Manual_Proceso de Electroobtención - Copia

8/10/2019 Manual_Proceso de Electroobtencin - Copia

1/42

Manual del Participante

PROCESO DE

ELECTROOBTENCIN(Cdigo: EE14309)

PROGRAMA DE FORMACION:

OPERADOR BASE PLANTA HIDROMETALRGICA YCONCENTRADORA

Sede Iquique


2/42

Manual del Participante

PROCESO DE

ELECTROOBTENCIN(Cdigo: EE14309)

El mdulo de Proceso de Electroobtencin, es inherente a los programas formativosrelacionados con los requerimientos del sector productivo de la industria extractivaminera, a nivel nacional e internacional. La(s) competencia(s) que aborda estemdulo sern asociadas al perfil de egreso del plan de formacin.

Este documento es propiedad del Centro de Tecnolgico Minero y recogeinformacin relevante de los productos desarrollados por el Consejo deCompetencias Mineras (CCM) y en consecuencia, requeridas para el desempeo


3/42

ContenidosII. Referencias 81

III. Crditos 82


4/42


5/42

I. Competencias

Este es tu manual del mdulo Proceso de Electroobtencin.

Aqu se abordan conceptos bsicos y comunes a los oficios relacionados con lasactividades desarrollas en las operaciones unitarias de la industria extractiva mineranacional.

Tiene como propsito acercarte al mundo minero, de tal manera que al trmino delestudio de ste, sabrs exactamente cul ser tu rol y responsabilidades dentro delproceso de extraccin minera, en la pequea, mediana y gran minera, junto conreconocer a Chile como el principal pas minero en el mundo. Adems, desarrollarsactividades individuales y grupales que favorecern el desarrollo de tus competenciasgenricas de Trabajo en equipo, como por ejemplo comunicacin asertiva en eltrabajo u orientacin a la calidad, que se relacionan con el desarrollo de actitudes yvalores que el Centro Tecnolgico Minero desea incorporar en todos sus egresados,siendo un valor distintivo y diferenciador, exigido en el desempeo competente deeste oficio.


6/42

Unidades de aprendizajeEl modulo est organizado en unidades de aprendizaje de diferente duracin,distribuidas en horas tericas y prcticas que implica el desarrollo de actividades deaprendizaje en interaccin con el relator, compaeros y recursos didcticos.

En cada unidad se desarrollan diversos temas de inters, junto con actividades deaprendizaje que te permitirn alcanzar los siguientes aprendizajes esperados. Cadauno posee una serie de criterios de evaluacin donde se seala exactamente que seespera sea capaz de hacer y demostrar, hasta asegurarnos que lograste elaprendizaje esperado.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1: Introduccin ala electroqumica

Horas: horascronologicas

Horasteoricas

Horasprcticas

APRENDIZAJE ESPERADO CRITERIOS DE EVALUACION

1.1 Reconocer los fundamentos de la Ley deOhm, voltaje, corriente y resistencias.

1.2 Identificar la utilidad en el proceso de Electroobtencin de la Ley de Ohm, voltaje, corriente yresistencias.

1.3 Comprende aspectos bsicos deelectroqumica.

1.1.1 Explica los fundamentos de la Ley de Ohm, voltaje, corrientey resistencias.

1.2.1 Describe la utilidad en el proceso de Electro obtencin de laLey de Ohm, voltaje, corriente y resistencias, segn el procesorequerido.

1.3.1 Seala aspectos bsicos de los conceptos de electroqumica.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 2: Principalesequipos de Electro obtencin


Horasteoricas

Horasprcticas


2.1 Comprender el proceso de electro obtenciny sus etapas principales.

2.2 Identificar y comprender los procedimientosde operacin del proceso de celdas de electroobtencin.

2.3 Sealar las funciones bsicas del operador enplanta de proceso de las celdas de Electroobtencin.

2.1.1 Explica el proceso de electro obtencin y sus etapasprincipales.

2.2.1 Expone los aspectos fundamentales de los procedimientosde operacin del proceso de celdas de electro obtencin.

2.3.1Identifica y relaciona las funciones del operador de la planta

de proceso de las celdas de Electro obtencin con las tareasasociadas a la operacin.


7/42

UNIDAD DE APRENDIZAJE 3: Parmetros yvariables generales de la operacin deceldas de Electro obtencin


Horasteoricas

Horasprcticas


3.1 Identificar los parmetros y variables amonitorear y controlar en el proceso de celdasde electro obtencin.

3.2 Identificar los principales riesgos existentesen las actividades del proceso de celdas deelectro obtencin y sus respectivas medidas decontrol.

3.3 Comprender las etapas del proceso decosecha de ctodos.

3.4 Identificar los componentes principales delos equipos de cosecha de ctodos.

3.5 Identificar las tcnicas bsicas de operacinde los equipos de cosecha de ctodos.

3.6 Comprender la importancia de losprocedimientos de entrega de los equipos decosecha de ctodos y reconocer sus aspectosprincipales.

3.7 Comprender la importancia de losprocedimientos de puesta en marcha de los

equipos de cosecha de ctodos y reconocer susaspectos principales.

3.1.1 Enumera los parmetros y variables a monitorear y controlaren el proceso de celdas de electro obtencin.

3.2.1 Menciona los principales riesgos existentes en las activ idadesdel proceso de celdas de electro obtencin y sus respectivasmedidas de control.

