Laboratorio 3: Electrorefnación
Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Metalurgia
Laboratorio N° 3 !lectrore"inaci#n$
%sign %signatu atura& ra& !lectr !lectrom ometa etalur lurgia gia 'ro"esor&
Dr( Cristian )argas
%*ud %*udan ante te&&
+ama +amara ra Dr Drog ogue uett tt
%lumnos&
,orge -o -onilla Marcial Lara
Fecha&
./ ,unio ./01
Laboratorio 3: Electrorefnación
2esumen La eperiencia se desarroll# en condiciones 4ue permitan la disoluci#n an#dica de cobre impuro * el posterior dep#sito cat#dico de este metal en el acero inoidable( Lo "undamental de este laboratorio consiste en "amiliari5arse con el proceso de electro re"inaci#n6 en donde se logr# una disminuci#n de 361 gramos el 7nodo * un aumento en el peso del c7todo de 168 gramos( Se calcul# el rendimiento met7lico met7lico 4ue result# ser de 09160/: * la e"iciencia de corriente del proceso la cual es 0;/6rdidas se obtuvo un valor de /6/96 esto tambi>n nos indico lo importante 4ue es la medici#n correcta de los valores6 *a 4ue sin estos incurriremos en valores ale=ados a la pr7ctica(
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Contenido
0( Introducci#n((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0 .( Marco +e#rico(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((. 3( ?b=etivos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((00 3(0 ?b=etivos @enerales((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((00 3(. ?b=etivos !specí"icos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((00 A( Monta=e !perimental((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0. A(0 Instrumentos * !4uipos(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0. A(. 'rocedimiento !perimental(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (((((((((03 ;( 2esultados(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0A 1( %n7lisis * Discusiones(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0; 1(0 ,orge -onilla(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((0; 1(. Marcial Lara(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((09 8( Conclusiones(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((./ 8(0 ,orge -onilla(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((./ 8(. Marcial Lara(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((./ 9( +raba=os citados((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.0 <( %neo((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((..
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1. Introducción
!n el presente in"orme correspondiente a la eperiencia nBmero tres6 de desarrolla un proceso de !lectrore"inaci#n a nivel laboratorio( La !lectrore"inaci#n consiste en la disoluci#n electro4uímica del cobre de los 7nodos impuros * el dep#sito de este cobre disuelto en "orma pura sobre c7todos de cobre( La !lectrore"inaci#n tiene dos ob=etivos& 0( !liminar las impure5as 4ue daan las propiedades el>ctricas * mec7nicas del cobre6 tales como& %s6 Sb6 ?6 S6 Se6 +e6 Fe6 Co6 Ni * 'b( .( La !lectrore"inaci#n separa las impure5as valiosas del cobre( stas se pueden recuperar como subproductos met7licos6 por e=emplo& %u6 %g * metales del grupo del 't * Se(
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2. Marco Teórico 1. ¿Cómo se ve afectada la densidad de corriente aplicada al sistema con el contenido de oxígeno en los ánodos?
Dentro de los 7nodos eiste oígeno disuelto6 ahora si eiste un aumento de este6 debido a una alta densidad de corriente6 conduce a 4ue eista un aumento de cual in"lu*e en la pasivaci#n del 7nodo6 *a 4ue concentraci#n de
Cu
2+
H 2 SO4
Cu2O
el
se liivia d7ndole a la
un aumento en la super"icie del 7nodo precipitando de tal
manera como una capa s#lida de
CuSO4 5H 2O
sobre el 7nodo( !sta capa de sul"ato de
cobre inhibe la disoluci#n posterior de los 7nodos( 'or ende eiste una gran relaci#n en lo 4ue son las altas densidades de corriente6 el "en#meno de pasivaci#n * la cantidad de oígeno disuelto( Finalmente las densidades de corriente se deben mantener siempre a niveles6 aba=o de los cuales la pasivaci#n del 7nodo se vuelve un problema( E0 2. ¿Cómo afecta la dosificación de aditivos orgánicos en la pasivación del ánodo?
