Unidad- ELECTROOBTENCION

8/18/2019 Unidad- ELECTROOBTENCION

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DOCENTE: NÉSTOR REYES DÍAZ INGENIERIA METALURGIA

PROCESOS

METALURGICOS,HDROMETALURGICOS Y

ELECTROMETALURGICOS

UNIDAD : II


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INTRODUCCIONEn un sentido amplio e integrado, el proceso minero se puede definir como la sumade procedimientos y métodos mediante los cuales, a partir de un yacimiento seobtienen metales y/o compuestos metálicos de pureza y calidad comercial, demanera rentable y con un impacto ambiental aceptable (según legislación vigente).

HIDROMETALURGIA

Generalidades del proceso hidrometalúrgico

Un proceso de este tipo tiene las siguientes etapas principales: a) Lixiviación. En esteproceso se disuelve uno o varios valores minerales contenidos en una mena o en unconcentrado, generalmente usando una solución acuosa del agente lixiviante. El

término también se puede extender para incluir la disolución de materialessecundarios tales como chatarra, residuos y desechos. La lixiviación produce unasolución acuosa rica en los iones del metal valioso extraído (PLS,pregnant liquidsolution) a partir de la cual debe ser posible separar este metal y recuperarlo con unalto nivel de pureza.

PROCESOS HIDROMETALURGICOS Y ELECTROMETALURGICOS


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Además se produce un residuo sólido o ripio, que idealmente tiene un contenidosuficientemente bajo en los valores minerales lixiviados como para ser descartado a

un botadero o tranque.Si el residuo sólido de la lixiviación queda impregnado consales o precipitados que eventualmente pueden liberar agentes tóxicos, una vezexpuestos al ambiente, antes de ser descartados el residuo debe ser adecuadamentetratado a fin de lograr la eliminación o estabilización de los potenciales compuestos

contaminantes Transformaciones físicas



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AGLOMERACION

El proceso más empleado para enfrentar el problema de permeabilidad originado

por los finos, es la aglomeración. El proceso de aglomeración consiste en esenciaen la adhesión de partículas finas a las más gruesas que actúan como núcleos.

Para que se produzca la unión de partículas es necesaria la acción de un agenteaglomerante o aglutinante. En el caso de lixiviación de cobre en pilas, elaglomerante utilizado es agua junto con ácido sulfúrico.

La adición de ácido permite la incorporación de una parte del agente lixiviante en laaglomeración, junto con mejorar las características del glomero. La incorporaciónde ácido concentrado en la aglomeración define asimismo un proceso adicionalllamado curado ácido.

¿ Qué es la Aglomeración ?

Es el pre tratamiento al proceso de lixiviación en el que se mezclan un mineral, unliquido (agua), y aditivos, que sometidos a un movimiento de rodadura, producen laagregaciones las fracciones finas generando partículas de mayor tamaño.



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Concepto Aglomeración: Colisionar las partículas entre sí, los finos se adhieran alos tamaños gruesos, mediante enlaces con la fase liquida.



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PLANTA DE AGLOMERADO: Crear un glomero estable y compacto mediante laadición de ácido sulfúrico y agua para el posterior apilamiento



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Los objetivos principales del aglomerado

i. Conseguir una mayor permeabilidad en el lecho de la pila.i. Conseguir una distribución homogénea de la solución lixiviante en el lecho de la

pila.

i. Proporcionar una estructura física de la pila estable.

ii. Aumentar la cinética de extracción de la especie útil.

Qué es el curado ácido

i. Consiste en agregar ácido concentrado durante el proceso de aglomeración.

ii. Es un pre tratamiento químico que mejora la respuesta cinética de disolución delcobre.

iii. Inhibe la disolución de sílice.

iv. También actúa como elemento ligante entre las partículas.




Para lograr una buena homogeneización de la etapa de aglomeración y llevar acabo el curado ácido que es recomendable en este proceso, se usa un tamboraglomerador, el cual consiste en un cilindro metálico revestido interiormente con

lainas de neopreno o goma antiácida y levantadores de la carga que logran unamas eficiente mezcla en su acción de rodado y mezcla del material.




