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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.

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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

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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].

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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.