ElectroMetalurgia

Auxiliar 2:
Electro Metalurgia
Mi51G Procesos Hidro-Electrometalúrgicos

Semestre otoño 2009
Creado por: Instituto Blest Gana

Operaciones Electro Metalúrgicas
• Electro Obtención: Operación forzada
(ΔG>0, consume energía eléctrica$)

• Electro Refinación: Operación forzada
(ΔG>0, consume energía eléctrica$)

• Cementación: Espontánea (ΔG<0 , gratis)

Celda Electro metalúrgica

Las celdas deER y EO de cobre son paralelepípedos rectos que llevan en
su interior, alternadamente, ánodos y cátodos. Hay n cátodos y n+1 ánodos en cada
celda.
n típico = 60 (60 cátodos y 61 ánodos)
volumen típico = 8 m3

Área de electrodo típica = 1 m x 1 m

La alimentación de corriente a los electrodos se efectúa por medio de dos
busbars, una catódica y una anódica, perpendiculares a los bordes superiores dela
celda.

Balance y eficiencia de Corriente
En un proceso electro químico se igualan las intensidades de corriente:

I   I
i A   i A
a

a

c

a

c

c

Si, y sólo si Aa = Ac

i   i
a

c

La eficiencia de corriente catódica se define como:

corr 

mCu,dep
mCu, Faraday

100

corr 

idep,Cu

i

c, j

100

Consumos de Energía
•

La energía necesaria para la electro deposición es:

W [J ]  Vcell I cell t
• El consumo específico de energía es la cantidad de energía (en
kWh) requerida para depositar 1 kg de metal:

W[J ]
1
CEE [kWh / kg] 
m [kg] 3.6 106
• Para la EO convencional de Cu, el consumo específico de energía es
aproximadamente:

2 [kWh/Kg]

Cosecha de Cátodos y Ánodos
Los cátodos en ER y EO se retiran de la celda (se cosechan) cuando
alcanzan una masapredeterminada (ej. 60 kg). Para alcanzar esta masa
debe pasar un período de tiempo que depende de la densidad de corriente
de celda aplicada.

Típicamente son 8 días en ER de Cu y entre 4 y 7 días en EO de Cu

En ER, los ánodos (de cobre) se retiran (se cosechan) cuando se han
reducido a una fracción predeterminada de su masa inicial (ej. a un 35%) y
se reprocesan en la fundición.

Electro Refinación
•

LaER de cobre es la última etapa en la secuencia aplicada a los
minerales sulfurados de cobre:
EXTRACCIÓN - CHANCADO - MOLIENDA – FLOTACIÓNFUNDICIÓN – ELECTRO REFINACIÓN (ER)

•

En ER, un ánodo de cobre “impuro” (99,5 %) se disuelve en electrólito
ácido y se deposita “puro” (99,99 %) sobre un cátodo. Este proceso ocurre
por aplicación de corriente.

•

El cátodo es una lamina inicial de cobre y elánodo proviene de la fundición
(de las ruedas de moldeo)

Electro Refinación


R

Electrólito: CuSO4 - H2SO4
40 g/l Cu, 190 g/l ácido



Cátodo

Ánodo

Impurezas: As (10g/l), Sb, Bi, etc.
Aditivos: cola, tiourea
Barro anódico: Au, Ag, Pt, Ni, etc.

 Cu 2 

icell  250  360 A / m 2
Vcell  0.3  0.5 V
Reacción Catódica: Deposición de cobre

barro ánodico

Cu 2  2e  Cu 0
Reacción Anódica:Disolución de cobre

Cu 0  Cu 2  2e

Diagrama de Evans (detallado)
icrit  f As 
Cu 0 / Cu 2

ln i

iL

Cu 2 / Cu 0

icell
H  / H2
CuSO4

io
c
Ec Ee, H

Ec

a
Ee, Cu

iP
EA

EF Flade 

Tensión de Celda en ER
Vcell, ER = a + |c| + IR
R = (1/) (dac/A)
η = sobre potencial (V)
R = resistencia eléctrica ()
I = intensidad de corriente (A)
 = conductividad (-1 m-1)
dac = distanciaánodo-cátodo (m)
A = área superficial del cátodo (m2) (por un solo lado)

Problemas técnicos en ER
•

Al alimentar el electrolito desde un extremo de la celda y extraerlo por el
extremo opuesto, la concentración de aditivos (cola y tiourea) va decreciendo
a lo largo de la celda, lo que causa una calidad heterogénea de los depósitos
en distintos sectores de la celda.

•

Si los contactos barra(busbar) - ánodo y barra - cátodo se ensucian (ej. por
sulfatación), se genera una resistencia eléctrica en los contactos que
aumenta la tensión de celda y con ello, el costo energético de la operación.

•

Habiendo Sb presente en el electrólito, conviene que haya una mayor
proporción de As, ya que este elemento contribuye a la decantación de los
barros en suspensión. Empíricamente se sabe que debe...