INACAP IQUIQUE INGIENERIA EN MINAS Laboratorio de Metalurgia
ELECTROOBTENCION
Nombre Alumno (s):
MACKARENA
IGLESIAS JOEL LOPEZ FELIPE BELLER Nombre Profesor: Loreto Recabarren Fecha: 03 JULIO 2013
1. SUMARIO
En esta sesión de laboratorio se practica la depositación de cobre metálico prove niente del electrolito en forma de Cu+2. Básicamente la factibilidad de proceso es mediante una electrolisis con la presencia de un ánodo de plomo y un cátodo de acero donde circula la corriente a través del electrolito (CuS04) pasando la corriente por el electrolito y gracias a la energía circulante el cu+2 cede sus cargas para quedar como un compuesto metálico. La electro-obtención es el último proceso metalúrgico al que es sometido el cobre procedente de materias primas y, por tanto, reviste características especiales de calidad. La electro-obtención es utilizada para producir cátodos de cobre de alta calidad este proceso es llevado a cabo en un electrolito acuoso que contiene acido sulfúrico y sulfato de cobre principalmente, a una temperatura cercana a los 100°C. Durante la electrólisis, los ánodos se disuelven y se deposita cobre metálico sobre el cátodo. Los cátodos de cobre deben reunir criterios de calidad tales como un depósito catódico liso (sin presencia de nódulos ni dendritas), un bajo contenido de impurezas (99,99 % de pureza) y un bajo nivel de porosidad. Los depósitos lisos, sin nódulos y no porosos contienen muy pocas impurezas. Estos, además, deben ser obtenidos bajo altas eficiencias de corriente. Esta es una tarea compleja ya que el crecimiento de los cátodos está influenciada por muchos parámetros tales como densidad de corriente, temperatura del electrolito, composición del electrolito, composición del ánodo, espaciamiento ánodo-cátodo, flujo de electrolito y probablemente una de las más importantes: la dosificación y concentración de aditivos. En esta experiencia se estudian factores que se obtienen como consecuencia de la electrolisis, factores tales como el rendimiento energético, el consumo especifico de energía, la producción horaria entre otros.
2. INDICE
1. SUMARIO ................................................................................................................ 1 2. INDICE..................................................................................................................... 3 3. INTRODUCCION....................................................................................................... 4 4. PROCEDIMIENTO..................................................................................................... 5 4.1 MATERIALES....................................................................................................... 5 4.2 DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA.....................................................................5 5. DATOS EXPERIMENTALES........................................................................................ 6 6. DATOS CALCULADOS..............................................................................................7 7. DISCUCIONES.......................................................................................................... 8 8. CONCLUSION........................................................................................................... 9 9. BIBLIOGRAFIA........................................................................................................ 10 10. ANEXOS............................................................................................................... 11
3. INTRODUCCION
La electrometalurgia es la rama de la metalurgia que trata la extracción y refinación de metales por el uso de corriente eléctrica, conocida como proceso electrolítico o electrólisis. La aplicación industrial masiva de la electricidad para la recuperación de metales no ferrosos por electro-obtención se inició a comienzos del siglo XX. Para obtener cátodos de excelente calidad, la solución procedente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para luego ser conducido a las celdas de electro depositación de cobre. Los procesos a los que se somete la solución antes de entrar al proceso de electro-obtención, se deben a que esta tiene una composición compleja, con numerosas impurezas, cuyas concentraciones varían de acuerdo a la fuente mineral utilizada y a los procesos hidrometalúrgicos a que es sometida antes de transformarse en el electrolito de electroobtención. El proceso de Electro-obtención 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 electro depositación donde se producen los cátodos de cobre con una pureza de 99,99%. En este laboratorio se trata un electrolito rico del cual se recupérale cobre presente en dicha solución para lo cual es necesario preparar los cátodos y los ánodos, además de la celda donde se desarrolla la experiencia. Esta experiencia consiste en determinar la cantidad de cobre que se puede recuperar en un determinado tiempo además de factores q pudieran afectar el proceso. En primera instancia se presenta un resumen de todo lo realizado en laboratorio, después se prosigue con el procedimiento en donde se explica paso a paso como de desarrollo la experiencia, después se entregan los dato obtenidos y luego se procede con los cálculos correspondientes. Posterior se llevan a cabo las discusiones en relación a factores que pudieran afectar el proceso, luego se llega a las respectivas conclusiones del trabajo y por ultimo se anexan imágenes y gráficos, para una mejor comprensión del lector.
