Aredo Chinga, Víctor Alexander, Villanueva Murga, Alfredo Antonio

 

 

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Ms. Luis Andrés Alvarado Loyola PRESIDENTE

Ms. Juan Antonio Vega Gonzales SECRETARIO

Ms. Agusberto Cortijo García ASESOR

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE MINAS Y METALÚRGICA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA

Efecto de la temperatura, la concentración de sulfato de cobre (4. 5 52) y ácido sulfúrico (24) en el electrolito, sobre la electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316L.

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO METALURGISTA  AUTORES

: Br. AREDO CHINGA, Victor Alexander Br. VILLANUEVA MURGA, Alfredo Antonio

 ASESOR

: Mg. Ing. CORTIJO GARCIA, Agusberto TRUJILLO – PERÚ 2016

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

DEDICATORIA

 A DI OS  Por su infinita bondad y amor, dándome las fuerzas y la perseverancia de seguir adelante

así

alcanzar

mis

metas

y

objetivos trazados.

 A MI S PAD R E S VI CTOR CTOR y MAR I TZA TZA , quienes quienes creyeron que la educación educación es el mejor regalo y la mejor

herencia que se le puede dar a un hijo,

esto es para ustedes los adoro. Gracias, porque ustedes se sacrificaron y dieron todo para que hoy concluya una etapa más de mi formación integral. Gracias papá porque desde el cielo me guías a seguir un camino digno y recto.

 A M I H E R M A N A Y NOV NOVII A B E TTY TT Y y CAROLINA , quienes constantemente me apoyaron a seguir adelante, y a no darme  por vencido a pesar de las dificultades.

V i cto ctor A r edo

i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

DEDICATORIA

 A DI OS M I C R E A D OR  Por iluminar mi vida y mis pasos cada día,  por los triunfos y los momentos difíciles que me han enseñado a valorar mi trabajo  y a todas las personas que me han apoyado.

 A MI S PAD R E S  AL  A L F R E D O y PE R L A , quienes siempre confiaron en mí y me dieron su apoyo incondicional desde que inicie mi carrera, sé que nunca dejarán de alentarme para seguir adelante  porque su amor de padres padres es único. Gracias por todo, son dignos de admirar por todos sus sacrificios para conmigo, los amo.

 A MI S MAE MA E STR ST R OS,  por su apoyo constante en mi formación profesional, paciencia y devoción al instruirme 

 A MI S PAD R I N OS A NA M MA AR Í A y  MA XI M O  por sus consejos diariamente durante

mi

etapa de universitario y además alentarme

siempre

a

cumplir las metas que me he trazado. 

 Alfr  A lfreedo V illa illanue nuevva

ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Nacional de Trujillo y Escuela Académico Profesional de Ingeniería Metalúrgica por los conocimientos impartidos durante los cinco años de nuestra formación profesional.

Al Departamento Académico de Ingeniería de Minas y Metalúrgica M etalúrgica por el uso de los ambientes y equipos de los laboratorios de

“Procesamientos de

metales”, “Corrosión y  protección de metales”; donde se prepararon los materiales y equipos necesarios para la

ejecución del presente estudio.

 Nuestros sinceros sinceros agradecimientos a todos los Doc Docentes entes del Departamento Departamento y en especial a los Ingenieros Luis Wilfredo Aguilar Rodríguez, Nilthon Zavaleta Gutiérrez y Braulio Briceño Roldan, por sus conocimientos, apoyo y colaboración desinteresada en la

 preparación de materiales, aná análisis lisis metalográficas y control de calidad calidad de los resultados resultados..

 Nuestro agradecimiento agradecimiento al Mg. Ing. Ing. Agusberto Cortijo Garc García; ía; por su asesoramiento asesoramie nto en llaa ejecución de las pruebas experimentales, efectuadas en el laboratorio de “Análisis y control   ” 

del Departamento Académico de Ingeniería de Minas y

Metalúrgica; asimismo por las facilidades brindadas pa para ra el uso de materiales, equipos y reactivos químicos necesarios para la culminación del presente trabajo de investigación ii i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Los Autores RESUMEN

El presente trabajo de investigación estudió el efecto de la temperatura, la concentración de sulfato de cobre y ácido sulfúrico sobre la electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316L, para obtener la máxima recuperación de cobre, con alta pureza y de buenas propiedades química químicass y ffísicas. ísicas.

La electrodeposición de cobre se realizó en el laboratorio de “Análisis y control”

diseño experimentaldel Departamento de Ingeniería de Minas y Metalúrgica. Se siguió el trifactorial completo, con tres variables independientes y con 3 réplicas para cada una de las pruebas realizadas; totalizando 81 pruebas.

Para la evaluación de cada variable escogida, se consideró 3 niveles, la variable temperatura tuvo como valores 25, 40 y 60 ºC; la variable concentración de sulfato de cobre tuvo como valores 40, 80 y 120 g/L, y la variable concentración de ácido sulfúrico tuvo los valores de 10, 60 y 100 g/L.

De acuerdo con el análisis de varianza se determinó que la temperatura, la concentración de sulfato de cobre y de ácido sulfúrico tienen un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, además de su pureza y calidad física y química; siendo la concentración de sulfato de cobre en el electrolito, la que muestra un mayor efecto. El mayor peso de cobre depositado y de buenas propiedades químicas y físicas, se obtiene

i v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

con una concentración de 80 g/L de sulfato de cobre, 100 g/L de ácido sulfúrico y a una temperatura de 40 ° C.

Palabras clave:  Electrodeposición de cobre, concentración de sulfato de cobre, ácido sulfúrico, temperatura.

ABSTRACT

The present research studied the effect of temperature, concentration of copper sulfate and sulfuric acid on electrodeposition of copper in cathodes stainless steel 316L, to obtain a good quality copper, with a high recovery rate and higher purity

Copper electrodeposition was performed at the Laboratory of "Analysis and control" of the Department of Mining and Metallurgical Engineering. The complete experimental design was followed 3k; with two replicates for each realized tests; thus they were carried out with 81 trials. t rials.

For the evaluation of each variable chosen, considered three levels. Temperature variable had the values 25, 40 and 60 ° C. The variable concentration of copper sulfate had the values 40, 80 and 120 g / L, and the variable concentration of sulfuric acid had the values 10, 60 and 100 g / L.  According to the analysis of vvariance ariance it was determined that the temperature, the concentration of copper sulphate and sulfuric acid have a significant effect on the electrodeposition of copper, besides its purity and physical and chemical quality; Being the concentration of copper sulphate in the electrolyte, which shows a greater effect. The highest weight of copper deposited and of the best chemical and physical quality is obtained with a concentration of 80 g / L of copper sulfate, 100 g / L of sulfuric acid and at a temperature of 40 ° C.

v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Keywords: Electrodeposition of copper, copper concentration, sulfuric acid, Temperature sulfate.

INDICE

 

DEDICATORIA..................................................................................................... i  AGRADECIMIENTO.............................................................................................  AGRADECIMIENTO...................................................... .......................................iii iii RESUMEN........................................................................................................... iv  ABSTRACT......................................................  ABSTRACT............................................................................................. .................................................... ............. v ÍNDICE................................................................................................................. vi LISTADO DE TABLAS......................................................................................... x LISTADO DE FIGURAS.......................................................................................xii SIMBOLOGÍA.......................................................................................................xiv

CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1.

Realidad Problemática ........................................................... ...................1

1.2.

 Antecedentes ………………. .....................................................................3 ............................................................ .........3

1.3.

Fundamento Teórico ...........................................................

