plomo. La experiencia industrial recomienda dosificar sulfato de Cobalto al electrolito en concentraciones de 100 a 200 ppm con el propósito de asegurar una tasa razonable de desgaste del ánodo y un límite máximo de contaminación de los cátodos con plomo.
Problemas técnicos en EO de Cu
Problemas técnicos en EO de Cu Neblina ácida El burbujeo de oxígeno desde los ánodos de plomo arrastra gotitas de electrólito hacia la atmósfera. Estas gotitas contienen ácido sulfúrico concentrado y constituyen la "neblina ácida" (acid mist). La neblina ácida produce problemas respiratorios en los operadores y corrosión de equipos.
Problemas técnicos en EO de Cu La neblina ácida La ecuación siguiente muestra la reacción ocurrida en la celda de electroobtención, donde cobre metálico se deposita en el cátodo, mientras burbujas de oxígeno se generan en el ánodo. Estas burbujas de gas que se producen en los ánodos, estallan cuando alcanzan la superficie, produciendo un aerosol de ácido sulfúrico llamado neblina ácida.
CuSO4 (ac) + H2O(ac)
Cu0(s) + H2SO 4(ac) + ½ O 2(g)
Problemas técnicos en EO de Cu La neblina ácida
La neblina ácida
Problemas técnicos en EO de Cu
Problemas técnicos en EO de Cu Inhibición de la neblina ácida
Emisión de neblina: 10 a 20 mg/m3 Normativa ambiental: 0,32 mg/m3 Límite de tolerancia biológica para ocho horas de exposición a la neblina ácida: desde 1,0 (mg / m 3) a solo 0,1 (mg / m 3). Algunas estrategias utilizadas en el control de neblina ácida son el uso combinado de barreras mecánicas, como PVC, polietileno, etc; ventilación forzada y reactivos del tipo tensoactivos adicionados al electrolito.
Problemas técnicos en EO de Cu Inhibición de la neblina ácida
Soluciones: -recubrir las celdas con lona y usar bolitas poliméricas flotantes sobre el electrólito -utilizar compuestos orgánicos que afectan las propiedades físicas de las burbujas (ej. FC-1100 de 3M o saponinas de quillay) han demostrado ser muy eficaces en reducir la neblina ácida. Problema: no se conoce bien el efecto de estos compuestos orgánicos sobre la electro cristalización del cobre.
Barreras mecánicas
Dentro de las barreras mecánicas se encuentran balones plásticos, pellets, y pequeños elementos que flotan en el electrolito. Estas actúan como una barrera de filtración y capturación del ácido arrastrado por las burbujas de oxígeno, ya que estas burbujas estallan bajo la capa de elementos flotantes, disminuyendo así el ácido liberado al ambiente.
Problemas técnicos en EO de Cu Inhibición de la neblina ácida
Las esferas y los cilindros son efectivos, pero existe una desventaja asociada a este método de control de la neblina ácida, ya que pequeños pellets se adhieren a la superficie del depósito y son fácilmente arrastrados por el electrolito. Además los elementos flotantes interfieren en la remoción y reemplazo de los electrodos. En otras palabras son una incomodidad para el operador porque se adhieren a los cátodos cuando estos son pulidos.
Uso de barreras mecánicas
Problemas técnicos en EO de Cu Ventilación Forzada Al escapar aerosol desde el proceso, son necesarias medidas de control para contener y diluir las emisiones por debajo de la norma. La ventilación forzada es efectiva pero trae inconvenientes, ya que la cantidad de aire que debe ser removido es relativamente alta, lo que puede tener un alto costo, llegando a significar hasta un 20% de la energía requerida para la electroobtención. Además esta forma de capturar las emisiones causa la pérdida de temperatura del electrolito y solo transfiere la contaminación fuera del edificio, la cual deberá ser tratada posteriormente.