Tipos de Aglomeración

1 Aglomeración por humedad: Este es el proceso más simple de aglomeración yconsiste en humedecer el material con lí quido hasta alcanzar un contenido de aguaque origine una tensión superficial suficiente, de manera que, al colisionar laspartí culas entre si, los finos se adhieran a los gruesos. Esta aglomeración suele sermuy débil y solo se emplea en casos f áciles, con bajo contenido de finos.

El procedimiento más sencillo de lograr la aglomeración por humedad es el riego,el que puede efectuarse de la siguiente manera:

i. Sobre las transferencias de las cintas que transportan el mineral a la pila, con ladificultad de mojar la correa.

ii. Al caer el material de la cinta en la formación de la pila. Adaptando el riego a los

tamaños más gruesos (mayor desviación en la caí da), la aglomeración puedeser más selectiva.

iii. Sobre la superficie de la pila, conforme vayan formándose los lechos o capasde mineral.




COMPONENTESDEL TAMBOR

AGLOMERADOR




Representación esquemática de la operación de un tambor aglomerador, mostrandola disposición de las tuberías de agua y ácido dirigidas para humedecer primero el

mineral, a medida que este avanza y rueda de acuerdo al sentido de giro del tambor.




Tambor Rotatorio: Este método se aplica cuando el material contiene granproporción de finos (más del 15% de tamaños inferiores de 150 μm), pero al mismotiempo debe contener también gruesos (aproximadamente un 50% de tamaños

superiores a 150 μm y con distribución lo más homogénea posible hasta el tamañomáximo de la operación). Así será posible una aglomeración de finos con losgruesos.

El diseño del equipo es el clásico decualquier cilindro rotatorio, y obviamente

su finalidad principal, por su volumen, esaumentar el tiempo de contacto entre finosy gruesos para que se produzca laaglomeración. Por otro lado, al sernormalmente los tambores rotatorios develocidad variable, pueden adaptarse a loscambios de la cabeza en proporción opegajosidad de finos y dosificación deaglomerantes y solución.




Imagen Horizontal y transversal del tambor aglomerador




2 Aglomeración por Adherentes: Existen ciertos materiales que puedenmejorar la adherencia de las partí culas finas a las gruesas, prolongandoesta unión tanto en la manipulación como en la operación de lixiviación.Puntos principales del proceso:

i. El tipo y cantidad de aglomerante añadido a la alimentación seca.ii. La humedad necesaria en la mezcla mineral / aglomerante.



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LIXIVIACION

Lixiviación es disolución total o

parcial de un sólido con el

objeto de recuperar valores

contenidos en él.

Constituye la operación unitariafundamental de los procesos

hidrometalurgicos, es

esencialmente un proceso de

separación como otros procesos

unitarios de la metalurgia

extractiva.



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Corte transversal del sistema colector de solución



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Pila de lixiviación y revestimiento



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Tubería principalde solución



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El desarrollo de un sistema de lixiviación y el posterior éxito de la operaciónindustrial dependen en gran medida del cumplimiento cuidadoso de las siguientesetapas:

a) Determinación del tamaño del yacimientob) Operación de muestreoc) Estudios y caracterización del minerald) Investigaciones de laboratorioe) Pruebas en planta pilotof) Operación en planta industrial

Procesos de Lixiviación

Los procesos de lixiviación dependiendo de las condiciones de concentración delmineral (concentrado, mineral de alta ley o mineral de baja ley), y de suscaracterísticas químicas y mineralógicas (sulfuros, óxidos o mixtos), se pueden

efectuar en los siguientes tipos de procesos:Lixiviación de Lecho Fijo o por Percolación: El mineral forma un lecho fijo departículas que es irrigado por una solución. El agente lixiviante entra en contactocon el lecho mineral y a medida que desciende va disolviendo el metal de interés.La solución rica se recoge en la base del lecho y luego pasa a la etapa deextracción.



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Lixiviación en el Lugar (in- situ): Involucra la lixiviación de una mena fracturadaen el yacimiento. La mena puede ser mineral de baja ley no extraído en laexplotación del yacimiento y dejado en el lugar, o también cuerpos mineralizadosque no pueden ser explotados por métodos convencionales.

La zona a lixiviar puede ser superficial o subterránea. Los tiempos de lixiviaciónson de varios meses hasta años.

