Electrometalurgia Del Cobre.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFacultad de Ingeniería

Metalúrgica y de Materiales

“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

CENTRO DEL PERÚ” FACULTAD DE INGENIERIA METALÚRGICA Y DE MATERIALES

CÁTEDRA: ELECTROMETALURGIA CATEDRÁTICO: CESAR ORTIZ ELECTROMETALURGIA DEL COBRE

ALUMNO: CERVANTES CORNELIO Yhordi Vladimir

FECHA: 26 / 12 / 18

HUANCAYO – PERÚ 2018

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Lixiviación Para realizar el proceso de lixiviación se requiere disponer de un patio, o superficie de apoyo de la pila, en la que se coloca la impermeabilización. Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada (pilas) para proceder a su riego con una solución preparada. Tras percolar la solución a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal).

Para la lixiviación en pilas se requiere de ciertos elementos, condiciones y consideraciones tales como: 

Disponer de amplias superficies de terreno, relativamente llanas, con menos de 10% de pendiente.



Calcular los flujos de aporte y evaporación para mantener un balance equilibrado de líquidos efluentes.



Disponer de represas de líquidos intermedios y finales.



Considerar un margen de sobrecapacidad del sistema para absorber situaciones de exceso por tormentas lluvias en el área en explotación o explotada

Lixiviación de minerales de cobre Los minerales de cobre en sus diferentes menas, se encuentran en la naturaleza asociados entre sí y con otras especies mineralógicas, más o menos diseminadas dentro de una roca matriz con la ganga correspondiente. Para el desarrollo de un proyecto de lixiviación es necesario un conocimiento de las características del yacimiento y de la mena, y los factores que influyen en la lixiviación.

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Selección de Agentes Lixiviantes El ideal sería elegir un solo agente químico, que sea económico y recuperable, y un ciclo de lixiviación lo más corto posible, para extraer un máximo de cobre y un mínimo de impurezas, lo cual es difícil en la mayoría de los casos. En la elección del proceso es fundamental conocer la cinética de la reacción química que las influyen, mediante las diversas fases de investigación en laboratorio. Para ello se hacen análisis preliminares en botellas rotatorias y en columnas o vasijas, según si el mineral es apto a la lixiviación estática o dinámica. En la lixiviación de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser ácido sulfúrico para minerales oxidados y sulfato férrico acidificado en medio oxidante, para minerales sulfurados. Se distinguen dos casos: 

Lixiviante natural: producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos variables de ácido, hierro e incluso cobre, según la estación del año y zonas de producción. Son las aguas de desagüe de minas. Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato férrico suficiente, se controla tan sólo el pH bajo (añadiendo ácido sulfúrico), para regular la acidez e impedir la precipitación del hierro trivalente a hidróxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviación



Lixiviante preparado: Se emplea el hierro trivalente en forma de sal ácida (sulfato férrico), cuya concentración en Fe3+ y ácido se ajusta según la investigación y experiencia práctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser muy concentradas. El ácido varía entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del 1%. En algunos casos hay una regeneración del lixiviante en el propio proceso.

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Agentes Lixiviantes más Utilizados TIPO DE AGENTE

EJEMPLOS

Ácidos inorgánicos

ácido sulfúrico ácido clorhídrico ácido nítrico

Bases

hidróxido de amonio

Agentes

Agentes complejantes

oxidantes oxígeno ión férrico ión cúprico amoníaco sales de amonio cianuros carbonatos cloruros

Aplicación de la Solución Lixiviante La lixiviación propiamente tal se inicia con el riego por aspersión o goteo Los distintos sistemas de irrigación, de aplicación de la solución, velocidades y efectos de la operación de lixiviación en vertederos, se pueden aplicar al sistema de lixiviación en pilas, donde existe un mayor control de la operación, con lo que se obtienen mejores resultados. Para el logro de un resultado exitoso, es fundamental cuidar la distribución de la solución lixiviante a la mayor área que sea posible, mediante un sistema de aspersión, y con la velocidad de aplicación conveniente según la adaptación (permeabilidad) de la pila.

Extracción por solventes (SX) La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y económicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviación. Este proceso encuentra su principal aplicación en la producción de cobre, específicamente en la separación selectiva de metales, que luego se recuperan mediante el proceso de electroobtención, a través de soluciones de sulfato de cobre.

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La extracción por solventes consiste en un proceso de purificación y concentración de soluciones basada en la separación del elemento de interés como el cobre - desde las soluciones de lixiviación. Para ello se utiliza un medio extractante líquido de alta selectividad al elemento a separar, pero inmiscible en dicha solución. En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tres momentos fundamentales, que consisten en:  El líquido extractante se agrega a la solución primaria y se conecta con el ion metálico, que queda formando parte del extractante. 

