UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas Departamento de ingeniería Metalúrgica y Minas
INFORME FINAL HIDROMETALURGIA II Sebastián Jara Contreras Almendra Vargas Pineda
Profesor: Rossina Mena Laboratorio Hidrometalurgia II Antofagasta, Chile 03 de Agosto 2017
RESUMEN Este informe contiene todas las experiencias realizadas en el laboratorio de hidrometalurgia II. En primer lugar, se busca evaluar el efecto de la razón O/A, la continuidad de fase y el tipo de extractante, sobre el tiempo de separación de fases y determinar la continuidad de fase evaluando su conductividad eléctrica. Se realizan pruebas con tres razones O/A utilizando aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambas, agitándolas tres minutos. Luego se observa la conductividad de la solución a distintas razones O/A. Se concluye que la mejor condición para una separación de fases efectiva y una buena extracción es con razón O/A=1/1,5 y con mezcla como extractante. Por otro lado, se determinó la carga máxima de los extractantes y el porcentaje de estos presentes en el orgánico. Para esto se simuló una serie de pruebas de extracción a razón O/A = 1. Una muestra del refino es titulada, para obtener la cantidad de cobre presente. Las cargas máximas obtenidas para aldoxima, cetoxima y mezcla corresponden a 10,04; 9,30 y 9,60 respectivamente. Se concluye que la aldoxima logra mayor carga máxima con un menor porcentaje de extractante. Luego se tiene como objetivo elaborar y comparar diagramas de McCabe-Thiele para tres soluciones orgánicas a diferentes razones A/O. Se realizan pruebas mediante agitadores mecánicos a razones O/A con valores progresivos para determinar las isotermas correspondientes. A partir de estas se realizan diagramas para razones A/O iguales, mayores y menores 1. Se concluye que el mejor resultado es la Aldoxima y con razón A/O>1, ya que presenta en dos etapas la menor [ !" ! ] en el refino y la mayor concentración del metal en el orgánico cargado. !
Finalmente se visualiza el montaje y puesta en marcha de una celda de electroobtención, se establece la influencia de la densidad de corriente en la calidad catódica y se analizan parámetros como el consumo de energía, la eficiencia de corriente, entre otros. Se realizan dos pruebas de electroobtención con distintas intensidades de corriente durante dos horas. Los cátodos obtenidos son pesados y comparados visualmente. Se obtuvo que a 2,16 g y para una
!
!
!
200 A/m2 la masa real depositada es de
400 A/m2 la masa depositada fue mayor a la teórica, siendo de
!
4,64 g.Se concluye que a mayor densidad de corriente mayor depositación de cobre, pero mala calidad física del cátodo por un exceso de velocidad en la reacción de reducción del Cu. !!
RESUMEN Este informe contiene todas las experiencias realizadas en el laboratorio de hidrometalurgia II. En primer lugar, se busca evaluar el efecto de la razón O/A, la continuidad de fase y el tipo de extractante, sobre el tiempo de separación de fases y determinar la continuidad de fase evaluando su conductividad eléctrica. Se realizan pruebas con tres razones O/A utilizando aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambas, agitándolas tres minutos. Luego se observa la conductividad de la solución a distintas razones O/A. Se concluye que la mejor condición para una separación de fases efectiva y una buena extracción es con razón O/A=1/1,5 y con mezcla como extractante. Por otro lado, se determinó la carga máxima de los extractantes y el porcentaje de estos presentes en el orgánico. Para esto se simuló una serie de pruebas de extracción a razón O/A = 1. Una muestra del refino es titulada, para obtener la cantidad de cobre presente. Las cargas máximas obtenidas para aldoxima, cetoxima y mezcla corresponden a 10,04; 9,30 y 9,60 respectivamente. Se concluye que la aldoxima logra mayor carga máxima con un menor porcentaje de extractante. Luego se tiene como objetivo elaborar y comparar diagramas de McCabe-Thiele para tres soluciones orgánicas a diferentes razones A/O. Se realizan pruebas mediante agitadores mecánicos a razones O/A con valores progresivos para determinar las isotermas correspondientes. A partir de estas se realizan diagramas para razones A/O iguales, mayores y menores 1. Se concluye que el mejor resultado es la Aldoxima y con razón A/O>1, ya que presenta en dos etapas la menor [ !" ! ] en el refino y la mayor concentración del metal en el orgánico cargado. !
Finalmente se visualiza el montaje y puesta en marcha de una celda de electroobtención, se establece la influencia de la densidad de corriente en la calidad catódica y se analizan parámetros como el consumo de energía, la eficiencia de corriente, entre otros. Se realizan dos pruebas de electroobtención con distintas intensidades de corriente durante dos horas. Los cátodos obtenidos son pesados y comparados visualmente. Se obtuvo que a 2,16 g y para una
!
!
!
200 A/m2 la masa real depositada es de
400 A/m2 la masa depositada fue mayor a la teórica, siendo de
!
4,64 g.Se concluye que a mayor densidad de corriente mayor depositación de cobre, pero mala calidad física del cátodo por un exceso de velocidad en la reacción de reducción del Cu. !!
ÍNDICE
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN ......................... ....................................... ............................ ............................ ...................... ........ 7 1.2 Descripción de la problemática ............................ .......................................... ............................ ...................... ........ 8 1.3 Hipótesis ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ 8 1.2
Objetivos........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ......................... ........... 7
1.2.1. Objetivo General ............................... ............................................. ............................ ............................ ...................... ........ 7 1.2.2.