Lixiviación en Bateas: Consiste en contactar un lecho mineral con una soluciónque percola e inunda la batea, que está provista de un fondo falso cubierto con unmedio filtrante. La geometría del lecho la establece la batea.

Este proceso es efectivo en aquellos casos donde el mineral a lixiviar presenta

características especiales como: Alta ley de óxidos y mineralización expuesta; altaporosidad; baja generación de fino durante el chancado y el ataque químico; bajaretención de humedad y mínima compactación del lecho. Los ciclos de lixiviaciónen este caso son de varios días.



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Lixiviación en Botaderos: El método es aplicado para minerales de Cobre de leyesmarginales (menor que 0,6% de cobre), manejando así grandes volúmenes de material queson depositados sobre la topografía existente en la zona, aprovechando las pendientes para

el drenaje natural de soluciones. La solución lixiviante es aplicada sobre la superficie,mediante un sistema de distribución, percollando por gravedad. El tiempo de lixiviación es devarios años, con recuperación entre un 20 y 50 %.

Lixiviación en Pilas: Se basa en la percolación de la solución lixiviante a través de unmineral chancado y apilado, el que está formando una pila sobre un terreno previamenteimpermeabilizado. La base de la pila tiene una pendiente tal que permita que el liquidoescurra a la canaleta de recolección de soluciones. La pila se riega por aspersión o goteo. Lasolución drenada se colecta en un estanque, para luego ser enviada a la etapa derecuperación del metal de interés, obteniéndose una solución agotada, la cual esacondicionada y reutilizada para lixiviar nuevas pilas de mineral. Se aplica a minerales de altaley debido a los costos de operación y transporte. Los tiempos de lixiviación en este procesoson de algunas semanas en el caso de minerales oxidados y varios mese en el caso sulfuros.

Lixiviación por Agitación: La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamentemolido, ya sean lamas, relaves, concentrados o calcinas de tostación, y se realiza utilizandoreactores agitados y aireados. Esta operación permite tener un gran manejo y control delproceso de lixiviación. Además, la velocidad de extracción del metal es mucho mayor que lalograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas. Es un proceso de mayorcosto, ya que incluye los costos de la molienda del mineral.



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EXTRACCION POR SOLVENTES (SX)

La extracción por solvente es uno de los procesos más efectivos y económicospara purificar, concentrar y separar los le llama también metales valiosos que seencuentran en las soluciones enriquecidas provenientes de procesos delixiviación.

Este proceso encuentra su principal aplicación en la producción de cobre,

específicamente en la separación selectiva de minerales, que luego se recuperanmediante el proceso de electroobtención en soluciones de sulfato de cobre.También se aplica ampliamente en la recuperación de uranio, vanadio, molibdeno,zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras raras, metales preciosos, cadmio,germanio, berilio, boro, entre otros.

Fundamentalmente, la extracción por solventes es una operación de transferenciade masas en un sistema de dos fases liquidas. Se le llama también intercambioiónico liquido y se basa en el principio por el cual un soluto o ion metalice puededistribuirse en cierta proporción entre dos solventes inmiscibles, uno de los cualeses usualmente acuoso y el otro un solvente orgánico como benceno, kerosene,cloroformo o cualquier otro que sea inmiscibles al agua.



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Por esta razón, la principal aplicación de la extracción por solventes se encuentra enla separación selectiva de metales, para la posterior obtención de éstos mediante unproceso adecuado, como es el de electroobtención aplicada a soluciones de sulfatode cobre.

Objetivos del Proceso de extracción por Solventes

El proceso de extracción por solventes se incorpora como parte de un sistemaintegral de recuperación de la hidrometalurgia. En un circuito metalúrgico se buscacumplir con al menos uno de ellos, muchas veces dos y ocasionalmente con tres,de los objetivos siguientes:

a. La separación y purificación de uno o más metales de interés de las solucionesque los contienen, las cuales suelen tener impurezas. La separación consiste

en extraer el o los metales deseados desde las soluciones, o a la inversa,extraer las impurezas de la solución dejando el o los metales deseados en ella.b. Concentración de los metales disueltos para disminuir los volúmenes a

procesar a así reducir los costos del proceso siguiente.c. Transferencia de los metales disueltos desde una solución acuosa compleja a

otra solución acuosa diferente, que simplifique el proceso siguiente.



