Download - Tema 3 40 Electrowinning
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ELECTRO-OBTENCION (EO)DE COBRE
ELECTROWINNING (EW)
Diagrama de Flujos del Proceso LIX-SX-EW
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El Tesoro
Manto Verde
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Lingada
Cátodos
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EO de Cobre
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ELECTRO OBTENCIÓN DE Cu
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Nave de Electrolítica
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• H2O• H2SO4
• CuSO4
• aditivos• Impurezas
Celda Electrolítica
Celda• Electrólito• Anodo (+)• Cátodo (-)
Solución
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Electrólito
Anodo Cátodo
Celda
• Anodo, oxidación: ER: Cuº ----> Cu2++2e E0 = -0.34VEO: H2O ----> 2H+ + 0.5O2 + 2e E0 = -1.23V
• Cátodo, Reducción del ión cúprico:ER y EO: Cu2++2e ----> Cuº E0 = 0.34V
Reacciones Principales
• Reacción Neta en EO:CuSO4(ac) + H2O ---> Cuº + H2SO4(ac) + 0.5O2(g)
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Diagrama Tensión - pH para EW de Cu
0 7 14 pH
-1
1
0 H2OH2
Cuº
Cu2O
CuOO2
CuO22-
H2O
Cu2+Eh
(Volt)
Electrólito: CuSO4 - H2SO4
40 g/L Cu, 180 g/L ácido
Impurezas: Fe (1 g/L), Mn, Cl
Aditivos: CoSO4, guar
Neblina ácida (O2 + H2SO4)
VVmAi
cell
cell
2/350250 2
=−=
ELECTRO-OBTENCIÓN (EO) DE COBRE
R
2+←Cu
− +Cátodo Ánodo
OHO
2
2
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Layout en Electro-Obtención
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Electrolito Rico (*)Cu, g/L 20 - 60H2SO4, g/L 100 - 160Electrolito Pobre (*)Cu, g/L 13 - 30H2SO4, g/L 100 - 200Densidad de corriente, A/m2 150 - 300Eficiencia de corriente, % (*) 75 - 95Voltaje de celda, Volt 2.1 - 2.2Consumo de energía, KWh/kg Cu 2 - 2.4
(*) Incluye valores de EW directa
Datos Operacionales Típicos de EW de Cu
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Calidad Catódica
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• Pureza– Composición del electrolito
• Aspecto– Distribución de corriente, flujo de electrolito,
aditivos, temperatura
Calidad Catódica
COMPOSICION DEL ELECTRÓLITO
trazasAg, AutrazasPb
0.001-0.03 g/LCl0.05-0.2 g/LCo
0.1-4 g/LMn0.1-2 g/LFe40-50 g/LCu
160-200 g/LH2SO4
más abundanteH2OConcentraciónEspecie
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Composicióndel Cátodo
El Cátodo proviene de la EO de soluciones ricas procedentes de SX o de la ER del cobre blister
• Cu (%) 99.970-99.998• Ni (g/t) 0.1-4.0• Pb (g/t) 0.1-10• S (g/t) 3-6• Te (g/t) 0.06-10• Se (g/t) 0.1-10• As (g/t) 0.1-10• Sb (g/t) 0.05-15• Bi (g/t) 0.02-5• Ag (g/t) 0.4-25• Au (g/t) 0.1-0.8• O2 (g/t) 50-200
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ESPECIFICACION QUIMICA CATODOS DE COBRE
Calidad Calidad CalidadGrado "A" Rechazados Standard
Elem. Unidad Concentracion Maxima Concentracion Maxima Concentracion MaximaSe ppm 1.0 2.0 10Te ppm 1.0 2.0 2Bi ppm 1.0 2.0 3As ppm 2 5 15Sb ppm 1 4 15Pb ppm 3 5 25S ppm 9 15 30Fe ppm 5 10 25Sn ppm 10Ag ppm 12 25 25
Se usan valores en ppm.
Sin embargo, es más correcto usar valores en g/ton.
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EFECTOS QUIMICOS
IONIZACION <----> CONDUCTIVIDAD IONICA
SOLUBILIDAD <----> DISOLUCION / CRISTALIZACION
REACCIONES EN SOLUCION: Oxidación
Reducción
Hidrólisis
Precipitación
Complejación
Solubilidad del sulfato de cobre en soluciones acuosas de ácido sulfúrico
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1.01.11.21.31.41.51.61.71.8
0 50 100 150 200 250 300
[H2SO4], (g/L)
Visc
osid
ad a
25°
C,
(mPa
s)
0100200300400500600700800
Con
duct
ivid
ad a
25°
C,
(mS/
cm)
Viscosidad y Conductividad Iónica del AcidoSulfúrico en Agua a 25ºC.