Objetivo Especifico .......................... ........................................ ............................ ............................ .................... ...... 7
CAPITULO 2. FUNDAMENTOS TEORICOS .................................... .................................................. .................. .... 9 2.1. Separación de Fases............... Fases............................ ........................... ............................ ............................ ......................... ........... 9 2.2. Carga Máxima. ........................................ ...................................................... ............................ ............................ ...................... ........ 9 2.3. Isoterma de Extracción. ............... ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 10 2.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. ............ 10 CAPITULO 3. PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL ............................ ......................................... ............. 11 3.1. Separación de fases. .......................... ........................................ ............................ ............................ ......................... ........... 11 3.2. Carga Máxima. ........................................ ...................................................... ............................ ............................ .................... ...... 11 3.3. Isoterma de Extracción. ............... ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 12 3.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. ............ 13 CAPITULO 4. RESULTADOS, ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN . 14 4.1. Resultados................................. ............................................... ............................ ............................ ............................ .................... ...... 14 4.1.1. Separación de fases. ............................ .......................................... ............................ ............................ ................ .. 14 4.1.2. Carga máxima.............. máxima............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 15 4.1.3. Isoterma de extracción............... extracción. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 16 !!!
4.1.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. ..... 17 Análisis y Discusiones ................................................................................... 18 4.2.1. Separación de fases. ........................................................................ 18 4.2.2. Carga máxima................................................................................... 19 4.2.3.
Isoterma de Extracción.................................................................. 19
4.2.4.
Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. . 20
CAPITULO 5. CONCLUSIONES ....................................................................... 21 5.1. Separación de fases. ............................................................................... 21 5.2. Carga máxima. ........................................................................................ 21 5.3. I.soterma de Extracción. .......................................................................... 22 5.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. ............ 22 RECOMENDACIONES ...................................................................................... 23 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 24 ANEXOS ............................................................................................................ 25
!#
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Velocidades de separación de fases. .................................................. 14 Tabla 2. Concentración de Cobre en el Refino y el Orgánico Cargado. ............ 15 Tabla 3. Concentraciones de !"! ! en Refino y O.C. ....................................... 16 Tabla 4. Resultados. .......................................................................................... 17 Tabla 5. Alturas en milímetros. .......................................................................... 25 Tabla 6. Carga Máxima. ..................................................................................... 26 Tabla 7. [!"! !] en O.C. y en el Refino por etapas. ......................................... 29
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Gráfico 1. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1/1,5. ............................ 14 Gráfico 2. Porcentaje de Extractante. ................................................................ 15 Gráfico 3. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O>1. .................................... 16 Gráfico 4. Relación Masa depositada-Consumo Energía-Densidad de corriente. ........................................................................................................................... 17 Gráfico 5. Eficiencia de corriente (%)................................................................. 18 Gráfico 6. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1/1. ............................... 26 Gráfico 7. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1,5/1. ............................ 26 Gráfico 8. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O=1 ......................................... 27 Gráfico 9. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O>1. ........................................ 27 Gráfico 10. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O<1. ...................................... 27 Gráfico 11. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O=1 ................................... 28 Gráfico 12. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O<1 ................................... 28 Gráfico 13. Diagrama McCabe-Thiele Cetoxima, A/O=1 ................................... 28 Gráfico 14. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O>1 ................................... 29 Gráfico 15. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O<1 ................................... 29 Figura 1. Cátodo obtenido con 200 A/m2. ......................................................... 30 Figura 2. Cátodo obtenido con 400 A/m2. ......................................................... 30 #
NOMENCLATURA [Cu+2] = Concentración de Cu h= variación de altura
!
t= variación de tiempo
! "
= consumo especifico de energía (Kwh/t)
P= potencia (W) t= tiempo(s,h) I=intensidad de corriente (A) F=Constante de faraday n%= eficiencia de corriente E=voltaje (V) CEE= consumo especifico de energía !
= densidad de corriente
#!
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN El presente informe se basa en las experiencias realizadas en el laboratorio de hidrometalurgia, las cuales son: separación de fases, carga máxima, isoterma de extracción y montaje y puesta en marcha de una celda de electroobtención. Primero se darán a conocer los objetivos generales y específicos, para luego explicar en qué consiste cada experiencia mediante los fundamentos teóricos para comprender de mejor manera el tema a tratar. Siguiendo esta línea, se precisa el método experimental para llevar a cabo cada experiencia, exponiendo los resultados arrojados y análisis de cada uno de ellos. Finalmente se concluye acerca de las experiencias, cómo se ve afectado cada proceso y sus variables operacionales.
1.1
Objetivos 1.1.1. Objetivo General
Conocer experimentalmente el proceso de extracción por solventes y electroobtención y todas las variables involucradas.
1.1.2. Objetivo Especifico •
Evaluar el efecto de la razón O/A, la continuidad de fase y el tipo de extractante utilizado en relación al tiempo de separación de las fases orgánica y acuosa.
•
Determinar la continuidad de fase en las muestras evaluando su conductividad eléctrica.
•
Determinar la carga máxima para los tipos de extractantes utilizados y el porcentaje de estos presente en el orgánico.
•
Elaborar y comparar diagramas de McCabe-Thiele para tres soluciones orgánicas distintas a diferentes razones A/O.