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Etapas y Mecanismo de la Extracción por Solventes

En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tres momentosfundamentales, que consisten en:

a. El liquido extractantes se agrega a la solución primaria, y se conecta con el ionmetálico, el que queda entonces formando parte del extractantes.

a. Enseguida, este complejo extractantes- ion metálico, es separado de lasolución y llevado a una solución secundaria pobre en el ion metálico.

a. En esta solución secundaria se produce la reextracción o descarga. Es decir, el

elemento de interés es nuevamente devuelto a una solución acuosa, peroexenta de impurezas, óptima para el proceso siguiente de electroobtención.



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FASE ACUOSA CONTINUA



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FASE ORGÁNICA CONTINUA



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PROCESO DE ELECTROOBTENCION - EW

Descripción general de proceso de electroobtención – EW

La precipitación por reducción electrolítica, comúnmente conocida como electroobtención oelectrodepositación, es uno de los procedimientos actuales más sencillos para recuperar enforma pura y selectiva los metales que se encuentren en solución.

Básicamente, este proceso consiste en recuperar el metal desde una solución de lixiviacióndebidamente acondicionada (solución electrolito), para depositarlo en un cátodo, utilizando

un proceso de electrolisis.

Para ello se hace circular, a través de la solución electrolito, una corriente eléctrica continuade baja intensidad entre un ánodo (la solución misma), y un cátodo.

De esta manera, los iones del metal de interés (cationes), son atraídos por el cátodo (polode carga negativa), depositándose en él, quedando las impurezas disueltas en el electrolitoy también precipitan en residuos o barros anódicos.

La electroobtención es un proceso de una gran importancia económica, ya que permiterecuperar metales como, cobre, oro, y plata a partir de recursos lixiviables que de otraforma serian inviables.



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ELECTROOBTENCIÓN

Descripción de una Planta Electrolítica

Las celdas son las unidades básicas para la electroobtención y debido a lascaracterísticas del proceso y sus limitaciones se requiere disponer un alto númerode ellas de acuerdo a la producción deseada (alrededor de 1,2 celas por unatonelada de cátodos por día).

Convencionalmente, las celdas se han construido de hormigón armado moldeadoy revestidos interiormente con materiales plásticos.

En los últimos años el empleo de las celdas poliméricas se generaliza comoequipo estándar en las nuevas instalaciones.

Estas celdas son monolíticas y para una capacidad de 60 cátodos miden 6,5 x1,15 x 1,4 metros. Agregar un esquema



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Objetivos

Recuperar cobre contenido en una solución acuosa y obtener cobre metálicoen la forma de cátodos.

Producir cátodos de mayor calidad posible con bajo costo Involucrado.

Regenerar ácido sulfúrico simultáneamente a la deposición de cobre, el cual serecicla a la planta de extracción por solventes (SX) o también a Lixiviación enlos procesos sin SX.



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e

e

(-)

(+)

e

ER EP

A N O D O

A N O D O

FCC

O2

O2

H2

O

SO4

-2

SO4

-2

Cu+2 Cu+2

H+ H+

C A T O D O

Cu

Cu Cu

Cu

H2

O

Cu+2

H+

O2

Cu+2

O2

H+

ANODODE PLOMO

(+)

CATODODE COBRE

(-)

CATODODE COBRE

(-)

Cu+2

2e-

Electrolito

Conceptos Básicos de EO


OC SOS O G COS C O G COS


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Descripción del Proceso

La electro-obtención de cobre es un proceso de recuperación de este metal

desde soluciones ácidas de sulfato cúprico, se caracteriza por la aplicación deun campo eléctrico entre un ánodo químicamente inerte y un cátodo, ambosinmersos en el electrolito ácido de iones cúpricos.

Se lleva a cabo en celdas electrolíticas las cuales se agrupan en secciones ycircuitos.




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Descripción del Proceso

Equipos y Circuitos

Las principales instalaciones componentes de EO puedenconsiderarse las siguientes:Celdas de EO.Circuito del electrolito.