......................5 1.3.1. Mineralogía del cobre.................................................................................5 v i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

a) Mineral oxidado de cobre ………………….……………………………...5 b) Mineral sulfurado de cobre …………………….………………………….5 c) Propiedades y usos del cobre …………………………………………….7 1.3.2. Metalurgia extractiva del cobre………………….........................................7

1.3.3. Extracción Pir ometalúrgica del cobre…………………………….…………..8  

a) Concentración del mineral………….…………………………………...…...8 b) Tostación…………………….………………………………………………...9 c) Fusión………………………………………………….……………….....…...9 d) Conversión……………………………………………….……….…………..10 e) Refinación al fuego…………………………………………………………..11 Moldeo……………………………………………………………….………..12 Electrorefinación……………………………………………………..……....12

f ) g)

1.3.4. Extracción hidrometalúrgica del cobre……………………………………....14

a) Lixiviación………………………………………………..........…….………..14 b) Concentración y purificación de soluciones lixiviadas………….………..18 c) Electrodeposición…………………………………………………………….19 1.3.5. Procesos electroquímicos........................................................................ 20 1.3.6. Procesos electrolíticos............................................................................. 21 1.3.7. Celda electrolítica………………………………………………..…….………22

a) Componentes de una celda electrolítica………………………….………23 b) Celda de electrorefinación…………………………………………….…...24 c) Celda de electrodeposición………………………….……………….…….28 1.3.8. Proceso de electrodeposición del cobre……………………….…………....30 1.3.9. Voltaje total de la celda de electrodeposición de cobre……………………32

a) Voltaje para vencer la resistencia del electrolito……………...…….…...33 b) Voltaje para la reacción redox total de celda ……..………………….......33 c) Voltaje para vencer los fenómenos de polarización...............................34 d) Voltaje para vencer la resistencia de los contactos y conductores  

metálicos………………… ..….…………………………………………….....35 1.3.10. Masa de depósito de cobre………………………………………….……...36 1.3.11. Eficiencia de corriente……………………………………………………….37 v i i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

1.3.12. Densidad de corriente catódica…………………………………………….37 1.3.13. Tipos de depósitos catódicos de cobre……………………………………38 1.3.14. Calidad de los cátodos de cobre producido……………………………....40 1.3.15. Variables que afectan la electrodeposición electrodeposición de cobre…………………....41

a) Efecto de la concentración de sulfato de cobre en el electrolito…………..41 b) Efecto de la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito…………….41 c) Efecto de la temperatura del electrolito………………………………………41 d) Efecto de la agitación del electrolito…………………………………............42 e) Efecto de la densidad de corriente……………………………………………42

f ) Efecto del espacio de separación entre electrodos…………………………42 g) Efecto de la adicción de reactivos químicos en el electrolito………………43 h) Efecto de la viscosidad viscosidad del electrolito………………………………………...44

i ) Efecto Ef ecto de la calidad de los electrodos en la electrodeposición de cobre....44 1.4. Problema. .........................................................................................................47 1.5. Hipótesis. .......................................................................................................47 1.6. Objetivos. .......................................................................................................47 1.6.1. Objetivo general. ...................................................................................47 1.6.2. Objetivos específicos. ...........................................................................47 1.7. Importancia……………………………………………………………………….48

CAPITULO II MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Materiales de estudio. .................................................................................49 2.1.1. Población........................................................................................... 49 2.1.2. Muestra. ............................................................................................ 49 2.1.3. Muestreo.............................................................................................49

2.1.4. Variables independientes. ..................................................................49 2.1.5. Variable dependiente. ........................................................................50 2.1.6. Equipos, instrumentos y reactivos......................................................50 v i i i

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

2.2. Métodos........................................................................................................52 2.2.1 Instrumentos de recolección de datos.................................................52 datos.............................................. ...52 2.2.2. Procedimiento experimental...............................................................53

CAPITULO III RESULTADOS 3.1. Resultados…………....................................................................................56

CAPITULO IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS  4.1. Discusión de resultados..............................................................................66 CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones. .............................................................................................70 5.2 Recomendaciones ......................................................................................71 Referencias Bibliográficas ................................................................................72

APÉNDICE. ......................................................................................................76   APÉNDICE I: Análisis estadístico y de varianza. .............................................77 APENDICE II: Cálculo de la eficiencia de corriente …………………………….. 81  

APENDICE III: Cálculo de la densidad de corriente ……………………………. 83  

APÉNDICE IV: Tablas de datos del proceso. ..................................................85

ANEXOS...........................................................................................................86 i x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

ANEXO I: Figuras de análisis de datos............................................................87 ANEXO II: Fotos de realización de las pruebas. pruebas. ...................... .............................................88 .......................88 ANEXO III: Tablas y gráficos normalizados. normalizados. ................. ...................................................92 ..................................92 ANEXO IV: Ficha técnica del acero inoxidable 316L…………………………...96 ANEXO V: Ficha técnica del sulfato de cobre………………………………….. 99 ANEXO VI: Tablas y gráficos normalizados…………………………………….102

LISTADO DE TABLAS Tabla 1: Principales especies mineralógicas de cobre………………….................6 Tabla 2: Reacciones en la fusión de mata de cobre………………………………..10 Tabla 3:  Concentraciones típicas de impurezas del cobre anódico......................12 Tabla 4: Celdas electroquímicas...........................................................................21 Tabla 5: Rango industrial de composición de los ánodos y cátodos de cobre......26

Tabla 6: Potenciales electroquímicos standard de los elementos

x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

de

electrorefinación

de

cobre

......................

 

.......................……………..27

Tabla 7: Potenciales estándar de electrodos a 298 K..........................................32 Tabla 8: Parámetros típicos para electrodeposición y electrorefinación ....................................................................45

de

cobre.

Tabla 9 Metales que se recuperan por electrodeposición ..................................45 .................................. 45 Tabla 10: Condición de trabajo de algunas plantas de electrodeposición electrodeposic ión de cobre……………………………………………..…46

Tabla 11: Equipos utilizados en el desarrollo de la tesis....................................50 tesis.................................. ..50 Tabla 12: Instrumentos utilizados en el desarrollo de la tesis…………………...50 Tabla 13: Materiales utilizados en el desarrollo de la tesis………………………51 Tabla 14: Matriz de desarrollo de pruebas………………………………………...52 Tabla 15: Matriz de valores del depósito de cobre (g)……………………………56 Tabla 16: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto

a la

concentración de sulfato de cobre (g/L)…………………………..57

Tabla 17: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a

la

concentración de ácido sulfúrico (g/L)…………………………...…58

Tabla 18: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a la temperatura(ºC)………………………………………………………..59

Tabla 19: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las interacciones de la concentración de sulfato de cobre (g/L) y x i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

la concentración de ácido sulfúrico (g/L)………………………………60

Tabla 20: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las

interacciones de la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la temperatura(ºC)……………………………………………………..……62

Tabla 21: Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las interacciones de la temperatura(ºC) y la concentración de

ácido sulfúrico (g/L).……………………………………………………..64

LISTADO DE FIGURAS Figura 1:  Esquema del proceso de obtención del cobre a partir de minerales de ley baja………………..……………………………………..13 x i i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 2: Diagrama de flujo del proceso pirometalúrgico del cobre......................14 Figura 3: Lixiviación In situ ……............................................................................15 Figura 4: Lixiviación en botaderos ........................................................................16

Figura 5: Lixiviación en pilas .................................................................................17

Figura 6: Diagrama general de extracción por solventes......................................19 solventes.................................. ....19 Figura 7: Celda electrolítica y celda galvánica......................................................21 Figura 8: Celda electrolítica...................................................................................23 Figura 9: Electrorefinación de cobre………………………………………………….28 Figura 10: Electrodeposición de cobre..................................................................29 Figura 11: Proceso de electrodeposición de cobre…... ……………………………30 Figura 12: Clasificación de tipos de depósitos metálicos ............................... .....................................39 ......39 Figura 13:  Esquema del procedimiento experimental del proyecto……………….55 Figura 14: Efecto de la concentración de sulfato de cobre sobre el depósito

de cobre……………………………………………………………………..57

Figura 15: Efecto de la concentración de ácido sulfúrico sobre el depósito de cobre……………………………………………………………………..58

Figura 16: Efecto de la concentración de la temperatura sobre el depósito de

cobre……………………………………………………………………..59 

Figura 17: Efecto de la interacción de la concentración de sulfato de cobre y x i i i

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

la concentración de ácido sulfúrico sobre el depósito de cobre………61 Figura 18:

Efecto de la interacción de la concentración de sulfato de cobre y

la

temperatura sobre el depósito de cobre……………………………...63 Figura 19:

Efecto de la interacción de la concentración de ácido sulfúrico y

la

temperatura sobre el depósito de cobre……………………………..65

x i v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

SIMBOLOGÍA

Cu2SO4

: Sulfato de cobre

Cu2SO4.5H20 : Sulfato de cobre pentahidratado H2SO4 

: Ácido sulfúrico

Cu2+  g/L

: ión cobre

ºC

: gramos por litro : grados centígrados

mV Kg

: milivoltios : Kilogramos

Eº

: potencial de equilibrio

V  A/m2 

: voltio : Amperio sobre metro cuadrado

g

: gramos

mm

: milímetros

n

: Número total de réplicas a

:

Niveles de velocidad de agitación b

: Niveles

de concentración de ácido sulfúrico c

: Niveles

de temperatura D

: Diferencia máxima entre niveles σ : Desviación estándar 2

∅ 

: Tamaño de muestra x v

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

 

: ijk - ésima observación μ

:

media global para todas las observaciones  

: Efecto del tratamiento A

 

: Efecto del tratamiento B

  () 

: Efecto del tratamiento C : Efecto de la interacción A y B en el nivel i, j.

