ELECTRO REFINACIÓN

Integrantes:

Manuel Díaz Rosales

Eduardo Gutiérrez

Gonzalo Hidalgo

INTRODUCCIÓN

La electro refinación de un metal consiste en la disolución

anódica del metal impuro y el posterior depósito catódico de

este metal puro.

En un proceso de refinación electrolítica se utiliza un ánodo

(metal impuro) y un cátodo permanente, las impurezas se

deben “perder” durante el paso de los iones metálicos

disueltos del ánodo y depositados en el cátodo durante la

electrólisis.

PROCESOS: ¿CÓMO SE PRODUCE EL COBRE?

Procesos productivos

Exploración geológica

Extracción

Distintos procesos de refinación de cobre

Chancado

Molienda

Flotación

Fundición

Electror refinación

Lixiviación

Electroobtención

Cátodos

Exportación

DIFERENCIA DE PROCESOS

Conminución

Flotación

Fusión/conversión

Refinación

Electro refinación

Lixiviación

Extracción por

solventes

Electro obtención

Cátodo

Mina

ELECTRO OBTENCIÓN

ELECTRO

REFINACIÓN

ELECTRO REFINACIÓN

Electrólito: CuSO4 - H2SO4

40 gpl Cu, 180 gpl ácido

Impurezas: As (10gpl), Sb, Bi,

etc.

Aditivos: cola, tiourea

Barro anódico: Au, Ag, Pt, Se,

Te, Ni, etc.

eCuCu

CueCu

VV

mAi

cell

cell

2

2

5.03.0

/350250

20

02

2

ELECTRO REFINACIÓN

ELECTRO REFINACIÓN

Composición del voltaje de celda

Vcelda = ηa + |ηc| + RI + pérdidas

η : sobrepotencial [V]

R: Resistencia electrolito [m2]

I: Densidad de corriente [A/m2]

R : (1/) (dac/A)

: conductividad [-1 m-1]

dac : distancia ánodo - cátodo [m]

A : área superficial del cátodo [m2]

ELECTROREFINACIÓN

ELECTRO REFINACIÓN: CHUQUICAMATA

1 celda = 55 cátodos, 56 ánodos

40 celdas= 1 sección

10 secciones= 1 circuito

4circuitos

PROBLEMAS TÉCNICOS EN ELECTRO

REFINACIÓN

Antimonio y láminas iniciales

Cortocircuitos

Posicionamiento de electrodos

Aditivos

Limpieza de contactos

Concentración de ácido y deposición indeseada

Arsénico y barros en suspensión

OTROS MATERIALES

Oro

Plata

Zinc

Uranio

Aluminio

Litio

Sodio

Potasio

Magnesio

IMPLEMENTACIÓN ELECTRÓNICA

Se debe proveer de corriente continua del orden

de los cientos de miles de amperes

¿Solución? Rectificadores controlados por

tiristores de múltiples pulsos

IMPLEMENTACIONES EXITOSAS POR ABB

BHP Billiton, Spence, Chile: Tres rectificadores de tiristores de 12 pulsos de 42kA/305Vcon tres salas eléctricas de fabricación en aluminio.

Codelco – Chuquicamata: Cuatro rectificadores de tiristores de 12 pulsos de43kA/260Vcc con cuatro salas eléctricas.

Rio Tinto - España: Sistema rectificador de tiristores de 12 pulsos de 26kA/400V contransformador de autorregulación con tanque de acero y panel de control localindependiente y sistema de control AC 800PEC.

Skorpion Zinc – Namibia: Cuatro rectificadores de tiristores de 12 pulsos de55kA/375Vcc que suministran una potencia superior a 82MW. La planta rectificadoraincluye los interruptores primarios de alimentación y un panel de control maestro.

Hudson Bay Mining - Canada: Dos transformadores para exterior de 41MVA, quealimentan 2 rectificadores de tiristores de 135kA/245Vcc/12 pulsos, 2 bancos de filtrosarmónicos de 20Mvar/20kV, control y control maestro, seccionadores de CC y otros equiposeléctricos.

HZL Chandaria – India: Dos rectificadores de tiristores de 12 pulsos de 96kA/490Vcc con2 transformadores de 2x32,05[MVA], 2 filtros armónicos, 2 paneles de control local, 1 panelde control maestro y 8 seccionadores de CC.

