Presentacin de PowerPoint

Universidad Estatal de SonoraELECTROMETALURGIA

MAESTRA: CRISTINA SANTOS

EXPOSICION: Electroobtencion y Electrorefinacion del CobreALUMNOS: Hctor Villa, Yrving Valenzuela, Rene Valencia, Omar Vindiola.

20 De Febrero Del 2014

LixiviacinPara realizar el proceso de lixiviacin se requiere disponer de un patio, o superficie de apoyo de la pila, en la que se coloca la impermeabilizacin. Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de seccin trapezoidal y altura calculada (pilas) para proceder a su riego con una solucin preparada.

Tras percolar la solucin a travs de toda la pila, se recolectan los lquidos enriquecidos que se llevan a la planta de proceso de recuperacin de la sustancia mineral (sal o metal).

Para la lixiviacin en pilas se requiere de ciertos elementos, condiciones y consideraciones tales como:

Disponer de amplias superficies de terreno, relativamente llanas, con menos de 10% de pendiente.Calcular los flujos de aporte y evaporacin para mantener un balance equilibrado de lquidos efluentes.Disponer de represas de lquidos intermedios y finales.Considerar un margen de sobrecapacidad del sistema para absorber situaciones de exceso por tormentas lluvias en el rea en explotacin o explotada.Lixiviacin de minerales de cobreLos minerales de cobre en sus diferentes menas, se encuentran en la naturaleza asociados entre s y con otras especies mineralgicas, ms o menos diseminadas dentro de una roca matriz con la ganga correspondiente.

Para el desarrollo de un proyecto de lixiviacin es necesario un conocimiento de las caractersticas del yacimiento y de la mena, y los factores que influyen en la lixiviacin.

Seleccin de Agentes LixiviantesEl ideal sera elegir un solo agente qumico, que sea econmico y recuperable, y un ciclo de lixiviacin lo ms corto posible, para extraer un mximo de cobre y un mnimo de impurezas, lo cual es difcil en la mayora de los casos.

En la eleccin del proceso es fundamental conocer la cintica de la reaccin qumica que las influyen, mediante las diversas fases de investigacin en laboratorio. Para ello se hacen anlisis preliminares en botellas rotatorias y en columnas o vasijas, segn si el mineral es apto a la lixiviacin esttica o dinmica.

En la lixiviacin de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser cido sulfrico para minerales oxidados y sulfato frrico acidificado en medio oxidante, para minerales sulfurados.

Se distinguen dos casos:

Lixiviante natural: producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos variables de cido, hierro e incluso cobre, segn la estacin del ao y zonas de produccin. Son las aguas de desage de minas.Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato frrico suficiente, se controla tan slo el pH bajo (aadiendo cido sulfrico), para regular la acidez e impedir la precipitacin del hierro trivalente a hidrxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviacinLixiviante preparado:Se emplea el hierro trivalente en forma de sal cida (sulfato frrico), cuya concentracin en Fe3+ y cido se ajusta segn la investigacin y experiencia prctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser muy concentradas. El cido vara entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del 1%. En algunos casos hay una regeneracin del lixiviante en el propio proceso.

Agentes Lixiviantes mas UtilizadosTipo de agenteEjemploscidos inorgnicoscido sulfricocido clorhdricocido ntricoBaseshidrxido de amonioAgentesoxidantes oxgenoin frricoin cpricoAgentes complejantesamonacosales de amoniocianuroscarbonatosclorurosAplicacin de la Solucin LixivianteLa lixiviacin propiamente tal se inicia con el riego por aspersin o goteo Los distintos sistemas de irrigacin, de aplicacin de la solucin, velocidades y efectos de la operacin de lixiviacin en vertederos, se pueden aplicar al sistema de lixiviacin en pilas, donde existe un mayor control de la operacin, con lo que se obtienen mejores resultados.

Para el logro de un resultado exitoso, es fundamental cuidar la distribucin de la solucin lixiviante a la mayor rea que sea posible, mediante un sistema de aspersin, y con la velocidad de aplicacin conveniente segn la adaptacin (permeabilidad) de la pila.