() 

: Efecto de la interacción A y C en el nivel i, k.

()  

: Efecto de la interacción B y C en el nivel j, k.

() 

: Efecto de la interacción A, B y C en el nivel i, j, k.

 

: Componente aleatorio del error para cada una de las mediciones.

i

: número de niveles de A

k

: número de niveles de B : número de niveles de C

l

: número de réplicas F0 

SST SSA

: Razón de medidas de cuadrados del factor con respecto a la medida de cuadrados del error. : Suma de cuadrados del total de los tratamientos. : Suma de cuadrados del efecto A.

SSB

: Suma de cuadrado cuadradoss del efecto B.

SSC

: Suma de cuadrado cuadradoss del efecto C.

SSAB

: Suma de cuadrado cuadradoss de la interacción AB.

SSAC

: Suma de cuadrado cuadradoss de la interacción AC.

SSBC

: Suma de cuadrado cuadradoss de la interacción BC.

SSABC

: Suma de cuadrado cuadradoss de la interacción ABC.

SSE

: Suma de cuadrado cuadradoss del error. x v i

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

MSTr

: Media de los cuadrados de los tratamientos

MSE

: Media de los cuadrados del error

x v i i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

1.1. Realidad problemática Hoy en día en el mercado nacional e internacional se ha presentado una crisis por la cotización del cobre que ha disminuido en su precio y producción, siendo esto el causante del estancamiento de muchos proyectos mineros aprobados en el país para la extracción de cobre, teniendo así un incremento de desempleo en el sector minero. Existen procesos actualmente que se han utilizado por muchos años en la obtención del cobre de manera eficaz y a bajo costo. La obtención del cobre comprende 2 procesos principales tales como la Pirometalurgia y la Hidrometalurgia, siendo el proceso pirometalúrgico el método que produce el 80% del cobre producido a nivel mundial, así como el método hidrometalúrgico produce el 20% restante; cabe resaltar que luego del proceso hidrometalúrgico, se extrae el cobre refinado por medio de procesos electrometalúrgicos, que comprende la electrodeposición de cobre desde soluciones lixiviadas y purificadas. purif icadas. La minería en el Perú presenta un panorama distinto ya que la minería aurífera ha decaído; y el cobre es el segundo mejor sustento de nuestra minería lo que nos conlleva a la mejora de métodos rentables económicamente para la extracción de cobre, siendo uno de los principales métodos la electrodeposición. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

 

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

La electrodeposición (deposición electrolítica) es usada para la extracción de los metales a partir de soluciones acuosas adecuadas para ser usadas como electrolito. Cuando pasa la corriente eléctrica, causa la descomposición de esta solución (electrolito), y los iones metálicos se depositan en el cátodo de donde son separado después de un tiempo adecuado. El metal depositado es relativamente puro y solo necesita ser fundido y moldeado en planchas o lingotes para su uso comercial. Los cátodos pueden ser una placa del mismo metal (cobre) o ser depositado en un metal diferente (acero inoxidable) de donde la capa depositada será separada en un tiempo adecuado. Los ánodos son conductores eléctricos insolubles y se hacen de plomo-estaño -calcio o de una aleación de plomo (99%) y plata (1%).

El voltaje teórico requerido para la electrodeposición de cobre de una solución de sulfato de cobre es entre 2- 2.5 voltios, pero en la práctica cada planta aplica su voltaje según como su proceso lo requiere. La concentración de sulfato de cobre (CuSO 4) y la concentración de ácido sulfúrico (H2SO4) en el electrolito, son factores críticos que influyen directamente en la extracción del cobre por medio de la electrodeposición. En plantas que operan con soluciones lixiviadas y extracción por solventes utilizan concentraciones de cobre entre 30-50 g/L, y de ácido sulfúrico entre 130-160 g/L. Además de tener en cuenta otros factores como los aditivos orgánicos, reactivos químicos, impurezas, entre otros. Por otro lado, la temperatura es muy importante y en la mayoría de plantas de electrodeposición, hay una temperatura de solución óptima. Si la temperatura es muy alta, la velocidad de corrosión del ánodo se incrementa, provocando la contaminación de la solución con plomo, y reduciendo la vida útil del ánodo. El depósito del cátodo puede ser afectado por temperaturas inferiores y superiores del óptimo. Es por ello, que la investigación se enfoca en evaluar estas condiciones para obtener la máxima deposición del metal, de alta pureza y de la mejor calidad química. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by s/by nc sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

La calidad química de los cátodos está ligada fuertemente con la calidad física o apariencia presentada por el deposito; estableciéndose en la práctica operacional, que un deposito liso, denso y coherente presenta mejor calidad química que otro rugoso, poroso e incoherente. i ncoherente.

1.2. Antecedentes Antecedentes Según Cáceres (1992) en su libro Hidrometalurgia y electrometalurgia, nos menciona que el proceso de Electrodeposición, se lleva a cabo en una celda electrolítica, donde circula continuamente el electrolito acuoso que contiene disuelto CuSO4  y H 2SO4 y que proviene de la planta extracción por solventes. El  

electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 30 y 50 g/l de Cu2+ y 130 a 160 g/l de H2SO4; la temperatura de trabajo es del orden de 40 °C. En el proceso de Electrodeposición, otras sustancias denominadas aditivos (sulfato de cobalto y guarfloc) pueden ser agregadas al electrolito para mejorar los resultados del proceso. La densidad de corriente se mantiene entre 250 y 300  A/hm2, para tener la producción más alta posible compatible con una buena calidad del depósito. En cada celda, los cátodos de acero inoxidable (1 m 2) se posicionan entre dos ánodos de plomo aleado y permanecen alrededor de 6-7 días recibiendo cobre en sus dos caras, logrando cosechar un peso de 45 a 55 kg de cobre catódico por cara. Para Rodríguez (2003) en su artículo nos comenta que a temperatura ambiente y sin agitación mecánica el potencial de reducción más adecuado para la electrodeposición del cobre es –1175 mV. A este potencial, tanto el rendimiento de la electrólisis como el aspecto de las muestras son satisfactorios. Además, pudo comprobar que, a potencial constante (E = -1175 mV), temperatura ambiente, con y sin agitación mecánica, la velocidad de deposición del cobre sobre el acero inoxidable es uniforme y constante a través del tiempo. A potencial constante, el aumento de la temperatura y/o la intensidad de la agitación 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by s/by nc sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

mecánica aumentan la densidad de corriente catódica, sin embargo, las altas temperaturas perjudican el aspecto de los depósitos y provocan el recubrimiento del ánodo. En el proyecto de Arriagada (2006) nos manifiesta que el consumo específico de energía se incrementó al utilizar un electrolito más diluido (se usaron electrolito de 40 g/L al principio y otro de 10 g/L), debido al efecto combinado del aumento en la tensión de celda y la disminución de la eficiencia de corriente. Al usar una concentración inicial menor de cobre en el catolito se produce una reducción en el potencial de equilibrio 0 de la reacción catódica, lo que conlleva un aumento de la diferencia entre potenciales de equilibrio de las reacciones catódica y anódica. Este efecto, es el responsable de la mayor tensión de celda observada durante el transcurso del experimento que desarrollo.

Según Chamorro y Jiménez (2011) en su tesis plantean que en la electrodeposición de cobre, trabajando con un litro de electrolito acidificado a 0.8 de pH para mejorar la conductividad eléctrica y a un volteje de 2.5 V variando el número de cátodos y ánodos para encontrar una mejor densidad catódica. Determino así los parámetros operativos para la electrodeposición a una densidad catódica de 141.1 A/m2 con un tiempo de 2 horas en donde se ve que la deposición del metal es mayor logrando alcanzar 10.690 gr de cobre. Para Davenport et al. (2011), en su libro Metalurgia Extractiva del Cobre, nos manifiesta que para reducir al mínimo el consumo de energía, la conductividad del electrolito es una consideración importante, es por ello que una temperatura de 4555 ºC es óptima para la conductividad. También menciona que, si la acidez del electrolito es alta, pueden mejorar la conductividad de esta, pero si excede los límites puede causar la degradación hidrolítica de la fase orgánica si el proceso se realiza por extracción por solventes; además de generación de niebla acida y corrosión de los ánodos, lo que influye en la electrodeposición. Por esta razón, la concentración de ácido en el electrolito se limita generalmente a 190-200 g / L en proceso de extracción por solventes / electrodeposición.

