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• Miguel Ramirez

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Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

Facultad de Ciencias Químicas

Proyecto: Electrorefinación de Cu

Materia: Electroquímica

Profesor: Dr. Antonio Montes Rojas

Alumno: Miguel Angel Carlo Ramírez Vargas

5-Diciembre-2019

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Calificación:

Índice. ELECTROREFINACIÓN DE COBRE ........................................................................................... 3 RESUMEN ................................................................................................................................... 3 1.- INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 3 2.-OBJETIVO ............................................................................................................................... 3 3.- Electrorefinación. .................................................................................................................... 3 4.-MARCO TEÓRICO Y REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ......................................................... 5 4.1 Descripción del proceso.......................................................................................................... 5 4.2 Comportamiento de las impurezas ......................................................................................... 7 4.3 Práctica industrial ................................................................................................................... 8 4.3.1. Circuito hidráulico .............................................................................................................. 8 4.3.2. Circuito eléctrico ................................................................................................................ 8 5.- CONCLUSIONES ................................................................................................................ 10

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6.- BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 10

ELECTROREFINACIÓN DE COBRE RESUMEN El proceso de electrorefinación tiene por objeto obtener metales de elevada pureza, en el caso del proceso de electrorefinación de cobre en la práctica se estudió al proceso con una celda electrolítica de una capacidad de 250 cm3 con ánodos de cobre impuro y cátodos de acero inoxidable. 1.- INTRODUCCIÓN La ELECTROREFINACION de un metal consiste en la disolución anódica del metal impuro y el posterior depósito catódico de este metal puro. El proceso de refinación acuosa del cobre es el más importante, pues prácticamente toda la producción de cobre por pirometalurgia es electro refinada. A menor escala, se practica también la electrorefinación de Pb, Ni, Ag, Au y otros metales menores. El cobre bruto o cobre producido en las fundiciones de cobre siempre contiene diferentes impurezas que lo hacen inutilizable para tales propósitos. Por otro lado, el afino al fuego no elimina suficientemente ciertas impurezas, sobre todo antimonio y arsénico; y aparte, si existen metales precisos no se pueden recuperar por este proceso. Mucho del cobre producido se suele afinar por el método electrolítico, esto se denomina electrorefinación; utilizando, como electrolito, solución de sulfato de cobre acidulada, los ánodos se obtienen por moldeo del cobre blíster y los cátodos son placas de cobre puro o de acero inoxidable. Bajo la acción de la corriente que atraviesa la solución, el cobre se desplaza del ánodo al cátodo, donde se deposita como cobre electrolítico de un elevado grado de pureza. La electrorefinación de cobre tiene dos objetivos:  Eliminar las impurezas que perjudican las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, tales como: As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Fe, Co, Ni y Pb.  Recuperar las impurezas valorizables, como: Au, Ag, metales del grupo del Pt y Se. 2.-OBJETIVO Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre.

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3.- Electrorefinación. La electrorefinación es un proceso de purificación de cobre metálico que se lleva a cabo en celdas electrolíticas y consiste en la aplicación de corriente eléctrica, para disolver el cobre impuro. De esta manera es obtenido el cobre de una pureza de 99.99%, lo que permite su utilización como conductor eléctrico.

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Separar las impurezas valiosas del cobre. Éstas pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.

Figura 1: Celda Electrolítica de Cobre 3.1 Principios de la Refinación Electrolítica del Cobre. La aplicación de un potencial eléctrico entre un ánodo de cobre y un cátodo de cobre, sumergidos en una celda que contenga una solución de sulfato de cobre ácida, origina que tengas las siguientes reacciones y procesos. El cobre del ánodo se disuelve electroquímicamente dentro de la solución con lo que se producen cationes de cobre, más electrones. Los electrones producidos por la reacción, son conducidos hacia el cátodo a través del circuito y suministro de energía externo. Los cationes Cu2+ en la solución, emigran por difusión y convección hacia el electrodo negativo. 3.1.2 ¿Cómo se realiza? Se coloca alternadamente un ánodo (plancha de cobre obtenido de la Fundición) y un cátodo (placa muy delgada de metal) en las denominadas celdas electrolíticas, que son como enormes piscinas con una solución de ácido sulfúrico y agua, por las que se hace pasar corriente eléctrica.

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Esta acción hace que el cobre del ánodo se disuelva, produciendo cationes y electrones, los que se dirigen al cátodo y se adhieren a él. Es decir, el cobre se corroe en los ánodos para depositarse en los cátodos (placa metálica).

Figura 3: Proceso de Celda Electrolítica 3.1.3 ¿Qué se obtiene? Una vez terminado el proceso de refinación del cobre mediante electrólisis, los cátodos se retiran de las celdas electrolíticas cada 10 días aproximadamente y se examinan para asegurar su calidad. Finalmente son embalados para su posterior comercialización en los principales mercados del mundo. Como ves, ya estamos listos para hacer negocios con nuestros cátodos de cobre.

4.-MARCO TEÓRICO Y REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

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4.1 Descripción del proceso Los ánodos se moldean en la fundición y son de cobre impuro (99.4 a 99.8 % Cu) y los cátodos son Láminas de cobre puro (99.98 % Cu) u de acero inoxidable sobre el cual se va a depositar el cobre puro.

Resultados del proceso electrolítico:    

Depositación de cobre puro en el cátodo Disolución de cobre impuro en el ánodo El electrolito se enriquece en impurezas y en cobre Se produce un barro anódico, rico en Au y Ag

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Figura 4: Curva de polarización para la electrorefinación de cobre.

