Introducción La operación EW aplicada al cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de minerales oxidados y mixtos. Los principales objetivos son :
Recuperar el cobre contenido en una solución acuosa y obtener cobre metálico en la forma de cátodos. Producir cátodos de la mayor calidad posible y a bajo costo. Regenerar ácido sulfúrico simultáneamente con la deposición de cobre, el cual se recicla a la planta de Extracción por Solventes (SX) (ó también a Lixiviación en los procesos sin SX).
Electroobtención
Solución electrolítica: Es
una solución líquida que tiene la propiedad de permitir el paso de la es corriente eléctrica. la solución La electroobtención el proceso final En en la la planta producción de electrolítica es unade mezcla agua, ácido y sulfato deelcobre. cobre catódico alta de pureza. En lasulfúrico electroobtención cobre Electrodos: Son planchasdesde metálicas que se usan para hacer pasar la metálico se recupera una solución de sulfato de cobre ácido (CuSO4) el proceso de electrólisis sumergiendo corriente eléctricamediante por el electrolito. El cátodo inicial (carga negativa), es dosplancha electrodos (cátodo y ánodo) solución electrolítica una de acero inoxidable 316L yenel una ánodo (carga positiva), es una
de cobre.
Celdas Electrolíticas
Celdas Electrolíticas A medida que el electrolito fluye a través de las celdas de electroobtención, en el proceso se producen varios cambios:
El contenido de cobre del electrolito disminuye a medida que el cobre se deposita en los cátodos. La concentración de ácido sulfúrico aumenta, debido a la descomposición del H 2O en el ánodo. La temperatura del electrolito aumenta, debido al calor producido por la resistencia y otras ineficiencias.
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas
La Electro-obtención de cobre permite recuperar este metal desde soluciones ácidas de sulfato cúprico. Se caracteriza por la aplicación de un campo eléctrico entre un ánodo y un cátodo, ambos inmersos en el electrolito ácido de iones de cobre. Se lleva a cabo en celdas electrolíticas las cuales se agrupan en secciones y circuitos. Una celda electrolítica para electro-obtener cobre cuenta con cuatro componentes básicos :
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas Ánodos Usualmente fabricados de plomo aleado ( Pb - Pb - Ca - Sn ) y en cuya superficie se realiza la reacción anódica u oxidación. Cátodos Puede ser una lámina inicial de cobre o una placa madre de acero inoxidable, en cuyas superficies se realiza la reacción catódica o reducción. Los cátodos reciben el cobre depositado aumentando de peso hasta su cosecha. Electrolito Actúa de medio conductor iónico de la corriente, indispensable para el transporte de iones.
Conductores Metálicos Conectan el ánodo con el cátodo externamente para la transferencia de electrones a la fuente generadora de energía.
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas
El proceso consiste en reducir electroquímicamente los iones cúpricos presentes en el electrolito, por medio de una corriente impuesta que circula de ánodo a cátodo a través del electrolito. Como resultado, el cobre se deposita sobre el cátodo y el agua se descompone sobre el ánodo con evolución de burbujas de Oxigeno. La Figura muestra en forma esquemática el funcionamiento del proceso. El proceso requiere de energía para las reacciones químicas, para vencer resistencias y compensar pérdidas.
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas
Descripción del proceso en celdas Electrolíticas
El cobre se deposita sobre la plancha madre por un periodo de 7 días aprox. Al final del ciclo de deposición, las planchas madre se cosechan (se retiran) de las celdas y se llevan a la máquina despegadora de cátodos, donde se separan las láminas de cobre catódico de las planchas madre Estas planchas madre se reparan o pulen si es necesario y se retornan a las celdas de electroobtención para iniciar un nuevo ciclo de deposición. La energía de corriente continua (DC) para las celdas, es suministrada por rectificadores /transformadores, para suministrar energía a las celdas.
Electroquímica del Cobre
El ánodo lleva carga eléctrica positiva. El cátodo, carga eléctrica negativa. Los iones de cobre (Cu++) son reducidos, es decir neutralizados en el cátodo por los electrones que fluyen por él, depositándose una capa de cobre metálico sobre la superficie de la plancha madre de acero inoxidable (cátodo permanente). La reacción de deposición electrolítica en el cátodo es:
Cu
+2
+ 2e-
Cu0
Electroquímica del Cobre
Donde (e-) denota un solo electrón, necesitándose dos para neutralizar un ión Cu++. Sin embargo, la reacción en el ánodo es completamente diferente. El gas oxígeno se forma en el ánodo inerte por la descomposición del agua. Los iones sulfato (SO4-) se neutralizan en el ánodo formando inmediatamente ácido sulfúrico (H2SO4) y oxígeno (O2) según las reacciones siguientes:
Electroquímica del Cobre H2O 2H+ + SO4-2
2H+ + ½ O2 + 2eH2SO4
___________________________________________________ H2O + SO4-2 H2SO4 + ½ O2 +
2e-
La evolución del oxígeno libre en los ánodos provoca dos problemas: las burbujas de gas producidas al elevarse a la superficie y reventar, expulsa gotas extremadamente finas de electrolito a la atmósfera, lo que produce una niebla altamente corrosiva de electrolito.