7
•
Visualizar el montaje y puesta en marcha de una celda de electro obtención.
•
Establecer la influencia de la densidad de corriente en la calidad catódica.
•
Analizar parámetros propios del proceso de EW como el consumo de energía, la eficiencia de corriente, entre otros.
1.2
Descripción de la problemática
Para la obtención de cátodos de cobre de buena calidad mediante el circuito de hidrometalurgia, es relevante un estricto control de las variables involucradas en cada una de las etapas del proceso.
1.3
Hipótesis
A partir de información previa, para la separación de fases, se espera obtener mejores resultados mediante el orgánico en base a cetoxima debida a sus buenas propiedades físicas. En el caso de la experiencia de carga máxima, se plantea que los mayores valores de carga máxima debiesen ser alcanzados por la aldoxima, tomando en cuenta su poder extractante en relación al de la cetoxima. Para la isoterma de extracción se espera que, en relación al diagrama de McCabe Thiele, los mejores resultados sean obtenidos por orgánico en base a aldoxima o mezcla, debido a su mayor eficiencia de extracción, y por ende un requerimiento de una menor cantidad de etapas. Para el montaje y puesta en marcha de una celda de electroobtención, basándose en la primera ley de Faraday, se espera una mayor depositación a mayores valores de intensidad de corriente.
8
CAPITULO 2. FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1. Separación de Fases. Debido a que la etapa de lixiviación supone una importante disolución de impurezas, es necesaria una operación que involucre una purificación de las soluciones como etapa previa al proceso de electro-obtención, lo cual da lugar al proceso denominado extracción por solventes (Mena, R. 2017). La extracción mediante solventes orgánicos, en el ámbito específico de la hidrometalurgia, consiste en un proceso químico en el cual las especies contenidas en la fase acuosa reaccionan con un reactivo orgánico para formar un complejo organometálico (Domic, E. 2001). Luego de que las fases orgánica y acuosa son contactadas en el mezclador, esta dispersión fluirá a un decantador en que ambas fases coalescerán llevando a cabo la separación de fases. En el caso de la SX, la separación se realiza mediante diferencia de densidades, efectuándose en períodos de tiempo cortos (Quezada, V. 2017).
2.2. Carga Máxima. En la extracción por solvente se pone en contacto la solución de lixiviación (fase acuosa) con un reactivo orgánico (fase orgánica) mezclándose fuertemente por agitación. El reactivo orgánico contiene una molécula extractante
que tiene una alta afinidad por el ión metálico que se quiere
recuperar. Este ión de interés es transferido desde la fase acuosa a la orgánica, a través de la interfase de dos líquidos no miscibles. La mezcla resultante por la agitación se deja decantar, con el objeto de separarla en dos capas o fases. La fase superior corresponde a la capa orgánica, que se mantiene allí debido a su menor peso específico. En esta fase orgánica que se conoce como fase cargada o fase extracto, se encuentra retenido el ión metálico de interés, formando un complejo órgano-metálico (Quezada, 2017).
9
2.3. Isoterma de Extracción. Los diferentes métodos existentes para llevar a cabo la lixiviación de minerales buscan dar respuestas a las interrogantes fundamentales de toda actividad industrial, en términos de obtener el máximo beneficio económico con el mínimo de costos (Benavente, O. 2004). La implementación de un método por sobre otro dependerá de las condiciones específicas en las que se llevará a cabo el proceso. El método más utilizado a nivel planta es el de lixiviación en pilas. Este método corresponde a un proceso hidrometalúrgico de extracción de metales por percolación de una solución a través de un lecho o pila de mineral. Se introduce una solución de refino por la parte superior, la cual reacciona con el mineral disolviendo los metales contenidos, obteniéndose una solución cargada denominada PLS (Pregnant Leach Solution) que escurre hacia el fondo del lecho (Mena, R. 2016).
2.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. La electrodepositación de cobre es una materia amplia y compleja ya que se pueden tratar casi todos los metales por esta vía (Mena, R. 2017). En este proceso, el electrolito que contiene el cobre en forma de sulfato de cobre previamente purificado y concentrado en un circuito de extracción por solventes, es llevado a las celdas de electroobtención que tienen dispuestas en su interior ánodos (+) y cátodos (-) en orden. El ánodo es una barra de plomo, y corresponde al polo positivo por donde entra la corriente eléctrica. El cátodo es una placa que puede ser de acero inoxidable o de cobre y corresponde al polo negativo. En estas celdas se aplica una corriente eléctrica continua, de baja intensidad, la que entra por el ánodo y sale por el cátodo. El cobre de la solución de sulfato de cobre es atraído por la carga negativa del cátodo y migra hacia él, depositándose en su superficie (Codelco, 2017).
10
CAPITULO 3. PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL 3.1. Separación de fases. Se realizan 9 pruebas de separación de fases orgánico-acuoso. Las razones O/A establecidas son 1/1, 1/1,5 y 1,5/1 y para cada razón se utilizan aldoxima, cetoxima y una mezcla de estas como agentes extractantes. Se calculan los volúmenes correspondientes a la razón orgánico-acuoso utilizada, siendo los siguientes: # # #
O/A=1/1 ; 100 ml acuoso y 100 ml orgánico. O/A=1,5/1 ; 80 ml acuoso y 120 ml orgánico. O/A=1/1,5 ; 120 ml acuoso y 80 ml orgánico.