4. PROCEDIMIENTO 4.1 MATERIALES
Balanza Electrónica
Celda de electro-obtención
Cátodos y ánodos
Bandeja
Espátulas
Lijas
4.2 DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA
En este laboratorio se ensayo la electro-obtención (EW) de cobre, para se tomo el electrolito rico, que contiene el cobre en forma de sulfuro de cobre, este es llevado a la nave de electro-objeción que contiene 4 celdas de electro-obtención que corresponde a un estanques rectangular de polímero donde se encuentra la solución. Cada celda contiene en su interior 3 ánodos compuestos de una mezcla de plomo, calcio y estaño; y 2 cátodos de acero inoxidable, estas son colocadas de tal forma que pueda pasar por ellas la corriente eléctrica, es decir el orden es de forma alternada al interior de la celda, la distancia entre ánodo y cátodo , normalmente fluctúa entre 45mm, se define de tal modo de disminuir al máximo la caída de tensión que se produce por la resistencia del electrolito, pero manteniendo una distancia suficiente para evitar cortocircuitos, para el proceso. Se pudo observar en el laboratorio que una corriente circula de ánodo a cátodo a través de la solución acida de sulfato de cobre, la corriente que se uso en esta ocasión fue de 25A. El cobre se deposita sobre el cátodo y el agua se descompone sobre el ánodo (reacciones catódicas y anódicas respectivamente), dando lugar a desprendimiento de oxigeno. Sobre el cátodo se deposita el cobre presente en la solución electrolítica hasta el momento de la cosecha, termino usado para definir el momento en que el cátodo es retirado de la celda electrolítica y reemplazado por una nueva lamina inicial. Una vez depositado el cobre, se procederá a cosechar este, retirando los cátodos de las celdas, estos mismos serán llevados a lavar con agua fría, aunque no es lo más conveniente, este proceso se hace para poder sacar todo tipo de impurezas que hayan quedado en el cátodo. Y se procederá a retirar el cobre con la ayuda de una espátula, con su respectivo peso.
5. DATOS EXPERIMENTALES
MUESTRA
TIEMPO (Min)
MASA (gr)
ELECTROLITO RICO
15 – 30
1.18
INTENSIDAD ANODOS (A) 4.44
3
CATODOS (U) 2
6. DATOS CALCULADOS
Eficiencia de Corriente (Rc) Las leyes fundamentales que gobiernan las reacciones electroquímicas fueron formuladas por Michael Faraday en 1831 y han recibido su nombre: La cantidad de cambio químico producido por una corriente eléctrica, esto es, la cantidad disuelta o depositada de una sustancia es proporcional a la cantidad de electricidad pasada. Las cantidades de diferentes sustancias depositadas o disueltas por la misma cantidad de electricidad, son proporcionales a sus pesos químicos equivalentes. A partir de estas leyes se presenta la siguiente relación fundamental de Faraday: FIG.4 M. teo = (I*t*Pm)/(F*n) La relación anterior supone una eficiencia en el uso de corriente. Sin embargo, de la práctica se sabe que esto es un caso hipotético e ideal, y que normalmente un cierto porcentaje de electrones se deriva, ya sea a la depositación de otra sustancia, o a la descomposición de agua y por ende en desprendimiento de gas hidrógeno, o bien que una fracción de metal depositado se disuelva químicamente o se pierda de alguna otra manera. En conclusión, el peso de material efectivamente depositado versus el que teóricamente debía haberse precipitado constituye la eficiencia de corriente, que se indica como Rc, expresado en tanto por ciento Rc = 100*M. Real/M. Teo
Donde: M. teo M. Real Rc I T Pm F N
: Masa teórica : Masa real : Eficiencia de corriente : Intensidad : Tiempo en segundos : Peso molecular del cobre : Constante de Faraday (96480 coulombs/equivalente) : Numero de electrones intercambiables
Notros utilizaremos esta fórmula: 6.3gmol /2mol * 96500= 1.18 gr/amp*segundo Masa(gr)= 1.18 gr/amp*segundo *
7. DISCUCIONES