Problemas técnicos en EO de Cu Ventilación Forzada
Problemas técnicos en EO de Cu Ventilación Forzada
Stainless steel siding
Air Flow
Fresh air plenum for motors
Problemas técnicos en EO de Cu Captura de neblina acida
Problemas técnicos en EO de Cu Captura de neblina acida
Problemas técnicos en EO de Cu Captura de neblina acida
Problemas técnicos en EO de Cu Captura de neblina acida
CAPACITACION USACH 2006
Mist Scrubbers Ventilated Cell Covers
Problemas técnicos en EO de Cu Concepto de campana viajera
Máquina Cosechadora utilizando el concepto de "Campana Viajera"
Problemas técnicos en EO de Cu
Uso de aditivos surfactantes Estos compuestos químicos que bajan la tensión superficial del electrolito logran disminuir el tamaño de las burbujas de gas, así como la fuerza con que estallan. Además, la formación de una delgada capa de espuma sobre el electrolito permite que éste escurra de vuelta al medio líquido, reduciendo la formación de neblina.
Agentes tensoactivos y generación de espuma.
Problemas técnicos en EO de Cu Uso de aditivos surfactantes
Problemas técnicos en EO de Cu Uso de aditivos surfactantes
Problemas técnicos en EO de Cu
EXTRACCION DE NEBLINA ACIDA La neblina ácida puede extraerse de la nave, lavando los gases en agua para recuperar el ácido. La extracción es más eficiente en una nave larga y angosta (ej. 20 m ancho, 160 m largo)
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión de cátodos permanentes
Los cátodos permanentes son de acero inoxidable 316 y son atacados por el ión cloruro. El efecto es picadura (pitting) de los cátodos que luego causa adherencia del cátodo de cobre al cátodo permanente (especialmente cerca de la línea de agua), haciendo difícil el despegue y, en ocasiones, produciendo la fractura de la hoja de acero. Solución: mantener la concentración de cloruro bajo 20 ppm en el electrólito.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión de cátodos permanentes
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Se conoce que los ánodos durante su funcionamiento en planta se recubren de una estructura de capa compleja donde se distingue la presencia de sulfatos-oxisulfatos y dióxidos de plomo que aseguran por una parte la descomposición del agua en oxigeno como reacción anódica principal y por otro lado protegen la aleación de la corrosión. Sin embargo, estos productos no son estables en el tiempo permaneciendo solo temporalmente sobre el ánodo para después de un cierto tiempo de operación caer al fondo de la celda transformándose en lo que se conoce como borra, su composición es principalmente sulfato de plomo la que constituye la fracción más importante de la capa del ánodo, alrededor del 80%, el resto son óxidos.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo El ánodo de Pb-Ca-Sn opera en el rango transpasivo (protegido anódicamente) durante la operación de EO. Esto significa que su velocidad de corrosión es muy pequeña. Al producirse interrupciones de corriente en la planta se ha observado corrosión de ánodos mucho mayor a la normal, acompañada de contaminación de los cátodos con plomo. NO TODAS LAS PLANTAS SUFREN ESTE PROBLEMA.(Ej.: Nitrato en el electrólito protege los ánodos)
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Causa: al interrumpirse la corriente, el ánodo deja de estar protegido y sobre su superficie se acoplan espontáneamente (potencial mixto) las reacciones: Pb (ánodo) + SO4= → PbSO4 + 2e PbO2(capa protectora) + 4 H+ + SO4= + 2e → PbSO4 + 2H2O ambas reacciones producen sulfato (sulfatación).
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Al reanudar la provisión de corriente a las celdas, los ánodos están desprotegidos y se corroen a una velocidad icell (muy alta) hasta que se repasivan. En ese período se produce la contaminación de electrólito con plomo, que luego causa contaminación de cátodos. Solución: utilizar rectificadores de respaldo (a petróleo) durante interrupciones de corriente, de manera que los ánodos estén siempre anódicamente protegidos.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo ¿Cuáles el valor de densidad de corriente de celda que hay que aplicar durante interrupciones de corriente para proteger los ánodos? Hay tres respuestas: -Teoría del "ampere huacho":una corriente de celda muy baja basta. -Productores de ánodos: recomiendan entre 3 y 12 A/m2. -Pruebas de planta: sugieren un valor de 70 A/m 2(muy alto, rectificador de respaldo muy caro).