Las soluciones se ingresan a un embudo que cuenta con una válvula y un tapón y este es depositado en el agitador. El tiempo de agitación es de 3 minutos. A los 15, 30, 45, 60, 90 y 120 segundos, se mide la separación de fases en milímetros. Con las variaciones de altura y el tiempo se calcula la velocidad instantánea de separación de fases orgánico-acuso. La segunda parte de la experiencia, consiste en un ejemplo demostrativo. En dos vasos precipitados se ingresa una solución orgánico-acuosa a razón 1/1 y 1/3 respectivamente. En cada vaso es sumergido un tester que está conectado previamente a una ampolleta. Finalmente se observa el comportamiento de la ampolleta al contacto con estas dos soluciones.
3.2. Carga Máxima. Inicialmente se conforman tres grupos de trabajo para trabajar con extractantes determinados. Las soluciones orgánicas serán preparadas con aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambas. La solución acuosa utilizada corresponde a un PLS de concentración de cobre de 6,7 g/L. Se preparan muestras de 250 mL con una razón O/A de 1, lo cual corresponde a 125 mL de orgánico y 125 mL de acuoso. Las muestras preparadas son puestas en embudos de decantación para posteriormente someterlas a agitación mecánica durante 3 minutos. Una 11
vez decantada la solución, el refino es removido y sometido a filtros de papel para remover el orgánico arrastrado. Posteriormente la solución filtrada es titulada mediante tiosulfato de Sodio para determinar su concentración de cobre. La solución orgánica del embudo es mezclada nuevamente con PLS y se repite el procedimiento hasta que la concentración del refino sea similar a la del PLS alimentado.
3.3. Isoterma de Extracción. Para la realización de la experiencia se conforman tres grupos de trabajo utilizando como extractantes, aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambos. La solución acuosa PLS tiene una concentración de 6,3 g/L. Se pone en contacto el acuoso y el orgánico a un total de 250 ml de acuerdo a las siguientes razones: # # # # # #
O/A = 5/1; O=208 ml y A=43 ml O/A=2/1; O=167 ml y A=82 ml O/A=3/2; O=150 ml y A=100 ml O/A=1/1; O=125 ml y A=125 ml O/A=1/2; O=83 ml y A=167 ml O/A=1/5; O=42 ml y A= 208 ml
Los volúmenes se ingresan a los embudos de decantación para posteriormente someterlos a agitación mecánica por 5 minutos. Luego se deja decantar para lograr la separación de fases y una vez listo se procede a extraer la solución acuosa resultante llamada Refino. El refino se filtra y se toma una muestra de 5 ml para la titulación. Se agrega a la muestra 4 gotas de almidón, 2 gotas de tiosulfato de sodio y 1 gramo de yoduro de potasio. Esta mezcla se titula con tiosulfato de sodio, observando la variación desde un color marrón oscuro a blanco. Finalmente se mide el gasto obtenido por cada prueba realizada y se ingresa este valor a la fórmula de !!"!!!!"# .
12
3.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. Para el montaje y puesta en marcha de la celda de electroobtención se sigue el siguiente procedimiento: •
En la celda a utilizar se instalan dos ánodos y un cátodo evitando generar un contacto entre estos. Una vez listos, se ingresa el electrolito con una concentración de 43 g/L de Cu y 150 g/L de ácido.
•
El cátodo utilizado es de acero inoxidable y se le asigna un área especifica de 24 !"! .
•
Se procede a realizar dos pruebas de electroobtención con una densidad de corriente variable de 200 y 400 !!!! para cada paralelo. Luego se calcula la intensidad de corriente correspondiente siendo de 0,96 A y 1,92 A.
•
Se pone en funcionamiento la celda de electroobtención durante 2 horas, registrándose sus valores de voltaje mediante un multitester cada 30 minutos.
•
Finalmente se remueven los cátodos de cobre para pesarlos y compararlos con la masa teórica calculada anteriormente.
13
CAPITULO 4. RESULTADOS, ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. Resultados 4.1.1. Separación de fases. La siguiente tabla muestra las velocidades instantáneas correspondientes a cada tiempo medido luego de la agitación. Se observa una comparación de estos valores para los extractantes y razones O/A utilizados. Estos datos se obtuvieron con las alturas mostradas en el Anexo A. Tabla 1. Velocidades de separación de fases. "#$%&' ()*
+,-'.#%/
0$1'.#%/
2$34,/
56+
56+
56+
767 76789 78967 767 76789 78967 767 76789 78967 79
$%&&
$%'(
$%)( (%*+
,%&+
$%'( ,%'(
(%)(
,%-+
:;
&%'(
&%'(
&%,( &%.+
&%-&
&%(( &%.&
&%.&
&%$&
<9
&%.&
&%'(
&%-+ &%,(
&%-&
&%-& &%((
&%.&
&%$&
=;
&%.+
&%.+
&%,( &%*&
&%-&
&%+( &%'(
&%$+
&%((
>;
&%(+
&%(+
&%,( &%$(
&%)+
&%*( &%$&
&%*(
&%*(
7?; @%$-#/
&%$& &%(&
&%(& &%.+
&%$+ &%$( &%,* &%$,
&%.+ &%+&
&%(+ &%+& &%,, &%$'
&%,+ &%$+
&%*+ &%,(
-&
* *& % %$& ( A
/0123456 78923456
.&
:8;<06
& &
,&
'&&
',&
"#$%&' ()*
Gráfico 1. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1/1,5. El Gráfico 1 muestra la variación de altura con respecto al tiempo de decantación medido para una razón O/A de 1/1,5, comparando tres soluciones organicas; aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambas 14
4.1.2. Carga máxima. En la Tabla 2 se presentan las concentraciones de cobre en g/L en el refino y el orgánico cargado para las experiencias realizadas con aldoxima, cetoxima y una mezcla de ambas. Tabla 2. Concentración de Cobre en el Refino y el Orgánico Cargado.