4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by s/by nc sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Según el informe de Innovación tecnológica de la empresa COPPEX “Engineering & Technologies” (2012), nos menciona que al trabajar en su planta

piloto pudieron comprobar que a mayores densidades de corriente pudieron obtener mayor cantidad de electrodeposición de cobre. Asimismo, al aumentar la temperatura en el sistema (electrolito-sulfato de cobre) las densidades de corriente aumentan, lo que conlleva por ley de Faraday a un aumento de electrodeposición del cobre. La eficiencia catódica es mayor conforme se aumenta el amperaje. Según Aguilera (2016) nos manifiesta sobre el proceso ISA donde utiliza una placa de acero inoxidable 316 L como cátodo, de 3- 3,3 mm de espesor y con alrededor de un metro cuadrado de superficie útil de deposición por cara. Estos cátodos tienen ventaja debido a que generan menor espaciamiento ánodo – cátodo y más electrodos por celda; reducción de cortocircuitos, eliminación de la corrosión; mayor densidad y eficiencia de corriente.

1.3. Fundamento teórico

1.3.1. Mineralogía del cobre a) Mineral oxidado de cobre Los minerales oxidados de cobre siempre se encuentran en depósitos superficiales, producto de la oxidación natural en el tiempo, t iempo, de minerales sulfurados situados debajo de la superficie. La malaquita, azurita, crisocola, cuprita, tenorita, entre otras son considerados minerales oxidados de cobre. (Surco, 2012).

b) Mineral sulfurado sulfurado de cobre La calcopirita (2), es la principal especie mineralógica de cobre y se encuentra muchas veces asociada a la pirita ( 2), metales preciosos como oro y plata principalmente. Los minerales sulfurados son ocurrencias primarias de cobre obtenido por minado subterráneo, entre las que tenemos: covelita, bornita, calcosina, entre otras. (Surco, 2012). 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 1. Principales especies mineralógicas de cobre, tanto sulfuradas como oxidadas.

6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Fuente: Surco. (2012). "Optimización del proceso de aglomeración y Lixiviación en una planta de lixiviación de cobre”. Tesis para optar el título tít ulo de Ingeniero Químico. Universidad Nacional de

Ingenieria. Lima. Perú. (p. 19).

c) Propiedades y usos del cobre

7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

El cobre tiene excelentes propiedades mecánicas y es el segundo mejor conductor después de la plata a la que aventaja por su bajo precio. Tiene buena resistencia a la corrosión y extraordinaria ductilidad lo que permite transformarlo en alambres de hasta 0,025 mm. mm . 

Se utiliza en cables y líneas de alta tensión exteriores, en el cableado eléctrico de interiores, enchufes y maquinaria eléctrica en general, generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, 25 aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.

 

Es también el mejor conductor del calor lo que explica su uso en situaciones en las que se desee calentar o enfriar rápidamente como refrigerantes, intercambiadores de calor, pailas, utensilios de cocina, etc. No tiene propiedades magnéticas lo que permite su uso en construcción eléctrica, electrónica, armamentos, relojería, etc. Al ser un metal resistente a las condiciones ambientales se utiliza en techos, grandes esculturas, cúpulas.  cúpulas.  El cobre ayuda a la formación de la hemoglobina por lo que debe ser ingerido diariamente en muy pequeñas cantidades. Sus compuestos derivados tienen efecto bactericida y evitan la proliferación de algas es por eso que se agregan a las piscinas y estanques (sulfato de cobre) y se utilizan ut ilizan en agricultura.  agricultura.  

1.3.2. Metalúrgica Extractiva del cobre Después de la extracción de la mina, el mineral de cobre es llevado a la planta de beneficio, donde es chancado, clasificado y molido. Dependiendo de las características mineralógicas y el contenido de cobre, se determina qué tipo de proceso se debe aplicar. Si se trata de un mineral sulfurado de alto contenido de cobre, sigue el proceso de flotación donde se logra concentrar la calcopirita principalmente y otros metales m etales de valor económico considerable, tales como el oro (Au) y plata (Ag). De esta 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

manera obtenemos un concentrado de cobre, siendo este un producto semirefinado y comercializado internacionalmente para su procesamiento en las unidades de refinación, siguiendo procesos pirometalúrgicos. pirometalúrgicos.   Si se trata de un mineral oxidado de cobre sigue el proceso pr oceso hidrometalúrgico para su tratamiento. Por esta vía (lixiviación y electrodeposición) obtenemos directamente cobre fino de alta pureza, llegando a tener 99,999% de cobre. (Surco, 2012).   2012).

1.3.3 Extracción pirometalúrgica del cobre La extracción de metales por pirometalúrgia se lleva a cabo mediante operaciones por vía seca que se realizan a altas alt as temperaturas entre productos en estado sólido, líquido o gaseoso. Debido a que la mayoría de los metales son excelentes reductores, normalmente los metales están en la naturaleza combinados químicamente con otros elementos, formando compuestos de diversas clases, que es preciso tratar convenientemente para poder obtener el metal. Estas combinaciones no se encuentran con frecuencia puras, sino mezcladas con otras materias formando minerales.

Por lo tanto, los minerales estarán formados por dos componentes: la mena, que es el mineral propiamente dicho y la ganga, que son las materias estériles. La secuencia del procesamiento de los materiales metálicos por pirometalúrgia incluye las siguientes etapas:

a) Concentración del mineral El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5-0,2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo, mediante flotación. La flotación es la separación selectiva (sin reacción química) entre los minerales de mena y la ganga. En el proceso se se utilizan depresores, depresores, activantes y espumantes. Los depresores son reactivos químicos iónicos que recubren las partículas y las llevan al 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

fondo del tanque. Los espumantes son un tipo tipo de jabón que forma es espuma. puma. L Los os activantes cubren solo al min mineral eral que se quiere separar e iimpide mpide que este se moje, por lo que flota hasta la espuma en la parte superior del tanque. Esta espuma es sacada del tanque, para luego ser filtrada, obteniéndose un concentrado que contiene entre 20 y 45% de cobre, los otros dos componentes principales son el azufre y el hierro, además de otros metales entre los cuales se encuentran el oro y la plata como positiva y el plomo, arsénico y mercurio como impurezas. (Surco, 2012). 

b) Tostación Es un proceso metalúrgico usado como pre-tratamiento de concentrados sulfurosos que implica reacciones sólido-gas a temperaturas elevadas con el fin de

eliminar y purificar elcapturar componente metálico. de Se utiliza por ejemplo para volatilizar el arsénico algunos concentrados con altoy porcentaje de este metal. Una reacción de equilibrio para el tostado de la calcosina es:      +    →    +     

c) Fusión Dentro de una fundición existen una serie de etapas necesarias para la obtención del producto final, estas son: Secado, Fusión, Conversión, Refinación y Moldeo.

El concentrado de cobre tostado se recibe en la Fundición, cuya primera etapa industrial es la Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1300 º C. En el horno el azufre se convierte en gas 2, mientras que el cobre y el hierro conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce en el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se extrae del horno formando parte de un producto que se denomina mata de cobre, con un contenido 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice. A continuación se presentan algunas de las reacciones presentes en la fusión con su respectiva entalpia. (Cárdenas, s.f.).

Tabla 2. Reacciones en la fusión de mata de cobre. 