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo
1)Pb + SO4= – 2e-
PbSO4
E = -0.356 (VENH)
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo 70 I da 60
Vuelta
50
2
]
40
m
30
A
c/
Pick de Oxidación Pb a Pb 2+ y precipitación Pb2+ + SO = = PbSO4
Zona de trabajo
20
m[ i
10
Zona de estabilidad del PbSO4(s)
0
-1 0
Pick de Reducción PbSO4 s a Pb s
Pick de Reducción PbO2 s a PbSO4 s
-2 0 -1 0 0 0
-5 0 0
0
500
1000
P o t e n c i a l [ m V /E N H ]
1500
2000
2500
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Las condiciones de operación normales en planta se encuentran en la “zona achurada de trabajo” indicada en la figura 1 y que corresponde a un rango de densidad de corriente entre los 220 a 350 [A/m2], por la forma de la curva se observa que en dicho rango por concepto de sobrepotencial solo se tienen valores alrededor de 30mV, este aumento en la energía difícilmente por si solo puede explicar el aumento en la velocidad de corrosión del ánodo sin considerar por ejemplo, la mayor presión sobre las estructura de capas por el mayor burbujeo de oxigeno.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo La velocidad de corrosión es una variable importante que dice relación directa con la vida útil de los ánodos, sin embargo en el análisis global del proceso la calidad de los ánodos se asocia principalmente con la capacidad de contaminación de los cátodos y no siempre la relación: Velocidad de corrosión contaminación,
Velocidad de
se encuentra directamente relacionada sino que es necesario considerar otros elementos como la característica de los productos de corrosión, las propiedades mecánicas del ánodo entre otras .
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Cuantificar la velocidad de corrosión de los ánodos no es tarea fácil, industrialmente se puede hacer a través de medidas indirecta que nos entregan información pero no absoluta y que además se logran después de un largo periodo de experimentación debido a la lentitud del proceso de corrosión, estas medidas pueden ser: • perdida en peso de los ánodos a través de pesada directa. • peso de la borra generada. • perdida de espesor del ánodo
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo
Lo anterior plantea que basta con captar el 1.32% de la borra disponible para que el cátodo quede fuera de norma, esta especulación se ve reforzada cuando además por ejemplo el ánodo tiene propiedades mecánicas débiles que permiten su “pandeo”, o simplemente por mal posicionamiento de los electrodos permitiendo que sus superficies se aproximen. No cabe la menor duda que en este análisis el tipo de estructura fina de la borra favorece la contaminación.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo Es conocido que el plomo se encuentra en la lista negra de las impurezas que alteran la calidad del cobre, no es menos cierto que hasta un tiempo atrás las exigencia para esta impureza en los cobres catódicos era de 10ppm, situación que en la actualidad alcanza niveles de 5ppm generando sin lugar a dudas un rechazo de cátodos que en la actualidad podría situarse en el entorno del 3%. Esta situación podría llegar a ser mas dañina para el negocio si estas exigencias alcanzan los niveles de 1 ppm, donde probablemente el rechazo de cátodo por esta impureza podría elevarse por sobre el 10%.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica En otra óptica y que también merece la atención dado que atenta contra el negocio, es la generación de borras de productos contaminantes de fuerte restricción y control por los servicios de salud y control del medio ambiente, situación que en la actualidad aún no representa una seria amenaza pero que puede evolucionar rápidamente. Un calculo global considerando una taza de generación de borra de 1 Kg./día-celda podría llevar a la producción de 4 ton./día, de acuerdo a los niveles de producción de cobre del año 2000. La borra esta compuesta principalmente por sulfatos y óxidos de plomo en una relación 80-20.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica Los productos que se forman por descomposición del ánodo, no son estables en el tiempo permaneciendo solo temporalmente sobre el ánodo para después de un cierto tiempo de operación caer al fondo de la celda transformándose en lo que se conoce como borra, su composición es principalmente sulfato de plomo la que constituye la fracción más importante de la capa del ánodo, alrededor del 80%, el resto son óxidos. Este proceso de generación de borra es natural a la forma como trabaja el ánodo y es continuo en el tiempo, prácticamente no se observan alteraciones de potencial durante su operación asociado a ésta transformación, sin embargo su velocidad de generación no es similar en todas las plantas observándose valores que van desde los 0.3-2.0 Kg.borra/día-celda
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica Las partículas desprendidas desde el ánodo por corrosión pueden y los sólidos suspendidos en el electrolito (coloides y orgánico desde SX) son conocidos como lamas, la cual se acumula en el fondo de la celda de electroobtención. Si las celdas no son limpiadas periodicamente, la capa de borra se incrementa, y al circular el electrolito esta borra se levanta y entonces puede contaminar los cátodos.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica Durante el proceso de caída de la borra al fondo de la celda, es cuando debiera generarse la contaminación más importante de los cátodos por Pb, debido al atrapamiento mecánico de las partículas sólidas en él deposito de cobre y que indudablemente dependerá del tipo de borra formado y de la calidad del depósito.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica El mercado de metales de Londres establece un nivel máximo de impurezas para los cátodos. En el caso de Plomo es de 5 partes por millón (ppm). Niveles por sobre este valor produce un efecto en las propiedades químicas, físicas y eléctricas del cobre.
