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4/7/2015 CodelcoEduca/ProcesosProductivosUniversitarios/Electroobtencin/celdaselectroliticas

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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



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)



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



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



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.



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.