Enseguida, este complejo extractante - ion metálico - es separado de la solución y llevado a una solución secundaria en el ion metálico.



En esta solución secundaria se produce la re-extracción o descarga, es decir, el elemento de interés es nuevamente devuelto a una solución acuosa, pero exenta de impurezas, óptima para el proceso siguiente de electroobtención.

Los sistemas de extracción por solventes tienen tres componentes básicos, que son un soluto a extraer, un solvente acuoso y un extractante orgánico. El proceso de extracción por solventes se basa en la reacción reversible de intercambio iónico que tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la fase orgánica que corresponde al reactivo extractante disuelto en un diluyente orgánico, y la fase acuosa que corresponde a la solución.

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Se pone en contacto la solución de lixiviación o fase acuosa con el reactivo orgánico o fase orgánica, y se mezcla fuertemente por agitación .

Ánodos y cátodos Ánodos de electroobtención En el proceso de electro obtención, los ánodos son insolubles e inertes al proceso. En la electrólisis, predomina el uso de ánodos de plomo. En alguna de sus aleaciones donde es predominante, se le confiere al ánodo mejores características físicas y químicas que las del plomo puro, en especial, en lo que se refiere a la estabilidad mecánica, rigidez, dureza y resistencia química a la corrosión.

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Ánodos de Electrorrefinación En el proceso de Electrorrefinacion los ánodos son solubles, y pueden ser moldeados individualmente en una rueda de moldeo. El giro de la rueda permite pasar sucesivamente por varias etapas: llenado y pesado del molde con el metal líquido fundido; enfriado con rociado de agua; levantamiento y retiro del ánodo; limpieza y preparación del molde para un nuevo llenado. Los ánodos en la ER de níquel y cobre-, tienen una superficie irregular y rugosa, con dimensiones de 80 a 100 cm de ancho, 90 a 110 cm de largo y unos 3 a 6 cm de espesor.Con el método Hazelett de fabricación los ánodos se producen a través de una colada continua, que se lamina en caliente con un ancho uniforme, manteniendo un espesor constante de 16 mm. Así, se recortan los ánodos de dimensiones iguales, sin dejar despuntes. Una variación de la tecnología de ER consiste en la disolución anódica de mata, es decir, del sulfuro metálico de níquel o de cobre, para la producción directa de cátodos. En este caso, los ánodos solubles también se preparan con el mismo procedimiento de moldeo del metal fundido. Otra opción que aún requiere mayor desarrollo, es usar el ánodo de mata agranallada, es decir, de sulfuros particulados, tanto en canastillos estáticos como en lecho fluidizado, sistema que permitiría utilizar mayores densidades de corriente. Luego de la depositación durante un tiempo aproximado de 24 horas, el metal que se ha adherido se desprende de la placa madre. Las láminas se estiran y planchan, y se les agregan como soporte dos trozos previamente recortados de las mismas láminas, llamados "orejas". Para continuar la depositación en las llamadas "celdas comerciales", se cuelgan mediante una barra de cobre, para luego continuar la depositación por unos 5 a 7 días. Esta tecnología aún se usa en aplicaciones antiguas.

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Electroobtención del Cobre La precipitación por reducción electrolítica -comúnmente conocida como Electroobtención o Electrodepositación- es uno de los procedimientos actuales más sencillos para recuperar -en forma pura y selectiva- metales que se encuentren en solución. La Electroobtención es particularmente interesante en el proceso de producción de cobre, ya que prácticamente todo el cobre de uso industrial a nivel mundial, requiere del grado de pureza establecido por los estándares del cobre electrolítico. Este proceso consiste en recuperar el metal desde una solución de lixiviación debidamente acondicionada (solución electrolito), y depositarlo en un cátodo, utilizando un proceso de electrólisis.

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¿Cómo funciona? Para ello se hace circular a través de la solución electrolito, una corriente eléctrica continua de baja intensidad entre un ánodo (la solución misma) y un cátodo. De esta manera, los iones del metal de interés (cationes) son atraídos por el cátodo (polo de carga negativa) depositándose en él, y las impurezas quedan disueltas en el electrolito y también precipitan en residuos o barros anódicos. La Electroobtención es un proceso de una gran importancia económica, ya que permite recuperar metales -como cobre, oro y plata- a partir de recursos lixiviables que de otra forma serían inviables.