Aldoxima FC=0,55 g/L !"
!!
!"#
(g/L) 0,375 4,200 5,625 6,563 Acum:
% Ext 11,50 0 4,545 1,955 0,251 18,25 1
Cetoxima FC=0,47 g/L
!!
!!
!"#
!"
!!
!"#
(g/L)
(g/L)
6,325
1,563
2,500 1,075 0,138
3,625 5,812 6,500 Acum:
%Ext 10,93 0 6,543 1,889 0,426
Mezcla FC=0,52 g/L
!"
!!
!"#
!"
!!
!"#
(g/L)
(g/L)
5,137
0,875
3,075 0,888 0,200
4,188 5,812 6,375
19,78 7
Acum:
%Ext 11,29 8 4,831 1,708 0,625
!"
!!
!"#
(g/L) ,%-+, .%,'. &%--&%(.,
18,46 2
.&%&& ')%,& $ 1 E ')%&& / 1 4 / D 1 '-%,& . C $ -'-%&& B '+%,& '+%&& /0123456
78923456
:8;<06
C.1D/41/E1$ FG,#3/-'
Gráfico 2. Porcentaje de Extractante. En el Gráfico 2 se presentan los porcentajes de extractante acumulado necesario para la extracción máxima obtenida en las pruebas realizadas con aldoxima, cetoxima y mezcla. Los valores parciales obtenidos se observan en en el Anexo B. 15
4.1.3. Isoterma de extracción. El Gráfico 3 muestra el diagrama de McCabe-Thiele para Aldoxima y con razón A/O>1. A la primera etapa ingresa un PLS con [ !" ! ] 6,3 g/L y sale un ILS con !
1,55 g/L de [!" ! ] que ingresa a una 2° etapa y sale como refino con 0,25 g/L !
de [!"! ]. Se observa que la mayor extracción se produce en la primera etapa y !
que la transferencia en la segunda etapa es de 1,3 g/L. El valor del orgánico cargado alcanzado bajo estas condiciones es de 7,1 g/L. ) * L 6+ K ( ' * 4 # E, Q K D 5$ E $( P O. 0 N '
!=298>56
D'
?@A@ B?C A7
D.
& &
'
. N0OP $E ( +4O')' $ (K6L* ,
*
+
Gráfico 3. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O>1. La tabla que se presenta a continuación muestra los datos experimentales obtenidos en la experiencia, de [ !"! ] en el refino y en el organico cargado. !
Tabla 3. Concentraciones de !"! en Refino y O.C. !
H/3IE 56+
2$34,/
+,-'.#%/
0$1'.#%/
[!"! ]
[!"! ]
[!"! ]
[!"! ]
[!!! ]
[!"! ]
H$J (K6L*
50 (K6L*
H$J (K6L*
50 (K6L*
H$J (K6L*
50 (K6L*
967
&%(+,
'%'-,
&%.,
'%.'
&%(+,
'%'-,
?67
&%(+,
.%)*
&%.,
(%&.,
&%,
.%)
:6?
'%.,
(%(+
&%('.,
(%))
&%+,
(%+
767
&%-+,
,%$(
&%+,
,%,,
'%$(+
$%-*(
M
'%.,
'&%'
.%'.,
-%(,
.%,
+%*
769
$%'.,
'&%-+,
$%+,
+%+,
$%,
)
!
!
!
!
!
!
16
4.1.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. La tabla 4 muestra los resultados obtenidos para densidades de corriente de 200 y 400 A/m2. Se observa la masa teórica y la masa real depositada en el cátodo, con este valor se obtuvo la intensidad de corriente real utilizada en el proceso. En el anexo C se adjunta el ejemplo de cálculo correspondiente. Tabla 4. Resultados.
E (B*
0'E)O%' CE$DKT/ (UVA61*
W 1$ID#4/ (+*
W D$/, (+*
X'1$E4#/ (X*
0S CS 4'DD#$E1$ (+6K*
.%.+
),%',
....%..
&%)*
&%)'
.%.-
&%$.
.%,
$%,,
'&'%)-
.$&&
'%).
'%)*
,%*-
&%$.
.%)
R$E)#-/0'DD#$E1$ (+6%?*
% 0O R$&S (K*
% 0O "$ID4S (K*
?;;
.%'*
<;;
$%*$
@',1/Y$ C.&S C (Z*
El Gráfico 4 muestra la relación entre la masa real depositada y el consumo de energía con respecto a una densidad de corriente de 200 y 400 A/m2. , * K $%, ( / $ / 1 # ) '(%, & $ R , ( / $ H.%, / ) / 2 .