Electroquímica del Cobre Esta niebla ácida es irritante para los operadores y el personal de mantenimiento, es corrosiva para los componentes y equipos de la instalación de electroobtención
El oxígeno liberado en la superficie del ánodo puede hacer que se desprendan escamas de óxido de plomo, las cuales decantan como lodo no soluble. El lodo se saca en intervalos periódicos mediante la limpieza de las celdas.
Electroquímica del Cobre Esta niebla ácida es irritante para los operadores y el personal de mantenimiento, es corrosiva para los componentes y equipos de la instalación de electro-obtención
Electroquímica del Cobre Calidad de la lámina de cobre
Electrolito pobre no sea menor a 30 gpl (concentración) Esto causa: La movilidad reducida de los iones de cobre en la región del cátodo, conllevando a depósitos blandos o esponjosos y de una calidad baja.
Electroquímica del Cobre Condiciones óptimas de la electro-obtención Las condiciones de operación garantizan: Larga vida útil del cátodo. Eficiencia operacional. Facilidad en el desmonte del depósito de cobre. Pureza del depósito.
Electroquímica del Cobre Las condiciones óptimas son las siguientes:
Contenido de cobre (35/40 g/L) Contenido de ácido (150/180 g/L) Concentración de cobalto (100/150ppm, 150 si el contenido de manganeso en el electrolito es alto) Cloruro (menos de 30 ppm) Orgánico (< 1ppm) Hierro (< 1,5g/L) Flujo a las celdas Densidad de corriente Temperatura de la celda (45 –50ºC)
Problemas en la electroobtención Corrosión
Por cloruros
Cuando el nivel de cloruro en el electrolito es alto, se puede producir una acumulación de gas de cloruro sobre la línea de solución.
Anódica
Si la plancha catódica se llegara a colocar en una celda como ánodo, la corrosión por disolución anódica que se produciría sería extremadamente grave.
Problemas en la electroobtención Por contactos Si no se realiza la limpieza adecuada y si los procedimientos de operación son incorrectos, el enchapado de cobre de la barra de suspensión se corroe. Los procedimientos para alargar el periodo de vida de la barra de contacto son los siguientes:
Lavado constante y efectivo de los contactos y barras de suspensión. Reducción de cortocircuitos. Retiro efectivo de niebla ácida.
Problemas en la electroobtención Nivel de electrolito en la celda
El electrolito que está operando a baja temperatura (menos de 35ºC), puede dar lugar a la formación de sulfato de cobre cristalizado, especialmente en la parte superior del nivel de electrolito.
Problemas en la electroobtención Alineamiento
Efectos del espacio de separación entre electrodos
>
Si la distancia es que los valores especificados, se forma una capa delgada, tipo cero ó galleta, que cuando se procesa la placa no se despega.
<
Si la distancia es entre electrodos se forma una capa de crecimiento acordado o nodular. Se prefiere un cobre catódico liso.
Problemas en la electroobtención Efectos del espacio de separación entre electrodos
Problemas en la electroobtención Paralelismo Un factor imprescindible para conseguir la efectiva distribución de la corriente y reducir la formación de cortocircuitos, es que el cátodo quede bien alineado entre dos ánodos.
Problemas en la electroobtención Cortocircuitos
El cortocircuito es la condición física que causa que la corriente fluya entre los electrodos sin tomar parte en la reacción electrolítica. Los cortocircuitos por crecimientos son causados por la inclusión en el depósito catódico de una partícula conductora. La partícula atrae mas carga y así crece más rápidamente que el depósito catódico que está alrededor.
Problemas en la electroobtención Desborre de celdas El desborre se realiza para la limpieza de la celda y para evacuar el lodo del plomo que se acumula en el fondo.
Equipos asociados al proceso de celdas electrolíticas Los equipos asociados al proceso son:
Nave Electro-obtención. Celda de electro-obtención. Marco distribuidor de electrolito. Marco cortocircuitador .
Equipos asociados al proceso de celdas electrolíticas Nave Electro-obtención Puente Grúa
Nave
Carro Strong back (Araña)
Cátodo Celdas de electro-obtención
Ánodo
Equipos asociados al proceso de celdas electrolíticas Celda de electro-obtención
Soporte de las pasarelas
Cajón de rebalse Barra de nivel
Drenaje lateral Drenaje inferior Soporte de la barra colectora
Equipos asociados al proceso de celdas electrolíticas Marco distribuidor de electrolito El marco distribuidor colocado en la base de cada celda, es una tubería de forma rectangular, con una distribución uniforme del electrolito sobre las caras de los cátodos suspendidos en la celda.
Marco cortocircuitador Para realizar la limpieza de las celdas es necesario hacer un puente en el paso de la corriente eléctrica sobre las celdas que van a ser limpiadas, para ello se utiliza un marco cortocircuitador.