Celdas Electrolíticas “Ew”

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Configuración de Circuitos Para proveer de la corriente continua que requiere el proceso de electrólisis, se utilizan equipos rectificadores de corriente que mantienen constantes las características del flujo eléctrico. La tecnología de los rectificadores ha evolucionado siendo actualmente la norma el uso de transfo-rectificadores tristorizados, lo que ha hecho a estos equipos más accesibles y económicos. Los requerimientos de filtros para el control de corrientes armónicas constituyen en la actualidad los mayores factores del aumento de costos de estos rectificadores. Los filtros se utilizan para lograr un mejor efecto con dos unidades (celdas de Electroobtención), en vez de una sola.

Características de Conexiones Eléctricas Son muy sencillas, ya que se intenta disminuir los trayectos, en corriente continua y alta tensión, desde los rectificadores de corriente hasta los bancos de celdas electrolíticas.  Barras conductoras de cobre de sección rectangular: La conexión se hace con paquetes de estas barras, apernadas y con distanciadores que permitan la circulación interna de aire para la mejor refrigeración. Estas son conocidas con su nombre en inglés: bus - bars. Al poner las celdas en serie, se requiere sólo una conexión en los extremos del banco de celdas. Si al término del primer banco, éstas se conectan con un solo conductor a otro banco paralelo a su lado, el recorrido desde el rectificador disminuye aún más.  Barra triangular: En este caso la conexión eléctrica es en serie, con una barra triangular (de 2 a 2,5 cm de arista) que sirve de apoyo y contacto en su eje afilado, para los ánodos de una celda y los cátodos de la celda contigua. Este es el sistema más utilizado.

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RECOMENDACIONES  Como los cátodos de un lado y los ánodos de la celda contigua, están todos conectados en paralelo a través de esta barra de contacto, es importante un buen y constante aseo de los contactos.  Para detectar los cortos circuitos en celdas electrolíticas o estos puntos anómalos se pueden usar un gaussmetro.  Lo importante es corregir rápidamente la anomalía para maximizar la eficiencia de corriente. Mediante estas observaciones se puede determinar las características de la conexión de los electrodos de dos celdas contiguas.  la circulación de la corriente de ánodo a cátodo a través del electrolito, se puede determinar mediante el movimiento de los cationes en la solución, y por medio de las barras y los contactos de apoyo, a través de la circulación de los electrones en el sólido conductor.

Diseño y Materiales para Celdas Industrialmente, hay una gran variedad de celdas electrolíticas. La fabricación y selección de ellas depende de factores tales como:  Tipo de electrolito, si es acuoso o de sales fundidas.  Tipo de cátodo, si es líquido o sólido, o bien si es compacto, esponjoso o particulado.  Tipo de proceso, si es Electroobtención (EW) o electro refinación (ER).

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Eficiencia y Corriente. El concepto de eficiencia de corriente corresponde a la relación que se establece entre el metal efectivamente depositado y el que debiera depositarse, de acuerdo con la cantidad de corriente eléctrica aplicada. A diferencia de lo que ocurre en EW, en la práctica industrial de la ER, las eficiencias de corriente efectivas, pueden ser muy altas -entre 95 y 98%-, ya que se trata de un proceso con muy pocas reacciones secundarias que puedan hacer mal uso de dicha energía. En la EW, hay muchas reacciones posibles -tanto catódicas como anódicas-, potencialmente competitivas a la reacción principal, de modo que la desviación del 100% de uso teórico de la corriente se explica por varias razones. Ineficiencia suele ser la pérdida de corriente por cortocircuitos -entre ánodo y cátodo, así como entre celda y celda- o por fugas de corriente a través de las estructuras de la nave electrolítica o de las propias celdas.

ELECTROREFINACIÓN Es la disolución electroquímica de los ánodos impuros de cobre, para permitir que el metal se deposite en forma selectiva y con máxima pureza sobre cátodos de cobre. La Electrorefinación tiene dos objetivos: a) Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre. b) Separar las impurezas valiosas del cobre. Éstas pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.

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Principios de la Refinación Electrolítica del Cobre La aplicación de un potencial eléctrico entre un ánodo de cobre (electrodo positivo) y un cátodo de cobre (electrodo negativo), sumergidos en una celda que contenga una solución de sulfato de cobre ácida, origina que tengan lugar las siguientes reacciones y procesos: a) El cobre del ánodo se disuelve electroquímicamente dentro de la solución con lo que se producen cationes de cobre, más electrones. b) Los electrones producidos por la reacción, son conducidos hacia el cátodo a través del circuito y suministro de energía externo. c) Los cationes Cu2+ en la solución, emigran por difusión y convección hacia el electrodo negativo (cátodo). d) Los electrones y los iones Cu2+ se recombinan en la superficie del cátodo para producir el cobre metálico que se deposita sobre el cátodo. En síntesis, se produce la disolución electroquímica del cobre del ánodo; la emigración de electrones e iones de cobre hacia el cátodo, y el depósito de cobre sobre la superficie del cátodo.

