Metalurgia extractiva

EJERCICIOS DE ELECTROMETALURGIA

1) Demuestre que el potencial de equilibrio Ee puede aproximarse al potencial standard E0 en ER de cobre. Datos: T = 60 C; R = 8.134 J/mol/K;
F = 96500 C/eq; E0 (Cu/Cu+2) = 0.34 V; a (Cu+2) = 0.6

2) Determine la diferencia entre los potenciales de equilibrio de la reacción cobre/cúprico sobre el ánodo y el cátodo en ER de cobre. ¿Qué conclusión es posibleextraer?
Datos: Aparte de los señalados en el ejercicio previo, a (Cu, ánodo) = 0.95, a (Cu, cátodo) = 1.00.

3) En una operación de cementación, una reacción anódica controlada por transferencia de carga (ej. Fe/Fe+2) se acopla con dos reacciones catódicas (ej. Cu+2/Cu y H+/H2).
a) Dibuje el diagrama de Evans correspondiente, indicando el potencial y la velocidad de cementación.
b)Deduzca una expresión para calcular el potencial de cementación a partir de una aproximación a la ecuación de Butler-Volmer y de la ley de Fick. Suponga que la primera reacción catódica está controlada por transferencia de carga y la segunda, por transferencia de masa.
Datos: potenciales standard: 0.34 V para cobre/cúprico
-0.44 V para hierro/ferroso
0.0 V parahidronio/hidrógeno

4) Qué diferencia hay entre potencial mixto y control mixto? Defina ambos términos y explique la diferencia por medio de diagramas de Evans. ¿De qué parámetros cinéticos depende la velocidad de una reacción electroquímica bajo control mixto? (no es necesario escribir la ecuación)

5) En una operación de electrorrefinación de cobre, la densidad de corriente de intercambio de ladeposición de cobre es 100 A/m2, la densidad de corriente límite de deposición (módulo) es 350 A/m2, la densidad de corriente crítica de pasivación es de 380 A/m2 y la densidad de corriente del ánodo en el rango pasivo es de 0.001 A/m2. Por otra parte, el límite superior de validez de la ecuación de Butler-Volmer para la deposición de cobre (módulo) es de 180 A/m2.

a) Dibuje el diagrama deEvans que representa esta situación.
b) Cuál es el rango de operación (valor mínimo y máximo) para la densidad de corriente de celda si se respeta la condición de que la deposición debe estar bajo control mixto? Fundamente su respuesta.
Datos: Aparte de los entregados en ejercicios previos, los potenciales standard son: agua/oxígeno 1.23 V

6) En una operación de EO de cobre, sobre elcátodo ocurre la deposición de cobre (sobrepotencial = -30 mV) y la reducción de férrico a ferroso. Sobre el ánodo ocurre la oxidación del agua a oxígeno (sobrepotencial 700 mV), de cloruro a cloro, de ferroso a férrico y la de manganoso a permanganato. Las reacciones principales están controladas por transferencia de carga y el resto por transferencia de masa.

a) Dibuje un diagrama deEvans de este proceso, indicando todas las curvas relevantes (ignore las del plomo) con sus parámetros cinéticos fundamentales, suponiendo que el área anódica es 10 veces mayor que el área catódica.

b) Suponiendo que las áreas anódica y catódica son iguales, derive una expresión para calcular el potencial del cátodo conociendo SOLO los siguientes valores:

- densidad de corriente de celda ytensión de celda
- densidad de corriente de intercambio, coeficientes de transferencia de carga y potenciales de equilibrio para la oxidación de agua a oxígeno
- densidades de corriente límites para las reacciones anódicas controladas por TM.
Indique cualquier suposición o aproximación.
Datos: Aparte de los ya entregados, los potenciales standard son:
ferroso/férrico 0.77 Vcloruro/cloro 1.36
manganoso/permanganato 1.48

7) Derive una expresión para calcular la separación ánodo-cátodo en EO de cobre conociendo: la tensión de celda, la diferencia entre los potenciales de equilibrio de las reacciones anódica y catódica principales, los sobrepotenciales anódico y catódico de las mismas reacciones, la intensidad de corriente de celda, la conductividad del...