Laboratorio de metalurgia extractiva
electro obtención
Integrantes: Camilo PuchJavier MorónIván RamírezJulio BancheroRicardo Bustos
Fecha: 07 Julio, 2015Docente: Luis Romero Inostroza
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Índice
Resumen 3
introducción 4
Objetivos 5
Marco teórico 6
En el laboratorio 8
Procedimiento 9
Cálculos 13
Conclusión 15
Bibliografía 16
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Resumen
En este laboratorio la experiencia a desarrollar fue la comprensión del proceso de la
electro obtención, en la primera parte de esta actividad se tomaron medidas de seguridad
en el buen uso de los “E.P.P” en el laboratorio, ya que en el entorno donde ejecutábamos
la experiencia contenía diversas soluciones dañinas para la salud de los alumnos.
Una vez equipado los E.P.P se procedió a ingresar al laboratorio, aprendiendo sobre
nuevos materiales como que es catodo, un anodo y el uso de esta en la electro obtención,
también se manejaron equipos como el rectificador y el uso de la celda electrolítica.
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Introducción
La electro obtención de cobre es un proceso electroquímico mediante el cual se recupera
cobre que se encuentra concentrado en una solución con el propósito de producir cátodos
de alta pureza de cobre.
En este proceso la solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de
cobre (CuSO4), es llevada a celdas de electro obtención que tienen dispuestas en su
interior ánodos y cátodos en orden. El ánodo es una placa de aleación base plomo que
corresponde al polo positivo y el cátodo es una placa de acero inoxidable que
corresponde al polo negativo. En estas celdas se aplica una corriente continua la que
circula entre los ánodos y cátodos inmersos en el electrolito; ahí el cobre presente en la
solución a la forma de Cu+2 es atraído por la carga negativa del cátodo y migra hacia él,
depositándose en la superficie del cátodo permanente de acero inoxidable. La reacción
global que ocurre en la celda es:
Durante este proceso de electro obtención de cobre, se producen cantidades significativas
de vapores altamente tóxicos debido a la liberación de burbujas de gas desde los
electrodos, oxígeno desde el ánodo e hidrógeno desde el cátodo. Cuando estas burbujas
de gas ricas en electrolito estallan generan un aerosol ácido conocido como neblina ácida.
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Objetivos
Objetivos específicos Comprender el proceso de la electro obtención.
Procesar diferentes cálculos asociados a la electro obtención.
Objetivos generales La experiencia de utilizar diversos equipos de trabajo (Rectificador y celda
electrolítica)
Superar obstáculos presentes en el laboratorio, con soluciones innovadoras para
lograr el objetivo de moler nuestro material.
Marco teórico
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Electro-obtención (EW): Consiste en la extracción de metales a partir de soluciones en
forma de depósitos de metálicos puros, densos y compactos o depósitos metálicos en
polvo (pulvi-electrometalurgia), o bien depósitos de compuestos metálicos (óxidos,
hidróxidos o sales). La solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de
cobre (CuSO4) es llevada a las celdas de electro-obtención que son estanques
rectangulares, que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solución, unas placas
metálicas. Estas placas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los
ánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por estos se
introduce la corriente eléctrica, en tanto que los cátodos son placas de acero inoxidable,
que corresponden al polo negativo, por donde sale la corriente.
Todas las placas están conectadas de manera de conformar un circuito por el que se
hace circular una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los
ánodos y sale por los cátodos.
El cobre en solución (catión, de carga positiva +2; Cu+2) es atraído por el polo negativo
representado por los cátodos, por lo que migra hacia estos pegándose partícula por
partícula en su superficie de forma metálica (carga cero).
Electrolito: Un electrolito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se
comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de
iones en solución, los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero
también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. En otras palabras es una
solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 (g/L) de Cu y 180 a 200
(g/L) de ácido.
Cátodo: Se denomina cátodo al electrodo negativo de una celda electrolítica hacia el que
se dirigen iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.
Ánodo: Es el electrodo de una celda electroquímica en donde se produce la reacción de
oxidación, en la celda es el polo positivo. Por tanto se denomina ánodo al electrodo
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positivo hacia donde se dirigen los iones negativos dentro del electrolito, que por esto
reciben el nombre de aniones.
Celdas Electrolíticas: Para realizar el proceso de electro-obtención se requiere de
instalaciones especializadas llamadas celdas electrolíticas equipadas con sistemas de
circuitos eléctricos para hacer circular una corriente eléctrica continua de baja intensidad
Reacciones proceso EW
Las reacciones presentes en la EO de cobre son:
Reacción anódica H2O = ½ O2 + 2 H+ + 2e
Reacción catódica Cu+2 + 2e = Cu o
Reacción global Cu+2 + H2O = Cu o + ½ O2 + 2 H+
En la forma molecular es:
CuSO4 + H2O = Cu + ½ O2 + H2SO4.
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En el laboratorio
Equipos, materiales y herramientas
Celda de electro obtención.
Cátodo de acero inoxidable
Ánodos de plomo.
Electrolito cargado de planta.
Rectificador (fuente de poder).
Medidores de voltaje e intensidad de corriente.
Bomba para recirculación del electrolito.
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ProcedimientoEn primera instancia se recibieron las indicaciones por parte del docente, para realizar la
experiencia del laboratorio con los mejores estándares de seguridad posibles en el uso de
los E.P.P adecuados.