Descripción general del proceso La Electrorrefinación se lleva a cabo mediante el sistema múltiple (paralelo), en el que ánodos y cátodos están intercalados en un acomodo eléctricamente en paralelo en el interior de la celda electrolítica. Con este sistema, todos los ánodos están a un solo potencial eléctrico y todos los cátodos están en otro potencial más bajo. Cada ánodo está colocado entre dos cátodos, de manera que se disuelven electroquímicamente a velocidad similar.

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Las celdas están conectadas en serie para formar secciones. Cada serie, de 26 a 42 celdas, constituye una parte independiente que puede ser aislada eléctrica y químicamente para las operaciones de colocación y retiro de electrodos, limpieza de residuos y mantenimiento.

Proceso de Electrorrefinación Las secciones están conectadas eléctricamente para que la tensión total sea del orden de 100 a 250 V dependiendo del equipo de rectificación CA/CD de la planta. Las celdas de refinación electrolítica están hechas de concreto reforzado (en forma de bloques o de monolito), revestidas con plomo antimonial (de 3 a 6 % de Sb) o láminas de PVC blando. En años recientes ha habido una tendencia hacia el uso de revestimientos y materiales de tubería orgánicos para toda la refinería, particularmente cloruro de polivinilo. Estos materiales son más ligeros que el plomo y su resistencia al deterioro en un medio ácido es satisfactoria.

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Procedimientos para la Electrorefinación La Electrorrefinación comienza con el flujo de electrolito a través de la sección de celdas de la refinería recientemente limpiadas, seguida por la colocación en grupo de un conjunto completo de ánodos y cátodos en cada celda. En las refinerías modernas, los ánodos y los cátodos están cuidadosamente espaciados por medio de grúas de posición fija, lo que disminuye considerablemente las probabilidades de un corto circuito accidental. Una vez instalados los ánodos y cátodos, se conecta la energía eléctrica y el cobre se corre gradualmente en los ánodos para depositarse sobre los cátodos. Lo usual es que un ánodo permita producir dos cátodos, proceso que se extiende por 12 a 14 días. Al final de un ciclo, cada ánodo ha sido disuelto electroquímicamente en casi el 85 %. Los restos de los ánodos sin disolver (desperdicio o chatarra) se retiran de las celdas y después de lavados, se funden y se vuelven a vaciar como ánodos nuevos. Se retira el electrolito de las celdas y los residuos del ánodo se canalizan hacia un sistema de donde se recolectan y desde donde son transportados a la planta de recuperación de metales preciosos. Entonces comienza de nuevo el ciclo de refinación.

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Los cátodos finales pesan entre 100 y165 kg., lo que facilita su manejo posterior.

Control de los Procedimientos de Refinación Los factores técnicos más importantes en la electrorrefinación son: a) Pureza del cátodo. b) Producción. c) Consumo de energía por toneladas de cátodo. Las variables más importantes que determinan estos parámetros son: a) Calidad del ánodo (uniformidad en la forma y peso). b) Condiciones del electrolito (pureza, temperatura, velocidad de circulación). c) Densidad de corriente del cátodo. El control del espaciamiento entre los electrodos y la prevención de cortos circuitos también son importantes.

Recomendaciones Generales. En la EW es necesaria la permanente renovación y agitación del electrolito frente a las placas, ya que con la nueva solución cada vez se renueva el metal para la Depositacion. En cambio, en la Electrorrefinación, el metal se renueva y recorre sólo el espacio entre placa y placa, por lo que la agitación requerida en el baño es bastante menor. EW de cobre, cerca del fondo de las celdas electrolíticas existe un anillo de distribución de soluciones, que consiste en una cañería perimetral con una perforación frente a cada espacio interplaca ánodo-cátodo.

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En ambos casos debe cuidarse de reservar un cierto espacio en el fondo de la celda para la acumulación y evacuación de los residuos de ánodos en el caso del EW, y de barros anódicos, en la ER. En ambos casos (EW y ER) se debe cuidar el ingreso y distribución del electrolito en las celdas para evitar la contaminación de los cátodos con la remoción accidental de las impurezas acumuladas en el fondo de la celda.