3.3.1 Enumera y explica las etapas del proceso de cosecha dectodos.

3.4.1 Seala los componentes principales de los equipos decosecha de ctodos.

3.5.1 Expone las tcnicas bsicas de operacin de los equipos decosecha de ctodos.

3.6.1 Menciona los aspectos principales de los procedimientos deentrega de los equipos de cosecha de ctodos.

3.7.1 Menciona los aspectos principales de los procedimientos depuesta en marcha de los equipos de celdas de Electro obtencin.


8/42

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1: Introduccin a lelectroqumica

1. Definicin

La ELECTROMETALURGIA consiste en la produccin de depsitos metlicos mediante laaplicacin de la ENERGA ELCTRICA.

Se distingue:

La electrometalurgia en solucin acuosa:

Aplicada fundamentalmente a la produccin de Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Au y otrosmetales menores (Cd, Cr, Mn, Ga, Ti, Te).

La electrometalurgia en sales fundidas:

Aplicada principalmente a la produccin de Al, Li, Mg, Na, K y otros metales menores(Tierras raras, Ti, V, W, Zr, Th).

1.1 Procesos electrometalrgicos

Segn el tipo de depsito obtenido, se distinguen los siguientes PROCESOSELECTROMETALRGICOS:

ELECTROOBTENCIN (Electrowinning) de metales:Consiste en la extraccin de metales a partir de soluciones, en forma de depsitosmetlicos puros, densos y compactos o depsitos metlicos en polvo (pulvi-electrometalurgia) o bien, depsitos de compuestos metlicos (xidos, hidrxidos osales).

ELECTROREFINACIN (Electrorefining) de metales:Consiste en la obtencin de depsitos metlicos de alta pureza a partir de un metalimpuro.

GALVANOPLASTA (Electroplating):Consiste en recubrimientos metlicos delgados con fines anticorrosivos o estticos(cromados).

ELECTROCONFORMADO (Electroforming):Consiste en la elaboracin de piezas metlicas especiales por va electroltica.


9/42

La precipitacin por reduccin electroltica, comnmente conocida comoelectroobtencin o electrodepositacin (EW), es actualmente uno de losprocedimientos ms sencillos para recuperar metales, en forma pura yselectiva, respecto a las impurezas existentes en la solucin. Su caractersticaprincipal radica en que el metal ya est en solucin y solamente se trata derecuperarlo depositndolo en el ctodo, mientras el nodo es esencialmenteinsoluble.

La aplicacin industrial masiva de la electricidad para la recuperacin demetales no ferrosos por electroobtencin se inici a comienzos del siglo XX. En1912 se utiliz en la obtencin de cobre, en Chuquicamata y desde esa fechase aplica en procesos de minera extractiva. En 1968, por primera vez se aplicaen la mina Bluebird, de Ranchers Corp. Arizona, la combinacin de lixiviacinde minerales, extraccin por solventes y recuperacin electroltica de ctodosde cobre, (LIX-SX-EW) tcnica que en la actualidad se aplica con gran xito.

El cobre se extrae ya sea desde las soluciones de lixiviacin-extraccin porsolventes por electrlisis (electroobtencin) o por refinacin electroltica(electrorefinacin) del cobre producido por los procesos pirometalrgicos defusin. En ambos casos el ctodo de cobre resultante es metal comercialmentepuro que cumple con los requisitos necesarios. Probablemente el 80 a 90% decobre en producido en el mundo es cobre electroltico.

El proceso de electroobtencin de cobre constituye la etapa terminal delproceso de benefici o de minerales oxidados y mixtos de cobre. El cobre esdepositado desde soluciones purificadas por medio de una electrlisis directa.

El objetivo del proceso es producir ctodos de cobre de alta pureza. Paralograr este objetivo, la solucin proveniente de la etapa de lixiviacin espurificada y concentrada en cobre en la planta de extraccin por solventes,para posteriormente ser conducida a una serie de celdas deelectrodepositacin donde se producen los ctodos de cobre con una purezade 99,99%.

PROCESO

ELECTROMETALURGICOEnergaElctrica

DepsitoMetlico


10/42

1.2 Conceptos Fundamentales

1.2.1 Celdas de electrlisis

Los procesos electrometalrgicos tienen lugar en unidades llamadas CELDAS DEELECTRLISIS, las cuales se agrupan para constituir la nave o planta electroltica. Unacelda de electrlisis est constituida por:

La celda misma : Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. Enalgunos casos, la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadasentre s por un puente salino.

El electrolito: Un medio acuoso, que contiene los iones del metal a depositar yotros iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos.

El nodo: Material slido conductor en cuya superficie se realiza un proceso deoxidacin con liberacin de electrones.

Ejemplo: Zn => Zn+2 + 2 e-

El ctodo : Electrodo slido conductor en cuya superficie se realiza un procesode reduccin con los electrones provenientes del nodo.

