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7/25/2019 Electro Obtencion.pdf

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PROCESO DE

ELECTRO-OBTENCIN

Profesor: Fabiola Rivadeneira Rojas24-10-2014


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Contenido2

Diseo, composicin y caractersticas

Diagramas

Tensin de la celda

Variables de control

Efectos de las impurezas en el electrlito

Parmetros operacionales

Equipos y circuitos

Neblina cida

Calidad catdica

Mantenimiento de la planta


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Diseo, composicin y caractersticas3


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Celda4

Material:

Concreto polimricocon revestimientointerno en FRP(Plstico reforzadocon fibra de vidrio).

Dimensiones:

Largo: 4 a 8 m.

Ancho: 1 a 3 m.

Altura: 1 a 1,5 m.

Capacidad:

60 ctodos.


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nodo5

Composicin:

Pb: 98,1698,61%

Ca: 0,0550,1%

Sn: 1,31,7%

Al: 0,02%

Ag: 0,002%

Bi: 0,005%

1192

mm

936 mm

Espesor = 6 mm


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nodo6

Cualidades : Estabilidad qumica No contaminar con plomo

Reacciones :H2O O2+ 2 H++ 2 e-

Fe2+Fe3++ e-

Mn2++ 4 H2O MnO4-+ 8 H++ 5 e-

2 Cl-Cl2 + 2 e-

Elementos aleantes (Sn, Ca) : Mayor resistencia mecnica

Mayor estabilidad qumica ante la corrosin


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nodo7

Deterioro (Degradacin mecnica): Laminillas suspendidas en el electrlito Atrapamiento mecnico en el ctodo

Aditivo: Sulfato de cobalto (CoSO4) : 100 a 200 ppm

Estabiliza la capa de xido de plomo (PbO2) Disminuye el sobre potencial andico

Mecanismo: Disolucin : CoSO4 => Co2++ SO42-

xido-reduccin:2 Co3+ + H2O => 2 Co2+ + 2 H+ + O


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nodo8


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nodo9

Mecanismos de desgaste: Verticalidad: Paralelismo deficiente

Rayado de la pelcula de xido de plomo Desprendimiento del film en carga y descarga

Corrosin: Aumenta con electrlitos de baja temperatura Aumenta con baja concentracin de cido

Cortocircuitos: Genera PbSO4 Aislante elctrico

Fsicamente rgido y quebradizo Fcil desprendimiento en escamas

Corrosin galvnica: Por interrupcin de la energa elctrica Por reduccin electroqumica del PbO2


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Ctodo10

Material:

Acero inoxidable 316 L SS

Composicin:Fe: 61,4 68,9%

C: Hasta 0,03%

Cr: 16 18,5%

Mn: Hasta 2%

Mo: 2 3%

Ni: 10 14%


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Ctodo11

Cualidades : Reutilizable Rgido y recto

Reacciones : Reaccin catdica : Cu2++ 2 e-Cu

Control : transferencia de carga o control mixto Reacciones paralelas :

Fe3++ e- Fe2+

Control : transferencia de masa O2+ 2 H++ 2 e-H2OControl : transferencia de carga o control mixto


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Ctodo12

Desprendimiento : Depende de la naturaleza del depsito Depsitos rgidos: Fcil desprendimiento Depsitos flexibles: Difcil desprendimiento

Aditivos catdicos : Controlar el tamao de grano del depsito Dosis : 200 - 300 g/t Aditivo: Guartec, galactasol, etc.

Arrastres de orgnico: Mayor adherencia de cobre

Control de la calidad catdica Adecuado crecimiento cristalino del depsito Efectos de bordes

Crecimientos acordonados o dendrticos.


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Ambos electrodos13

Mal posicionamiento y deformacin de los electrodos


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Ambos electrodos14

Corrosin de los electrodos

Corrosin por picado de las placas de acero :

Presencia de cloruros en el electrlito. Corrosin de las placas de plomo :

Por des energizacin de las celdas.

Corrosin por contactos :Condensacin de vapores cidos, derrame ysalpicaduras de electrlito en las barras decontacto.


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Electrlito15

Componente Concentracin

Cu2+

40 - 55 kg/m3H2SO4 140180 kg/m3

Fe3+ 0,83 kg/m3

Cl- 5 - 25 g/m3

Composicin general de un electrlito:

Dependiendo de la mineraloga del yacimiento, tambin puede tenerMn, Co y otras impurezas.

Temperatura 3855 C


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Diagramas16


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Diagrama ilustrativo17


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Layout nave de electro-obtencin18 Romana

1E

01

1W

01

1E

02

1W

02

1E

03

1W

03

1E

04

1W

04

1E

88

1W

88

1E

87

1W

87

1E

86

1W

86

1E

85

1W

85

CO3

CO4

Rect. 1

Rect. 1

Rect. 3

Rect. 4

Rect. 5

Rect. 6

2E

01

2W

01

2E

02

2W

02

2E

03

2W

03

2E

04

2W

04

2E

88

2W

88

2E

87

2W

87

2E

86

2W

86

2E

85

2W

85

G

r

a

4E

01

4W

01

4E

02

4W

02

4E

03

4W

03

4E

04

4W

04

4E

88

4W

88

4E

87

4W

87

4E

86

4W

86

4E

85

4W

85

3E

01

3W

01

3E

02

3W

02

3E

03

3W

03

3E

04

3W

04

3E

88

3W

88

3E

87

3W

87

3E

86

3W

86

3E

85

3W

85

G

r

a

5E

01

5W

01

5E

02

5W

02

5E

03

5W

03

5E

04

5W

04

5E

70

5W

70

5E

69

5W

69

5E

68

5W

68

5E

67

5W

67

G

r

a

6E

01

6W

01

6E

02

6W

02

6E

03

6W

03

6E

04

6W

04

6E

70

6W

70

6E

69

6W

69

6E

68

6W

68

6E

67

6W

67

G

r

a

SX:

Stripping

TK deRecirculacin

Al puerto de

Antofagasta


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Pantallazos sala de control19


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Pantallazos sala de control20


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Tensin de la celda21


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Sobre-potencial22

El sobre-potencial es un potencial en exceso al valor enequilibrio que debe aplicarse al electrodo, de tal manera deprovocar una descarga de iones.