Extraccin por solventes (SX)

La extraccin por solventes (SX), es uno de los procesos ms efectivos y econmicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviacin.

Este proceso encuentra su principal aplicacin en la produccin de cobre, especficamente en la separacin selectiva de metales, que luego se recuperan mediante el proceso de electroobtencin, a travs de soluciones de sulfato de cobre.

La extraccin por solventes consiste en un proceso de purificacin y concentracin de soluciones basada en la separacin del elemento de inters - como el cobre - desde las soluciones de lixiviacin. Para ello se utiliza un medio extractante lquido de alta selectividad al elemento a separar, pero inmiscible en dicha solucin.

En el proceso global de la extraccin por solventes se distinguen tres momentos fundamentales, que consisten en:

El lquido extractante se agrega a la solucin primaria y se conecta con el ion metlico, que queda formando parte del extractante. Enseguida, este complejo extractante - ion metlico - es separado de la solucin y llevado a una solucin secundaria en el ion metlico. En esta solucin secundaria se produce la re-extraccin o descarga, es decir, el elemento de inters es nuevamente devuelto a una solucin acuosa, pero exenta de impurezas, ptima para el proceso siguiente de electroobtencin.

Los sistemas de extraccin por solventes tienen tres componentes bsicos, que son un soluto a extraer, un solvente acuoso y un extractante orgnico.

El proceso de extraccin por solventes se basa en la reaccin reversible de intercambio inico que tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la fase orgnica que corresponde al reactivo extractante disuelto en un diluyente orgnico, y la fase acuosa que corresponde a la solucin.

Se pone en contacto la solucin de lixiviacin o fase acuosa con el reactivo orgnico o fase orgnica, y se mezcla fuertemente por agitacin.

nodos y ctodos

nodos de electroobtencinEn el proceso de electro obtencin, los nodos son insolubles e inertes al proceso. En la electrlisis, predomina el uso de nodos de plomo. En alguna de sus aleaciones donde es predominante, se le confiere al nodo mejores caractersticas fsicas y qumicas que las del plomo puro, en especial, en lo que se refiere a la estabilidad mecnica, rigidez, dureza y resistencia qumica a la corrosin.

nodos de Electrorrefinacin

En el proceso de Electrorrefinacion los nodos son solubles, y pueden ser moldeados individualmente en una rueda de moldeo. El giro de la rueda permite pasar sucesivamente por varias etapas: llenado y pesado del molde con el metal lquido fundido; enfriado con rociado de agua; levantamiento y retiro del nodo; limpieza y preparacin del molde para un nuevo llenado.Los nodos en la ER de nquel y cobre-, tienen una superficie irregular y rugosa, con dimensiones de 80 a 100 cm de ancho, 90 a 110 cm de largo y unos 3 a 6 cm de espesor.Con el mtodo Hazelett de fabricacin los nodos se producen a travs de una colada continua, que se lamina en caliente con un ancho uniforme, manteniendo un espesor constante de 16 mm. As, se recortan los nodos de dimensiones iguales, sin dejar despuntes.

Una variacin de la tecnologa de ER consiste en la disolucin andica de mata, es decir, del sulfuro metlico de nquel o de cobre, para la produccin directa de ctodos. En este caso, los nodos solubles tambin se preparan con el mismo procedimiento de moldeo del metal fundido.

Otra opcin que an requiere mayor desarrollo, es usar el nodo de mata agranallada, es decir, de sulfuros particulados, tanto en canastillos estticos como en lecho fluidizado, sistema que permitira utilizar mayores densidades de corriente.

Ctodos: diseo, materiales y manejo del producto

Placas madreLas placas madre corresponden, en general, a un sustrato de un metal sobre el cual se deposita el metal de inters, como ocurre en los procesos de electroobtencin.De igual modo, en la electroobtencin de cobre se usan placas madre las que originalmente eran de titanio o de cobre recubierto con un aceite conductor, para facilitar el despegue del depsito, pero que actualmente son de acero inoxidable.

