de cobre desde soluciones amoniacales por medio de …

ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE DESDE SOLUCIONES AMONIACALES POR

MEDIO DE ELECTRO-ELECTRODIÁLISIS UTILIZANDO MEMBRANAS DE

INTERCAMBIO IÓNICO ANIÓNICAS Y/O CATIÓNICAS

Belén Estefanía Garrido Moreno

Pedro Fredes Trujillo

Gerardo Cifuentes Molina

Porto Alegre, 2019

Situación Actual

2

Hidrometalurgia Pirometalurgia

30,4% (2017)

8,6% (2028)

(Fuente: Proyección de la producción esperada de cobre en Chile 2017 - 2028, Cochilco 2017)

69,6% (2017) 91,4% (2028)

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Producción de concentrados

48,5%

Producción Cátodos SX-EW

67,2%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2005 2010 2016 2021 2028

Producción de concentrado refinado y sin refinar

Refinado Sin refinar

3

Electrólisis

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

4

Electrólisis Convencional

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

pH

Cátodo

Ánodo

5

Electrólisis

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

6

Lixiviación de Sulfuros

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

LX

SX

EW

Cambio de

pH

Lixiviación

Alcalina

EW

convencional

NH3 EED

7

Evaluar la efectividad de obtener cátodos de cobre mediante electro-

obtención directa de cobre a partir de soluciones amoniacales artificiales

utilizando electro-electrodiálisis (EED).

Objetivo General

Evaluar los efectos de la variación de concentración de iones cúpricos del

electrolito, en la calidad catódica.

Evaluar los efectos de la variación de densidad de corriente aplicada en la

calidad catódica.

Estudiar la variación de pH en el electrolito durante la EED.

Objetivos Específicos

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

8

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Teoría

𝐻+ + 𝑁𝐻3 ⟷ 𝑁𝐻4+ 𝑁𝐻4

+ + 𝑂𝐻− ⟷ 𝑁𝐻3 + 𝐻2𝑂

9

Amonio/Amoniaco

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

10

Preparación de la solución

Solución amoniacal tetramina cúprica

H2SO4

NH4OH

CuSO4

Variación en la concentración de cobre

Variación en la concentración de amoniaco

Ajustar 9<pH<9,2

Temperatura ambiente

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

11

Montaje

1 2

3

1 2

3

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

12

M.A

M.V

M.A

M.V

13

Montaje

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

14

Parámetros

• Voltametría

• Especiación

Ensayos

• Electro-electrodiálisis

Diferente [Cu]

Diferente [NH3]

Diferente i

• Electrólisis convencional

Análisis

• Depósito sólido

Espectrofotometría

Inspección Visual

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Metodología

15

Especiación

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Fraction

pH

Cu(NH3)3OH+

Cu(NH3)42+

CuO(cr)

[Cu2+]TOT

= 50.00 mM [NH3]TOT

= 300.00 mM

Frac

ció

n

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Fraction

pH

Cu(NH3)3

2+

Cu(NH3)3OH+

Cu(NH3)42+

CuO(cr)

CuO(cr)

[Cu2+]TOT

= 50.00 mM [NH3]TOT

= 600.00 mM

Frac

ció

n

16

𝑖𝐿 = 𝑛 · 𝐹 · 𝐷 ·𝐶0

𝛿

Densidad de corriente límite

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

(3 g/L)

(5 g/L)

17

18

Efecto concentración Cu+2

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Concentración Cu+2

0

5

10

15

20

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-20

0

20

40

60

80

100

120

Ten

sió

n d

e ce

lda,

V

Efic

ien

cia

de

corr

ien

te.