Diagrama Tensión - pH para EW de Cu
0 7 14 pH
-1
1
0 H2OH2
Cuº
Cu2O
CuOO2
CuO22-
H2O
Cu2+Eh
(Volt)
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Potencial Redox
AgCl(S) + 1e < === > Ag(S) + Cl-, Eº = 0.2 V
El potencial redox (Eh) corresponde a una medida del estado de oxidación o reducción de la mezcla de electrólitos disueltos en la solución (equivale a un potencial mixto solución-electrodo).
Se mide con un electrodo de platino que incorpora una solución de referencia (Ag/AgCl).
pH = pHref + [(F/ (2.303*R*T)] * (E – Eref)
pHSensitiveGlass
BufferedInternalSolution
ExternalAqueousSolution
H+
H+Li+
Li+
Li+
.03 to .1 mm
.001 mm
Ag/AgCIInternal Wire
BufferedKCI Solution
Stem Glass
Electrodo de pH
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E Cu2+/Cu° = 0.34 + 0.06 log [Cu2+]
E Fe3+/Fe2+ = 0.76 + 0.06 log {[Fe3+] / [Fe2+]}
E H+/H2 = 0.00 + 0.06 log [H+] = - 0.06 pH
E O2/H2O = 1.23 + 0.06 log [H+] = 1.23 - 0.06 pH
Equilibrios en EW de Cu
Tensión de celda en EO de Cu
Vcell, EO = ΔEe + ηa + |ηc| + IR
R = (1/κ) (dac/A)
ΔEe = diferencia entre potenciales de equilibrio anód. y catód., Vη= sobrepotencial, V
I = intensidad de corriente, AR = resistencia eléctrica, Ωκ = conductividad, Ω-1 m-1
dac = distancia ánodo-cátodo, mA = área superficial del cátodo, m2
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Conductividad del Electrólito2 2
i i ii
F z Cκ λ= ∑
iDi RTλ =
i iD RTλ=
Movilidad Iónica
Difusividad Iónica
(S/cm) ó (1/cm/Ω)
(cm2/s)
(S cm2/equivalente)
Caída de Potencial en la Solución
La resistencia del electrólito (Re) entre pares de electrodos depende de:
- La distancia interelectródica, (d). - El área de los electrodos, (A).- La conductividad del electrolito, (κ).
1e
dRAκ
= *
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Efecto del H2SO4
• Aumenta la conductividad de la solución y por lo tanto disminuye la resistencia ohmica del electrólito. 1.53 M H2SO4 y 0.1M CuSO4 ==> 1/κ = 0.012 Ω
0 H2SO4 y 0.1M CuSO4 ==> 1/κ = 0.740 Ω.
• Disminuye la contribución de la migración al movimiento de los iones Cu2+.
Propiedades Físico-Químicas• Conductividad Eléctrica• Densidad• Viscosidad
λi Di
(Scm2/equiv.) (cm2/s)• H+ 349.8 9.312• Cu2+ 54.0 0.720• OH- 197.6 5.260• SO4
2- 80.0 1.065
Conductancias Equivalentes y Coeficientes de Difusión a 25ºC y Dilución Infinita
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T κ↑ ⇒ ↑H
C κ+ ↑ ⇒ ↑ 2CuC κ+ ↑ ⇒ ↓
• Estimaciones (Price & Davenport 1980; 1981):
κ (S/cm) = 0.134 – 0.00356(Cu, gpl)+ 0.00249(H2SO4, gpl) + 0.00426(T, °C)
¿Cómo se Determinan κ, ρ y μ ?• Mediciones
1/ κ (S/cm) = 3.2 + 10-3 * [1.3(As, gpl) + 7.3(Cu, gpl)+ 4.5 (Fe, gpl) – 5.6(H2SO4, gpl)+ 9.6(Ni, gpl) – 14.6(T, °C)]
3
2 4
( / ) 1.0186 0.0024( , )0.00054( , ) 0.00059 (º )
g cm Cu gplH SO gpl T C
ρ = ++ −
22 4 2 46
( ) 1592 0.0108( ) 2.373( ) ...10
cp H SO H SOμ−
⎡ ⎤= + + +⎣ ⎦
1890... 29.93( ) 76.48 ( ) exp273.15
Cu CuT
⎛ ⎞⎡ ⎤+ + ⎜ ⎟⎣ ⎦ +⎝ ⎠
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Consumo de Energía Eléctrica• Eficiencia de corriente: η =
ij: densidad de corriente utilizadaen la deposición del cobre.
i: densidad de corriente total aplicada.• Energía Eléctrica total, E:
ii j
,0 . 0 3 6
c e l d ac e l d a
j
n V k W hEi m o li
⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠
Resistencia Eléctrica de las Soluciones