Reacción  + ()  () + () =  +   +

199.04

 + ()  () + () =   +

227.138

 + ()   + () + () =  + 

137.076

() + () =  + () 

264.484

 + ()   + () + /() = 

502.918

 + / () =    +

295.513 40.193

 +  =    + Fuente: Cárdenas, C. (s.f)

“Pirometalúrgia  del cobre”. Termodinámica para materiales

facultad de minas. Universidad nacional de Colombia. Medellín. Colombia. (p.3)

d) Conversión En esta operación el objetivo es eliminar el hierro y azufre de la mata para producir Cobre Blíster con un 98.5% de Cu aproximadamente. Esto se logra oxidando el hierro y el azufre contenido en la mata gracias a un flujo de aire comprimido que entra por las toberas del convertidor. Las reacciones exotérmicas representativas de este proceso son:

 +   +  +  =  ..  +  

 +  +    +  = 

……(Soplado a Escoria) 

...…(Soplado a Cobre blíster)  11

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

 Al eliminar eliminar el azufre y el hierro de la mata, las dos fases, líquidas e iinmiscibles, nmiscibles, se separan por gravedad. La fase metálica, la más pesada (cobre blíster) se deposita debajo, mientras la más ligera (escoria oxidada) en la parte alta porque su densidad es menor. (Cárdenas, s.f.).

e) Refinación a fuego Tiene por objetivo reducir las impurezas, principalmente oxígeno y azufre presentes en el cobre blíster y en menor grado otras impurezas metálicas (Plomo, Zinc, Arsénico, Antimonio, etc.) con el fin de generar ánodos de buena calidad física, química y mecánica. Se realiza r ealiza a temperaturas entre 1150 y 1200°C. Esto implica la fundición del cobre blíster con aire para oxidar las impurezas de los metales reactivos para la escoria. Luego, el

es reducido mediante

“poling” , donde la madera puede ser añadida como fuente de

, de tal

manera que:

   +   →   +    

 

 

 

La combustión de la madera permite captar el oxígeno que contiene el cobre blíste blí sterr co como mo im impur purez eza a y lo lo tra transf nsform orma a en anhídr anhídrido ido car carbó bónic nico o(

), q que ue e ess liber liberad ado o

a la atmósfera. El producto obtenido se denomina cobre RAF (refinado a fuego), o cobre anódico. Suficiente

requiere una práctica de desoxidación. Una aproximación a

esto es añadiendo fosforo para remover oxigeno como

. El producto resultante

con 99.5% de cobre es llamado Cobre fosforoso desoxidado. Aunque su conductividad eléctrica se reduce por el desoxidante. (Cárdenas, s.f.). 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 3. Concentraciones típicas de impurezas del cobre anódico. Concentración 

Impurezas O

1200 - 1800

S

20 - 30

 As

1000 - 1500

 As/Sb

>4

Cárdenas. (s.f.). "Pirometalurgia del cobre ”. Termodinámica para Materiales. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Colombia. (p. 5).

Fuente:

f) Moldeo Es el enfriamiento del cobre anódico en moldes con el fin de formar ánodos sólidos. El moldeo se realiza en “ruedas de moldeo” que son plataformas rotatorias con moldes ubicados circunferencialmente que giran a medida que éstos son llenados con cobre anódico.

g) Electrorefinación El producto refinado a fuego (ánodo) puede ser electrolíticamente refinado. Los ánodos pasan a la Refinería, que es la fase final del proceso de producción de los cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. El proceso utilizado u tilizado consiste en 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

disponer en celdas (balsas) los ánodos que actúan como electrodo positivo, separados por una placa inerte que actúa como electrodo negativo, sumergidos en una disolución de sulfato de cobre denominada electrolito y utilizar una corriente eléctrica de bajo voltaje, que al ser selectiva para el cobre disuelve los ánodos en el electrolito y los iones de cobre resultante se depositan sobre la placa inerte obteniendo los cátodos que son unas planchas de 1 metro cuadrado de superficie y un peso de 55 kg. (Cárdenas, s.f.).

14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 1. Esquema del proceso de obtención de cobre a partir de minerales de ley baja.

Aguilar (s.f.) Metalurgia Extractiva del Cobre. Pirometalurgia e hidrometalurgia. Diapositivas. (p. 10). 10). Recuperado de: http http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmII ://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmII/4.pdf /4.pdf

Fuente:

15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Fuente: Introducción Generalidades del cobre Metalurgia del Cobre Proceso Pirometalúrgico. Figura 2. Diagrama de flujo del proceso pirometalúrgico  de cobre. 

Proceso Hidrometalúrgico Clasificación del Cobre y Aleaciones. (s.f.). Diapositivas de SlidePlayer. (p. 13). Recuperado de: de: http://slideplayer.es/slide/159188

1.3.4 Extracción hidrometalúrgica del cobre La hidrometalurgia es la rama de la Metalurgia Extractiva que estudia todos los procesos extractivos que ocurren en medios acuosos, que permiten la extracción y obtención de metales y/o compuestos desde sus minerales o materiales de reciclaje (chatarras, escorias, cementos metálicos, barros anódicos, etc.). Los procesos pr ocesos hidrometalúrgicos comprende comprenden n las siguientes etapas

a) Lixiviación La Lixiviación es la operación unitaria fundamental f undamental de la hidrometalurgia y su objetivo es disolver en forma parcial o total un sólido con el fin de recuperar algunas especies metálicas contenidas en él.  Lixiviación

IN SITU 16

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Es la lixiviación de residuos fragmentados en minas abandonadas (In Place Leaching) o a la lixiviación de yacimientos que no se pueden explotar en forma convencional, ya sea por motivos técnicos y/o económicos, en este caso se riega el yacimiento “en el mismo lugar“, evitándose costos de extracción y

de transporte. Este tipo de lixiviación se caracteriza por bajos costos de inversión y de operación. En la figura 3, se puede observar un esquema de este tipo de procesos.

Figura 3. Lixiviación In Situ

Hidrometalurgia. (s.f.). Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de Santiago de Chile. Chile. (p. 192). Recuperado de: http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo14.pdf Fuente:

 

Lixiviación en botaderos

La lixiviación en botaderos consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (menores de 0.4%) no pueden tratarse por métodos convencionales. Estos materiales se han ido acumulando a través de los años a un ritmo que en algunos casos pueden ser 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

de varios cientos de miles de tonelada al día. La mayoría de los botaderos se construyen en áreas adecuadas cerca de la mina. Este tipo de procesos no requiere inversión en mina ni tiene costos asociados a transporte, lo que los hace ser proyectos atractivos del punto de vista económico. En el caso del cobre las recuperaciones fluctúan entre 40 a 60% en alrededor de 3 años de operación. En la figura 4, se muestra un esquema típico de este tipo de procesos.

Figura 4. Lixiviación en Botaderos Fuente:

Hidrometalurgia. (s.f.). Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de

Santiago de Chile. Chile. (p. 193). Recuperado de: http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo14.pdf

 

Lixiviación en pilas

Este método se aplica a minerales de cobre oxidados y a minerales mixtos de cobre de baja ley. Desde la década de los ochenta se ha incorporado un proceso de aglomeración y curado con el objetivo de mejorar las cualidades físicas del lecho poroso y producir la sulfatación del cobre presente en la mena. La aglomeración de partículas finas y gruesas con la adición de agua y ácido concentrado pasó a constituir una operación unitaria de gran importancia en la 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

lixiviación en pilas, pues, como pretratamiento previo a la lixiviación en lecho irrigado tiene los siguientes objetivos: - Uniformar el tamaño de partículas, partículas, ligando los finos a los gruesos, evitando el comportamiento indeseable de un amplio rango de distribución de tamaños. - Homogenizar la porosidad de un lecho lecho de partículas e incrementarla incrementarla.. - Optimizar la permeabilidad permeabilidad de un lecho y la consiguiente o operación peración de lixiviación mediante la aglomeración. - Facilitar el tratamiento tratamiento por lixiviación, co con n los propósitos d de e disminuir los costos de inversión y operación del proceso extractivo.

Figura 5. Lixiviación en Pilas

19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento No Comercial Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Fuente: Hidrometalurgia. (s.f.). Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de

Santiago de Chile. Chile. (p. 198). Recuperado de: http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo14.pdf

b) Concentración y purificación de soluciones lixiviadas Una de las técnicas más utilizadas en la actualidad corresponde a la extracción por solventes. La extracción líquido-líquido o extracción por solventes es un proceso que implica el paso de una serie de metales disueltos en forma de iones en una fase acuosa a otra fase líquida, inmiscible con ella, conocida como fase orgánica. Durante el contacto líquido-líquido se produce un equilibrio en el cual las especies en solución se distribuyen en las fases acuosas y orgánicas de acuerdo a sus respectivas r espectivas solubilidades.

Esta técnica se emplea en metalurgia con tres tr es fines fundamentales: concentrar, purificar y separar los elementos o metales disueltos. Normalmente estas funciones son inseparables para el predominio que una ejerce sobre la otra, hace que la extracción con solventes solventes tenga una funci función ón específica que se intercala en distinto lugar del diagrama de flujo de un proceso metalúrgico. Por ejemplo, cuando predomina la acción de concentrar, su aplicación está íntimamente ligada con la recuperación de cationes de menas pobres en minerales de interés.

Con fines de purificación se emplea en aquellos casos en que el precio y la utilización de un metal crecen significativamente con la pureza; la aplicación más inmediata está relacionada con los materiales nucleares, aunque en éstos también se usa con fines de concentración. Con fines de separación puede ser rentable el uso de esta técnica, en la separación de elementos de ciertas menas en que de todos los elementos presentes solo algunos son valiosos.