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El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 g/l de Cu2+ y 180 a 200 g/l de H2SO4. La temperatura de trabajo es del orden de 60 °C y la densidad de corriente varia entre 180 y 250 A/m2.

4.2 Comportamiento de las impurezas Tabla 1: Rangos de composición industrial de ánodos y cátodos de cobre.

Durante el electrólisis, el cobre y los metales menos nobles que él : As, Sb, Bi, Fe, Co, Ni, Pb, pasan desde el ánodo a la solución; mientras que los metales más nobles como oro y plata, y los sulfuros, selenurios y teluros de cobre y plata, muy refractarios a la disolución electroquímica, no se disuelven, decantan y pasan al barro anódico. El cobre es depositado sobre el cátodo; mientras que los metales menos nobles como Fe, Ni y As permanecen en la solución. Un circuito de purificación del electrolito permite eliminar estos elementos y evitar así que su concentración aumente en solución con el tiempo. El electrolito circula en circuito cerrado en la planta de electrorefinación. Ánodo: Cobre: Cu => Cu2+ + 2e- nobles: Fe => Fe2+ + 2e+ nobles: Au Au sólido que decanta al fondo de la celda. Cátodo: Cobre: Cu2+ +2e- => Cu - nobles: Fe2+ Fe2+: no se depositan

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+ nobles: No están en solución

Además, para mejorar la calidad del depósito catódico, se agrega al electrolito sustancias orgánicas en pequeñas cantidades, llamadas inhibidores de cristalización, tales como : tiourea, cola y avitone. Finalmente, como la concentración de cobre aumenta en el electrolito, debido a la disolución química del óxido cuproso contenido en el ánodo, es necesaria que una parte del electrolito sea sometida al proceso de electro obtención para mantener la concentración de cobre constante en solución. Disolución química (ánodo): Cu2O + 2 H+ => 2 Cu+ + H2O 2 Cu+ => Cu2+ + Cu(precipitado) (dismutación) 3.3 Consumo de energía El consumo de energía es calculado a través de la ecuación P=I*V*t, siendo este 200 – 250 Kwh/Tn 4.3 Práctica industrial 4.3.1. Circuito hidráulico La figura 5 muestra el circuito hidráulico de una planta de ELECTROOBTENCIÓN DE COBRE. El electrolito rico, proveniente del proceso de SX, se bombea a las celdas en paralelo, dónde se deposita parte del cobre disuelto, y vuelve al proceso de SX. El estanque de recirculación permite el mezclado del electrolito rico, proveniente de la SX, con parte del electrolito pobre que se recicla a las celdas. Esta recirculación permite ajustar el balance de cobre en el electrolito que sufre una fuerte variación en la etapa de SX y muy leve en la electroobtención. En el caso de la ELECTROREFINACIÓN DE COBRE, el electrolito circula en circuito cerrado en la planta. Solamente una pequeña parte del caudal del electrolito pasa en un circuito de purificación para bajar el nivel en impurezas del electrolito. 4.3.2. Circuito eléctrico Los circuitos eléctricos de las plantas de electroobtención y electrorefinación de cobre son similares; a pesar de que el voltaje de celda es mayor en el primer caso. La corriente eléctrica continua proviene de un rectificador y alimenta a las celdas en serie. A dentro de cada celda, la corriente atraviesa los electrodos en paralelo (figura 2).

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 Vrectificador = Vcelda x Número de celdas

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Entonces, la corriente y el potencial que debe entregar el rectificador están dados por:

    

Irectificador = Nc x Sc x Icorriente x 2 Vcelda : Potencial entre los cátodos y los ánodos de la celda (V) Nc : Número de cátodos por celda Sc : Superficie de cada cara de un cátodo (m2) Icorriente : Intensidad de corriente (A/m2)

Figura 5: circuito hidráulico de una planta de ELECTROOBTENCIÓN DE COBRE Los datos industriales son los siguientes:

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Cátodos Tiempo de deposición Peso Ánodo Peso Tiempo de disolución Requerimiento de energía

Proceso Mount ISA Acero Cu puro inoxidable 14 días 7 días 2*75 Kg 2.40 - 60 Kg Cu impuro Cu impuro 350 Kg 350 Kg 28 días 20 días 200 -250 350 Kwh/Tn

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Proceso convencional

Eficiencia de corriente Temperatura del baño Densidad de corriente

Kwh/Tn >95% 60 250 A/m2

>97 % 60 250 A/m2

Consumo de Energía (Kwh/Ton de Cu depositado)

5.- CONCLUSIONES El objetivo del proceso de electrorefinación de cobre es obtener un cobre con elevada pureza, en la presente práctica se estudio el proceso, obteniéndose una eficiencia de corriente de 60.15 %, el cual es bajo comparado con los obtenidos en la práctica industrial, en cuanto al consumo de energía es bajo comparado con el industrial, por lo que la practica tuvo un resultado no muy aceptable. En cuanto al estudio del proceso se puede decir que la práctica cumplió con este punto.

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6.- BIBLIOGRAFÍA (1) Universidad Atacama Apuntes de Hidrometalurgia (2) Terkel Rosenquist, " Fundamentos de Metalurgia Extractiva ", ed. Limusa, México, (3) Germán Cáceres, " Electroobtención ", Curso de capacitación, Universidad de Atacama, Copiapó, 1994. (4) Apuntes MET 3322