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proceso de electroobtencion fuente codelco
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4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_electroobtencion_celdaselectroliticas.asp 1/6
CobreQueselCobre?PropiedadesAleacionesUsos
BibliotecaDocenteDiccionarioMinero
Cmoseproduceelcobre?
PlantadeElectroobtencin.FaenaRadomiroTomic.Eledificiomide493mdelargopor39mdeancho.LaCapacidaddeDiseodelaplantaalcanzalas305.000toneladasporao.
Electroobtencin Cementacin
TcnicosUniversitarios/Electroobtencin
CeldasElectrolticas
Procesosdeelectrobtencin(EW)
Laprecipitacinporreduccinelectrolticacomnmenteconocidacomoelectroobtencinoelectrodepositacinesunodelosprocedimientosactualesmssencillospararecuperarenformapurayselectivametalesqueseencuentrenensolucin.
Laelectroobtencinesparticularmenteinteresanteenelprocesodeproduccindecobre,yaqueprcticamentetodoelcobredeusoindustrialanivelmundial,requieredelgradodepurezaestablecidoporlosestndaresdelcobreelectroltico.
Bsicamente,esteprocesoconsisteenrecuperarelmetaldesdeunasolucindelixiviacindebidamenteacondicionada(solucinelectrolito),ydepositarloenunctodo,utilizandounprocesodeelectrlisis.
Paraellosehacecircularatravsdelasolucinelectrolito,unacorrienteelctricacontinuadebajaintensidadentreunnodo(lasolucinmisma)yunctodo.Deestamanera,losionesdelmetaldeinters(cationes)sonatradosporelctodo(polodecarganegativa)depositndoseenl,ylasimpurezasquedandisueltasenelelectrolitoytambinprecipitanenresiduosobarrosandicos.
Laelectroobtencinesunprocesodeunagranimportanciaeconmica,yaquepermiterecuperarmetalescomocobre,oroyplataapartirderecursoslixiviablesquedeotraformaseraninviables.
Celdaselectrolticas nodosyctodos Diafragmasparaelectrodos
4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
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Metal Electrolito Ctodo Comentario
Antimonio Sodaysulfurodesodio Acero
Cadmio Solucindesulfato Aluminio SubproductoderecuperacindeZn.
Cromo Solucindesulfato Hastelloy
Cobalto Solucindesulfato Aceroinoxidable ProducidojuntoalcobreenZaire.
Cobre Solucindesulfato Aceroinoxidable Solucionesdelixiviacindealtaleyotraslaextraccinporsolventes.
Galio Solucindesodio(NaOH) AceroinoxidableSubproductodelaproduccindealuminiodesdebauxita.
ManganesoSolucindesulfato Aceroinoxidable
Nquel Solucindesulfato Nqueloaceroinoxidable
Oro Solucindecianuro Lanadeacero
Plata Solucindenitrato Plataografito
Telurio Solucindesodio(NaOH) Aceroinoxidable
ZincSolucindesulfatoSolucindesodio(NaOH
AluminioAceroinoxidable Produccindezincenpolvo.
Losnuevosprocesosdepurificacinyconcentracindesolucioneslixiviadas,comolaextraccinporsolventes(SX)enelcasodelcobreyelcarbnactivado(CA)paraeloro,hanpermitidoampliarelmbitodeaplicacindelaelectroobtencinalarecuperacindeestosmetales.TantoesasquealgunosmetalescomoelZinc,dependencasiexclusivamentedelaelectroobtencinparalograrunarecuperacinqueseaeconmicamenteviable.
Asuvez,estatecnologatambinesunaalternativamuycompetitivaparatratarmineralescombinadosdecobrecobaltoynquelcobalto.
Celdaselectrolticas(EW)
4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
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CeldasElectrolticas.FaenaRadomiroTomic.
Pararealizarelprocesodeelectroobtencinserequieredeinstalacionesespecializadasllamadasceldaselectrolticasequipadasconsistemadecircuitoselctricosparahacercircularunacorrienteelctricacontinuadebajaintensidad.