Luego de la depositacin durante un tiempo aproximado de 24 horas, el metal que se ha adherido se desprende de la placa madre. Las lminas se estiran y planchan, y se les agregan como soporte dos trozos previamente recortados de las mismas lminas, llamados "orejas". Para continuar la depositacin en las llamadas "celdas comerciales", se cuelgan mediante una barra de cobre, para luego continuar la depositacin por unos 5 a 7 das. Esta tecnologa an se usa en aplicaciones antiguas.

Electroobtencin del CobreLa precipitacin por reduccin electroltica -comnmente conocida como Electroobtencin o Electrodepositacin- es uno de los procedimientos actuales ms sencillos para recuperar -en forma pura y selectiva- metales que se encuentren en solucin.La Electroobtencin es particularmente interesante en el proceso de produccin de cobre, ya que prcticamente todo el cobre de uso industrial a nivel mundial, requiere del grado de pureza establecido por los estndares del cobre electroltico.Este proceso consiste en recuperar el metal desde una solucin de lixiviacin debidamente acondicionada (solucin electrolito), y depositarlo en un ctodo, utilizando un proceso de electrlisis.

Cmo funciona?Para ello se hace circular a travs de la solucin electrolito, una corriente elctrica continua de baja intensidad entre un nodo (la solucin misma) y un ctodo. De esta manera, los iones del metal de inters (cationes) son atrados por el ctodo (polo de carga negativa) depositndose en l, y las impurezas quedan disueltas en el electrolito y tambin precipitan en residuos o barros andicos.La Electroobtencin es un proceso de una gran importancia econmica, ya que permite recuperar metales -como cobre, oro y plata- a partir de recursos lixiviables que de otra forma seran inviables.

Celdas Electrolticas EwPara realizar el proceso de Electroobtencin se requiere de instalaciones especializadas llamadas celdas electrolticas equipadas con sistema de circuitos elctricos para hacer circular una corriente elctrica continua de baja intensidad.

Configuracin de Circuitos.Para proveer de la corriente continua que requiere el proceso de electrlisis, se utilizan equipos rectificadores de corriente que mantienen constantes las caractersticas del flujo elctrico.La tecnologa de los rectificadores ha evolucionado siendo actualmente la norma el uso de transfo-rectificadores tristorizados, lo que ha hecho a estos equipos ms accesibles y econmicos.Los requerimientos de filtros para el control de corrientes armnicas constituyen en la actualidad los mayores factores del aumento de costos de estos rectificadores.Los filtros se utilizan para lograr un mejor efecto con dos unidades (celdas de Electroobtencin), en vez de una sola.

Caractersticas de Conexiones ElctricasSon muy sencillas, ya que se intenta disminuir los trayectos, en corriente continua y alta tensin, desde los rectificadores de corriente hasta los bancos de celdas electrolticas.Barras conductoras de cobre de seccin rectangular: La conexin se hace con paquetes de estas barras, apernadas y con distanciadores que permitan la circulacin interna de aire para la mejor refrigeracin. Estas son conocidas con su nombre en ingls: bus - bars.Al poner las celdas en serie, se requiere slo una conexin en los extremos del banco de celdas. Si al trmino del primer banco, stas se conectan con un solo conductor a otro banco paralelo a su lado, el recorrido desde el rectificador disminuye an ms. Barra triangular: En este caso la conexin elctrica es en serie, con una barra triangular (de 2 a 2,5 cm de arista) que sirve de apoyo y contacto en su eje afilado, para los nodos de una celda y los ctodos de la celda contigua. Este es el sistema ms utilizado.RECOMENDACIONES DE USO.Como los ctodos de un lado y los nodos de la celda contigua, estn todos conectados en paralelo a travs de esta barra de contacto, es importante un buen y constante aseo de los contactos.Para detectar los cortos circuitos en celdas electrolticas o estos puntos anmalos se pueden usar un gaussmetro.Lo importante es corregir rpidamente la anomala para maximizar la eficiencia de corriente. Mediante estas observaciones se puede determinar las caractersticas de la conexin de los electrodos de dos celdas contiguas.la circulacin de la corriente de nodo a ctodo a travs del electrolito, se puede determinar mediante el movimiento de los cationes en la solucin, y por medio de las barras y los contactos de apoyo, a travs de la circulacin de los electrones en el slido conductor.

