OBJETIVO GENERAL Conocer experimentalmente la aplicación de la precipitación electrolítica (electroprecipitación) de cobre a partir de una solución proveniente de etapas de lixiviación y tratamiento por extracción por solventes, realizando algunos cálculos de utilidad práctica en este proceso. MATERIALES UTILIZADOS
Solución sulfatada de Cu++
Fuente de potencia lllll con conectores.
Placa de plomo
pHmetro
Amperimetro y .
Voltimetro
Vaso de vidrio de 500 [mL]
Placa de acero
Balanza
PROCEDIMIENTO
Medir exactamente el área de la placa que actuará como cátodo.
S A S O U C A S E N O I C U L O S N E S E L A T E M E D A C I T I L O R T C E L E N Ó I C A T I P I C E R P
Relaizar un decapado a las dos placas que placas que actuarán como electrodos. Lavar con alcohol y secar con aire caliente las dos placas.
Pesar con el mayor número de decimales las dos placas. Tomar 300ml de CuSo4*5H2O, la cual actuará como electrolito, y medir su pH. Colocar los dos electrodos en la tapa del vaso, fijandose que estas queden paralelas. Realizar el montaje de la celda de electrólosis. Iniciar la electrólisis con un voltaje de 2.5, y anotar la hora de inicio y la intensidad de corriente. Utilizar un tester para medir, el voltaje y la corriente a medida que transcurre el proceso. Pasados 30 min, retirar los electrodos sin cortar la corriente. Apagar el circuito y desmontar los electrodos de la tapa del vaso. Lavar con alcohol y secar con aire caliente los dos electrodos. Pesar los dos electrodos.
RESULTADOS Tabla N°1 Datos obtenidos durante la práctica de precipitación electrolítica de metales en soluciones acuosas
DATO pHINICIAL pHFINAL Volumen electrolito Tiempo electrodeposición Dimensiones de la placa Área del cátodo Peso Placa con cobre Peso Placa Cobre precipitado Composición de la solución Voltaje Corriente
VALOR 1,33 1,36 500 ml 60 min. 3,3*3,3 [cm] 10,89 cm2 4,6 g 4,27 g 0,33 g CuSO4.5H2O 2,5 V 0,253 A
CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 1) Presentar el esquema del sistema electrolítico completo utilizado en la práctica y las reacciones principales de electrodeposición. Esquema del sistema electrolítico utilizado en la práctica:
Imagen N°1 sistema electrolítico
Imagen N°2 sistema electrolítico
Imagen N°3 sistema electrolítico real utilizado en la práctica.
Cu depositado en cátodo
Imagen N°4 Cu depositado en el cátodo
Reacciones en la celda electrolítica Reacción Catódica Reacción Anódica Reacción Global
Cu
H 2O Cu
2e
Cu
o
1/ 2O2 2 H H 2O
Cu
o
2e
1/ 2O2 2 H
2) Calcular el porcentaje de precipitación de cobre. Para comenzar debemos saber cuánto cobre se encontraba disuelto en la solución, para lo cual realizamos el siguiente calculo:
Tras haber calculado la cantidad de cobre presente en la solución, podemos proceder a calcular el porcentaje de cobre precipitado.
3) Calcular la eficiencia de la corriente utilizada. Para el cálculo de la eficiencia (n), se debe proceder a calcular la cantidad de cobre precipitado teóricamente, para lo cual utilizamos la ecuación mostrada a continuación:
Donde: *I: Corriente en Ampere *t: Tiempo de electrodeposición en segundos *eq-g: Equivalentes por gramos (63,57/2)
Por tanto, la eficiencia de la corriente es:
4) Calcular la energía utilizada. Ahora se utilizara para el cálculo de la energía utilizada la ecuación mostrada a continuación:
Donde: *n: Número de electrones *F: Constante de Faraday *E: Voltaje de la celda
5) Calcular el costo de producir una tonelada de cobre en Bucaramanga. Para calcular el Costo de producción de una tonelada de cobre en Bucaramanga, es necesario conocer el precio del Kw-h, el cual corresponde a 383.27 Pesos / KW-h; ahora calcularemos la potencia:
Con base en esto se calcula la energía necesaria para la producción de una tonelada (106 gr) de cobre:
Por tanto el costo será:
6) Calcular la cantidad de ácido generado durante el proceso. Para realizar este cálculo, se debe conocer la variación del pH que se presentó durante el proceso:
Por tanto al despejar, obtenemos:
Con base en este resultado, procedemos a calcular la cantidad de acido generado durante el proceso:
ANÁLISIS DE RESULTADOS Se puede observar que hay una diferencia entre el cobre precipitado real y el teórico, esto puede ser debido a variaciones en los parámetros que intervienen en el proceso y que afectan la eficiencia del sistema , de acuerdo con las leyes de Faraday solo hay un parámetro que me afecta la eficiencia y este es la corriente eléctrica empleada, y no de factores como la concentración del ácido o la temperatura a la cual se lleve a cabo el proceso de precipitación; para la corriente que es parámetro determinante de la eficiencia se le hizo un seguimiento durante todo el proceso realizando tomas en diferentes tiempos de la intensidad de corriente con un tester, con estos resultados se calculo la eficiencia de la corriente, y se observo que esta no fue del 100% si no que tuvo un valor de , esto puede ser debido a que la intensidad de corriente estuvo variando durante todo el proceso, lo cual puede estar relacionado con la calibración de los equipos del laboratorio o con las reacciones químicas que se dieron durante el proceso. CONCLUSIONES
En el proceso de precipitación electrolítica de cobre, se logró depositar 0,33 [g] de Cu en el cátodo el cual es el electrodo de acero; siendo este el equivalente al 4,4% del cobre contenido en el electrolito, con estos resultados se puede decir que el proceso de precipitación electrolítica de cobre fue muy eficiente.
En un proceso de electrodeposición es importante conocer las variables que pueden intervenir en este, las cuales se conocen gracias a la ley de Faraday y solo es una variable la cual es la corriente eléctrica empleada, y esta puede influir en la cantidad de cobre precipitado.
La eficiencia de la corriente utilizada fue del 110%, y no del 100%, estos resultados son de esperar debido a que el proceso está expuesto a cambios en sus variables como la corriente empleada, las reacciones que se pueden presentar en el sistema.
BLIBLIOGRAFÍA 1. DOMINIC, Esteban. Hidrometalurgia fundamentos, procesos y aplicaciones. Santiago de Chile 2001. 2. HABASHI, Fathi. Principles of extractive metallurgy. Volumen 2. New York: Scincice publishers; 1980. 3. BUTTS, Alison. Cooper, science and technology of the metal its alloy and coumpounds. New York: Reinhold Publishing corporation; 1954. 4. PEDRAZA ROSAS, Julio. Apuntes de Metalurgia Extractiva II sobre precipitación electrolítica de metales en soluciones acuosas.
