clase 7 refinación rev.a
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Técnico en Minería
Escuela de Ingeniería
Sede San Joaquín
Nombre módulo: METALURGIA Y PROCESOS DE
REFINACION
Código módulo: TEM402
Nombre Profesor: FELIPE ARIAS CUBILLOS
Semana: 7
Semestre: 2015-2
Objetivo de la clase Evaluaciones
• Tarea Parcial 1 – 15 Sep (semana 7).
• Parcial 2 Pirometalurgia – 28 Sep (semana 9).
• Parcial 3 Hidrometalurgia – 2 Nov (semana 14).
• Sumativa 2 – 16 Nov (semana 16).
• Notas laboratorio Parcial 4 – 17 Nov (semana 16).
Contenidos de la clase anterior
• Electro refinación de Cobre – Leyes de Faraday
Contenidos y objetivos de esta clase
• Electro refinación de Cobre
Aprendizaje Esperado
• Diferencian los principios físicos y químicos involucrados en los procesos de
separación de minerales..
De los fenómenos teóricos descritos por Michael Faraday a la realidad existe un trecho de
diferencia conocido como eficiencia.
En todos los procesos utilizados en la metalurgia extractiva hemos indicado un factor de
eficiencia, que corresponde a aquella diferencia (expresada como porcentaje) que el proceso
o la maquina no es capaz de cumplir para conseguir totalmente el objetivo para el cual fue
diseñada.
En la electrometalurgia tenemos dos factores de eficiencia, estos son:
– Eficiencia de la corriente (se basa en la eficiencia del proceso, o de sus reacciones)
– Eficiencia de la maquina (es causa del diseño del equipo o de la planta)
w (real) = I * t * PM * eficiencia
F * n
Leyes de Faraday
Eficiencia de la Corriente:
– Reacción de electrodo simultanea: En algunos casos (p.ej depositación de níquel) se
produce una reacción simultanea de desprendimiento de gas hidrogeno, el que consume
energía.
Ni +2 + 2e- Ni°
2 H+ + 2e- H2
– Reversibilidad electrolítica de procesos de electrodo: Si el producto de un electrodo se
difunde hacia el otro electrodo, este puede ser retornado a su condición original. Por
ejemplo, si el producto anódico oxidado alcanza el catado este será inmediatamente
reducido.
Ánodo Fe +2 Fe +3 + e-
Cátodo Fe +3 + e- Fe +2
– Interacción de componentes del ánodo con el electrolito: Los ánodos de cobre usados en
ER suelen contener pequeñas porciones de Cu2O, el que al disolverse aporta el doble de
Cobre comparado con una partícula de Cu°, aumentando la eficiencia de la reacción por
sobre el 100%.
Leyes de Faraday
Eficiencia de maquina:
La eficiencia de la maquina vienen dada por la configuración en planta y diseño particular de
cada celda. Los siguientes son ejemplos perdidas, que son causas que originan eficiencias
menores al 100%:
– Perdidas en conductores eléctricos.
– Perdidas por calor.
– Perdidas por escalamiento del proceso.
– Perdidas por calidad del electrolito.
– Perdidas por flujos del electrolito.
Leyes de Faraday
Los anteriores fenómenos de eficiencia se escriben de la siguiente forma:
w (real) = I * t * PM * n (corriente) * n (maquina)
F * n
Los valores de n van entre 0% y 100% (entre 0 y 1).
Leyes de Faraday
Ejemplo:
Se desea conocer el espesor de un deposito de cromo (PM cromo: 52 g/mol) realizado en 2,5
minutos, a una densidad de corriente de 1.800 ampere/m2 y con una eficiencia de corriente
del 14% y eficiencia de maquina de 1.
1 Ampere (A) = 1 Coulomb (C)
Segundo (S)
El electrolito es Cr2O3, en el cual el cromo está con valencia 6+. Entonces el peso de cromo
teóricamente depositado será de:
w (real) = 1,800 (C/S*m2)*2,5 (min)*60 (S/min)* 52 (g/mol)* 14% * 100%
96,500 (C/Equivalente) * 6
Equivalente = 1 mol
w (real) = 3,39 g/m2
Leyes de Faraday
Ánodo
(+)
Cátodo
(-)
ELECTROLITO
Sulfato de Cobre CuSO4 (ac)
e- FEM
I (corriente)
Cu+2 + 2e- Cu°
Reacción Reducción
Cu° Cu+2 + 2e-
Reacción Oxidación
Agentes Aditivos:
Algunos metales (por ejemplo el Níquel) pueden depositarse en forma compacta y con
textura micro cristalina de gran suavidad sin requerir aditivos (buena nucleación).
Otros metales como el plomo, plata y hasta cierto punto también el cobre, tienden a producir
depósitos gruesos de cristales mas grandes. Es importante que el deposito crezca y se
engruese sin rugosidades, ni poros, ni crecimiento de dendritas.
Los agentes de adición pueden ser de 3 tipos:
– Nivelantes: ecualizan la actividad de las distintas zonas del depósito, produciendo una
redistribución del voltaje y, por lo tanto, de la corriente.
– Abrillantadores: son usados para mejorar el aspecto visual del depósito.
– Reguladores de tamaño de grano: cumplen la función de generar condiciones para que se
establezcan tasas de nucleación y crecimiento especificas al tipo de deposito que se
desee formar.
Agentes Aditivos
Agentes Aditivos:
Algunos metales (por ejemplo el Níquel) pueden depositarse en forma compacta y con
textura micro cristalina de gran suavidad sin requerir aditivos (buena nucleación).
Otros metales como el plomo, plata y hasta cierto punto también el cobre, tienden a producir
depósitos gruesos de cristales mas grandes. Es importante que el deposito crezca y se
engruese sin rugosidades, ni poros, ni crecimiento de dendritas.
