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