Circuito eléctrico.Electrodos.Conductores Metálicos.Manejo de Cátodos (grúas transportes de cátodos).Equipo de lavado cátodos.

Máquina lavadora y despegadora de planchas (plantas con cátodospermanentes).Cancha de Cobre.




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Componentes de una Celdas de EO




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Celda de electroobtención

Una celda electrolítica para electro obtener cobre cuenta con cuatros comocomponentes básicos:

Ánodo: Usualmente fabricados de plomo aleado (Pb, Sb, Pb- Ca – Sn), y encuya superficie se realiza la relación anódicas u oxidación.

Cátodos: Puede ser una lámina inicial de cobre o una placa madre de aceroinoxidable, en sus superficies se realiza la reacción catódica o reducción. Loscátodos reciben el cobre depositado aumentando de peso hasta su cosecha.

Electrolito: Actúa de medio conductor iónico de la corriente de transporte de

iones.Conductores Metálicos: Conectan el ánodo con el cátodo externamente para latransferencia de electrones a la fuente generadora de energía.




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Proceso de electrólisis




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Circuito de Electrolito

El circuito del electrolito o hidráulico comprende las instalaciones de filtración,

impulsión, estanque de recirculación, intercambiadores de calor, distribuciónen las celdas.




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Circuito Eléctrico

La corriente continua necesaria en el proceso se obtiene del rectificador decorriente alterna.

La corriente rectificada se conduce a las celdas con las barras conductoras yposteriormente avanza de celda en celda que están eléctricamente conectadas enserie en el circuito.




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Electrodos Ánodos

Los ánodos de EO deben presentar cualidades de estabilidad química y no

incentivar la contaminación del cátodo con plomo.La experiencia reunida en su comportamiento, está imponiendo el uso deánodos laminados de plomo aleado con calcio (Ca) y estaño (Sn).

El espesor de un ánodo es de 6 mm. aprox. y sus dimensiones un poco menoresque la de un cátodo.

El ión sulfato (SO4-2), asociado a metales -Cu, Fe- o como H2SO4, reduce laresistividad del electrolito, y con ello el consumo de energía en la producción delcobre.

La razón Fe+2 / Mn+2 debe mantenerse superior a 20, para asegurar que el

manganato se mantenga reducido.El contenido de fierro en el electrolito debe ser menor a 1,5 g/L para lograr una altaeficiencia de corriente.

El contenido de cloro en el electrolito debe ser inferior a 30 mg/L.

La temperatura del electrolito en celdas debe estar entre 45 y 50 C.

Composición del Electrolito




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Proceso de Operación Maquina Despegadora

Etapa de SeparaciónUnidad de Corrugado

Estación de Rechazo

Unidad de MuestreoPaquetes Listo para Pesaje y

Enzunchado Patio de Cátodos




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Concentración de Cobre y Ácido

Una alta concentración de cobre en el electrolito, aunque inferior al límite desolubilidad del sulfato de cobre, es necesario para obtener cátodos de alta pureza,opera a mayor densidad de corriente para lograr mayor producción, es por estarazón, que tanto el electrolito alimentado como el saliente o pobre tenga altascontracciones en cobre y su diferencia no sea superior a 10 g/L y comúnmente alalrededor de 5 g/L.

Los electrolitos cargados que presentan una concentración de 45 - 55 g/L a losdescargados que retornan SX entre 35 - 45 g/L.

La concentración de ácido afecta principalmente al consumo de energía, ya quefavorece la conductibilidad del electrolito pero una acidez muy alta afecta lacorrosión del ánodo y calidad del cátodo. Normalmente concentración de ácidovaría de 140 - 170 g/L.




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Concentración de Impurezas

Dentro de las impurezas solubles en el electrolito que han llegado a EO porarrastre de acuoso en el orgánico, disolución del ánodo o de las placas madrede acero, interesan As, Sb, Bi, Fe. Las primeras por su contaminación que

puede provocar en el cátodo, el hierro además provoca disminución en laeficiencia de corriente y el ión cloruro causa contaminación al depósito comotambién corrosión en las placas madre de acero.