No basta con el potencial terico E (si es a una concentraciny temperatura diferente de la estndar).

En el caso de la electro-obtencin de cobre, se tiene que juntoa la depositacin de cobre en el ctodo ocurre ladescomposicin del agua en el nodo.


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Potencial en equilibrio23

En el ctodo:

Cu+2(en solucin) + 2e-= Cu0(slido) E = +0,34 V

En el nodo:H2O (liquido) = O2(gas) + 2H

++ 2e- E = -1,23 V

Reaccin global en la celda de electrlisis:

Cu+2(en solucin) + H2O (liquido) = Cu0(slido) + O2(gas) + 2H

+

E = 0,34 V1,23 V = -0,89 V


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El cobre inico reducindose y el agua oxidndose.

El valor de E= -0,893 V indica que la reaccin no es posible queocurra de izquierda a derecha, es decir, el cobre disuelto en elelectrolito no se reducir a cobre metlico de forma espontnea.

Para poder lograr obtener lo anterior, es necesario generar unaenerga externa superior al mnimo termodinmico, es decir, unpotencial mayor a 0,893 V. De esta manera seraenergticamente posible la reaccin.


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Sin embargo, en la prctica, las concentraciones y temperaturason distintas y el acuoso en cuestin no es agua completamente.

Es posible obtener un valor aproximado de E, el cual es variablesegn las caractersticas de la solucin electroltica.

Recurrimos entonces a la Ley de Nernst.

=

ln


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Sobre-potencial catdico26

Tal como se mencion anteriormente, los procesos electrolticosrequieren de un cierto sobre-potencial para ocurrir.

En lo que respecta al ctodo, esta necesidad de sobre-potencial se explica porque sobre su superficie existe una grandemanda de iones metlicos para reducirse (depende). Lossobre-potencial en el ctodo de acero para la reduccin vanentre los 0,05 y 0,1 V.


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Sobre-potencial andico27

De manera similar en el nodo tambin se necesita un ciertosobre-potencial, para la ocurrencia de la reaccin andica.

Este sobre-potencial depende del material del nodo. El

nodo ms comn usado es el de plomo, el cual tiene uno delos requerimientos ms altos de sobre-potencial, llegandohasta 1 volt.

En la practica, para disminuir este requerimiento se utilizanaditivos. El sulfato de cobalto no solo disminuye la corrosindel plomo en el nodo, sino que baja el sobre-potencial hastaen 0,1 V.


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Sobre-potencial andico28

Densidad de corriente [A/m2]

Sobre-

potencialandico

[milivolts]

En general, el sobrepotencial andico habitual

en los procesos de electroobtencin de cobre esde unos 0,65 volt.


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Resistencia hmica en el electrlito29

Como todo elemento, el electrlito ofrece una resistencia al pasode la corriente, la que esta determinada por la ley de Ohm.

Electrolito de extraccin por solventes a EO 0,6 [1/

*cm]

La resistencia hmica tambin depende de la geometra de lacelda, en particular de la distancia entre los electrodos, ytambin del rea del electrodo.


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Resistencia hmica en el electrlito30

R = (1/K)* (d/s)

K = Conductividad [(ohm *cm)-1].

d= Distancia nodo-ctodo. [cm]S = rea superficial del ctodo [cm2]I = Intensidad de corriente [A]

En el caso del cobre el valor de potencialocupado puede variar entre 0,15 y 0,25volts, pudiendo llegar incluso hasta 0,50volts.


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Resistencia equivalente de tensiones ybarras

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Los contactos fsicos entre barras conductoras, barrasdistribuidoras inter-celdas, apoyos de ctodos y nodos,contacto entre barra de cobre y la placa de acero del ctodo ,etc., representan otra fuente de resistencia, que es posibledisminuir con un adecuado aseo, inspeccin y mantencin de lanave electroltica, pero que no puede desaparecer.

En plantas de un descuidado aseo este valor puede llegar a

0,3 volts, es difcil disminuirlo por debajo de un valor estimadode 0,15 volts.


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Potencial total32

Podemos entonces, definir el potencial total para un circuito deelectro-obtencin.

Et = Ed + (Rc+Re)*I + a +c

Ed : potencial de descomposicin

Rc : resistencia equivalente de conexiones y barras.

Re : resistencia del electrlito.I : intensidad de corriente en la celda.

a : sobretensin andica.

c : sobretensin catdica.


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Tensin en la celda33

En resumen, del total de potencial externo que hay que suministrar a lasalida de los rectificadores de corriente, para lograr efectuar elproceso de EO del cobre, es la sumatoria de los factores anteriores,llegando a tener un valor promedio del orden de 2,0 volts, o unintervalo posible 1,8 a 2,5 volts, variando por el manejo de la planta.

E termodinmico= 0,89 V /// Ed= 0,91 V aprx.

E contactos= 0,15 V

E electrlito= 0,25 V

a = 0,60 V

c = 0,05 V

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