%

19

Efecto densidad de corriente

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Densidad de corriente

0

20

40

60

80

100

200 300 400

0

5

10

15

20

Efic

ien

cia

de

corr

ien

te,

%

Ten

sió

n d

e ce

lda,

V

20

Modificación de celda

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

0,03 M 200-300-400 A·m-2

0,08 M 300-350-400-500 A·m-2

21

• 0,05 M

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Densidad de corriente

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

150 250 350 450 550

efi

cie

nc

ia d

e c

orr

ien

te %

densidad de corriente A/m2

0,05M Catiónica 0,05M Aniónica Sobrepotencial, favorece nucleación

Efecto densidad de corriente MA/MC

22

0,15 M; 100% NH3

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

Densidad de corriente

Sobrepotencial, favorece crecimiento

y = 0,0948x

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

150 250 350 450 550

efi

cie

nc

ia d

e c

orr

ien

te %

densidad de corriente A/m2

0,15 M Catiónica 0,15 M Aniónica

Efecto densidad de corriente MA/MC

23

• 0,05 M; 300-400 A·m-2

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

% NH3

Efecto amoniaco MA/MC

24

Análisis de pH y Ubornes

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

25

Análisis de pH

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

26

Electro-electrodiálisis:

Es factible llevar a cabo la electro obtención de cobre en una celda basada en

electrodiálisis reactiva utilizando membranas de intercambio iónico catiónicas y aniónicas,

tanto para soluciones sintéticas y provenientes desde lixiviacion amoniacal

• Soluciones de 12-20 g·L-1, en el rango de 200-300 𝐴 ⋅ 𝑚−2, suprimiendo la etapa de

extracción por solvente.

• Sintéticas de baja concentración de cobre, 3 g·L-1, en el rango de 200 -500 𝐴 ⋅ 𝑚−2.

Reacción de oxidación del agua en medio alcalino en el anolito.

La turbulencia del electrolito al interior de la celda juega un papel importante es el proceso,

permitiendo operar a mayores densidades de corriente con electrolitos de bajas

concentraciones del ion metálico.

Conclusiones

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

27

Para todos los casos la eficiencia de corriente aumenta conforme aumenta la densidad de

corriente. Para concentraciones de 0,05 M de Cu la eficiencia de corriente aumenta un

130%, de 200 a 500 𝐴 ⋅ 𝑚−2; para concentraciones de 0,08 M, un 30%, en rango de 300 a

400 𝐴 ⋅ 𝑚−2; y para concentraciones de 0,15 M, la eficiencia de 500 𝐴 ⋅ 𝑚−2 aumenta 4

veces la eficiencia correspondiente a 200 𝐴 ⋅ 𝑚−2

Las tensiones de celda obtenidas estuvieron en el rango de 2-4 V, y potencia consumida

de 0,1-0,7 W.

A mayor concentración de amoniaco en solución la eficiencia de corriente disminuye, al

igual, aunque en menor medida, que lo hace el voltaje de celda.

En vista de las eficiencias de corriente y la calidad de depósito obtenido la concentración

de amoniaco más adecuada es de 50% de exceso.

Conclusiones

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

28

Son obtenidos depósitos de cobre con purezas sobre 99,5%. Siendo las impurezas parte

del mal manejo de materiales e insumos. Que, con el debido cuidado y precaución, podrían

minimizarse.

El pH del catolito aumenta levemente en el tiempo (neto 0,2 puntos de pH

aproximadamente) durante tres horas de operación.

El pH del anolito disminuye levemente en el tiempo (neto 0,2 puntos de pH

aproximadamente) durante tres horas de operación.

Así mismo, es posible depositar cobre desde una solución amoniacal en una celda de

electro obtención convencional (sin membranas), con eficiencias de corriente del 60% y

una potencial utilizada de 0,37 W. Sin embargo, no es posible deducir si el agente

acomplejante es destruido, si así fuera, nuestra solución electrolítica se convierte en un

efluente a tratar.

Conclusiones

Motivación Objetivos Marco Teórico

Experimental Resultados Conclusiones

29

Muchas Gracias

Muito obrigado

Moltes Gràcies