Las impurezas insolubles como sólidos suspendidos y arrastres de orgánicosdeben mantenerse en bajas concentraciones ya que contaminan al cátodo




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Temperatura

En general, la temperatura favorece el proceso de EW en los aspectos de calidadcatódicas, menor voltaje de celda , cinética de transporte. sin embargo, latemperatura de operación está limitada al rango de 40 a 55 ºC, debido al costo decalefacción del electrolito, pérdidas de agua por evaporación, mayor efecto de laneblina ácida e incidencia de mayor corrosión en la planta. En algunos casos,hasta el calentamiento del electrolito de la nave produce resistibilidad al paso de lacorriente y aumento en los cortocircuitos.

Efecto de las Variables en EO

Flujos a Celdas de EO

En las celdas de electrolitos se alimenta en forma continua para aprovechar cobrey retirar de las de las celdas el electrolito empobrecido.El flujo de electrolito circulando por la celda debe tener un valor adecuado para

lograr una concentración homogénea de ión cúprico sobre la superficie catódica yuna homogeneidad en el electrolito a lo largo y alto de la celda, factores queinfluyen en la calidad catódicas, mayor velocidad de depositación del cobre en elcátodo.Normalmente se opera con flujo de 100-300 L/min., siendo mayor donde las celdasdepositan más cobre y tiene mayor número de cátodos.




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Densidad de Corriente

Como se ha descrito y analizado en los aspectos básicos del EO, la densidad de

corriente es una variable de suma significancia en las respuestas másimportantes del proceso como son la producción de la planta, el consumo deenergía y la calidad catódica.

En el aspectos de producción en EO es ventajoso opera las celdas con la mayordensidad de corrientes posible y de esa manera incrementar la productividad de lacapacidad instalada. pero, por otra parte desde el punto vista de la calidad

catódica y del consumo de energía es adversos efecto.

Dosificación de Aditivos

En el proceso de EO del cobre, se utilizan aditivos con el propósito de mejoraralgunas respuestas como es por ejemplo la calidad catódica y otros para inhibir la

degradación del ánodo de plomo y otros efectos adversos en el proceso.Los aditivos de mejoramiento de la calidad física del depósito (niveladores)suavizantes permiten obtener depósitos lisos, adherentes y compactos. Un excesode aditivo regulador genera efectos adversos en la calidad y consumo de energía.




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La calidad de los cátodos decrece para altas densidades de Corriente debido aun aumento de rugosidad y porosidad del depósito, lo que favorece la oclusión deelectrolito y suspensiones sólidas y la codepositación de impurezas.

Una mayor densidad de corriente disminuye la eficiencia de corriente por mayorprobabilidad de cortocircuitos por crecimiento dendríticos y reaccionesparasitarias.

El consumo de energía se incrementa, ya que, el potencial de celda crece alaumentar la densidad. En las plantas de EO la densidad de corriente empleadavaría entre 180 - 320 (A/m2).

Densidad de Corriente

En general estos reactivos son proteínas naturales solubles, que se absorben enlos sitios de mayor intensidad de campo inhibiendo el crecimiento localizado. Ladosificación depende del reactivo empleado y otras consideraciones, así en elcaso de las Gomas Guar , se recomienda una concentración de 15 - 30 ppm o unconsumo de 0,5 – 1,5 Kg/ton cátodo.

Dosificación de Aditivo Catódico



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Dosificación de Aditivo Catódico

Deposito irregularrugoso

Deposito parejo con unaCorrecta cantidad del Aditivo

Muestras de los cátodos



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Dosificación de Aditivo Anódico

Para el aditivo inhibidor de la corrosión del ánodo, se emplea Sulfato de Cobalto

que además disminuye el sobré potencial anódico y por lo tanto el consumo deenergía, se emplea concentración de 150 - 180 ppm.

Neblina Ácida

Durante el proceso de electroobtención, la evolución del oxígeno libre en los ánodosprovoca dos problemas:

En primer término, las burbujas de gas producidas son muy pequeñas y, al elevarse ala superficie y reventar, la energía liberada expulsan gotas extremadamente finas deelectrolito a la atmósfera, lo que produce una niebla altamente corrosiva de electrolitoconteniendo ácido sobre las celdas. En segundo término esta niebla ácida esirritante para el personal, y corrosiva para los componentes y equipos de la

instalación.

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