!iste una estrecha relaci#n entre lo 4ue es la pasivaci#n del 7nodo * las impure5as presentes en el proceso de !lectrore"inaci#n6 debido a 4ue si estas se disuelven en el electrolito des"avorecen la "ormaci#n de lamas * el transporte de esta hacia el c7todo6 ocasionando de tal manera el "en#meno de pasivaci#n( La presencia de este "en#meno es des"avorable *a 4ue lo 4ue se desea es la disoluci#n del 7nodo6 pero debido a la presencia de este eisten perdidas en lo 4ue es la capacidad de producci#n6 la calidad del dep#sito de c7todo disminu*e * adem7s eiste un aumento a nivel energ>tico( 'or lo tanto un debido uso en la dosi"icaci#n de aditivos org7nicos me=ora lo 4ue es la calidad super"icial del dep#sito en el c7todo6 adem7s de evitar una de"iciencia en la corriente6 la producci#n de lamas "lotantes * un atrapamiento del electrolito( E1
2
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.
¿Cómo afecta en el proceso el contenido de ars!nico " antimonio presente en
los ánodos?
!isten diversas impure5as E%s6 -i6 Fe6 Ni6 'b6 Sb6 Se * +e 4ue a"ectan de alguna u otra medida en la calidad "inal del c7todo6 provocando así diversos problemas a nivel industrial6 desde el simple hecho de 4ue el c7todo sea recha5ado por contener altos contenidos de estas impure5as hasta incurrir en gastos ma*ores para llevar a cabo la producci#n6 es por esto 4ue es necesario llevar a cabo con tiempo el debido tratamiento para ser eliminados( +anto el ars>nico E%s como el antimonio ESb6 en con=unto con el -i6 Co6 Fe * Ni se encuentran en el mismo grupo6 el cual tiene como cualidad de 4ue son metales menos nobles 4ue el cobre6 estas impure5as deben eliminarse del electrolito o de lo contrario con el tiempo6 contaminar7n el cobre cat#dico6 en especial por la absorci#n de electrolito impuro en los dep#sitos progresivos del c7todo( E0 Los elementos %s * Sb6 se comportan de distintas maneras6 esto depende de la composici#n del 7nodo * de otros par7metros operacionales6 adem7s dependiendo de la concentraci#n en disoluci#n6 pueden "ormar compuestos insolubles6 llamados lamas "lotantes$6 4ue est7n "ormadas de arseniato de antimonio6 de bismuto6
BiAsO4
SbAsO4
6 * arseniato
6estos se "orman por la precipitaci#n a partir del 7nodo o del
electrolito * pueden "lotar en la super"icie de este pudiendo contaminar el c7todo( E.
#. ¿Cuáles son los factores $ue limitan la densidad de corriente en el proceso?
%l re"erirse a índices de producci#n industrial es provechoso operar las celdas de re"inaci#n a una densidad de corriente tan alta como sea posible6 pero el uso de esta operaci#n a estos niveles tan altos conllevan como e"ectos& a Gue la pure5a del c7todo disminu*a b Gue los 7nodos tiendan a pasivarse6 o sea 4ue no se disuelvan(
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La pure5a del c7todo se deteriora debido a altas densidades de corriente6 esto es debido a 4ue la rugosidad del dep#sito aumenta( Lo 4ue provoca 4ue m7s residuos de 7nodo * del electrolito sean absorbidos por el c7todo( Lo m7s acertado sería 4ue se debe a un agotamiento de los iones de cobre 4ue est7n cercanos a la super"icie del c7todo como resultado de esta alta rapide5 de dep#sito( Sin embargo el e"ecto m7s per=udicial es el aumento de 7nodos pasivos Esin disolver6 2
los cuales ocurren a densidades de corriente arriba de .;/ E A / m 6 este es debido a 4ue la r7pida disoluci#n del cobre a estas altas densidades de corriente conducen a una concentraci#n ecesiva de cobre en la super"icie del 7nodo * a la precipitaci#n de una capa s#lida de 7nodos( E0
CuSO4 5H 2O
sobre el 7nodo( !sta capa inhibe la disoluci#n de los
%. &ealice un comentario so're las distintas formas en $ue se lleva a ca'o el tratamiento de electrolitos.