Ejemplo: Cu+2 + 2 e- => Cu

Figura N 1: Celda electroltica, la energa elctrica se transforma en energa qumica. Ejemplo: electrodepositacin decobre


11/42

Figura N 2: Celda galvnica, la energa qumica se transforma en energa elctrica. Ejemplo: Pila de Daniel (1830)

En resumen:

Veamos el siguiente video y comenta:

1. Material Audiovisual: Pila daniell o celda galvnica , disponible en:http://www.youtube.com/watch?v=mIVFJEL9qbQ (01:33)

Comenta: Qu se entiende por proceso de oxidacin y proceso de reduccin?Qu reaccin se produce en el nodo y en el ctodo de dichacelda?____________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________
http://www.youtube.com/watch?v=mIVFJEL9qbQhttp://www.youtube.com/watch?v=mIVFJEL9qbQhttp://www.youtube.com/watch?v=mIVFJEL9qbQ


12/42

2. Tarea: Investiga que diferencia existe entre la electroobtencin y laelectrorrefinacin del cobre. En qu procesos se utiliza uno u otro? En Chileexisten plantas de Electrorrefinacin de cobre? Cules?

Esta tarea debes entregarla, al instructor, al finalizar este mdulo. Puedes realizarla investigacin junto a un compaero del curso y debe ser escrita a mano. Noolvidar poner una portada en donde indiques tu nombre, seccin, fecha,especialidad y nombre del instructor, as como el nombre del mdulo. Adems,nunca olvides poner las referencias de donde obtuviste la informacin con lacual trabajaste.

1.2.2 Proceso electroqumico

Un proceso de naturaleza electro-qumica se caracteriza por presentar la realizacin

simultnea de dos reacciones denominadas andicas y catdicas. En la primerasucede una transformacin qumica de oxidacin y se liberan electrones. La reaccincatdica involucra un proceso qumico de reduccin con participacin de loselectrones liberados en el nodo y que viajan por CONDUCTORES ELECTRNICOS (cables) que unen el ctodo con el nodo.

En la solucin, no hay desplazamiento de electrones, sino que los iones se desplazanen la solucin. Los aniones (-) van hacia el electrodo de carga positiva y los cationes(+) hacia el electrodo de carga negativa. El electrolito es un CONDUCTOR INICO.

Los procesos electroqumicos pueden ser clasificados en dos tipos segn sean o no

espontneos. Los primeros suceden en forma natural y la celda se denominaGALVNICA o PILA. Los no espontneos se realizan por medio de la aplicacin decorriente externa y se realizan en una celda llamada ELECTROLTICA. En las figuras N 1y N 2, se ilustran ejemplos de procesos galvnicos y electrolticos.

Los procesos de electrodepositacin de metales no son espontneos y necesitan unaporte de energa elctrica para ser forzados a ocurrir, por lo cual se estudian lasceldas electrolticas en estos apuntes. La FUENTE DE ENERGA ELCTRICA debeproporcionar corriente continua o directa (DC) a la celda, permitiendo el flujo forzadode electrones entre el nodo y el ctodo dnde son consumidos. En forma simple, lafuente de energa acta como bomba impulsora de electrones que fluyen por losconductores y los electrodos.


13/42

1.2.3 Nociones bsicas de electricidad

Antes de revisar el concepto de electroqumica es necesario estudiar algunasnociones bsicas asociadas al concepto de electricidad, estas son; electrones,

protones, corrientes elctricas, entre otros.

Para conocer la electricidad, debe entender la materia y de qu est compuesta. Enparticular, se debe conocer algo sobre una carga elctrica porque, en trminossimples, la electricidad es un flujo de carga elctrica. El electrn, que es una carganegativa, es el principal conductor de electricidad.

La materia es toda sustancia que posee una masa y ocupa espacio, por ejemplo, elagua, cobre y vidrio. La cantidad de materia ms pequea es llamada tomo.

Figura N 3: El tomo y sus partes

Aunque el tomo es la pieza ms pequea que permanece como un elemento,contiene varias partes ms pequeas.


14/42

Estamos interesados slo en tres partes los electrones, protones y neutrones. Lamuestra cmo los protones y neutrones forman un ncleo alrededor del cual loselectrones orbitan a alta velocidad.

Los electrones, que tienen una carga negativa, son atrados a los protones con cargapositiva. Pero debido a que orbitan a alta velocidad la fuerza de atraccin esequilibrada por la fuerza centrfuga de los electrones en movimiento.

Vea la figura nuevamente y note que el signo negativo identifica al electrn y el signopositivo identifica al protn. El neutrn no tiene carga y se representa slo con uncrculo.

Hay nmeros iguales de electrones y protones por lo que su carga elctrica, negativa ypositiva, se equilibran, esto es, el tomo en esta etapa es elctricamente neutroporque las cargas negativa y positiva se cancelan.

1.2.4 Ley de cargasQu queremos decir con carga elctrica? Una carga elctrica es similar a un polomagntico vase la figura N 4 a continuacin:

Figura N 4: Ley de cargas

La figura N 4 muestra que las cargas diferentes se atraen, tal como los polosmagnticos norte y sur se atraen uno al otro. De igual modo, en la figura se muestraque las cargas iguales se repelen.

Entonces, algunos conceptos bsicos:

1. Protones: Son partculas que forman parte del ncleo del tomo.2. Electrones: Son partculas que rodean el ncleo del tomo y crean fuerzas de

atraccin y de repulsin debido a que estas partculas atmicas tienen unacarga elctrica.