Paraqueelprocesoserealiceeficientementeserequiereconsiderarlossiguientesaspectos:
Configuracindecircuitos
Paraproveerdelacorrientecontinuaquerequiereelprocesodeelectrlisis,seutilizanequiposrectificadoresdecorrientequemantienenconstanteslascaractersticasdelflujoelctrico.Latecnologadelosrectificadoreshaevolucionadosiendoactualmentelanormaelusodetransforectificadorestristorizados,loquehahechoaestosequiposmsaccesiblesyeconmicos.Losrequerimientosdefiltrosparaelcontroldecorrientesarmnicasconstituyenenlaactualidadlosmayoresfactoresdelaumentodecostosdeestosrectificadores.Losfiltrosseutilizanparalograrunmejorefectocondosunidades(celdasdeelectroobtencin),envezdeunasola.
Caractersticasdelasconexioneselctricas
Normalmente,lasconexioneselctricasdelasceldasdeelectroobtencinsonmuysencillas,yaqueseintentadisminuirlostrayectos,encorrientecontinuayaltatensin,desdelosrectificadoresdecorrientehastalosbancosdeceldaselectrolticas.
Barrasconductorasdecobredeseccinrectangular:Engeneral,laconexinsehaceconpaquetesdeestasbarras,apernadasycondistanciadoresquepermitanlacirculacininternadeaireparalamejorrefrigeracin.Estassonconocidasconsunombreeningls:busbarsAlponerlasceldasenserie,serequiereslounaconexinenlosextremosdelbancodeceldas.Sialtrminodelprimerbanco,stasseconectanconunsoloconductoraotrobancoparaleloasulado,elrecorridodesdeelrectificadordisminuyeanms.Estetipodeconexioneseslamsusadaenlamayoradelasinstalacionesrecientesparaelectroobtencindecobre.Deestaforma,variasunidadessimilaresconstituyenlasdiversasseccionesdeunaoperacinmsgrande,porejemplo:Dosseccionesseparadasporunpatiocentraldetrabajo,comoeselcasoenlasplantasdeEWdeQuebradaBlanca,Mantoverde,LinceySantaBrbara(conunacapacidaddeproduccinentre45.000y8.0000tondectodosdecobrealao).Slounaseccin,comoenlasoperacionesdeEWdeLoAguirre,DosAmigos,BiocobreyElTeniente,diseadasparamenosde25.000ton/aodecobrefino.Cuatrosecciones,comoenlasplantasdeoperacindeElAbrayRadomiroTomic,diseadasparahacerEWdemsde200.000ton/aodectodosdecobre. Barratriangular:Enestecasolaconexinelctricaesenserie,conunabarratriangular(de2a2,5cmdearista)quesirvedeapoyoycontactoensuejeafilado,paralosnodosdeunaceldaylosctodosdelaceldacontigua.Esteeselsistemamsutilizado. Otrosperfiles:Recientemente,sehanincorporadootrosperfilesparalabarradecontacto,tipo"huesoparaperro"odogbone,perolamsusadasiguesiendoladeperfiltriangular.Losaisladoresinterceldas,queseparanyapoyanlosnodosyctodos,seconocencomocampingboards.
Recomendacionesdeuso
Comolosctodosdeunladoylosnodosdelaceldacontigua,estntodosconectadosenparaleloatravsdeestabarradecontacto,esimportanteunbuenyconstanteaseodeloscontactos.
Tambin,sedebecomprobarunoaunolosrespectivosapoyos,yaqueloselectrodosdebenrecibirlamismacorriente.Cuandounosrecibenmscorrientequeotros,seproducendensidadesdecorrientemuy
4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
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diferentes,queinducenelcrecimientodedendritas,quepuedenprovocarcortocircuitosycalentarlasbarrasycontactoshastainclusollegaraderretirlosapoyosdelosaisladoresdeplstico.Paradetectarestospuntosanmalossepuedenusarungaussmetro,detectoresdetemperaturaconvisoresinfrarrojos,obienelmonitoreodevoltajedecadacelda.Loimportanteescorregirrpidamentelaanomalaparamaximizarlaeficienciadecorriente.Medianteestasobservacionessepuededeterminarlascaractersticasdelaconexindeloselectrodosdedosceldascontiguas.
Porsuparte,lacirculacindelacorrientedenodoactodoatravsdelelectrolito,sepuededeterminarmedianteelmovimientodeloscationesenlasolucin,ypormediodelasbarrasyloscontactosdeapoyo,atravsdelacirculacindeloselectronesenelslidoconductor.