Problemas técnicos en EO de Cu Corrosión del ánodo base Plomo – borra anódica Para evitar una situación de rechazo y reunir los criterios de calidad, existe una necesidad de remover la borra generada. El tiempo operacional requerido para la limpieza de cada una de las celdas es dependiente de las características y tamaño de la planta EW. En algunos casos puede tomar entre 2 y 3 dias para plantas pequeñas y grandes, respectivamente. El proceso de limpieza puede ser llevado a cabo cada 45-90 días en promedio.
PROTECCION ANODOS, POLIMEROS
Fenómeno de corrosión zona de interface líquido-gas
Efecto de cortocircuitos en vértices de ánodos
ACCIONES DE CONTROL
Recubrimiento zona superior
Recubrimiento zona vértices
El producto final: Cátodos de cobre La etapa final del proceso de EW es la denominada cosecha de cátodos. Su propósito es recoger cátodos en perfecto estado, con una pureza de 99,99% de Cu, los que serán embalados para su depósito a los lugares de embarque.
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mejor calidad El mercado exige un producto cada vez de mejor física y peso parejo
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Y la competencia una reducción de costos
LAS EXIGENCIAS QUE SE PLANTEAN AL PUENTE-GRÚA
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Independencia de operadores
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Mayor velocidad de traslación
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Mayor velocidad en el proceso de insertar los electrodos en las celdas o depositarlos sobre las máquinas
OPERACIONES ADICIONALES ADICIONALES CON UN PUENTE-GRÚA AUTOMÁTICO
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•
Detección de cortocircuitos Lavado de los contactos Ducha de los cátodos al retirarlos
Los cátodos finales… Los cátodos también presentan defectos físicos, los cuales se definen a continuación: Plomo: este defecto tiene un claro origen en el desprendimiento de laminillas de plomo provenientes del ánodo del mismo material, ocasionado por el ciclo normal de desprendimiento que experimentan típicamente los ánodos de plomo. El defecto se presenta regularmente incrustado en la zona baja del cátodo y normalmente no supera el 1% del cuerpo. Nódulos Superficiales: defecto que se origina por la incorporación de un material sólido de pequeño tamaño y que es rodeado por el depósito cristalino adoptando la forma de una esfera, al final de cada ciclo catódico. Su ocurrencia es zonificada y tiene asociado una contaminación química por plomo y azufre.
Los cátodos finales… Cortocircuito: Sobre depósito localizado en los bordes del cuerpo catódico, generado por la pérdida de simetría entre cátodo y ánodo. Orgánico: Presencia de materia orgánica proveniente del circuito de Extracción por solventes y atrapada por el cátodo en el borde superior. Estrías: Hendiduras en el cuerpo del cátodo, presentadas concordablemente con las líneas de flujo del electrolito y ocasionadas por la evolución de oxígeno desde el ánodo donde se presenta una disolución local de cobre.