!l electrolito posee impure5as6 las cuales de alguna manera a"ectar el producto "inal del proceso6 es por esto 4ue es necesario aplicar ciertos tratamientos al electrolito6 por una parte es la puri"icaci#n de este * por otro la adici#n de aditivos org7nicos( La puri"icaci#n es necesaria *a 4ue los niveles de impure5a solubles E%s6 Sb6 -i6 Co6 Fe6 Ni presentes son determinantes a la hora de obtener la pure5a indicada del producto del c7todo( Ha 4ue estas pueden depositarse hasta un grado limitado sobre el c7todo6 adem7s 4ue una parte de electrolito con impure5as siempre es absorbido * atrapado a medida 4ue se "orma el dep#sito( 'or esto6 como se comenta anteriormente es necesario mantener los niveles de impure5as en el electrolito en un nivel aceptable 4
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sangrando continuamente una porci#n de este * conduci>ndolo al circuito de puri"icaci#n6 en donde esta es llevada a cabo en tres etapas sucesivas6 la 4ue consta en & a la eliminaci#n * recuperaci#n del cobre del electrolito6 b eliminaci#n del %s6 Sb * -i del electrolito mediante separaci#n por electr#lisis pas7ndolo al dep#sito de cobre impuro6 c evaporaci#n del agua del electrolito sin cobre * precipitaci#n del Ni6 Fe * Co en "orma de sul"atos desde la soluci#n concentrada( La cantidad de electrolito 4ue se etrae para la puri"icaci#n esta relacionada con el contenido de impure5as de los 7nodos( a* 4ue recalcar 4ue no eisten reglas para el a=uste de los niveles aceptables de impure5as 4ue se hablan6 sin embargo6 las impure5as pasan a los c7todos mediante la absorci#n6 de tal manera 4ue los electrolitos 4ue poseen ba=o contenido de impure5as siempre dar7n c7todos de alta pure5a( %dem7s 4ue ba=as concentraciones de impure5as permiten la operaci#n con densidad de corriente m7s alta( 'or otra parte el no uso de aditivos org7nicos en el electrolito6 nos hace obtener 4ue los dep#sitos en los c7todos sean planos * burdamente cristalinos o nodulares6 este tipo de dep#sito tiende a arrastrar los residuos del 7nodo * electrolito dando como resultado una cantidad inaceptable de impure5as( !iste un aditivo en comBn 4ue se usa en todas las re"inerías6 este es el -one @lue Ecola de huesos6 adem7s eisten aditivos complementarios tales como caseína hidroli5ada6 la tiourea6 "ibras de madera sul"onadas Egoulac6 -indarene6 Lignone o soluciones de petr#leo %vitone %$( Finalmente como se ha ido mencionando los tratamientos 4ue se llevan a cabo en el electrolito Epuri"icaci#n del electrolito * aditivos org7nicos para el electrolito son "undamentales para el desarrollo #ptimo * con la ma*or e"iciencia posible en pos de obtener el c7todo de cobre adecuado Ec7todos con pure5a del <<6<< :( E0 (. )nuncie los pro'lemas del proceso* descrí'alos " entregue posi'les soluciones.
Dentro de las adiciones de aditivos org7nicos para el electrolito6 encontramos un problema6 el cual es 4ue un e"ecto 4ue produce la adici#n de -one glue es la necesidad 5
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de una ma*or demanda de tensi#n de volta=e en el c7todo6 pasa de /6/3 a /6/; )6 esto se debe a 4ue ocurre absorci#n de mol>culas org7nicas no conductoras6 dando así un ma*or consumo de energía durante la re"inaci#n( 'ero como obtenemos me=ores dep#sitos el aumento del volta=e pasa a segundo plano6 puesto 4ue esta venta=a supera en gran parte a la desventa=a( De todas maneras es necesario para poder determinar cuanta goma u otros aditivos adicionar6 es la observaci#n de los c7todos comerciales * el an7lisis de su pure5a6 llevando estos a una secci#n de pruebas6 *a 4ue con estas podemos determinar los e"ectos de adicionar *Jo cambiar los aditivos6 de tal manera poder evaluar si son necesarios estos cambios * así no se inter"iere con las operaciones de la re"inería( 'ara el caso de la puri"icaci#n del electrolito6 es 4ue el 7cido 4ue se va usando en el proceso puede tener un aumento gradual de los iones Ca6 Mg6 K * Na6 esto se debe a 4ue el 7cido concentrado remanente regresa a la corriente del electrolito todo para poder mantener el e4uilibrio de 7cido en la re"inería6 como una posible soluci#n tenemos la de neutrali5ar * descargar una pe4uea parte de este 7cido de tal manera 4ue se evite este aumento gradual de iones( E0 +. &ealice una crítica al proceso " entregue posi'les soluciones al pro'lema producidos por los ,crap.