Diseo y Materiales para CeldasIndustrialmente, hay una gran variedad de celdas electrolticas. La fabricacin y seleccin de ellas depende de factores tales como:

Tipo de electrolito, si es acuoso o de sales fundidas.Tipo de ctodo, si es lquido o slido, o bien si es compacto, esponjoso o particulado.Tipo de proceso, si es Electroobtencin (EW) o electro refinacin (ER).

Eficiencia y Corriente.El concepto de eficiencia de corriente corresponde a la relacin que se establece entre el metal efectivamente depositado y el que debiera depositarse, de acuerdo con la cantidad de corriente elctrica aplicada.

A diferencia de lo que ocurre en EW, en la prctica industrial de la ER, las eficiencias de corriente efectivas, pueden ser muy altas -entre 95 y 98%-, ya que se trata de un proceso con muy pocas reacciones secundarias que puedan hacer mal uso de dicha energa.

En la EW, hay muchas reacciones posibles -tanto catdicas como andicas-, potencialmente competitivas a la reaccin principal, de modo que la desviacin del 100% de uso terico de la corriente se explica por varias razones.

Ineficiencia suele ser la prdida de corriente por cortocircuitos -entre nodo y ctodo, as como entre celda y celda- o por fugas de corriente a travs de las estructuras de la nave electroltica o de las propias celdas.

Rangos de Densidades de Corrientes Aplicadas.Sistemas de Sales Fundidas:Alcanzan fcilmente los 10 y 15 kA/m2 (kilo amperes por metro cuadrado). Ello se debe a factores como la gran conductividad que se logra a altas temperaturas, la ausencia de limitaciones fsicas para el desplazamiento de la corriente y el uso directo de ella en el bao electroltico, sin posibilidad de fugas.

Soluciones Acuosas:Estn entre 200 y 300 A/m2, particularmente en los casos de EW y ER de cobre y nquel. Si las geometras de los electrodos son distintas entre s, puede haber diferentes densidades en el nodo en relacin al ctodo (desde el punto de vista prctico, la que interesa es la catdica).

Es la disolucin electroqumica de los nodos impuros de cobre, para permitir que el metal se deposite en forma selectiva y con mxima pureza sobre ctodos de cobre.La Electrorrefinacin tiene dos objetivos:

a) Eliminar las impurezas que daan las propiedades elctricas y mecnicas del cobre.

b) Separar las impurezas valiosas del cobre. stas pueden ser recuperadas despus como subproductos metlicos.

Principios de la Refinacin Electroltica del Cobre

La aplicacin de un potencial elctrico entre un nodo de cobre (electrodo positivo) y un ctodo de cobre (electrodo negativo), sumergidos en una celda que contenga una solucin de sulfato de cobre cida, origina que tengan lugar las siguientes reacciones y procesos:

a) El cobre del nodo se disuelve electroqumicamente dentro de la solucin con lo que se producen cationes de cobre, ms electrones.

b) Los electrones producidos por la reaccin, son conducidos hacia el ctodo a travs del circuito y suministro de energa externo.

c) Los cationes Cu2+ en la solucin, emigran por difusin y conveccin hacia el electrodo negativo (ctodo).

d) Los electrones y los iones Cu2+ se recombinan en la superficie del ctodo para producir el cobre metlico que se deposita sobre el ctodo.En sntesis, se produce la disolucin electroqumica del cobre del nodo; la emigracin de electrones e iones de cobre hacia el ctodo, y el depsito de cobre sobre la superficie del ctodo.