15/42

3. Carga elctrica: Propiedad general de la materia que se puede medir, cuyaunidad es el Coulomb (C).

4. Campo elctrico: Se denomina al espacio alrededor de una carga elctrica, enl se expresan las fuerzas de atraccin o de repulsin, sobre otras cargas

elctricas en el espacio.5. Electricidad: Fenmeno fsico o propiedad general de la materia, que se originaa raz de la interaccin de las cargas elctricas. Las cargas elctricas se ubicanen las partculas elementales que constituyen el tomo.

Los electrones y protones, son las dos partculas subatmicas principales quepueden originar la aparicin de energa elctrica y se origina provocando elmovimiento de cargas elctricas de un punto a otro.

6. Conductividad: Facilidad con que las cargas elctricas se mueven a travs deun material especfico. Se dividen en dos grupos:

Materiales conductores: En algunas sustancias, las cargas elctricaspueden desplazarse a travs de ellas. En tal caso se seala que lasustancia o elemento, es un conductor elctrico. Son elementos quetienen una estructura atmica que favorece que, las cargas elctricas,se puedan mover con facilidad por su interior. Los elementos que seconsideran conductores de electricidad pueden ser slidos (metales) ofluidos (lquidos o gases). En el caso de los conductores slidos, slo sedesplaza la carga negativa o los electrones, ya que su pequea masarespecto de los ncleos hace que puedan saltar desde un tomo aotro sin que se observe movimiento de masas en el interior de lasustancia. Algunos ejemplos de conductores slidos: metales, carbn, ygrafito. En los fluidos conductores, la carga que puede desplazarseadems de los electrones, puede ser iones o tomos cargados yprotones. Algunos ejemplos de conductores de fluido: gases ionizados,soluciones cidas y alcalinas, entre otras.

Materiales aislantes: Sustancia o un cuerpo en el que no existe laposibilidad de movimiento de las cargas elctricas. Son los que tienen loselectrones muy ligados al tomo al que pertenecen, de manera que nose pueden mover con facilidad. Algunos ejemplos: madera, resina, cristal,cermico, plstico, aire seco, papel, entre otros.

Es necesario considerar que algunos materiales que se consideranaislantes, pueden no serlo tanto, dependiendo de las condiciones en lasque se encuentre. El agua, por ejemplo, si es la que sale de ros o mares,es un buen conductor elctrico, debido a las sales que se encuentran enella. El agua pura o destilada, en cambio, es un buen aislador. El aire, esotro ejemplo: en instalaciones elctricas domsticas, es un buen aislador,


16/42

pero en ciertas circunstancias: una tormenta, por ejemplo, una chispaelctrica o un rayo se convierten en una gran chispa.

Actividad:

En grupos de 4 personas, has un listado de materiales, clasificndolo es materialesconductores, semiconductores y aislantes

Material Ejemplos Caractersticas en comn

Conductores

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Semiconductores

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Aislantes

1.

2.

3.

4.5.

6.


17/42

7. Corriente elctrica: Se le denomina al movimiento de los electrones por unconductor. Para que el movimiento de electrones se produzca es necesarioque, entre los extremos del conductor, haya una diferencia de potencial quetambin se llama tensin o voltaje. Es decir, cuando se aplica un voltaje entre

dos puntos de un conductor, ese conductor establece una corriente elctrica.En los slidos, participan electrones libres y en los fluidos participan adems,tomos ionizados.

Ejemplo: Alambre de cobre en el que se ha establecido un voltaje (V) entreambos extremos.

8. Tipos de corriente elctrica: El movimiento de electrones o de cargas negativasdel generador, se produce desde el polo positivo o lugar de salida de loselectrones, hasta el polo negativo o el lugar donde vuelven los electrones.Cuando ste flujo es al revs (de polo negativo a positivo), se considera que lacorriente es negativa.

9. Por lo tanto, dependiendo del sentido del movimiento de los electrones, sepuede clasificar en:

Corriente Continua

Corriente Alterna

a. Corriente Continua (CC): Se denomina corriente continua (en ingls DC,Direct Current) al flujo de cargas elctricas que no cambia de sentido conel tiempo. La corriente elctrica, a travs de un material, se establece entredos puntos de distinto potencial.

Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencialno se intercambian entre s, entre los extremos de cualquiera de estosgeneradores, se genera una tensin constante que no vara con el tiempo,por ejemplo, las pilas o dinamos. Si la pila es de 6 voltios, todos losreceptores que se conecten a ella estarn siempre a 6 voltios (a menos que


18/42

la pila est gastada). Adems al conectar el receptor (por ejemplo, unaradio) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (tiene elmismo nmero de electrones), y no cambia la direccin de circulacin, espor eso que siempre el polo + y el polo - son los mismos. En la corrientecontinua (o DC) la tensin e intensidad de corriente es siempre la misma. Seconsidera la corriente continua, como un sistema ineficiente cuando serequiere distribucin de energa a gran escala, debido a que se generanproblemas en la transmisin de potencia.

Figura N 5: Corriente continua (CC)

Principales Fuentes de corriente continua

Las principales fuentes de corriente continua son:

Bateras: Distintos tipos, tamaos y pesos; recargables y no recargables y suuso es extensivo en automviles y fuentes de respaldo. El principal tipo debatera es la de plomo cido.

Pilas: Distintos tipos y tamaos y pueden producir electricidad a partir dereacciones qumicas, entre distintos elementos.