20

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento No Comercial Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 6. Diagrama General de Extracción por solventes Fuente: Hidrometalurgia. (s.f.). Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de

Santiago de Chile. Chile. (p. 199). Recuperado de: http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo14.pdf

c) Electrodeposición La electrodeposición de un metal se basa en la electrolisis de soluciones acuosas o sales fundidas con ánodos insolubles. Usualmente se realiza en una solución acuosa de los sulfatos de un m metal etal en ácido sulfúrico, con el fin de evitar la deposición de los hidróxidos del metal. El ácido sulfúrico se selecciona debido a su precio relativamente bajo. Las reacciones básicas durante la electrodeposición de soluciones acuosas son: la deposición del metal deseado en el cátodo y la evolución del oxígeno en el 21

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento No Comercial Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

ánodo; desde que el oxígeno se desprende en el ánodo, la concentración de los iones metálicos disminuye y la ácidez del electrolito aumenta, lo cual puede originar una evolución del hidrogeno junto con la deposición del metal en el cátodo

1.3.5 Procesos electroquímicos Un proceso de naturaleza electro-química se caracteriza por presentar la realización simultánea de dos reacciones denominadas anódicas y catódicas. En la primera sucede una transformación química de oxidación y se liberan electrones. La reacción catódica involucra un proceso químico de reducción con participación de los electrones liberados en el ánodo y que viajan por conductores electrónicos  (cables) que unen el cátodo con el ánodo. En la solución, no hay desplazamiento de electrones, sino que los iones se desplazan en la solución. Los aniones (-) van hacia el electrodo de carga positiva y los cationes (+) hacia el electrodo de carga negativa. El electrolito es un conductor iónico.

Los procesos electroquímicos pueden ser clasificados en galvánicos y

electrolíticos  según sean o no espontáneos. Los primeros suceden en forma natural y la celda se denomina galvánica. Los no espontáneos o electrolíticos se realizan por medio de la aplicación de corriente externa y se realizan en una celda llamada electrolítica. En la figura 7, se ilustran ejemplos de celdas electrolíticas (A) y celdas galvánicas (B).

Los procesos de electrodeposición de metales no son espontáneos y necesitan un aporte de energía eléctrica para ser forzados a ocurrir. La fuente de

energía eléctrica debe proporcionar corriente continua o directa (DC) a la celda, permitiendo el flujo forzado de electrones entre el ánodo y el cátodo dónde son consumidos. En forma simple, la fuente de energía actúa como bomba impulsora de electrones que fluyen por los conductores y los electrodos. (Cáceres, 1992, p. 119). 22

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 4. Celdas electroquímicas Proceso

Celda electrolítica

Ánodo

Oxidación

+

-

Cátodo

Reducción

-

+

23

Celda Galvánica

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 7. 

A) Celda electrolítica y B) Celda galvánica  Fuente: Cáceres, G. (1992) Hidrometalurgia y Electrometalurgia. Curso de capacitación (p. 117). Universidad de atacama. Copiapó. Chile.

1.3.6 Procesos electrolíticos Emplean la electrólisis y pueden realizarse a voluntad usando una fuente de energía eléctrica externa, de corriente continua o directa (f.e.m: fuerza electromotriz).

Electrólisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energía eléctrica se emplea para producir cambios químicos mediante una reacción redox no espontánea, donde se hace pasar una corriente eléctrica. Se lleva a cabo en un contenedor llamado celda electrolítica. 24

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

La electrólisis es uno de los principales métodos químicos de separación. La principal ventaja del método electrolítico consiste en que no es necesario aumentar la temperatura para que la reacción tenga lugar, evitándose pérdidas energéticas y reacciones secundarias. Industrialmente es uno de los procesos más empleados en diferentes áreas, como por ejemplo en la obtención de elementos a partir de metales (el mineral

compuestos (cloro, hidrógeno, oxígeno), la purificación de

metálico se disuelve en ácido, obteniéndose por electrólisis el metal puro) o la realización de recubrimientos metálicos protectores y/o con fines decorativos, como es el caso del niquelado. (Izcalli, 2008, pp.2-3).

1.3.7. Celda electrolítica Los procesos electrolíticos tienen lugar en unidades llamadas celdas

electrolíticas, las cuales se agrupan para constituir la planta electrolítica.   En una celda electrolítica la reacción electroquímica se lleva a cabo por la imposición externa de un voltaje mayor al del potencial reversible de celda. También es posible la imposición de una corriente de electrólisis que permita la transformación electroquímica. electroquímica. Este tipo de celdas celdas se utilizan en la electro-síntesis de diversos compuestos, en el análisis de parámetros fisicoquímicos o bien, en la dilución de mecanismos de reacción. El electrodo en el que ocurre la reducción se llama cátodo; mientras que el electrodo en el que ocurre la oxidación se llama ánodo. Por tanto, para que se lleve a cabo la reacción electroquímica se debe provocar una perturbación de carácter eléctrico y como consecuencia se obtiene una respuesta de tipo eléctrico, con información del compuesto analizado y los procesos de reacción en la interfase conductor sólido  –  disolución que acompañan a la reacción. (Baeza y García, 2011). 

a) Componentes de una celda electrolítica •  Celda electrolítica: Depósito, donde ocurre o se lleva a cabo la electrolisis.

Contiene los electrolitos y los electrodos. 25

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  Electrolito: Es la sustancia capaz de descomponerse por efecto de la corriente

eléctrica, esto ocurre con aquellos compuestos iónicos o covalentes que en solución o fundidos se disocian en iones, y conducen la corriente eléctrica entre los electrodos. •  Conductor eléctrico: Son los que llevan los electrones del ánodo al cátodo, por

lo tanto, unen al cátodo con el ánodo. •  Cátodo:  Es el electrodo que lleva electrones a la solución electrolítica o

electrolito y es donde ocurre la reducción; su carga es negativa. Los iones que van al cátodo se llaman cationes y son iones positivos. •  Ánodo:  Es el electrodo que saca electrones de la solución electrolítica, y es

donde ocurre la oxidación; su carga es positiva. Los iones que se dirigen al ánodo, se llaman aniones y son los iones negativos. Pueden ser activos (solubles) o inertes (insolubles). En los procesos electrolíticos se usan generadores de corriente continua o directa para forzar a las reacciones que ocurran, estas no son espontaneas.

Figura 8.  Celda electrolítica 

Fuente:   Química- Electricidad. La Electrolisis. Aplicaciones. Recuperado de

http://www.sapiensman.com/tecnoficio/electricidad/eletrolisis_1.php

b) Celda de electrorefinación 26

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

La Electrorefinación es un método para purificar un metal mediante electrolisis. Una corriente eléctrica se pasa entre una muestra del metal impuro y un cátodo cuando ambos se ven inmersos en una solución que contiene los cationes de un metal. Este metal es despojado de la muestra impura y es depositado en forma pura en el cátodo. (EcuRed, 2016).  

Reacciones: Mez+ + ze- 

RC: 

Me(a) Mez+  + ze- 

RT:

Me(a)

Me(c)

RA:

Me(c)

El efecto neto observado es el transporte del metal del ánodo hacia el cátodo.

 

Elementos de la celda de electrorefinación

Ánodo Cátodo

: Metal contaminado por refinar. :  Lámina delgada del metal a ddepositar, epositar, refinado en operacion operaciones es anteriores.

acuosa con sales de metal a refinar. Electrolito :  Solución acuosa  

Proceso de electrorefinación de cobre: La electrorefinación de cobre se define como la disolución electroquímica de

los ánodos impuros de cobre en un electrolito que contiene CuSO 4 y H2SO4 para  

permitir que el metal se deposite en forma selectiva y con máxima pureza sobre cátodos de cobre. También se define como la selección electrolítica de cobre puro a partir del electrolito sin tomar las impurezas del ánodo. Se produce cobre esencialmente libre de impurezas, donde los ánodos de cobre con una pureza típica de 98.5-99.5% Cu son electrorefinados para producir cátodos con una pureza de> 99,997% de Cu. (Davenport et al., 2011).

27

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

El proceso se efectúa con un potencial eléctrico aplicado entre un ánodo de cobre impuro y un cátodo de cobre puro sumergido en un electrolito que contiene y

, originando las siguientes reacciones:

•  El cobre se disue disuelve lve electroquímicamente electroquímicamente desde el ánodo e en n el electrólito,

produciendo cationes de cobre además de los electrones:

•  Los electrones electrones pro producidos ducidos por la reacción (1) se llevan a cabo hacia el cátodo

a través de la alimentación del circuito y de alimentación externa.