!n !26 se disuelve el 7nodo * se deposita en el c7todo6 por lo tanto todo lo 4ue no es cobre6 o se cae el "ondo de la celda o 4ueda "lotando( La producci#n est7 condicionada debido a 4ue la corriente es tan alta * como el "lu=o lento ha* 4ue ingresar a la celda lo permite( Se podría aumentar la corriente6 siempre 4ue se aumente el "lu=o6 pero con el proceso convencional6 se levantaría el barro * las borras * sería una soluci#n rica en cobre * una dispersi#n alta( !n resumen tenemos el primer problema6 donde la producci#n no puede subir por4ue la corriente est7 limitada por el ba=o "lu=o( %dem7s tenemos la eistencia de otro problema6 el cual es 4ue no se disuelve todo el c7todo6 por ello 4uedan los scrap6 los cuales ha* 4ue volver a "undirlos6 * eso aumenta el costo del proceso por4ue ha* 4ue invertir energía en volver a "undir algo 4ue *a se "undi# * 6
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volver a moldearla6 cargarla * ponerla en la celda6 es un arrastre de cosas por4ue no se disuelve todo el 7nodo( 2especto a lo anterior6 el segundo problema es re"erido al scrap propiamente tal6 * eso se podría solucionar modi"icando la con"iguraci#n del 7nodo6 por e=emplo un colador6 con 7nodo picado6 se disuelve todo * sale el cobre( E; Una innovaci#n en Codelco el ao ./0A6 consiste en minimi5ar la cantidad de material 4ue no entra en reacci#n durante el proceso de electro re"inaci#n6 reempla5ando las actuales ore=as de cobre del 7nodo por ore=as arti"iciales reutili5ables( !s así como se logr# reducir de 09: a menor de 0/:6 la generaci#n de scrap durante el proceso de electro re"inaci#n( EA
-. &ealice una descripción de al menos # celdas alternativas para los procesos* enumerando ventaas " desventaas de cada una de ellas.
a Cambios
de
Materiales
%n#dicos
Los materiales denominados DS% son materiales an#dicos 4ue permiten disminuir el sobre potencial an#dico en las celdas( !s un material an#dico m7s catalítico( !ste es un material de substrato de titanio con #idos de metal precioso( Desventa=a& i !s un material mu* costoso en comparaci#n a los convencionales de plomo * no se reembolsa$ su pago con el ahorro energ>tico( )enta=a& i 'ermite disminuir el sobre potencial an#dico en celdas de electro obtenci#n de cobre( ii !s venta=oso cuando se aplica en celdas nuevas6 sobre todo en a4uellas 4ue inclu*en cambios de la reacci#n an#dica convencional por la oidaci#n de "erroso a ">rrico6 en 4ue el electrodo de 'lomo no es catali5ador( b Celdas con electrodos de Lecho Fluidi5ado Fueron desarrolladas para me=orar "en#menos de transporte logrando una mu* buena agitaci#n de electrolito sobre los electrodos e incorporando una gran 7rea especí"ica en el c7todo( Lo anterior permite operar esta celda a altísimas densidades de corriente( 7
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)enta=as& i !n estas celdas no eistiría neblina 7cida puesto 4ue puede taparse en la parte superior( ii Debido al hecho de operar a ma*ores densidades de corriente Ehasta A/// %Jm.6 re4uiere de una menor super"icie para su instalaci#n * se logran ma*ores e"iciencias de corriente con menores concentraciones del meta de inter>s( iii -uena agitaci#n del electrolito sobre los electrodos( Desventa=as& i La operaci#n de mantener un lecho "luidi5ado es comple=a6 resultando mu* di"ícil de mantenerlo en el tiempo( ii La impulsi#n de electrolito para mantener el lecho "luidi5ado es di"ícil * costosa( iii Si