Descripcin general del proceso

La Electrorrefinacin se lleva a cabo mediante el sistema mltiple (paralelo), en el que nodos y ctodos estn intercalados en un acomodo elctricamente en paralelo en el interior de la celda electroltica. Con este sistema, todos los nodos estn a un solo potencial elctrico y todos los ctodos estn en otro potencial ms bajo. Cada nodo est colocado entre dos ctodos, de manera que se disuelven electroqumicamente a velocidad similar.

Las celdas estn conectadas en serie para formar secciones. Cada serie, de 26 a 42 celdas, constituye una parte independiente que puede ser aislada elctrica y qumicamente para las operaciones de colocacin y retiro de electrodos, limpieza de residuos y mantenimiento.

Proceso de Electrorrefinacin

Las secciones estn conectadas elctricamente para que la tensin total sea del orden de 100 a 250 V dependiendo del equipo de rectificacin CA/CD de la planta.

Las celdas de refinacin electroltica estn hechas de concreto reforzado (en forma de bloques o de monolito), revestidas con plomo antimonial (de 3 a 6 % de Sb) o lminas de PVC blando. En aos recientes ha habido una tendencia hacia el uso de revestimientos y materiales de tubera orgnicos para toda la refinera, particularmente cloruro de polivinilo. Estos materiales son ms ligeros que el plomo y su resistencia al deterioro en un medio cido es satisfactoria.

Procedimientos para la Electrorefinacin

La Electrorrefinacin comienza con el flujo de electrolito a travs de la seccin de celdas de la refinera recientemente limpiadas, seguida por la colocacin en grupo de un conjunto completo de nodos y ctodos en cada celda.En las refineras modernas, los nodos y los ctodos estn cuidadosamente espaciados por medio de gras de posicin fija, lo que disminuye considerablemente las probabilidades de un corto circuito accidental.

Una vez instalados los nodos y ctodos, se conecta la energa elctrica y el cobre se corre gradualmente en los nodos para depositarse sobre los ctodos. Lo usual es que un nodo permita producir dos ctodos, proceso que se extiende por 12 a 14 das.

Al final de un ciclo, cada nodo ha sido disuelto electroqumicamente en casi el 85 %. Los restos de los nodos sin disolver (desperdicio o chatarra) se retiran de las celdas y despus de lavados, se funden y se vuelven a vaciar como nodos nuevos. Se retira el electrolito de las celdas y los residuos del nodo se canalizan hacia un sistema de donde se recolectan y desde donde son transportados a la planta de recuperacin de metales preciosos. Entonces comienza de nuevo el ciclo de refinacin.

Los ctodos finales pesan entre 100 y165 kg., lo que facilita su manejo posterior.

Control de los Procedimientos de Refinacin

Los factores tcnicos ms importantes en la electrorrefinacin son:a) Pureza del ctodo.b) Produccin.c) Consumo de energa por toneladas de ctodo.

Las variables ms importantes que determinan estos parmetros son:a) Calidad del nodo (uniformidad en la forma y peso).b) Condiciones del electrolito (pureza, temperatura, velocidad de circulacin).c) Densidad de corriente del ctodo.

El control del espaciamiento entre los electrodos y la prevencin de cortos circuitos tambin son importantes.

Recomendaciones Generales.En la EW es necesaria la permanente renovacin y agitacin del electrolito frente a las placas, ya que con la nueva solucin cada vez se renueva el metal para la Depositacion.

En cambio, en la Electrorrefinacin, el metal se renueva y recorre slo el espacio entre placa y placa, por lo que la agitacin requerida en el bao es bastante menor.EW de cobre, cerca del fondo de las celdas electrolticas existe un anillo de distribucin de soluciones, que consiste en una caera perimetral con una perforacin frente a cada espacio interplaca nodo-ctodo.En ambos casos debe cuidarse de reservar un cierto espacio en el fondo de la celda para la acumulacin y evacuacin de los residuos de nodos en el caso del EW, y de barros andicos, en la ER.

En ambos casos (EW y ER) se debe cuidar el ingreso y distribucin del electrolito en las celdas para evitar la contaminacin de los ctodos con la remocin accidental de las impurezas acumuladas en el fondo de la celda.