Fotoceldas: Elementos que producen electricidad a partir de reaccionesqumicas causadas por la exposicin de su parte activa a la luz solar.

b. Corriente Alterna (CA): Se denomina corriente alterna (en ingls AC,Alternating Current) a la corriente elctrica cuya magnitud y direccin


19/42

varan por ciclos. Los polos del generador cambian de negativo a positivoen el mismo perodo, provocando que el flujo de electrones no mantengael mismo sentido, es decir, la polaridad no tiene sentido por cuanto estpermanentemente alternndose. La corriente alterna, a diferencia de lacorriente continua, minimiza los problemas de trasmisin de potencia y eltransformador que se utiliza, permite elevar la tensin de una formaeficiente.

La corriente alterna es de gran importancia, entre otras cosas, porqueproporciona la red elctrica domiciliaria, es la que se utiliza regularmenteen los transformadores y en un amplio tipo de dispositivos. La corriente queusamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes). En este tipo decorriente la intensidad vara con el tiempo y cambia el sentido decirculacin a razn de 50 veces por segundo. La energa elctrica que setrasmite, viene dada producto de la tensin, intensidad y tiempo.

Dado que la seccin de los conductores de las lneas de transporte deenerga elctrica depende de la intensidad, se puede modificar el voltajehasta alta tensin y disminuir la intensidad de corriente, mediante untransformador. Esto facilita que los conductores sean de menor seccin ymenor costo, facilitando adems que el voltaje pueda ser de reducidopara permitir su uso industrial o domstico de forma segura.

Este tipo de corriente se produce por alternadores y es la que se genera enlas centrales elctricas.

Algunas ventajas de la corriente alterna: Permite aumentar o disminuir el voltaje a travs de transformadores.

Se puede transportar a grandes distancias, perdiendo poca energa.

Los motores y generadores de corriente alterna son sencillos y fcilesde mantener.

El cambio de voltaje que se requiera introducir, es relativamenteeconmico.


20/42

1.3 Ley de Ohm, voltaje, corriente y resistencias

1.3.1 Voltaje, corriente y resistencia

a. Corriente

La corriente se refiere al flujo de electrones en un conductor. La corriente slo fluircuando el circuito est cerrado. El flujo de corriente puede compararse al flujo delagua en un canal o una caera, mientras que el flujo de corriente elctrica es elmovimiento de electrones en un conductor. El flujo de corriente elctrica se mide enAmperios (A) el smbolo para la corriente Elctrica es (I).

Figura N 6: Flujo de corriente

b. Resistencia

Cuando algo se opone al flujo de corriente en un circuito (ejemplo: un aparatoelctrico) se dice que ese circuito tiene resistencia. La resistencia puede definirsecomo se indica a continuacin: La oposicin ofrecida al flujo de corriente elctrica.

La resistencia se mide en Ohmios () y se puede comparar a una llave o vlvula enuna caera que se usa para controlar el flujo de agua. El smbolo para la resistencia es(R).


21/42

Figura N 7: Control del flujo

c. Voltaje (diferencia de potencial)

Tal como debe existir una diferencia en la presin de agua para que sta fluya entredos puntos, una diferencia en la presin elctrica debe existir para hacer que lacorriente elctrica fluya. Mientras ms grande la presin, ms grande el flujo en amboscasos.

El nombre ms comn de esta diferencia de potencial es VOLTAJE. Tambin se usamucho la palabra TENSIN.

Definicin de diferencia de potencialEs la presin elctrica que causa que la corriente fluya entre dos puntos en uncircuito.

La Diferencia de Potencial se mide en Voltios y el Smbolo es (V)


22/42

Figura N 8: Efecto de la presin en el flujo de una solucin

Ley de OhmExiste una proporcin fija (relacin) entre el voltaje, corriente y resistencia. Estaproporcin es la base de la Ley de Ohm y puede definirse del siguiente modo:

La corriente que fluye en un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicadoe inversamente proporcional a la resistencia del circuito, a una temperaturaconstante.

De esto se pueden derivar las siguientes frmulas:

Dnde:

I = El smbolo de la corriente fluye y semide en Amperios (A)

V = El smbolo para voltaje y se mide enVoltios (V)

R = El smbolo para la resistencia delcircuito y se mide en Ohmios ()


23/42

1.4 Reacciones REDOX

La electroqumica es un rea de la qumica que estudia la transformacin entre laenerga elctrica y la energa qumica. Dicho de otra forma, las reacciones qumicas

que se dan en la interfase de un conductor elctrico (llamado electrodo) y unconductor inico (el electrolito) pudiendo ser una disolucin y en algunos casosespeciales, un slido.

Si una reaccin qumica es conducida mediante una diferencia de potencialaplicada externamente, se hace referencia a una electrlisis. En cambio, si la cada depotencial elctrico es creada como consecuencia de la reaccin qumica, se conocecomo un "acumulador de energa elctrica", tambin llamado batera o celdagalvnica.

Las reacciones qumicas donde se produce una transferencia de electrones entremolculas se conocen como reacciones REDOX, y su importancia en la electroqumicaes vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos quegeneran electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella.

Algunos conceptos asociados:

Electrolito

El electrolito es la solucin que lleva el metal donde se colocan los nodos y ctodosantes de que se aplique una carga elctrica.

Electrlisis

La electrlisis es la separacin de una sustancia de otra utilizando corriente elctrica.Es un proceso que requiere un nodo, ctodo, solucin con dos sustancias y unacorriente elctrica.