se utili5a la misma reacci#n an#dica 4ue las celdas convencionales6 la tensi#n de celda es ma*or( c Celda !nviro( La celda !N)I2? es una celda 4ue posee un electrodo de lecho "i=o de granos de electro gra"ito( )enta=as& i Me=ora el "en#menos de trans"erencia de masa( ii +iene la particularidad 4ue tomando en cuenta 4ue el electrolito se in*ecta por la parte in"erior6 el electrodo aumenta su 7rea en la medida 4ue el electrolito sube * la velocidad de este disminu*e6 con el ob=eto de aprovechar me=or la densidad de corriente en a medida 4ue a concentraci#n del metal a tratar disminu*e( iii Utili5ada para el tratamiento de metales pesados contenidos en e"luentes acuosos 4ue sean sistemas 2edo( Desventa=as& i De mu* alto costo( d Celdas con electrodos Spouted-ed$( !stas celdas nacen de un concepto de "luidi5aci#n parcial del lecho poroso6 4ue cumple con los ob=etivos de me=orar la trans"erencia de masa * aumentar el 7rea de los electrodos( !n la "igura .(0 ser presenta un es4uema de Spoutedbed(
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Figura .(0(& !s4uema de celda con electrodo tipo Spoutedbed( Desventa=as& i ?peraciones tales como la "ormaci#n de cuplas bipolares 4ue podrían electro re"inar los dep#sitos *a "ormados * si el "lu=o no es el su"iciente * la densidad no es mu* alta6 podría "ormarse una adherencia entre partículas del lecho "luidi5ado( ii Si no se incorpora el cambio de reacci#n an#dica es di"ícil 4ue econ#micamente pueda competir con las celdas actuales( )enta=as& i 'resentan gran potencial debido a sus ecelentes resultados a nivel laboratorio( ii !n la celda convencional se puede llegar a valores del orden d 3// %Jm.6 mientras 4ue en este tipo de celdas se puede superar los A/// %Jm.( E3
. /'etivos .1 /'etivos 0enerales
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Conocer * "amiliari5arse en "orma eperimental con el proceso de electrore"inaci#n de cobre(
.2 /'etivos )specíficos
?btener la e"iciencia de corriente del proceso( ?btener el rendimiento met7lico( !studiar las variables m7s relevantes( Calcular las p>rdidas del sistema(
#. Montae )xperimental #.1 Instrumentos " )$uipos
)aso precipitado 10
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L7mina de acero inoidable L7mina de cobre impuro cido sul"Brico Sul"ato de cobre -alan5a digital Fuente de poder )oltímetro Etester %gua de la llave @uantes
#.2 rocedimiento )xperimental
'ara el desarrollo de esta eperiencia se reali5aron los siguientes pasos consecutivos& 0( Se prepar# una l7mina de acero inoidable6 la cual va a cumplir la "unci#n de c7todo( .( Se prepar# una l7mina de cobre impuro6 la cual va a cumplir la "unci#n de 7nodo(
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3( Se prepar# una soluci#n6 el electrolito6 con concentraci#n de A/ Egpl de cobre * 09/ Egpl de 7cido sul"Brico a temperatura de 3/°C( A( Se pes# en la balan5a digital el c7todo * el 7nodo antes de reali5ar la eperiencia( ;( Se conect# el c7todo * el 7nodo a la "uente de poder haciendo circular corriente continua a trav>s de estos( 1( Se esper# un tiempo de 3 horas * A; minutos( 8( Se pes# en la balan5a digital el c7todo * el 7nodo "inali5ada la eperiencia( 9( Se limpi# los instrumentos utili5ados en la eperiencia(
Figura A(.(0 !s4uema gr7"ico simpli"icado del proceso de !lectrore"inaci#n de cobre( %. &esultados +abla ;(0 Datos obtenidos eperimentalmente Masas Eg
C7todo
nodo
Inicial
196;
1//6A
Final
8;6.