El presente laboratorio de electro-obtención consiste en determinar la recuperación de cobre en un determinado tiempo. Para lo cual se realiza la experiencia en la cual se presentan diferentes alcances, los cuales se mencionan en este apartado. En primera instancia se observan los detalles de los materiales como son: los instrumentos como cátodos y ánodos no se presentaban de manera óptima para un trabajo efectivo, estos se encontraban con restos de cobre y se presentaban sulfatados. Acá se origino uno de los primeros problemas ya que al no limpiar de forma correcta, origino que una cara del cátodo no estaba recuperando cobre. Otro de los aspectos fundamentales es que la solución no presentaba las condiciones óptimas para realizar un trabajo óptimo además de ser una solución de la cuan no se tenia idea de donde o quien la origino. Esto no permite hacer un estudio a cabalidad de la recuperación del cobre presente en la solución. También el desarrollo del laboratorio no fue continuo debido a la falta de conocimiento del trabajo que se intenta desarrollar, por lo que el tiempo de estudio puede variar. Uno de las condiciones para desarrollar el laboratorio exige el conocimiento básico de ciertas leyes y principios que deben presentar los materiales para que el investigador pueda desarrollar el laboratorio de buena forma. El resultado teórico en comparación al resultado real, no concuerda del todo, esta no se logro por el tiempo ya que hubieron interrupciones debido a la poca experiencia con el laboratorio y es ahí donde se perdió más tiempo tratando de configurar el equipo para un funcionamiento optimo. Además es común que no exista la misma recuperación que se estima en los cálculos teóricos como se menciona en el informe son diversos los factores que afectan la recuperación. El diseño del circuito no lograba el objetivo que era transmitir de forma continua y constante corriente o electricidad para que el cobre reaccionara. Esto se debe a que la infraestructura no presenta las condiciones ideales a pesar de contar con lo necesario, los materiales están en mal estado y muchas veces se debe recurrir al ingenio para solucionar problemas que se puedan presentar. La utilización de barras semicirculares disminuye la superficie de contacto entre la alimentación de electricidad y los cátodos y ánodos, en vez de utilizar barras triangulares. No se encontró una explicación de porque el laboratorio presenta estas condiciones, si se sabe lo que es correcto no debiera presentar el diseño indicado. Al momento de retirar el cobre obtenido, este se presentaba en forma de cemento de cobre y no como una lámina continua, esto por no utilizar reactivo goma guar y galactasol. Además de la intensidad de corriente tampoco se pudo aplicar de la forma adecuada, también no existía el control indicado de la disipación de energía por otros factores.
8. CONCLUSION
Del laboratorio de electro-obtención podemos definir qué: 1. Los instrumentos como cátodos y ánodos no se presentaban de manera óptima para un trabajo efectivo. 2. La solución no presentaba las condiciones óptimas para realizar un trabajo óptimo. 3. El desarrollo del laboratorio no fue continuo debido a la falta de conocimiento del trabajo que se intenta desarrollar, por lo que el tiempo de estudio puede variar. 4. El resultado teórico en comparación al resultado real, no concuerda. 5. El diseño del circuito no lograba el objetivo que era transmitir de forma continua y constante corriente o electricidad para que el cobre reaccionara. 6.
La utilización de barras semicirculares disminuye la superficie de contacto entre la alimentación de electricidad y los cátodos y ánodos.
7. No se puede controlar el desgaste del ánodo, ya que no utilizamos los reactivos óptimos para evitar el desprendimiento de plomo de los ánodos. 8. Al momento de retirar el cobre obtenido, este se presentaba en forma de cemento de cobre y no como una lámina continua.
9. BIBLIOGRAFIA
Apunte de electrometalurgia Capítulo V: Electro-obtención de cobre, Autor Juan AlejandroAragón M; Universidad Arturo Prat. Electrometalurgia, apunte para alumnos de Ingeniería Metalúrgica, Autor: AlejandroMorales, Facultad de Ingeniería y Ciencias geológicas, Universidad Católica del Norte http://es.scribd.com/doc/43033436/ElectroObtencion
10. ANEXOS
FIG.1
FIG.2
FIG.3
FIG.4
FIG.5
FIG.6