.$.& .$&& .(-& .(*& .($& .(.& .(&& ..-& ..*& ..$& ...& ..&&
'%, &
'&&
.&&
(&&
$&&
* 1 6 A V U ( / T K D $ E C ' % O ) E ' 0
:6=6 E860 F8G2=49616 72H=I52 DH8>JK6
,&&
R$E)#-/- -$ 0'DD#$E1$ (+6%?*
Gráfico 4. Relación Masa depositada-Consumo Energía-Densidad de corriente. El gráfico 5 muestra la eficiencia de corriente obtenida con las densidades de corrientes utilizadas en la experiencia.
17
'.&%&& '&&%&&
/ # 4 -&%&& E $ # 4 *&%&& [ C B $&%&& .&%&& &%&& .&&
$&&
R$E)#-/- -$ 0'DD#$E1$ (+6%?*
Gráfico 5. Eficiencia de corriente (%). Análisis y Discusiones 4.2.1. Separación de fases. #
En la tabla 1 se observa que con O/A=1/1, la mayor velocidad de separación de fases se obtiene con cetoxima (0,45 mm/s); mientras que la más lenta se da con aldoxima (0,30 mm/s). Para O/A=1/1,5 la mayor velocidad de separación es de 0,70 mm/s con cetoxima y la velocidad menor es de 0,27 mm/s con aldoxima, estos datos son la mayor y menor velocidad alcanzada en el total de pruebas Para la mezcla y las razones O/A señaladas, se observa que los valores se aproximan a una media entre los dos extremos. Al comparar las velocidades medias a una razón O/A de 1,5/1 es posible apreciar un comportamiento relativamente constante para las 3 soluciones de orgánico utilizadas. Las velocidades instantáneas de las pruebas no presentan una tendencia clara.
#
El gráfico 1 establece que a una razón O/A de 1/1,5 y al utilizar aldoxima como extractante la diferencia de altura a los 120 segundos de decantación es mayor con respecto a la cetoxima y mezcla. Los gráficos del anexo A muestran que el comportamiento de la variación de altura con respecto al tiempo de decantación se ve afectado por la razón O/A. Para O/A=1/1 la variación de altura final es similar para la aldoxima y la mezcla, mientras que para
O/A=1,5/1 la
separación de fase menos efectiva se obtiene con la mezcla; este
18
comportamiento se considera anómalo, ya que se espera que la aldoxima, sea la menos efectiva. #
Para la experiencia demostrativa con O/A=1/1 al sumergir el tester en el orgánico se observa que la ampolleta prende levemente, mientras que al sumergirla en el acuoso, prende con mayor intensidad. Para O/A= 1/3, al sumergir el tester en el orgánico se observa una menor intermitencia que en la primera experiencia; y al sumergirlo en el acuoso la ampolleta se mantiene encendida de forma intensa y constante. 4.2.2. Carga máxima.
#
En la tabla 2 se observa que [ !" ! ] en el refino aumenta en las pruebas !
desarrolladas para los tipos de extractantes utilizados mientras que el cobre extraído por el orgánico va disminuyendo. Esto se debe a que la [ !" ! ] en el !
orgánico se acerca a la carga máxima, mientras que en el refino aumenta ya que hay menor transferencia de cobre al orgánico. #
Al analizar los valores de la tabla 2 y de la tabla 6 adjuntada en Anexo, se establece que la aldoxima logró la mayor carga máxima de 10,040 g/L y tuvo la cinética de transferencia más rápida ya que en el primer contacto alcanza la mayor concentración al compararla con los demás extractantes. Este valor fue de 6,325 g/L. La cetoxima logra menor carga máxima con 9,3 g/L.
#
Del gráfico 2 se observa que la cetoxima tiene un mayor porcentaje de extractante (19,787%) mientras que la aldoxima posee el menor porcentaje de extractante correspondiente a 18,251%. Esto guarda relación con el factor de carga propio de cada extractante. La aldoxima con menor presencia de extractante en el orgánico logra una carga máxima mayor en comparación a la cetoxima que requiere de mayor cantidad de reactivo para una menor concentración. 4.2.3. Isoterma de Extracción. #
Al analizar el Gráfico 3 y los gráficos adjuntos en el Anexos C, se observa que el con Aldoxima y A/O>1
posee dos etapas de extracción,
obteniéndose una concentración de refino final de 0,25 g/L y un orgánico cargado con 7,1 g/L. Estos valores estimados gráficamente se adjuntan en
19
el Anexo C. En la segunda etapa la transferencia es de 1,3 g/L, lo que representa un valor considerable y que podría justificar la implementación de ésta. #
En los gráficos incluidos en resultados y anexo C, se observa que para A/O=1 y A/O>1 resultan 2 etapas de extracción, mientras que a A/O<1 la cantidad de etapas se reduce a una.
4.2.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. #
A partir del gráfico 4 es posible observar que la pendiente de las curvas es positiva tanto para la masa real depositada como para el CEE.
#
Al observar el gráfico 5 y los datos de la tabla 4, se establece que para una !=200
!!!
!
se alcanza un 95,15%, de eficiencia de corriente,
siendo la masa real de 2,16 g y la masa teórica de 2,27 g. Se observa también que la intensidad de corriente real correspondiente a la masa depositada es menor a la calculada para 200 !!!! . Además se observa que la masa depositada con 200
!!!
!
es inferior con respecto a la
depositada con 400 !!!! , siendo esta última de 4,64 g #
En las Figuras 1 y 2 adjuntadas en el Anexo D, se observa que la calidad física del cátodo producido con 200
!!!
