8/10/2019 EW_cobre
1/7
8/10/2019 EW_cobre
2/7
Electro-obtencin de cobre Temas de Electroqumica Aplicada 2
Las semi-reacciones que ocurren son,
La reduccin del ion cprico,
Cu2++ 2e-= Cu E0= 0.34 [V]
La oxidacin del agua,
2H2O = 4H++ O2+ 4e- E0= 1.23 [V]
Para realizar la electrolisis es necesario aplicar entre los electrodos una diferenciade potencial mayor que la diferencia mnima de electrolisis. Para la obtencin encondiciones estndar esta diferencia de potencial mnima es de 1.23 0.34 = 0.89[V].
De acuerdo con la ley de Nernst el potencial de una placa de cobre a 25C es,
E = E0+ 0.03log[Cu2+]
La reaccin andica que ocurre sobre la placa de aleacin de plomo, es laelectrolisis del solvente. En este caso,
E = E0- 0.06pH
La diferencia de potencial mnima o potencial de descomposicin Edes,
[ ][ ] 5.02
log06.089.02 +
+
+==Cu
HEEE CuOd
que para las condiciones medias reales [H+] 0.5 y [Cu2+] 0.3 vale,
Ed 0.9 [V]
Es interesante desde el punto de vista del consumo de energa minimizar este valorEddisminuyendo la concentracin de cido y aumentando la concentracin del ion
Cu2+. Cuando la electro-obtencin es la etapa que sigue a la lixiviacin esos valoresestn condicionados por la etapa anterior.
La implementacin del proceso de extraccin por solventes hace posible, debido ala pureza de las soluciones, obtener directamente por electro-obtencin ctodos decalidad electro-refinado. En este caso es posible lograr altas concentraciones encobre y en cido. Persiste el problema de contaminacin en plomo proveniente delos nodos.
8/10/2019 EW_cobre
3/7
Electro-obtencin de cobre Temas de Electroqumica Aplicada 3
Cu2+[g/l] 27.3 17.6 14.8 12.6H+ 16.4 29.6 22.7 25.9Fe3+ 0.9 1.9 4.0 4.2Fe2+ 3.8 4.9 3.7 3.9Cl- 0.12 0.14 0.25
Al3+ 9.6 10.0 9.9 10.2slidos 0.75 0.05 0.14 0.11
Algunas composiciones tpicas de soluciones de lixiviacin para electro-obtencin.
La tensin de celda es de 2 a 2.5 [V]. Gran parte de este potencial se utiliza enproducir la reaccin electroqumica. En el electrolito la cada de tensin es tambinalta debido a la relativamente baja concentracin en cido sulfrico.
Las soluciones de lixiviacin para electro-obtencin tienen una conductividad delorden de 0.2 [mho/cm] y el consumo de energa es de 2700 3000 [kWh/ton Cu].
Circuito equivalente para electro-obtencin.
La cada de tensin total para un circuito de electro-obtencin puede expresarsecomo,
E = Ed+ RccI + EeI + a+ c
donde,Rcc : resistencia equivalente de conexiones y barrasRe : resistencia del electrolitoI : intensidad de corriente en la celdaa : sobretensin andicac : sobretensin catdica
8/10/2019 EW_cobre
4/7
Electro-obtencin de cobre Temas de Electroqumica Aplicada 4
adems,
a = RpaIc = RpcI
en que,
Rpa : resistencia de polarizacin andica equivalenteRpc : resistencia de polarizacin catdica equivalente
1.
EFICIENCIA DE CORRIENTE.
La eficiencia de corriente es la razn entre el cobre realmente recuperado y el cobreque tericamente debiera depositarse para la cantidad de corriente entregada, deacuerdo con la ley de Faraday.
terica
realf
M
ME =
=
310
1
1853.1 nt
MEf
en que,
M : peso real de cobre depositado en [kg]I : corriente alimentada en [A]t : tiempo de operacin en [h]n : nmero de celdas
La prdida de eficiencia de corriente se debe a varias causas:
fugas de corriente
disolucin qumica de cobre
cortocircuitos reacciones parsitas
Las fugas de corriente en general no son importantes y no alcanzan al 1% de lacorriente entregada.
Cuando la celda est desconectada elctricamente es susceptible de producirse lasiguiente reaccin,
Cu + H2SO4+ O2 CuSO4+ H2O
La velocidad de esta reaccin es del orden de 2 4 [g/h].
8/10/2019 EW_cobre
5/7
8/10/2019 EW_cobre
6/7
8/10/2019 EW_cobre
7/7
Electro-obtencin de cobre Temas de Electroqumica Aplicada 7
Chambishi(Zambia)
Nchanga(Zambia)
Shituru(Zaire)
Chuquicamata(Chile)
Bluebird(Miami)
SX
Bagdad(Arizona)
SX
Nchanga(Zaire)
Produccin[ton/ao]
20000 110000 125000 130000 5000 6500 100000
Electrolito a
celdaCu [gpl]H2SO4[gpl]Fe2+ [gpl]Fe3+ [gpl]T C
453046
45292.10.555
557
1.81.062
22543.41.430
361460.21.325
50150
27
551500.10.643
Electrolito deceldaCu [gpl]H2SO4[gpl]
2570
2859
3062
860
33151
25185
30185
nodosmaterial
LxA [m]Espesor [m]vida [aos]
Pb-Sb Pb94-Sb6
1.1x0.850.0122 - 3
Pb94-Sb
1.15x0.750.012 - 3
Pb-Sb14-Ag0.6
1.3x0.850.016 - 7
Pb94-Sb Pb-Sb6
1.06x0.880.0152
CtodosLxA [m]ciclo [das]peso [kg]Cu %
540
0.95x0.954 5
40 5099.54
1.05x0.85645
99.75
1.20x0.905 8
7099.9
0.90x0.90860
99.9 99.9
0.95x0.955
8099.5
CeldasLxA [m]Prof. [m]Flujo [m3/h] 0.01
4.5x1.21.0
0.015
20x1.21.3
0.02
5.8x1.11.5
0.05 0.3
6.6x1.11.3
0.1 0.2
Consumoi [A/m2]Ef. Farad.V celda [V][kWh/ton Cu]
180772.5
2700
20085
2.252300
23588
2.152000
13076
2.052200
18080 85
2.02600
195
22200
320882.0
2200
Condiciones de trabajo de algunas plantas de electro-obtencin de cobre.
Recommended