Diseoymaterialesparaceldaselectrolticas
Industrialmente,hayunagranvariedaddeceldaselectrolticas.Lafabricacinyseleccindeellasdependedefactorestalescomo:
Tipodeelectrolito,siesacuosoodesalesfundidas. Tipodectodo,sieslquidooslido,obiensiescompacto,esponjosooparticulado. Tipodeproceso,sieselectroobtencin(EW)oelectrorrefinacin(ER).
Ensolucionesacuosas,lasceldasdeEWydeERconvencionalesvaranmuypocoentres,loquenosucedeenotroscasoscomolosqueveremosacontinuacin.
CeldasparaprocesamientodesalesfundidasParalassalesfundidas,lasituacinesmuydiferentedeuncasoaotro,considerandosielmetalsepuededepositarenunliquidomaspesadoomaslivianoqueelelectrolitomismo.Esasqueparacadasituacinserequiereundiseoespecfico.Porejemplo,laproduccindelaluminioesdiferenteaotroscasosdesalesfundidas,yaquelosnodossonconsumibles.CeldasparalechoparticuladofluidizadoDesdehaceaos,loslechosdematerialparticuladocomoconcentradosdesulfuros,cementosagranallados,mataagranalladayrecortesderecuperacinsecundariademetales,sonundesafointeresanteparalaelectrlisisdirecta,queevitelospasosintermedios,yaseaporvapirometalrgicaoporlixiviacinypurificacin.Enestoscasosselogranaltasdensidadesdecorriente,de10a100veceslasalcanzadasenlossistemasconvencionales,debidoalpermanentemovimientoyfriccindelaspartculas,loqueayudaadespolarizarlas,ydesprendeloseventualesresiduosdeladisolucindelnododepartida.Porejemplo,elazufreelementaldeunsulfuro.Enestecaso,lostamaosdelasinstalacionessonmenores,loqueincideendisminuirsignificativamenteloscostosdecapitaldeinversin.Sinembargo,anlasaplicacionessonescasas,anivelpilotoysindivulgacinmasiva.Existetambinunsistemadecirculacinindependientedeunelectrolitoandico(anolito)ydeunelectrolitocatdico(catolito),ambosseparadosporunamembranaconductoraodiafragma.CeldaparaproduccindirectadelminasdemetalMedianteestetipodeceldassepuedelograrenformadirectaycontinualapreparacindeunalminadecobreelectroltico.Estaceldacontieneunctodoenformadetambor,parcialmentesumergidoenelelectrolitodelacelda,yquegiraconvelocidadvariabledeacuerdoalespesordelalminaquesedeseaobtener.CeldacilndricaparaelectroobtencindeoroElprocesamientodeconcentracindeoroporcarbnactivado,terminaconlarecuperacinelectrolticadeloro,usandocomoelectrolitolasolucindeelucindecarbn.Enestoscasos,seusaunnodoinertedeaceroyunctodo,compuestodeunconductorinsertoconlanadeacerocolocadaenuncontenedorapropiado.CeldaconvencionalparaelectrlisisenmedioacuosoEldiseodeceldaselectrolticasparamediosacuososvaramuypoco,yaqueengeneralsetratadenodosyctodossuspendidosverticalmente,frenteafrenteunosdeotros.Lasdiferenciastienenqueverconelusofinal,segnsetratedeelectroobtencin(EW)ode
4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
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electrorrefinacin(ER).EnEWesmsnecesariorenovaryagitarelelectrolitofrentealasplacas,yaqueconlanuevasolucinserenuevaelmetalparaladepositacin.
Recomendacionesgenerales
EnlaEWesnecesarialapermanenterenovacinyagitacindelelectrolitofrentealasplacas,yaqueconlanuevasolucincadavezserenuevaelmetalparaladepositacin.
Encambio,enlaelectrorrefinacin,elmetalserenuevayrecorresloelespacioentreplacayplaca,porloquelaagitacinrequeridaenelbaoesbastantemenor:bastaconmovimientoconvectivoydeagitacinsuaveenlarenovacinnormaldelelectrolito.
EnelcasodelaEWdecobre,cercadelfondodelasceldaselectrolticasexisteunanillodedistribucindesoluciones,queconsisteenunacaeraperimetralconunaperforacinfrenteacadaespaciointerplacanodoctodo.
EnamboscasosdebecuidarsedereservarunciertoespacioenelfondodelaceldaparalaacumulacinyevacuacindelosresiduosdenodosenelcasodelEW,ydebarrosandicos,enlaER.
Enamboscasos(EWyER),ytantoparacobrecomonquel,sedebecuidarelingresoydistribucindelelectrolitoenlasceldasparaevitarlacontaminacindelosctodosconlaremocinaccidentaldelasimpurezasacumuladasenelfondodelacelda.
EnlaEWdeoroyplata,cuandoseescogeundiseorectangularconvencional,sesueleusarcomoctodouncanastillo(paraleleppedorectangular)rellenoconesponjaovirutilladeacero.Enesencia,estectodonodifieredeotrosctodosverticales.
Materiales
Sehadesarrolladoconeltiempounprogresosignificativoenlosmaterialesdeconstruccindeceldasconvencionales,ascomodelascaerasybombas.
AprincipiosdelsigloXX,lasceldaserandeconcretorevestidasdeunaproteccinestanca(lminadeplomosoldado).Enladcadadelos'70seintrodujeronlosrevestimientosdemembranadeplsticoresistentealcaloryalosproductosqumicosdelelectrolito(entreellas,elparaliner).Afinesdelosaos80seconsolidelusodeunnuevoproducto:elhormignpolimrico,queesunhormignformadoporresinadepolisterqueactacomoligante,yarenadecuarzoqueactacomocarga,quepermitieliminarlosrevestimientosdemembranasyhacerceldasmonolticasprefabricadas,deunasolapieza.
Enlaactualidad,sehanintroducidomaterialesplsticosdecrecienteresistenciaqumicaytrmica,ascomoacerosinoxidablesespecialesdondehaycasoscomoeldeltitanio,cuyocostosehareducidoconsiderablemente.
Eficienciaydensidaddecorriente
Elconceptodeeficienciadecorrientecorrespondealarelacinqueseestableceentreelmetalefectivamentedepositadoyelquedebieradepositarse,deacuerdoconlacantidaddecorrienteelctricaaplicada.
AdiferenciadeloqueocurreenEW,enlaprcticaindustrialdelaER,laseficienciasdecorrienteefectivas,puedensermuyaltasentre95y98%,yaquesetratadeunprocesoconmuypocasreaccionessecundariasquepuedanhacermalusodedichaenerga.
EnlaEW,haymuchasreaccionesposiblestantocatdicascomoandicas,potencialmentecompetitivasalareaccinprincipal,demodoqueladesviacindel100%deusotericodelacorrienteseexplicaporvariasrazones.
4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas
https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_electroobtencion_celdaselectroliticas.asp 6/6
Otracausadeaparenteineficienciasueleserlaprdidadecorrienteporcortocircuitosentrenodoyctodo,ascomoentreceldayceldaoporfugasdecorrienteatravsdelasestructurasdelanaveelectrolticaodelaspropiasceldas.Muchasplantasenoperacintienenfugasdecorrientesinpercibirlo,ycombatenlasupuestaineficienciadecorriente,pensandoenunacausaelectroqumica,cuandoenrealidadsetratadeunafallaestructural,odesimplemantencinylimpieza.
Siemprehayquerecordarqueelmetalslopuededepositarseconlacorrientequeefectivamentepasaporelelectrolito.
Losrangosdedensidadesdecorrienteaplicadassedistinguenen:
SistemasdesalesfundidasAlcanzanfcilmentelos10y15kA/m2(kiloamperespormetrocuadrado).Ellosedebeafactorescomolagranconductividadqueselograaaltastemperaturas,laausenciadelimitacionesfsicasparaeldesplazamientodelacorrienteyelusodirectodeellaenelbaoelectroltico,sinposibilidaddefugas.SolucionesacuosasEstnentre200y300A/m2,particularmenteenloscasosdeEWyERdecobreynquel.Silasgeometrasdeloselectrodossondistintasentres,puedehaberdiferentesdensidadesenelnodoenrelacinalctodo(desdeelpuntodevistaprctico,laqueinteresaeslacatdica).Unamaneradeaumentarladensidadenformaconsiderableenestossistemasacuosos,seencuentraenelusodeelectrodosparticuladosyenefectuarlaelectrlisisenunlechofluidizado.Sibien,estatecnologahasidoprofusamenteinvestigada,hastaahora,nohaalcanzadoaplicacionesindustrialesderelevancia.