;<169
+abla ;(. Datos aneos de la eperiencia 12
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+emperatura E°C
3/
Fuente E)
0
+iempo Es
03;//
Soluci#n de Sul"ato de Cu Egpl
A/
!"iciencia de corriente del proceso6 : r
I
2endimiento met7lico6 : R
m
=
150,90%
= 186,10%
'>rdidas del sistema& /689 con U Bornes 0 ) * /6/9 con U
Bornes
/63 )
(. nálisis " 3iscusiones (.1 4orge 5onilla
!n esta eperiencia se conoci# * "amiliari5# en "orma eperimental el proceso de electrore"inaci#n de cobre6 el cual es mu* importante para la producci#n total de este6 *a 4ue como se vio eisten impure5as 4ue de alguna manera u otra inter"ieren en el producto "inal6 *a 4ue si eisten en altas cantidades el c7todo puede ser recha5ado por el comprador6 lo 4ue produce 4ue se vuelva a "undir para eliminar estas impure5as6 13
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provocando gastos operacionales( Se puede agregar 4ue tambi>n se recupera impure5as valiosas desde los barros an#dicos E%u * %g(a* otras in"luencias 4ue ha* 4ue tomar en cuenta a nivel de laboratorio6 *a 4ue a nivel industrial si se mane=a a una alta densidad de corriente podríamos incurrir en la pasivaci#n del 7nodo6 lo 4ue implica la inhibici#n de los 7nodos6 lo 4ue es todo lo contrario a lo 4ue se 4uiere6 puesto 4ue buscamos la disoluci#n de este( %dem7s otro "actor 4ue nos limita el uso de la densidad de corriente en el proceso es 4ue si traspasamos el límite la pure5a del c7todo disminuir76 *a 4ue las impure5as presentes tanto en el electrolito como en el 7nodo son absorbidos por el c7todo( Dentro del proceso de electrore"inaci#n6 eisten tratamiento en los electrolitos en pos de maimi5ar su e"iciencia6 estos son la puri"icaci#n de este * el agregado de aditivos org7nicos6 el primero sirve en la medida de poder eliminar impure5as E%s6 Sb * -i de tal manera de obtener un c7todo de alta pure5a6 el segundo consta en me=orar el proceso6 *a sea evitando 4ue el dep#sito en los c7todos sean planos * posean crecimientos nodulares6 *a 4ue este tipo de dep#sito tiende a arrastras los residuos del 7nodo * electrolito6 obteniendo una cantidad inaceptable de impure5as( !stos tratamientos conllevan algunos problemas 4ue ha* 4ue considerar6 para el caso de la puri"icaci#n es necesario neutrali5ar * descargar una pe4uea parte del 7cido de manera 4ue evitemos el aumento de los iones presentes 4ue van re circulando( !n lo 4ue respecta al agregado de aditivos esto nos provoca un aumento6 mínimo6 en la necesidad de uso de volta=e6 pero considerando los bene"icios 4ue nos trae podríamos decir 4ue esta desventa=a se pasa por alto6 *a 4ue el bene"icio es ma*or6 de todas maneras es recomendable hacer pruebas para ver determinar c#mo se comportan los c7todos comerciales presente a estos cambios6 puesto 4ue tal ve5 no sean necesarios o en el caso de 4ue si lo sean6 en cuanta cantidad se debe adicionar( o* en día se est7n desarrollando otras celdas alternativas para el proceso6 cada una de estas poseen venta=as * desventa=as6 las cuales se pueden ver con ma*or detalle en la respuesta de la pregunta 9( 14
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Se obtuvo 4ue la e"iciencia de corriente en este proceso corresponde a 0;/6
esta "#rmula
M ( g ) =
PM � I t n� F
6 solo los valores I * t son variables 4ue podemos