RECTIFICADOR DE 12 PULSOS

RECTIFICADOR DE 18 PULSOS

RECTIFICADOR DE 24 PULSOS

NORMA IEEE519 DE LÍMITES DISTORSIÓN

ARMÓNICA PERMITIDOS

RECTIFICADOR MULTI-CELDA DE ALTAS

CORRIENTES.

Propuesto por: Eduardo Wiechmann, Pablo

Aqueveque, Aníbal Morales, Pablo Acuña y

Rolando Burgos.

Soluciona el problema relacionado con alto

consumo de potencia reactiva en topologías

tradicionales.

FP=FDistorsión∙FDesplazamiento

TOPOLOGÍA MULTI-CELDA

CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN

Transformadores reducen el voltaje de 15 [KV] de

entrada a 275[V].

Cada transformador usa 4 bobinas secundarias

zig-zag (desfases requeridos para la cancelación

de armónicas).

Las portadoras PWM respectivas a cada celda

están desfasadas por +20°, 0°, -20°.

Cada celda se controla independientemente con el

fin de garantizar redundancia.

TOPOLOGÍA Y OPERACIÓN DE CADA CELDA

Cada celda entrega 1.7

[KA].

Requieren 3 IGCT

para modular esta

corriente a 300 [Hz].

Propuesta clave: Diodo

volante que provee

una ruta a la corriente

circulante evitando

sobrevoltajes en el

lado AC.

IGCT

5SHY 35L4510 Voltaje conducción: 1.4 [V]

Máxima corriente en estado activo RMS 2670 [A]

Máximo peak no repetitivo de corriente 32 [kA]

Optimizado para frecuencias <1[kHz]

DIODO VOLANTE

5SDD 51L2800

Voltaje de conducción: 0.77 [V]

Corriente media de conducción: 5380 [A]

Diseñado para bajas perdidas en conducción.

CONTROL DE CORRIENTE DE SALIDA DC

Se propone una estructura de lazo cerrado

asegurando:

Error en estado estacionario cero.

Factor de potencia cercano a 1.

CONTROL DE CORRIENTE DE SALIDA DC

[m]abc se convierte al plano α-β.

Se realiza control usando SVM para cada celda

independiente.

La frecuencia de conmutación normalizada es de

6 p.u. (300 [Hz] a una frecuencia de red 50 [Hz]).

Se obtiene una corriente de entrada en fase con el

voltaje de entrada.

SIMULACIÓN

Voltajes correspondientes a cada una de las 3 celdas.

SIMULACIÓN

Voltaje – corriente en la carga

SIMULACIÓN

Voltaje de entrada (escalado) – Corriente de entrada al

rectificador.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas

Bajas perdidas por conmutación y conducción

~0.013% de la potencia de entrada.

Voltaje y Corriente de entrada en fase.

Factor de potencia de 0.99.

Corriente constante libre de armónicas.

Desventajas

No se menciona implementación en alguna empresa,

industria o minera.

Costos

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Los sistemas de electro-refinación y electro

obtención manejan altos niveles de corriente, del

orden de los cientos de KA.

Se requiere control sobre la corriente

Se requieren labores de mantención periódicas

¿La solución? Sensores de corriente indirectos

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Sensores de efecto Hall

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

¿Desventajas?

Pesados y poco transportables

Altas corrientes de salida

Vulnerable a ruido externo

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Fiber-Optic DC Current Sensor (FOCS)

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Desarrollado por la empresa ABB

Comportamiento físico: EFECTO FARADAY

Constante de Vernet

App. 12 [rad/(m*T)] para

elementos silicosos

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Implementación:

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Implementación:

SENSORES DE MEDICIÓN DE CORRIENTE

Ventajas:

Liviano y transportable

Fácil instalación

Baja tasa de errores

Rango: 1.2[A] a 500[kA]

Resistencia física

Desventajas:

Sistema de reconocimiento de señales complejo

Tecnología reciente. Costo por desarrollo

importante

CONCLUSIONES:

En la electro refinación se pierde una gran

cantidad de energía, debido al tiempo que las

celdas se encuentran prendidas por un largo

tiempo; lamentablemente esta es la única

manera hasta el momento de generar electrólisis

para pasar de un ánodo a un cátodo de cobre. Si

se encontrara un forma mas eficiente, y de menor

costo energético, para producir los electrones

para este proceso, se ahorra una gran cantidad de

energía