electroobtencion de cobre

ELECTRO-OBTENCION DE COBRE
Teoría y Práctica
Dr. Germán Cáceres
Universidad de Atacama
Copiapó, CHILE

1. TEORIA

1.1.

INTRODUCCION

La electro-obtención de cobre se basa en fundamentos termodinámicos y cinéticos.
Los fundamentos termodinámicos provienen de la termodinámica electroquímica, que
estudia los procesos de electrodos en equilibrio, y de la termodinámica iónica queestudia el
equilibrio de los electrolitos.
Los fundamentos cinéticos provienen de la cinética electroquímica, que estudia la velocidad
de las reacciones electroquímicas, cuando a través de los electrodos circula una corriente
eléctrica.
Finalmente, la nucleación y crecimiento del depósito electrolítico se basa en los principios de
la electrocristalización de metales.

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Germán Cáceres

1

1.2.

TERMODINAMICA

Descripción de la celda de electro-obtención de cobre
En la Figura 1, se muestra un esquema de una celda de electro-obtención de cobre.
R

I

e-

A
v

+

O2

Ánodo
Pb/Ca/Sn

H+
H2O

Cu2+

I

Cu
U

Cátodo
Acero
Inox.

Electrolito
CuSO4 + H2SO4

Figura 1: Celda de electro-obtención de cobre
Elelectrolito ácido (pH=0) contiene los iones Cu2+, H+ y HSO4-. Las concentraciones de cobre
varían entre 35 y 50 g/L y las de ácido sulfúrico varían entre 160 y 180 g/L aproximadamente.
Su conductividad específica es de 0,6 S/cm.
El ánodo, polo positivo, es un ánodo insoluble de aleaciones base plomo (Pb/Ca/Sn) sobre el
cual se produce la reacción de oxidación del agua, según:
H2O ---> ½ O2 +2H+ + 2eEl cátodo, polo negativo, es un cátodo permanente de acero inoxidable (316L), sobre el cual
se produce la reacción de reducción de los iones Cu2+, según:
Cu2+ + 2e-  Cu
La reacción global de la celda de electro-obtención de cobre es:
Cu2+ + H2O  Cu + ½ O2 + 2H+
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Potenciales de equilibrio
Ecuación de Nernst
Lospotenciales de equilibrio de los electrodos de la electro-obtención de cobre, están dados
por la ecuación de Nernst:
Ox + ne- = Red
E

Eo

,

Eo

a
RT
ln ox
nF a red

donde:
E = potencial de equilibrio (V)
Eo = potencial estándar (V)
R = constante de los gases = 1,987 (cal/mol K)
T = temperatura absoluta (K)
n = número de electrones
F =constante de Faraday = 23060 (cal/molV)
A 25°C:
E

Eo

a
0,06
log ox
n
a red

En la Tabla 1, se presentan los potenciales estándar de electrodos más comunes en electroobtención de cobre.

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Tabla 1: Potenciales estándar de electrodos a 298 K, 1atm, pH=0.
Reacción de electrodo

E o , Volts

Co 2 e
Co 2
MnO4 4H
3e

1,82
1,70

PbO2

HSO4MnO4

Cl 2

8H

2e

MnO2
O2
Fe
Cu 2
2H

5e

2H 2 O

2e

PbSO4

Mn

2

1,63

2H 2 O

1,51

4H 2 O

1,36

2Cl
4H

4H
3

3H

MnO2

2e
4e

e
2e
2e

Pb 2 2e
PbSO4 H

Mn 2

1,23

2H 2 O

1,23

2H 2 O

2

0,77
0,34
0,00

Fe
Cu
H2
Pb
2e

- 0,13
- 0,30

Pb HSO4

G de la reacción
Para la reacción:

Ox ne
Go

G

Re d(escrita en el sentido de la reducción)

nFE o

nFE

Potencial de equilibrio del oxígeno
H2O  ½ O2 + 2H+ + 2e-

E O2

E Oo 2

p O1 /22 a H2
0,06
log
2
a H 2O

,

EOo 2

1,23V

pO2

1 (oxígeno puro)

aH

1 (ácido sulfúrico pH=0)

,

a H 2O

EO2

EOo 2

1 (agua pura)

1,23V

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4Potencial de equilibrio del cobre
Cu2+ + 2e- = Cu

ECu

o
ECu

,

o
E Cu

a 2
0,06
log Cu
2
a Cu

a cu 2
a Cu

E Cu

o
E Cu

0,34V

1 (1M,

Cu 2

1)

1 (cobre puro)

0,34V

Potencial de equilibrio de la celda
El potencial de equilibrio de la celda de electro-obtención de cobre está dado por la
diferencia de los potenciales de equilibrio de los electrodos,...