modi"icar6 puesto 4ue las otras est7n *a determinadas6 por un lado I es medici#n 4ue se hace a trav>s del voltímetro6 ac7 podemos encontrar errores asociados a la m74uina E 4ue esta no se encuentre calibrada o 4ue en su de"ecto este de"ectuosa por el uso 4ue se le ha dado o tambi>n asociarse al error humano a la hora de determinar bien cuanto era la cantidad de corriente 4ue se uso( !l tiempo tal ve5 no "ue el ideal6 * debi# permanecer m7s de lo 4ue se llevo a cabo en esta eperiencia( 'or lo tanto considerando los hechos anteriores podemos obtener un rendimiento in"erior a 0//:6 lo 4ue es m7s l#gico( 'or otro lado ha* 4ue considerar 4ue los datos obtenidos eperimentalmente tambi>n se encuentran de"ectuosos6 *a 4ue el c7todo este lleno de impure5as6 puesto 4ue en esta eperiencia no se uso aditivos org7nicos6 en ese sentido el dep#sito de c7todo arrastro todos los residuos del 7nodo * del electrolito6 dando así resultado a una cantidad inaceptable de impure5as( !n lo 4ue respecta acerca del rendimiento met7lico6 se obtuvo un valor superior a 0//:6 especí"icamente 09160:6 esto se puede relacionar a lo 4ue se comento un poco m7s arriba6 con las impure5as presentes en el c7todo6 las cuales in"lu*en en los resultados 4ue se tienen6 es por eso 4ue es necesario el uso de aditivos6 puesto 4ue ac7 comprobamos 4ue sin la adici#n de estos el proceso se vuelve ine"iciente( 'or todo lo 4ue se converso previamente se estudio las variables m7s relevantes6 las 4ue *o podría destacar son el uso de aditivos org7nicos6 la densidad de corriente Esus limitaciones * e"ectos adversos(
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Finalmente en el c7lculo de las p>rdidas del sistema6 se uso par7metros operacionales típicos en la electrore"inaci#n6 tabla <(06 puesto 4ue teníamos algunas inc#gnitas 4ue a ciencia cierta no se obtuvieron6 estas son los sobre potenciales an#dico * cat#dico6 ahora si se usa 4ue >l U es igual a 0 )6 las p>rdidas del sistema dan /6896 algo 4ue en la pr7ctica es imposible6 *a 4ue los valores rondan entre /6/A O /6/9 ) en la Bornes
electrore"inaci#n( 'or ende el
U Bornes
4ue nos dimos "ue de /63 ) obteniendo así una
perdida igual a /6/96 algo acorde a la teoría6 ac7 podemos reiterar el error humano a la hora de determinar ciertos valores 4ue se tomar eperimentalmente6 los 4ue si no son los correctos nos inducen a valores err#neos * ale=ados de lo 4ue debería ser(
(.2 Marcial 6ara
!n el proceso de electro re"inaci#n de un metal consiste en la disoluci#n an#dica de un metal impuro * el posterior dep#sito cat#dico de este metal puro( !n un proceso de re"inaci#n electrolítica se utili5a un 7nodo * c7todo permanente6 las impure5as se deben perder$ durante el paso de los iones met7licos disueltos del 7nodo * depositados en el c7todo durante la electrolisis( Su ob=eticos centrales tiene 4ue ver con la obtenci#n de cobre de alta pure5a la eliminaci#n * posterior recuperaci#n de impure5as per=udiciales para las propiedades el>ctricas * mec7nicas de cobre( H por 16
Laboratorio 3: Electrorefnación
Bltimo6 con la separaci#n de impure5as valiosas Eoro * plata * recuperaci#n a partir de barros an#dicos( !n lo desarrollado en la eperiencia * en los datos entregados respecto a los pesos iniciales * "inales en gramos del 7nodo * el c7todo6 como un primer an7lisis se puede decir 4ue e"ectivamente eisti# una disoluci#n an#dica del metal impuro * a su ve5 eisti# dep#sito cat#dico es este metal puro( !n esta eperiencia se utili5# una l7mina de cobre impuro las impure5as del 7nodo 4ue se disuelve en el electrolito durante la electrolisis a"ectan la "ormaci#n de lamas * la viscosidad de estas6 "actor este 4ue produce la pasivaci#n an#dica( !ste "en#meno ocurre cuando un metal activo se recubre de una película protectora6 impidiendo el