!
es uniforme en toda
su área, mientras que el cátodo producido con 400 !!!! presenta una mala calidad física observándose principalmente grumos y orificios en su superficie, además de una mayor acumulación en los bordes de la placa. En la experiencia, el único parámetro variado fue la densidad de corriente, el que fue aumentado. Quezada indica que para que se produzca la reducción se requieren de electrones aportados por la corriente eléctrica y mientras mayor sea la intensidad de corriente suministrada, la reacción se producirá a mayor velocidad. de reacción.
20
CAPITULO 5. CONCLUSIONES 5.1. Separación de fases. •
Con respecto a las velocidades medias de separación, se concluye que están directamente relacionadas con el comportamiento físico-químico de los extractantes utilizados. En el caso de la aldoxima, ésta presenta un mayor poder de extracción lo que trae como consecuencia un aumento en la densidad de la fase, ralentizando la separación. Por otro lado la cetoxima presenta una extracción moderada, pero buenas propiedades físicas que favorecen una rápida separación. La mezcla entre estas dos soluciones representa un equilibrio entre las propiedades de ambos extractantes.
•
Finalmente se concluye que la prueba que presenta mejores condiciones para una separación de fases efectiva y una buena extracción de iones metálicos es la que se encuentra a razón O/A de 1/1,5 y la solución orgánica preparada a partir de una mezcla de aldoxima y cetoxima. Además, al encontrarse en una continuidad acuosa se favorece una separación de fase más rápida y se evitan arrastres para una posterior etapa de EW.
•
La fase acuosa al presentar una mayor cantidad de iones disueltos actúa como puente conductor de electricidad, lo que permite el traspaso de corriente entre los alambres, la solución y la ampolleta.
5.2. Carga máxima. •
De acuerdo al análisis de la tabla 2 se establece que una vez alcanzada la carga máxima de un extractante, al ponerlo en contacto con solución acuosa PLS, la transferencia de cobre al orgánico no aumentará ya que no existen vacancias disponibles y por lo tanto el proceso no será efectivo.
•
Se concluye que la mayor carga máxima alcanzada se logra con la aldoxima debido a la gran fuerza de extracción que la caracteriza.
•
A partir del grafico 2 se concluye que mientras mayor sea el factor de carga propio del extractante menor será el porcentaje requerido en el orgánico para alcanzar la carga máxima. Además, dicho factor influirá en la capacidad de extracción del reactivo, siendo directamente proporcionales.
21
5.3. I.soterma de Extracción. •
Del análisis de los gráficos mostrados en resultados y anexos, se establece como mejor resultado la prueba realizada con Aldoxima, ya que logra en dos etapas y con continuidad acuosa una menor concentración en el refino y una mayor concentración en el orgánico cargado. Se considera que la segunda etapa se justifica, ya que la transferencia es considerable y que la continuidad es adecuada en la última etapa del proceso ya que permite la obtención de un orgánico limpio.
•
Para el proceso de extracción, la cantidad de etapas necesaria resulta directamente proporcional a la razón A/O del sistema. Lo anterior demuestra que en menores proporciones volumétricas de solución orgánica se requiere una mayor cantidad de etapas para cumplir con las condiciones de operación. En cuanto a la isoterma de distribución correspondiente a cada mezcla orgánica utilizada, la cantidad de etapas involucradas en el proceso será inversamente proporcional a la pendiente de la isoterma
5.4. Montaje y puesta en marcha de una celda de Electroobtención. •
Para el gráfico 4 se concluye que la masa real depositada y el consumo de energía son directamente proporcionales a la densidad de corriente.
•
Respecto al gráfico 5, se concluye que mientras más se asemeje el valor de la masa real a la teórica, mayor será la eficiencia de corriente en el proceso y mientras mayor sea la intensidad de corriente aplicada mayor masa de cobre se depositará sobre el cátodo.
•
De la calidad física de los cátodos obtenidos se concluye que una intensidad de corriente alta puede provocar una mala calidad anódica, ya que las reacciones de reducción del cobre ocurrirán con una cinética no apropiada para una buena depositación.
22
RECOMENDACIONES
Para los laboratorios en los que se emplearon los agitadores mecánicos, los embudos utilizados para las pruebas presentaban diversas formas, lo que puede representar comparaciones inexactas. Esto tomando en cuenta que se realizan mediciones de altura que al tener formas distintas, consideran cierta variación en el volumen. Se propone en tanto implementar embudos de vidrio iguales para evitar errores en los cálculos o disminuir el error. Por otro lado, para el laboratorio correspondiente al montaje y puesta en marcha de una celda de electroobtención, se menciona que el equipo mediante el cual se aplica voltaje es antiguo y otorga variaciones en sus valores, pudiendo repercutir de cierta manera en la calidad del cátodo. Se recomienda reemplazar el equipo por uno más moderno que cumpla con los requerimientos necesarios para la correcta realización de la experiencia. Además cabe mencionar que solo se cuenta con el equipamiento para obtener solo un cátodo de cobre a la vez, por lo que la propuesta es implementar los equipos necesarios para la puesta en marcha de al menos dos celdas de electroobtención a la vez, de manera que sea posible obtener dos cátodos de cobre y realizar comparaciones de éste y otros parámetros operacionales en el momento.
23
BIBLIOGRAFIA 1.