Cuando uno de estos componentes falta, no se puede iniciar el proceso de electrlisis.

La electrlisis puede llevarse a cabo a densidades de corriente bajas o altas. Cuandose opera a densidades de corriente bajas (hasta 430 A/m 2), se puede colocar unserpentn de enfriamiento hecho de plomo o de aluminio en la celda con el fin decontrolar la temperatura. Slo se utilizan densidades de corriente ms altas (861 a 1076A/m 2) si la concentracin de cobre, la concentracin de cido, la pureza del

electrolito y la tasa de circulacin son altas.El proceso de electroobtencin es de naturaleza electroqumica, se caracteriza porpresentar la realizacin simultnea de dos reacciones denominadas andicas ycatdicas. En la primera sucede una transformacin qumica de oxidacin y se liberanelectrones, la reaccin catdica involucra un proceso qumico de reduccin con


24/42


25/42

Te invitamos a que ingreses al siguiente Link:http://cmapspublic.ihmc.us/rid=1K3W9M11C-9P7SM-1VHN/Reacciones%20redox.cmap

Ah encontrars este mapa conceptual, el cual, te permitir comprender de mejormanera las reacciones redox

1.4.1 Reacciones REDOX en electroobtencinEn el proceso de electroobtencin se dan reacciones REDOX no espontneas, puesrequieren de energa externa para que ocurran en la direccin deseada.

Por ejemplo, la semireaccin que caracteriza la depositacin del cobre disuelto en unelectrolito conductor sobre el ctodo de acero o sobre la lmina inicial de cobre es:

Cu+2(en solucin) + 2e Cu 0

Como contraparte, para mantener un equilibrio de cargas elctricas, se origina lasiguiente semireaccin de oxidacin, sobre el nodo de plomo:

H2O (liquido) O2 (gas) + 2H+ + 2e
http://cmapspublic.ihmc.us/rid=1K3W9M11C-9P7SM-1VHN/Reacciones%20redox.cmaphttp://cmapspublic.ihmc.us/rid=1K3W9M11C-9P7SM-1VHN/Reacciones%20redox.cmaphttp://cmapspublic.ihmc.us/rid=1K3W9M11C-9P7SM-1VHN/Reacciones%20redox.cmap


26/42

El agua H 2O se oxida, liberando dos electrones. Esta liberacin de dos electronesrequiere que el agua se descomponga en sus elementos fundamentales: hidrgeno yoxgeno.

Si se suman ambas semireacciones se tiene la reaccin redox de depositacin decobre y de descomposicin del agua.

En la figura N 10 podemos apreciar la reaccin REDOX que sucede en este procesode electroobtencin y los valores de los potenciales para llevarla a cabo:

Figura N 10: Reacciones de reduccin y oxidacin en la electroobtencin

Por lo anterior es que en la electroobtencin se debe entregar energa externa paralograr la depositacin del cobre sobre el ctodo de acero o sobre la lmina inicial decobre.

La energa que debe entregarse es justamente la necesaria para superar lasresistencias elctricas de los contactos, electrodos, solucin electroltica y potencialnegativo que impide la espontaneidad de la reaccin, dentro de las cuales destacan:

Potencial de reaccin: 0.92 [V] Sobrepotencial catdico: 0.05 [V] Sobrepotencial andico: 0.65 [V] Potencial por resistencia hmica de electrolito: 0.20 [V] Potencial por resistencia de contactos: 0.15 [V]

Potencial total a aplicar en un proceso de electroobtencin es de 1.90 [V]aproximadamente.


27/42

Figura N 11: Reacciones parsitas en el proceso de electroobtencin del cobre

No proveer externamente de esta energa mnima implica la disolucin del cobreelectrodepositado, dado que el cobre tiende a mantenerse disuelto en un ambienteacuoso acidulado y de potenciales Eh relativamente altos.

1.4.2 LEYES DE FARADAY

Las leyes fundamentales que gobiernan las reacciones electroqumicas fueronformuladas por Michael Faraday .

Estas leyes sealan lo siguiente:

La cantidad disuelta o depositada de una sustancia es proporcional a lacantidad de corriente circulada.

Las cantidades de diferentes sustancias disueltas o depositadas por la mismacantidad de corriente elctrica son proporcionales a sus pesos qumicosequivalentes.

De estas leyes se desprende la siguiente relacin matemtica:


28/42

Dnde:

w = Peso del metal depositado o disuelto, expresado en gramos (g)

I = Intensidad de corriente elctrica aplicada, expresada en amperes, (A)

t = Tiempo durante el cual se aplic I, en segundos (s)

PM = Peso molecular del metal o sustancia que se est depositando odisolviendo, en (gramos/mol).

n = Estado de valencia del metal depositado o disuelto, adimensional.

k = Es una constante de proporcionalidad.

La constante k de proporcionalidad se determina mediante un ensayo experimental.

Se calcula el tiempo requerido para depositar 1 equivalente de cualquier metal,mientras se ha pasado 1 ampere de corriente. El resultado es de 26 horas, 48 minutos y13.5 segundos.

Como el tiempo se expresa en segundos, el resultado es 96.493,5 segundos.

Luego, reemplazando en la ecuacin de la ley de Faraday, para:

T = 96.493,5 segundos.