•  Los cationes

en el electrolito migran al cátodo por convección y

difusión. •  Los electrones y los iones se recombinan

formar

metal

en la superficie del cátodo para de cobre (sin las impurezas del

ánodo).  á 

En general, la electrorefinación de cobre se define como la suma de las reacciones (1) y (2)

 Comportamiento

de los metales en la electrorefinación: 

Las principales impurezas en ánodos de cobre son Ag, As, Au, Bi, Co, Fe, Ni, O, Pb, S, Sb, Se, y Te (Tabla 5). Hay que impedir que entren en el cátodo de cobre. Su comportamiento se rige por su posición en la serie electroquímica (Tabla 6). 28

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

En el ánodo, los elementos con potenciales de reducción menos positivos que Cu se disuelven bajo el potencial aplicado, mientras que los elementos con potenciales de reducción más positivos permanecen en forma sólida. En el cátodo, los elementos con potenciales de reducción más positivos se depositan o precipitan, mientras que los elementos con potenciales más negativos permanecen en solución. (Davenport, 2011).

Tabla 5. Rango industrial de composición de los ánodos y cátodos de cobre

Davenport et al. (2011). Extractive Metallurgy of Copper. En Elsevier Ltd. (5º Ed.). Amsterdam, Holanda (p. 252).

Fuente:

29

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 6. Potenciales electroquímicos standard de los elementos en la electrorefinación de cobre (25 ºC, P = 1 atm, [ión]= 1M). 

Davenport et al. (2011). Extractive Metallurgy of Copper. En Elsevier Ltd. (5º Ed.). Amsterdam, Holanda (p. 255).

Fuente:

Los metales con un ° más bajo que el cobre (tales como Zn, Fe, Ni, Co) se disuelven y permanecen en la solución. Pueden contaminar el cátodo por oclusión del electrolito. Los metales con un con un ° más alto que el cobre (Au, Ag, Pt, Se, Te) no se disuelven y se acumulan como lodo anódico, el cual se separa para su refinación 30

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

posterior. La presencia de estos en los cátodos, se debe a oclusión de pequeñas cantidades de lodo anódico. Los metales con un °  (As, Sb, Bi) cercanos al metal por refinar, se disuelven, pero su baja concentración en la solución dificulta su deposición. Estos son los más dañinos, debido a que pasan rápidamente a la solución cuando se disuelve el ánodo, y pueden depositarse en el cátodo junto con el cobre, bajo ciertas condiciones: alta concentración de estos elementos, baja concentraciones de iones de cobre, alta densidad de corriente, etc. (Beltrán, 2013).

Figura 9. Electrorefinación de Cobre Fuente: Beltrán, R. (2013). Control de impurezas en refinación electrolítica del cobre. II Encuentro Internacional Metalurgia. Plantas y Procesos. Lima. Perú. (p. 3).  

c) Celda de electrodeposición La precipitación por reducción eléctrica comúnmente conocida como electrodeposición, es actualmente uno de los procedimientos más sencillos para recuperar metales, en forma pura y selectiva, respecto a las impurezas existentes en soluciones. 31

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Su característica principal radica en que el metal ya está en la solución y solamente se trata de recuperarlo depositándolo en cátodos, mientras el ánodo es esencialmente insoluble. Una celda de electrodeposición está constituida por: •  La celda:  Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. E En n

algunos casos la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadas entre sí por un puente salino. que ue contiene los iones del del metal a depositar •  El electrolito:  Un medio acuoso, q y otros iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos. Generalmente soluciones lixiviadas y purificadas. •  El ánodo: 

Metal o solución insoluble (usualmente Pb-Sn-Ag).

•  El cátodo:

Lámina delgada del metal a depositar u otro metal puro

diferente (acero inoxidable, aluminio).  

Reacciones: +      + 2  + 2   2   2 

RA:

2    

RC:

 

2+

RT:

 

2+

  + 2    +      2 

       =  .

    + 2   2 + 2  + 

32

,en solución ácida.

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 10. Electrodeposición de cobre

Centro  Tecnológico Minero. (s.f.). Manual del participante: Proceso de Electroobtención. Universidad Arturo Prat. Iquique. (p. 25). 1.3.8. Proceso de electrodeposición de cobre Fuente:

El proceso de electrodeposición de cobre consiste básicamente en la transformación electroquímica del cobre disuelto en un electrolito en cobre metálico depositado en un cátodo, mediante la utilización de energía eléctrica proveniente de una fuente externa. El cobre iónico ( 2+) del electrolito es depositado selectivamente sobre la superficie del cátodo y a la vez se descompone agua en oxígeno y ácido sulfúrico en la superficie de ánodos insolubles de plomo. Este proceso electrolítico y las reacciones involucradas se presentan esquemáticamente en la figura 11. Dado que el cobre es más bien un metal noble 0

 = 0.34 ), el proceso de electrodeposición es relativamente (realizado y puede ser sin peligro de desprendimiento de hidrogeno ( 0  =0  simple  ). (Cáceres, 1992).

Figura 11. Proceso de electrodeposición de cobre

Cáceres. (1992). “Hidrometalurgia y Electrometalurgia”.  Curso de capacitación. Universidad de Atacama. Copiapó. Chile. (p. 137).

Fuente:

La electrodeposición de cobre se realiza en una celda compuesta por un cátodo sobre el cual se recuperará el cobre y por un ánodo que debe ser inatacable 33

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

para evitar la contaminación de la solución. El cátodo inicial es una lámina delgada de cobre o una lámina de acero inoxidable (cátodos permanentes) y el ánodo es una placa de una aleación de plomo (Pb  –Sn - Ag). Las semi-reacciones que ocurren son: •  Reacción catódica

La reacción en el cátodo en la separación por electrolisis es la deposición de cobre en la lámina de acero inoxidable, ésta viene dada por: La reducción del ion cúprico:

•  Reacción anódica

En electro obtención de cobre, el ánodo es una aleación inerte que no participa en la reacción, pero que actúa solamente como soporte electrónico; de tal modo que la reacción principal es la descomposición de solvente según: La descomposición del agua:

•  Reacción redox total:

Para realizar la electrólisis es necesario aplicar entre los electrodos una diferencia de potencial mayor que la diferencia de potencial mínima de electrólisis. Para la obtención en condiciones estándar esta diferencia de potencial mínima (usando potenciales estándar de reducción de la tabla 6) es: 34

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

En la Tabla 7, se presentan los potenciales estándar de electrodos más comunes en electrodeposición de cobre.

Tabla 7.  Potenciales estándar de reducción (25 ºC, P = 1 atm, [ión] = 1M)

Davenport et al. (2011). Extractive Metallurgy of Copper. En Elsevier Ltd. (5º Ed.). Amsterdam, Holanda (p. 359).

Fuente:

1.3.9. Voltaje total de la celda de electrodeposición de cobre ()  El voltaje de una celda electrolítica no afecta directamente la cantidad depositada, pero actúa sobre la corriente; y en las celdas no existe una relación proporcional entre el voltaje y la corriente, porque la relación voltaje-corriente dada por la ley de Ohm implica tan solo uno de los diversos factores del voltaje total de la celda. 35

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

El voltaje total de la celda debe efectuar las siguientes funciones: Vencer la resistencia Óhmica del electrolito, realizar la reacción total de celda, vencer los fenómenos de polarización de la celda y vencer la resistencia de los contactos y conductores metálicos.

a) Voltaje para vencer la resistencia del electrolito ():  Esta parte del voltaje se calcula por medio de la ley de Ohm:  =    

Donde:  

∶ Intensidad de corriente.

  ∶ Resistencia del electrolito como conductor, análogo a la resistencia r esistencia

de un alambre de cobre o cualquier conductor de primera clase.

La resistencia del electrolito se puede disminuir acortando la distancia entre los electrodos y aumentando la conductividad del electrolito, agregando diferentes sales (aditivos químicos orgánicos o inorgáni inorgánicos). cos).

b) Voltaje para la reacción redox total de celda (): La fuerza electromotriz de la celda debe suministrar la energía requerida por la reacción para realizar realizar la electrólisis. Este “voltaje de reac reacción” ción” es directamente

equivalente a la disminución de la energía libre del cambio químico de la reacción redox total de la celda. La ley de Ohm no tiene ningun ninguna a relación con este tipo de voltaje. La variación variación del ca cambio mbio de la energía libre con la temperatura de la reacción química no es muy grande; y en la práctica se puede considerar a este componente como una constante para todos los procesos electrolíticos de electrolito acuoso. El voltaje para que se realice la reacción redox total de celda, se puede calcular con la ecuación de Nernst: 36

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Donde: Potencial estándar de la reacción de celda = − 0.89 .    ∶  Constante de los gases = 8.314  8.314    .. °⁄ °⁄     ∶  Temperatura absoluta = 298 ° °.    ∶  Número de electrones intercambiados = 2    ∶  Constante de Faraday = 96487 96487      .. ⁄ ⁄     ∶   Actividad de productos y reactantes = concentrac concentración ión molar.