contacto entre el metal * el medio( La posibilidad de pasivaci#n se incrementa marcadamente con las cantidades de oigeno coeistentes en el 7nodo6 alta densidad de corriente * grandes cantidades de oígeno disuelto e impure5as en el electrolito( Los metales m7s nobles 4ue el sobre no se disuelven electrodin7micamente * 4uedan en los barros( 2especto al valor entregado por la e"iciencia de corriente6 como es ma*or a 0//:6 se puede comentar a ciencias * a ciertas 4ue el c7todo est7 mu* lleno de impure5as( 2especto a la temperatura utili5ada6 un aumento en esta signi"ica un aumento en la movilidad de todos los iones presentes6 lo 4ue implica un aumento de la conductividad de la soluci#n6 lo cual a su ve5 signi"ica menor perdida de energía por e"ecto ,oule( +ambi>n implica un aumento del coe"iciente de di"usi#n de la especie reaccionante ECuEII6 lo 4ue signi"ica 4ue para una velocidad de reacci#n dada * la sobretensi#n ser7 menor( 'ermite tambi>n traba=ar a densidad de corrientes superiores6 puesto 4ue aumenta la corriente límite( 'or el contrario6 un aumento de temperatura conlleva a una ma*or velocidad de perdida de energía por evaporaci#n r7pida del electrolito * una ma*or disoluci#n 4uímica de los 7nodos6 aumentando el contenido de cobre monovalente * por ende6 la concentraci#n de CuEII * CuE/ "inamente dividido( % nivel industrial la temperatura del electrolito para celda de !2 convencionales varían entre ;;P88°C * este valor depende "undamentalmente de las condiciones de electrolisis( +al cual se desarrollo en esta eperiencia6 es importante 17
Laboratorio 3: Electrorefnación
mantener la uni"ormidad de la temperatura a trav>s de la celda E4ue no eistan 5onas murtas de electrolito( 2especto a la e"iciencia de corriente6 como es ma*or a 0//:6 se puede comentar a ciencias * a ciertas 4ue el 7nodo est7 mu* lleno de impure5as(
+. Conclusiones +.1 4orge 5onilla
Se "amiliari5# * se conoci# el proceso de electrore"inaci#n de cobre a escala de laboratorio( Se obtuvo la e"iciencia de corriente del proceso( Se estudi# las variables m7s relevantes del proceso( Se calcul# las p>rdidas del sistema(
7.2 Marcial Lara 18
Laboratorio 3: Electrorefnación
Se logr# reconocer * "amiliari5arse en pr7ctica eperimental con el proceso de
electro re"inaci#n de cobre( Se obtuvo la e"iciencia de corriente * el rendimiento met7lico del proceso en
estudio( Se estudiaron las variables m7s relevantes(
8. Trabajos citados 1. A.K.Biswas and Davenport, W.G. EL COBRE, Metalurgia extracva. Balderas 95, .!. 06040, "#$ico, %.&. : L'"()*, ).* %E .+, 1993. ')B 968-18-4369-. 2. Analísis de las principales variables de proceso que inu!en en el rec"a#o de los c$todosdurante el electrorre%no del cobre. G.Cifuentes, C. Vargas y J.Simpson. 3, */enida Libertador Bernardo iins 3363, )anao, ile : e/ista de "etalria, 2009, +ol. 45. 228-236. 3. &uevos dise'os de Celdas para Electroobtenci(n del Cobre. L.Cifuentes, J.Simpson, G.Cifuentes y C.Vargas. )anao : s.n., 2014.
4. Ci!ena, "ineria. :;;;.nea? 20 de "a@o de 2014. =itado el: 17 de Anio de 2016.? :;;;.
19
Laboratorio 3: Electrorefnación
6. endencias en la tecnología de electrore%naci(n de cobre. Standen, Car!os Cuadra y Jane. 13, )anao, ile : e
9. Anexo
+abla <(0 'ar7metros operacionales en electrore"inaci#n 'ar7metro
!lectrore"inaci#n de Cobre
D Eth (V )
/6/
na (V )
/6/ O /6/0
nc (V )
/6/A O /6/9
Re � I (V )
/600 O /603
'>rdidas en coneiones6 barras6 etc E)
/6/A O /6/9 20
Laboratorio 3: Electrorefnación
/6./ O /63;
U Bornes (V )
% I � Re
sobre U
Bornes
r (%)
(V )
3; O ;/: <; Q <9
21