Limpieza de Contactos entre Celdas de Electroobtención Cátodo Ánodo
Cátodo
Ánodo
Aisladores
Cubierta
Barra de cobre triangular
Limpieza de Derrames Si hay derrames de alguna sustancia en las instalaciones o equipos de la nave, este se debe limpiar en forma adecuada.
Identificar que tipo de sustancia se ha derramado. Determinar de donde proviene la sustancia derramada. Determinar la cantidad de la sustancia derramada. Avisar al coordinador el tipo y la cantidad del derrame. Reparar la causa si fuera posible. Limpiar el derrame adecuadamente.
Limpieza General
Limpiar los derrames de aceite, grasa, agua, electrolito, etc., dejar limpia y ordenada el área de trabajo. Recoger los nódulos que cayeron fuera de la zona de la cadena de recepción y almacenarlos. Recoger las bolitas de polipropileno que cayeron fueras de las celdas.
Limpiar el polvo acumulado en máquinas equipos, estructuras, etc. Limpiar los letreros de seguridad y colocarlos en sus sitios.
Limpieza General
Asegurarse que las estructuras no estén sueltas o desatadas; si es así comuníquese a mantenimiento para la solución correspondiente. Asegurarse que las puertas de acceso estén en buen estado de funcionamiento. Dejar las herramientas y equipos utilizados en los lugares que les corresponde.
Hacer la limpieza de los equipos del sistema de captación de niebla ácida y de los ventiladores extractores con agua. Por lo menos una vez a la semana.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COSECHA
La cosecha de cátodos en las celdas de electro-obtención se realiza después de aproximadamente 7 días de deposición. Para la cosecha se utiliza un puente grúa y un Strongback (tren de ganchos)
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COSECHA
El cobre depositado en los cátodos es removido de las celdas y transportado a una máquina despegadora de cátodos, para separar el cobre en la plancha madre. Las planchas de cobre catódico ya despegadas, son pesadas, enzunchadas y transportadas al mercado
EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA Los equipos asociados al proceso son:
Puente grúa. Mando colgante y radio control del puente grúa. Cátodos. Ánodos. El Strongback de cátodos y ánodos.
EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA Puente grúa. Limite switch (Tope de puente)
Riel de desplazamiento Accionamiento del tecle
Accionamiento del carro
Accionamiento del Puente Portador del cable Unidad inferior Mando colgante
Sistema de cables mensajeros de la
EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA Barra de suspensión
Cátodos. Línea de solución
Cinta de borde plástico
EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA Ánodos.
Barra de cobre revestida de plomo Contacto
Aleación de plomo, calcio, estaño Aisladores en forma de ala
EQUIPOS ASOCIADO A LA COSECHA El Strongback de cátodos y ánodos. Strongback de cátodo
Gancho de sujeción Campana colectora de neblina
Cátodo Ánodo Celda
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS La máquina despegadora de cátodos es un sistema que tiene como objetivos:
Recepcionar y lavar los cátodos cosechados, despegar la plancha de cobre de la plancha madre, corrugarlos y apilarlos para ser pesados, etiquetados y enzunchados para su distribución. Preparar las planchas madre para su retorno hacia la celda de electroobtención.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Etapas de la máquina despegadora de cátodos
La máquina despegadora de cátodos cuenta con una serie de etapas automatizadas por las que pasan los cátodos (planchas madre cosechadas), para ser despegados.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Recepción de cátodos Montura de la cadena de recepción
Dispositivo de transferencia de carga
Motor hidráulico
Flujo de cátodo
Cadena de transmisión
Piñón
Piñón Cátodo
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Lavado de cátodos Cámara de lavado
Línea de agua Cátodo Aspersores Trampa de bolas Calefactor eléctrico
Rejilla
Tranque de agua de recirculación
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Transportadora transversal Estación de descarga
Despegado de cátodos
Estación de carga
Plancha de cobre Dispositivo de transferencia de descarga
Transportadora transversal
Tope de Jebe
Dispositivo de transferencia de carga
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Despegado de cátodo Uña de fijación Martillo
Soporte flexador
Pistón
Barra flexador a
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Transportadora de planchas de cobre Transportadora de Despegado de cátodos plancha de cátodo
Prensa corrugadora
Paquete de planchas de cobre
Apiladora de planchas de cobre
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Corrugado de planchas de cobre Motor eléctrico Tanque de aceite hidráulico
Matriz macho Matriz Hembra
Plancha de cátodo
Cilindro hidráulico de elevación Soporte de la prensa
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Apilado de planchas de cobre Mástil
Rodillo Paquete de plancha de cobre
Pistón hidráulico
Soporte
Mesa de elevación
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL DESPEGUE DE CÁTODOS Pesado, etiquetado y enzunchado de planchas de cobre Maquina enzunchadora
Grúa horquilla
Procesador de la balanza
Pesómetro
Alimentador de Etiquetadora los zunchos