Los agentes de adición pueden ser de 3 tipos:
– Nivelantes: ecualizan la actividad de las distintas zonas del depósito, produciendo una
redistribución del voltaje y, por lo tanto, de la corriente.
– Abrillantadores: son usados para mejorar el aspecto visual del depósito.
– Reguladores de tamaño de grano: cumplen la función de generar condiciones para que se
establezcan tasas de nucleación y crecimiento especificas al tipo de deposito que se
desee formar.
Agentes Aditivos
La cinética de depositación de metales, de acuerdo a las leyes de Faraday, depende
solamente de la corriente aplicada y no de factores tales como la temperatura, la
concentración, u otros. Sin embargo, la calidad de los depósitos depende directamente de
estos factores.
Los depósitos electrolíticos de metales son siempre cristalinos, pero pueden variar desde un
deposito adherente, grueso, de granos grandes, hasta un deposito polvoriento, de grano fino
y poco adherido.
Para evaluar esto se deben tener en cuenta dos procesos que son simultáneos:
– La nucleación
– El crecimiento de los cristales
a) Cuando la tasa de nucleación es mucho mas rápida que la velocidad de crecimiento de
los cristales, el producto será un polvo fino.
b) Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es mucho mayor que la velocidad de
nucleación, el producto será un grano grueso.
Depositación de Metales
Tipo de formación en el deposito:
– La formación de polvo en la depositación electrolítica ocurre cuando el proceso de
electrodo está controlado por difusión.
– La depositación de grano grueso ocurre cuando el control cinético del proceso es de
tipo químico.
Los parámetros que influyen en la depositación:
A. Densidad de corriente:
a) A bajas densidades de corrientes, la descarga de iones es lenta, por lo que el
proceso será controlado por la velocidad de la reacción química (la velocidad de
crecimiento de cristales es mucho mayor que la velocidad de nucleación). De esta
forma será un deposito de grano grueso.
b) A densidad de corriente muy altas ocurre lo contrario, formándose depósitos de
polvo.
Depositación de Metales
B. Concentración del electrolito:
a) A bajas concentraciones de electrolito, la velocidad de difusión es lenta y,
normalmente, es la que controla la totalidad del proceso. Es decir, el proceso
completo es controlado por difusión y se favorece la producción de polvo.
b) A altas concentraciones de electrolito ocurre lo contrario, formándose depósitos de
grano grueso.
C. Temperatura:
a) Aumentando la temperatura se aumenta la velocidad de difusión y la tasa de
crecimiento de los cristales. Ambos factores favorecen la formación de un deposito
de grano grueso. De esta manera, el aumentar la temperatura permitirá formar un
deposito mas coherente y grueso.
D. Temperatura:
a) Cuanto mayor sea el grado de agitación del electrolito, mayores son los tamaños de
partículas depositados. El proceso es controlado por la velocidad de la reacción
química.
Depositación de Metales
Configuración de Circuitos
Configuración de Circuitos
Configuración de Circuitos
Operaciones Electro
Metalúrgicas
• Electro Obtención: Operación forzada
(ΔG>0, consume energía eléctrica$)
• Electro Refinación: Operación forzada
(ΔG>0, consume energía eléctrica$)
• Cementación: Espontánea (ΔG<0 , gratis)
Las celdas de ER y EO de cobre son paralelepípedos rectos que llevan en su
interior, alternadamente, ánodos y cátodos. Hay n cátodos y n+1 ánodos en cada
celda.
n típico = 60 (60 cátodos y 61 ánodos)
volumen típico = 8 m3 Área de electrodo típica = 1 m x 1 m
La alimentación de corriente a los electrodos se efectúa por medio de dos busbars,
una catódica y una anódica, perpendiculares a los bordes superiores de la celda.
Celda Electro metalúrgica
Cosecha de Cátodos y
Ánodos
Los cátodos en ER y EO se retiran de la celda (se cosechan) cuando alcanzan una masa predeterminada (ej. 60 kg). Para alcanzar esta masa debe pasar un período de tiempo que depende de la densidad de corriente de celda aplicada.
Típicamente son 8 días en ER de Cu y entre 4 y 7 días en EO de Cu.
En ER, los ánodos (de cobre) se retiran (se cosechan) cuando se han
reducido a una fracción predeterminada de su masa inicial (ej. a un 35%) y se reprocesan en la fundición.
Electro
Refinación
VV
mAi
cell
cell
5.03.0
/360250 2
02 2 CueCu
R
2Cu
Cátodo Ánodo
ánodicobarro
Electrólito: CuSO4 - H2SO4 40
g/l Cu, 190 g/l ácido
Impurezas: As (10g/l), Sb, Bi,
etc.
Aditivos: cola, tiourea
Barro anódico: Au, Ag, Pt, Ni,
etc.
Reacción Catódica: Deposición de cobre
Reacción Anódica: Disolución de cobre
eCuCu 220
Videos Electro Refinación
• https://www.youtube.com/watch?v=7ocwukbq6g8
Electro obtención (Electro Winning, del proceso Lixiviación)
• https://www.youtube.com/watch?v=pp6O1yNVAi8
Planta Extracción por Solventes y Electro Obtención de Cobre Colón
• https://www.youtube.com/watch?v=9ISz09wISUg
Electro Refinación de Cobre (laboratorio)
• https://www.youtube.com/watch?v=oAeLpOTlGNs
Electrólisis Del Cobre (casera)
• https://www.youtube.com/watch?v=DPXuahh1vnY
Proceso Minero - Fundición y Electrorefinación
• https://www.youtube.com/watch?v=upj9HqmZTBs
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