La primera parte del laboratorio consistió en tomar las medidas del cátodo, primero se
calculó el volumen total de este para consiguiente medir el volumen útil, el cual es hasta
qué lugar llega el electrolito en el cátodo, para la ejecución de esta tarea se procedió a
utilizar los siguientes materiales como:
Regla.
Fig.1 Cátodo aluminio Fig.2 midiendo volumen útil
Luego de terminar la toma de medidas del cátodo el resultado fue el siguiente:
Volumen total cátodo 196,88 cm3
Volumen útil cátodo 188,471 cm3
Luego de esto se procedió a calcular la intensidad de corriente, donde se entregó la
densidad de corriente que es 250 (A/m2). Donde la fórmula es la siguiente:
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Calculo de la intensidad de corriente I
I = i * SDónde: i: densidad de corriente (A/m2)
S: superficie de las 2 caras del cátodo (m2)
Reemplazando:
I = i * S
Datos
i = 250 (A/m2)
S = 0,0616 (m2)
Resultado
I = 15 A
Dónde: i: densidad de corriente (A/m2)
S: superficie de las 2 caras del cátodo (m2)
Luego de determinar el resultado de la intensidad de corriente la cual fue de 16 amp, se
procedió a limpiar el cátodo con una solución llamada “Orfom”, para luego añadirle unos
topes plásticos denominados “Toper”.
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Fig.3 aplicación Orfom Fig.4 Encaje Toper
Una vez ejecutado el paso anterior se ingresa el cátodo a la celda de electro obtención
dejando un espacio entre este y el ánodo de 5,5 cm y se procede al encendido de la
máquina.
Fig.5 Ingreso cátodo a la celda de electro obtención.
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Una vez que la maquina fue activada se toman los datos del voltaje y el amperaje que
arroja el rectificador cada 5 minutos. Como no se contaba con demasiado tiempo solo se
tomó un tiempo de 35 minutos.
Registro voltaje y amperaje del rectificador
Tabla Registro Voltaje y Amperaje del Rectificador
Tiempo Voltaje Amperaje0 2,58 165 2,49 16,4
10 2,39 1615 2,32 1620 2,28 1625 2,26 1630 2,24 1635 2,24 16
Promedio 2,35 16,05
Al finalizar el tiempo se apaga el rectificador y se procede a retirar el cátodo de la celda y
se lleva a pesar dando un resultado de 3.236kg. Luego se retiran los topes plásticos
dando un peso de 0,126 kg. Con los datos de los pesos obtenidos se procedió a restar
del total los topes plásticos y el cátodo sin metal adherido dando como resultado 0,009 kg
o 9 gr de cobre.
Cátodo mas Cobre 3.236 KG- Cátodo Solo 3.101 KG- Topes 0.126 KG
Total 0.009 KG
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Fig.6 retiro Cátodo de la celda Fig.7 peso cátodo mas el metal
CálculosCálculo de la masa teórica, mf
mf = 1,18 * I * t
Dónde: I: intensidad de corriente (KA)
t: tiempo de electrolisis (Hr)
Reemplazando:
mf = 1,18 * 0,02 (KA)* 0,58 (Hr)
mf = 0,013688 (Kg) o 13,7 (gr)
Cálculo de la eficiencia de corriente, Ec
Ec = (mR / mf ) * 100
Dónde: mR : masa real de depositación (0,009 Kg)
mf : masa teórica de depositación (0,013688 Kg)
Reemplazando:
Ec = (0,009 / 0,0136) * 100
Ec = 66,7 %
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Cálculo del consumo de energía, W
W = 26,81 * (n / M) * (Vcelda / Ec) * 1000
Dónde: n: número de electrones que se intercambian (2 ē)
M: peso molecular del cobre 63,54 gr/mol
Vcelda: voltaje promedio de la celda, 2,1 (V)
Ec: Eficiencia de corriente
Reemplazando:
W = 26,81 * (2 / 63,54) * (2,1 / 0,6617) * 1000
W = 2678,16 (KW Hr /T)
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Conclusión
La experiencia de este último laboratorio fue bastante agradable al observar el proceso de
la electro obtención donde el cobre se depositaba en el cátodo de aluminio, generándose
así a una escala más pequeña sobre lo que ocurre en la grandes mineras las cuales usan
este método para obtener el metal de las rocas.
El Amper que se utilizó para realizar esta tarea no fue el adecuado para nuestro grupo ya
que se tomó la decisión de usar el Amper que le dio al grupo 1 que fue de 16 amp y no
los 15 amp de nuestro calculo, dando así errores en los cálculos obtenidos.
Como un consejo para el docente seria genial para las generaciones que vienen, que en
el primer laboratorio clasifiquen su muestra y trabajen con ella hasta la electro obtención.
Solo queda dar las gracias al profesor Luis Romero Inostroza por la dedicación a las
clases que impartía, seguir adelante aun cuando los equipos del laboratorio estaban en
malas condiciones y por la paciencia de repetir las instrucciones más de 3 veces a
nuestro grupo.
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Bibliografía
Guía Laboratorio de Metalurgia Extractiva. (Electro Obtención)
Luis Romero Inostroza.
aspectos preliminares de la evaluación y efecto de aditivos surfactantes en el
proceso de electro obtención de cobre
C. Vargas y P. Navarro
Universidad de Santiago de Chile (USACH), Facultad de Ingeniería. Departamento
de Ingeniería Metalúrgica.
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