Los cátodos finales… Parche: depósito localizado de cobre sobre un material extraño, conductor, generalmente en las esquinas del cuerpo catódico. Su ocurrencia está asociada por lo general a la presencia de plomo. Falta de Depósito: Demostración incompleta manifestada en el contorno del cátodo en espesor menor al del cuerpo. Manchas: Coloración ajena al depósito de cobre ocasionada por aceites hidráulicos u otras materias. Quemado: Coloración rojo o café oscuro y/o negra superficial, acompañada de un depósito granular el que puede ser débil o firme, en cuyo caso el granulo se desprende.
Los cátodos finales…
Doblado: Esquinas del cátodo dobladas. Sulfato: Presencia de residuos de sulfato de cobre en alguna parte del cuerpo, caracterizado por su coloración blanca, azul claro. Marca Aislador: Hendiduras en la zona baja del cátodo, ocasionadas por la presencia del aislador anódico, el cual puede también perforar el cuerpo.
Los cátodos finales… Quemado orgánico El quemado orgánico (“organic burn”), es una mezcla de cobre fino y orgánico que se co-deposita en el cátodo. El orgánico arrastrado en el electrolito de avance, permanece en la superficie de la solución y se adhiere a las placas de acero inoxidable en el momento de ser cargadas en la celda. El co – depósito cobre-orgánico es adherente y dificulta el desmontaje del depósito de cobre. En general, el orgánico se remueve del electrolito de avance a la planta de EW en celdas de flotación en columnas o en celdas Jameson y posteriormente se filtra la solución en filtros de sólidos finos. La concentración de orgánico en el electrolito de planta de EW no debe sobrepasar los 30 ppm.
Prácticas Operacionales Actividades que pertenecen a este grupo son: i. Detección y Eliminación de Cortocircuitos, se practica en forma diaria, hay una persona encargada de detectarlos y una cuadrilla compuesta por cuatro personas los eliminan. ii. Desborre, el procedimiento consta de la limpieza de la celdas, la reparación de éstas y la mantención de ánodos, esta última contempla las siguientes tareas:
Inspección de cortocircuitos
- Verticalización - Horizontabilidad -Reposición de Separadores -Lavado con agua a presión -Reposición de Ánodo -Limpieza de Contactos -Reparación de Manifold -Cambio y rotación de barra triangular
- Factibilidad de instalar filtros en alimentación a celda
iii. Detener una vez por semana un banco (Flujo y Corriente), decantación y limpieza línea alimentación, actualmente no se realiza periódicamente una vez por semana, sino cuando se presentan problemas en la alimentación celda debido a esta causa. iv. Lavado de Cátodos sobre celda, en estos momentos el lavado se realiza bajo dos escenarios, con agua limpia (a 5 ppm) y con agua recirculada proveniente de la cuba de lavado, este lavado se realiza en forma permanente todos los bancos. v. Lavado de Contactos sobre celda, este lavado se realiza en los bancos de manera permanente, se emplea agua a 5 ppm y se realiza a fin de obtener una mejor conductividad.
El despegado es el proceso que separa el cobre catódico del lingote de acero inoxidable. Se lleva a cabo mediante dos máquinas de despegado de cátodos automatizadas, cada una de las cuales posee un carrusel que consta de siete estaciones de trabajo y una estación de accionamiento. El cátodo depositado y el lingote catódico se hacen circular a través de las siguientes estaciones: > Cargador del carrusel—Carga el cátodo depositado en el carrusel. > Martilleo—Separa el cobre catódico del lingote catódico. > Despegado—Despega el cobre catódico del lingote catódico.
Separación—Separa
el cobre catódico del lingote catódico.
Plegado
y Descarga—Pliega el cobre catódico hacia el lingote antes de la descarga. Rechazo—Retira
un lingote catódico de servicio.
Descarga—Transferencia
de 45º--Mueve los lingotes
despegados del carrusel. Correa
espaciadora de lingotes—Crea un espacio entre los lingotes despegados. Carro
de transferencia—Mueve la carga de lingotes catódicos hacia los rieles de almacenamiento. > Rieles de Almacenamiento—Sostienen la carga de los lingotes catódicos para que la levante la grúa.