I = 1 ampere.w = PM / n = 1

Resulta:

Luego se define como constante de Faraday a F = 96.493,5 (ampere * segundo/equivalente). En general el valor de F se redondea a F = 96.500.


29/42


30/42

Lo que hay que hacer

Las siguientes actividades se relacionan con el proceso de electoobtencin, las cualesse trabajarn en 4 secciones: 1) materiales y conductividad; 2) Campo magntico; 3)Corriente alterna y contina 4) nociones de electroqumica.

Para qu sirve

Observar los efectos de la conductividad de un circuito al cambiar losmateriales de sus elementos conductores.

Actividad N 1: Materiales y conductividad

Materiales

Un computador con conexin Internet

Proyector (datashow) para el Instructor.

Material audiovisual:

Materiales y conductividad , disponible en:http://phet.colorado.edu/es/simulation/conductivity

Manos a la obra

Se dividir el curso en grupos de 3 personas y se les explicar a los participantesque trabajarn identificando la fuerza impulsora en un circuito y debernexperimentar para luego explicar la diferencia en el comportamiento en laconduccin entre metales, plsticos y fotoconductores en trminos de la

diferencia en la estructura de los niveles de energa. Las respuestas de estecuestionario sern entregadas al instructor para ser evaluadas.

OJO, Hay controles que no son obvios: Por ejemplo se puede escribir el valor delvoltaje de la batera o usar flechas para cambiarlo.

Actividad 1: Conceptos de la electroqumica
http://phet.colorado.edu/es/simulation/conductivityhttp://phet.colorado.edu/es/simulation/conductivityhttp://phet.colorado.edu/es/simulation/conductivity


31/42

Si se usa para una demostracin en clases, debe ocupar una resolucin depantalla de 1024x768 de manera que la simulacin ocupe toda la pantalla y sevea bien.

Puede ser que: los participantes piensen que los electrones se producen por elvoltaje. La simulacin los ayudar a ver que los electrones estn siempre en uncircuito y que el voltaje hace que se muevan.

Preguntas para entender la funcin del simulador. Se sugieren:

1. Qu pasa al encender la luz cuando se tiene un metal como conductor?

Solucin:

2. Qu pasa al usar el plstico como conductor?

Solucin:

3. Qu sucede con los materiales fotoconductores?

Solucin:

Actividad N 2: C ampo magntico


Los participantes a travs de una simulacin va Internet podrn usar una barra deimn y bobinas para aprender sobre la ley de Faraday. Para esto debern mover unimn cerca de una o dos bobinas para hacer que una ampolleta se encienda yobservar las lneas de campo magntico. Un medidor muestra la direccin y lamagnitud de la corriente.

Para qu sirve

Ver efectos de un campo magntico sobre una ampolleta.

Materiales

Computadores (con conexin Internet)

Proyector (datashow) para el Instructor.


32/42


33/42


34/42

Consejos para el uso de los controles de la plataforma:

Como la actividad se basa en la construccin de un circuito semejante a uno real, sedeber asegurar de probar todas las pestaas y aplicaciones de la simulacin con

anterioridad y seguir las instrucciones de la plataforma, para realizar la actividadexitosamente.

Por ejemplo para construir un circuito elctrico p odr hacer click en el botn derecho para explorar una variedad de situaciones como romper una unin, removerun componente o cambiar los valores.

En relacin a la plataforma de simulacin, se debe:

Aadir piezas.

Conectar partes con cables.

Borrar cables, partes o aadir partes. Note que no podr aadir nada despusque el circuito ha sido construido.

Usar el voltmetro y ampermetro. El ampermetro sin contacto es especialmentetil, pero el otro es realista.

La diferencia entre vista esquemtica y realista.

Borrar una imagen para iniciar algo ms.

Se podr comenzar la actividad solicitando a los participantes que construyan un

circuito de corriente CC y luego otro de CA y noten las diferencias observando en elgrfico de voltaje.

Ahora se les solicitar a los participantes armar un circuito en el simulador interactivoque tenga: 12 Volt continuo y ampolleta con resistencia de 25 .

8. Qu pasa con el flujo de los electrones?

Solucin:

9. Qu pasa si la batera se reemplaza por una fuente de voltaje de corrientealterna y que ocurre con el flujo de los electrones?

Solucin:


35/42

10. Al mantener el voltaje contaste y variar la frecuencia que pasa con el flujode los electrones?

Solucin:

11. Qu sucede si el voltaje vara, aumenta o disminuye?

Solucin:

Actividad N 4: Nociones de electroqumica


Los participantes observarn un video de un experimento de electroobtencin de

cobre, el cual podrn replicar en clases.

Para qu sirve

Reconocer el fenmeno de electrodeposicin.

Materiales

Computadores (con conexin Internet)

Proyector (datashow) para el Instructor. Recurso audiovisual:

Experimento: Experimentos DesCobre: Electrobtencin , disponible en:http://www.youtube.com/watch?v=oAeLpOTlGNs

Materiales para replicar experiencia:

o 2 electrodos de cobre

o Vaso precipitado de 1 litro

o Tapa plstica para el vaso

o Solucin de sulfato de cobre en medio cido slfurico

o Transformador de corriente continua (CC) de 3 Volt.
http://www.youtube.com/watch?v=oAeLpOTlGNshttp://www.youtube.com/watch?v=oAeLpOTlGNshttp://www.youtube.com/watch?v=oAeLpOTlGNs


36/42

Manos a la obra

El procedimiento para realizar el experimento es el siguiente: Se ponen los electrodos de cobre dentro de solucin. Se conecta el transformador a la corriente. Se conectan los terminales de transformador a los electrodos poniendo

atencin cual es el positivo o nodo y el negativo o ctodo. Se deja trabajar funcionar el aparato hasta que se hagan evidentes los

cambios en los electrodos. Registrar observaciones.