Codelco
Educa,
“Procesos
productivos”.
[En
línea]
[Consulta: 10 julio 2017]
2.
Cybertesis UCN. Manual No.1 Pauta para presentación de tesis [en línea]
[Consulta: 28 julio 2017]
3.
Domic Mihovilovic, Esteban Miguel. Hidrometalurgia : Fundamentos,
procesos y aplicaciones / Esteban Miguel Domic Mihovilovic. Santiago : Andros Impresores, 2001. xxxix, 947 p. : il., diagrs.; 27 cm.
4.
Mena, Rossina. Laboratorio de Hidrometalurgia Il, ingeniería de ejecución
metalúrgica [guía]. Antofagasta: Universidad Católica del Norte, Facultad de ingeniería y Ciencias Geológicas, Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas, 2017.
5.
Quezada, Víctor. Clases de Cátedra de Hidrometalurgia II: Universidad
Católica del Norte, Facultad de ingeniería y Ciencias Geológicas, Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas, 2017.
24
ANEXOS Fórmulas !"#
!! !!"#$ !
!
!
!!
!!"!! !!"#
!
!!!"!!"#
%$!
!"#
!"#$%&'()# !!"!
!"#$%&' !"#$%&' !!" ! !"#
!
!
!
! !! ! !!!
!"
!!"#$
!!""
!!"#$%&'
!
!!"#!$%&%$'
!"# !"
!
!
! !
! ! !"
!
!!! ! !! ! !!
!
!
!
!
!
!
!
!
! ! ! !!"#!! !
!
!! !
!
! !"#$%&#%'#(
!" !"# !
!"#$%&
!
!
!
!
!
!
! !
!"#
!
!
! !
!"#$"
!"
Anexo A Tabla 5. Alturas en milímetros. "#$%&' ()*
+,-'.#%/
0$1'.#%/
2$34,/
56+
56+
56+
767 76789 78967 767 76789 78967 767 76789 78967 ;
L
L
L
L
L
L
L
L
L
79
*&
*.
+$
,,
+*
*.
++
,)
--
:;
,-
*&
**
,'
*$
,+
+$
,*
-.
<9
,,
,-
,(
$(
,.
$,
*)
,(
+*
=;
,'
,$
$,
($
$&
($
*+
$*
+'
>;
$&
$(
.)
.'
''
',
,,
.+
,.
7?;
.-
($
',
-
(
$
($
'&
(.
25
'&& -& * % *& % ( A $&
/0123456 78923456
.& :8;<06
& &
,&
'&&
',&
"#$%&' ()*
Gráfico 6. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1/1.
'&&
* -& % *& % ( A $&
/0123456 78923456
.& &
:8;<06 &
,&
'&&
',&
"#$%&' ()*
Gráfico 7. Variación de Altura vs Tiempo, Razón O/A=1,5/1.
Anexo B Tabla 6. Carga Máxima. Carga Máxima
Aldoxima Cetoxima Mezcla 10,04 9,30 9,60
26
Anexo C '. '& O 0 L 6 K ' 4 # * E Q K D $ 5 .
!=298>56 ?@A@ B?C
D'
A7
& &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 8. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O=1 '. '& O 0 L 6 K ' 4 # * E Q K D $ 5 .
!=298>56 ?@A@
D'
B?C A7
& &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 9. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O>1. '. '& O 0 L 6 K ' 4 # * E Q K D $ 5 .
!=298>56 ?@A@ B?C
D'
A7
& &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 10. Diagrama McCabe-Thiele Mezcla, A/O<1.
27
) !=298>56
+ O 0* L 6 K, ' 4 #$ E Q K D( 5 .
?@A@
D'
B?C A7
'
D.
& &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 11. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O=1 ) + O 0* L 6 K, ' 4 # $ E Q K D ( 5 .
!=298>56 ?@A@
D'
B?C A7
' & &
'
.
( $ +4O')' 0O
,
*
+
Gráfico 12. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O<1 '& ) !=298>56
-
O + 0 L 6 K * ' 4 # , E Q $ K D 5(
?@A@
D'
B?C A7
.
D.
' & &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 13. Diagrama McCabe-Thiele Cetoxima, A/O=1 28
'& O 0 L 6 * K ' 4 # E $ Q K D 5 .
!=298>56 ?@A@
D'
B?C A7
D.
& &
'
.
( $ 0O , +4O')' K6L
*
+
Gráfico 14. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O>1 '& O 0 L 6 K* ' 4 # E Q$ K D 5 .
!=298>56 ?@A@
D'
B?C A7
D. & &
'
.
( +4O')' K6L$0O
,
*
+
Gráfico 15. Diagrama McCabe-Thiele Aldoxima, A/O<1 Tabla 7. [ !"! ] en O.C. y en el Refino por etapas. !
H/3'E$)
+65\7
+65]7
+65^7
N0O?_P $E 5S0S C1/&/) 7 C1/&/) 7 ? "D/E)J$D$E4#/ ?` C"+X+ C1/&/) 7 ? "D/E)J$D$E4#/ ?` C"+X+
*%(
+%' 2$34,/ '%$ +,-'.#%/
,%,
'%' &%.,
'%,, &%.,
&%+, L
&%-,
'%(
L
'%),
'%+
&%,
0$1'.#%/ .%( &%$,
&%$
'%$,
'%-,
'%(
&%+
&%*
29