Una vez que los conjuntos de cátodos se han muestreado, corrugado, apilado, enzunchado, pesado y etiquetado, están listos para cargarlos en los vagones de ferrocarriles y transportados al puerto de embarque.
SISTEMA DE INSPECCION FISICA DESCRIPCION DE DEFECTOS FISICOS EN CATODOS NODULOS SUPERFICIALES NODULOS INTERNOS CORTOCIRCUITOS ESTRIAS ORGANICO FALTA DE DEPOSITO MARCA AISLADOR MANCHAS, OTROS
Nodulación
Nodulación
Nodulación
Nodulación
Nodulación
Estriamiento
Estriamiento
Estriamiento
Detección y eliminación de cortos circuitos Debido a los defectos físicos en los ánodos y/o placas madres, los cuales producen cortos circuitos, deben retirarse periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica. Además con estos trabajos se esta optimizando la distribución de corrientes y la eficiencia de corriente de las celdas electrolíticas.
Desborre de Celdas Electrolíticas
Los sedimentos sólidos. Productos principalmente de la corrosión anódica y de partículas provenientes del electrolito que se acumulan en el fondo de las celdas, deben retirarse periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica.
Preparación de Lingadas de Ánodos
Debido a los defectos físicos y químicos en los cátodos, por el desgaste de los ánodos, los cuales bajan la calidad total de la producción, estos ánodos deben ser cambiados periódicamente a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica. Además con estos trabajos se esta optimizando la distribución de corrientes y la eficiencia de corriente de las celdas electrolíticas.
Lavado de Lingadas con cátodos
Retirar las impurezas en los cátodos (plomo, azufre), para obtener la máxima calidad de los cátodos.
Cambio y/o Reparación de maninfold en Celdas Electrolíticas
Los sedimentos sólidos que se encuentran suspendidos en exceso en la solución electrolíticas dentro de la celdas son producidos principalmente por una mala distribución de flujos por encontrarse los maninfold en mal estado y/o tapados. Deben retirarse y/o destaparse todos los maninfold que se encuentren en mal estado a fin de no comprometer la calidad química y física de la producción catódica, al disponer de un flujo muy restringido y/o desigual dentro de las celdas.
Lavado contactos de Electrodos en Celdas
Debido a las sulfataciones por la neblina acida que se juntan entre los contactos positivos de los electrodos es muy importante lavar los contactos , para que exista una buena distribución de corriente entre las barras conectoras y la barra del electrodo y así obtener cátodos de buena calidad.
Plantilla de muestreo de cátodos CAPACITACION USACH 2006
COINCIDENTES PAR E IMPAR IMPAR
Plantilla de muestreo Tradicional
Plantilla de muestreo Equiprobabiística
PAR
Calidad de Cátodos La calidad de los cátodos electro-obtenidos, está referida al nivel de impurezas máxima permitidas según la Norma L.M.E. (London Metals Exchange). Partiendo de la base que el grado de pureza química de los cátodos condiciona su clasificación y su precio en el mercado internacional, se tiene la siguiente clasificación referida a los dos elementos más importantes:
La regulación de las impurezas está orientada a eliminar la contaminación ambiental, producto de las emanaciones de gases cuando se manufacturan los subproductos del cobre, también las impurezas influyen sobre las propiedades de los subproductos, haciéndolos a éstos de inferior calidad.
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Tendencias modernas en Electro metalurgia
Celda EMEW
Principales Aplicaciones El interés y la aceptación de la tecnología EMEW está creciendo rápidamente a nivel mundial. Los dos últimos años han visto avances significativos en la ingeniería asociada a la tecnología, pilotajes en diversas localidades e implementaciones comerciales. Las aplicaciones principales incluyen: • EW directo de soluciones de PLS para producir cátodos de cobre • EW a alta densidad de corriente (1.000 a/m2) a partir de soluciones concentradas • Recuperación de cobre a partir de drenaje ácido de mina • Tratamiento de Purgas de Refinería
Cátodos obtenido con la celda EMEW