37/42

UNIDAD DE APRENDIZAJE 2: Principales equipode Electroobtencin

2. Generalidades del proceso de electroobtencin de cobre

La electroobtencin de cobre consiste en aplicar una corriente que circula de nodoa ctodo a travs de una solucin de sulfato cprico. El cobre se deposita sobre elctodo y el agua se descompone sobre el nodo, dando lugar a desprendimiento deoxgeno.

Para obtener ctodos de excelente calidad, la solucin procedente de la etapa delixiviacin es purificada y concentrada en cobre en la planta de extraccin por

solventes, para luego ser conducido a las celdas de electrodepositacin de cobre. Losprocesos a los que se somete la solucin antes de entrar al proceso deelectroobtencin, se deben a que esta tiene una composicin compleja, connumerosas impurezas, cuyas concentraciones varan de acuerdo a la fuente mineralutilizada y a los procesos hidrometalrgicos a que es sometida antes de transformarseen el electrolito de electroobtencin.

En la nave de electroobtencin, las celdas electrolticas se encuentran conectadas alrectificador de corriente mediante un enclavamiento elctrico serie y los electrodosunipolares, en un enclavamiento elctrico paralelo. La tecnologa actual contempla eluso de ctodos permanentes de acero inoxidable 316L y nodos laminados de unaaleacin de plomo (Pb-Ca-Sn).

El electrolito que ingresa a la nave de EW, proveniente de SX, presenta por lo generalla siguiente composicin qumica:

Cobre: 40 48 g/L cido: 140 180 g/L Fe total: 0,5 1,5 g/L Cloruro: < 30 ppm Mn: 30 80 ppm

Adems se adicionan aditivos para mejorar el depsito catdico (Guar), comotambin para disminuir la corrosin andica (CoSO 4*7H2O), los cuales se agregan enlas siguientes concentraciones:


38/42

Guar: 100 300 (gr/ton Cu) Sulfato de Cobalto: 100 200 (gr/ton Cu)

Las condiciones de operacin en una planta de EW que utiliza la tecnologa de

ctodos permanentes, son por lo general:

Densidad de corriente: 160 300 (A/m2) Flujo de electrolito a celda: 100 150 (L/min) Distribucin de electrolito: convencional o fondo de celda / manifold Distancia ctodo ctodo: 90 110 mm Ciclo de depsito: 6 7 das Temperatura: 40 48 C nodos Pb Ca Sn laminados: 6 mm de espesor Ctodos permanentes de acero inoxidable 316L: 3 3,3 mm de espesor

Referente a las instalaciones y componentes de la nave de EW puedenconsiderarse las siguientes:

Celdas

Circuito del Electrolito

Circuito Elctrico

Electrodos

Gras para el Transporte de Ctodos

Mquinas preparadoras de lminas iniciales ( plantas convencionales )

Equipo lavador de Ctodos

Mquina lavadora y despegadora de planchas (plantas con ctodospermanentes)


39/42

2.1 Nave de electroobtencin

A continuacin se presentan los principales equipos presentes en las naves deelectroobtencin.

Las naves vienen en todas las formas y tamaos dependiendo de la ubicacin de lamina, el presupuesto y las metas de procesamiento. Los siguientes son ejemplos denaves de electroobtencin:

Figura N 12: Nave de electroobtencin, Minera HMC. Primera Regin

Figura N 13: Nave de electroobtencin, Minera Teck Quebrada Blanca. Primera regin


40/42

2.2 Celda de electrlisis

La CELDA DE ELECTRLISIS representa la unidad bsica industrial donde se desarrolla elproceso, los elementos activos lo conforman los electrodos, siendo el nodo donde

ocurre la oxidacin y ctodo donde ocurre la reduccin.Los electrodos de una misma polaridad en general estn conectados en paralelo a unmismo punto de tensin y las celdas en serie entre ellas.

La asociacin de varias celdas se denomina SECCIN y las secciones se agrupan enun CIRCUITO. El conjunto se denomina CASA ELECTROLTICA O NAVE ELECTROLTICA.

La corriente entra al sistema por el borne positivo de modo que los nodos son los queingresan la corriente al sistema, esta corriente pasa a travs de la solucin y sale por losctodos para as pasar a la celda vecina y as sucesivamente por todas ellas hastacerrar el circuito con la ltima celda en su borne negativo.

Desde el punto de vista elctrico la celda de electrlisis queda definida por lacorriente que circula (I) y por la tensin global a los bornes de los electrodosdenominada tensin de celda (V).

Figura N 14: Celda de electroobtencin


41/42


42/42

Figura N 16: Esquema de celda de electroobtencin. Se indica la alimentacin y descarga del flujo de la celda

Figura N 17: Disposicin de ctodos y nodos en una celda

Manual_Proceso de Electroobtención - Copia

Documents

Transcript of Manual_Proceso de Electroobtención - Copia