Para la reacción redox total en forma iónica: +  +   =     +  ⁄ ⁄  

  +  + 

Para las condiciones medias reales de trabajo:  =   ..

[+] = .   

[+] = .   

  = −. −.     + .   −.     .   = −.   ≅ −. −.      .. 

c) Voltaje para vencer los fenómenos de polarización (): 37

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Por lo general la mayor parte del voltaje de polarización de las celdas electrolíticas industriales es consumido por el voltaje requerido para liberar un gas en uno de los electrodos. electrodos. Realmente el voltaje de polarización suminis suministra tra el voltaje requerido para vencer la “polarización por activación” debido a la reacción

electroquímica y a la difusión de iones y productos a través de la película interfacial; y para vencer la “polarización por concentración”, debido a los gradientes de

concentración en las zonas cercanas a los electrodos (catolito y anolito). Este factor se puede calcular con la ecuación de Taffel o determinar experimentalmente:   =   +  

Donde:   ∶  Voltaje para la polarización polarización catódica catódica..   ∶  Voltaje para la polarización anódica.

d) Voltaje para vencer la resistencia de los l os contactos y conductores metálicos ( ):  

La resistencia de los contactos en la refinación electrolítica del cobre asciende al 15 % del voltaje total de lla a celda. En muchos casos la resistencia de los contactos es un factor relativamente pequeño y ésta tiende a cumplir la ley de Ohm porque depende principalmente del diseño del contacto, su limpieza y el peso o presión en el contacto. contacto. Su valor debe ser lo más bajo bajo posible; ya que un una a cifra alta es una indicación de suciedad, diseño defectuoso o alguna alguna otra condición que se puede remediar. Este factor se debe deter determinar minar experimentalmente o calcula calcularr con la ley de Ohm:

  =    

Donde:   ∶  Intensidad de corriente. 38

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

 ∶  Resistencia de los contactos y conductores metálicos.

El voltaje total que debe suministrarse a la celda de electrodeposición de cobre es justamente la necesaria para superar las resistencias r esistencias de todos estos factores, haciendo posible el flujo de corriente con una intensidad de corriente adecuada:   ∶  Voltaje para vencer la resistencia del electrolito

= 0.20 . 

  ∶  Voltaje para la reacción redox total de celda   ∶  Voltaje para la polarización catódica

= 0.90 .  = 0.10 . 

  ∶  Voltaje para la polarización anódica

= 0.65 . 

  ∶  Voltaje para v vencer encer la resistencia resistencia de contactos

= 0.15 .  --------------

  ∶  Voltaje total de la celda de electrodeposición

= 2.00 . 

El voltaje total de la celda de electrodeposición de cobre, requerido en plantas industriales está en el rango de .       .   .. 

1.3.10. Masa del depósito del cobre () 

La ley de Faraday se aplica sin excepción en todos los casos de electrólisis; y expresa que la cantidad de acción electrolítica es una función de la corriente y el tiempo, y que por cada 96500 Coulombios o Amperio-Segundo que pasan a través del electrolito, un equivalente químico en gramos de sustancia es reducida en el cátodo y otra cantidad equivalente es oxidada en el ánodo:

39

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

  =

        

[   ] 

Donde:  ∶  Peso atómico del ion o de 1 mol de la sustancia depositada, gramos.   ∶  Intensidad de corriente, Amperios.   ∶  Tiempo de depósito, segundos.   ∶  Valencia del ion o número de electrones en la reacción para depositar 1

mol de la sustancia.   ∶  Constante de Faraday, 96500 Coulombios o Amp.-Seg.

1.3.11. Eficiencia de corriente La eficiencia de corriente se define como la cantidad real de una sustancia depositada o disuelta, dividida por la cantidad teóricamente liberada de acuerdo a la ley de Faraday. La corriente no puede ex exceder ceder la demanda de la ley de Faraday, pero parte del metal depositado se pierde por algún factor o parte de la acción electrolítica de la corriente se gasta en la deposición o disolución de una sustancia diferente al del proceso. Existen pocos casos donde la eficiencia de corriente en el cátodo se aproxima aproxima al 100 % es decir que sse e usa toda la corriente para depositar al metal:

Donde: Masa real del depósito catódico. Masa teórica del depósito catódico, según la ley de Faraday. 40

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

1.3.12.. D 1.3.12 Densid ensidad ad de de corrien corriente te ccatódi atódica ca ( ) Determina el tiempo necesario para conseguir el grosor de recubrimiento necesario y afecta al ratio de partículas depositadas. Si la densidad de corriente es demasiado elevada, se acelera la deposición de los iones metálicos y se reduce la captura de partículas en la matriz, ya que éstas tienen mayor tamaño y peso que los iones. Por tanto, es necesario encontrar un equilibrio entre el ratio de partículas depositadas y el tiempo empleado en la electrodeposición. En el caso de los recubrimientos de cobre y níquel, la densidad de corriente aplicada es de 2 A/dm 2   

para el cobre y en el níquel puro 5 A/dm 2.

[Amp/m2]  Donde: Densidad de corriente  catódica (Amp/m2) Intensidad de corriente (Amperios) Número de cátodos en la celda  Área de la superficie del cátodo cátodo en contacto con el elec electrolito, trolito, m 2.

1.3.13. Tipos de depósitos catódicos de cobre Muchos factores tienen una influencia sobre el tipo de depósito obtenido en el cátodo, entre éstos, los más importantes son: la densidad de corriente, la concentración del ion metálico, la agitación, la temperatura, la concentración de otros cationes y aniones, las reacciones de complexación, los agentes de adición (inhibidores) y el sustrato sobre el cual tiene lugar el depósito metálico. En el caso de la electrodeposición de cobre, se tiene la reacción catódica siguiente:

41

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

El paso de

sobre la superficie catódica a

es del

dominio de la  la electrocristalización. electrocristalización.  

La electrocristalización de cobre comprende 2 etapas: nucleación y crecimiento de los cristales, y dependen del sobrepotencial catódico del cobre.  cobre.  Si se aumenta el sobrepotencial catódico del cobre , se favorece la nucleación y se obtienen cristales pequeños. Por el contrario, si se disminuye el sobrepotencial catódico de cobre , se favorece el crecimiento y se obtienen cristales grandes.  grandes. 

Para aumentar el sobre potencial de cobre

, se agrega al electrolito

pequeñas cantidades de moléculas o iones, denominados agentes de adición o inhibidores, los cuales cumplen principalmente 2 objetivos:  objetivos:   Aumentan la velocidad de n nucleación ucleación obteniéndose un depósito de grano fino. Nivelan la superficie del depósito por adsorción específica en los sitios de crecimiento. El Profesor Winand de Bélgica, clasificó los tipos de depósitos obtenidos en  función

de la relación la intensidad de la inhibición. Sus resultados  

o

y

se muestran en la Figura 13. La intensidad de la inhibición es la cantidad de aumento de sobrepotencial debido a los inhibidores (sustancias orgánicas). (German Caceres,1992). En esta figura, se observa que si a bajo nivel de inhibición se aumenta  ó se disminuye + se obtienen depósitos de cristales grandes, luego crecimiento dendrítico y finalmente polvo metálico. En cambio, a una relación i/c media, aumentando la intensidad de la inhibición cambia la estructura del depósito desde cristales gruesos a finos.

42

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

La técnica consiste en balancear estas variables para obtener un depósito de morfología deseada. En electrodeposición de cobre, se desea obtener un depósito compacto y parejo tipo FT.

Figura 12. Clasificación de tipos de depósitos metálicos (según Winand) Fuente: Cáceres, G. (1992) Hidrometalurgia y Electrometalurgia. Electro obtención de cobre.

Curso de capacitación. Teoría y práctica. (p. 11). Universidad de atacama. Copiapó. Chile. 1.3.14. Calidad de los cátodos de cobre 

La Electrodeposición, como etapa final del proceso hidrometalúrgico, tiene entre sus objetivos producir cátodos de cobre de alta pureza para maximizar los resultados económicos de venta del producto. Los procesos Lixiviación/extracció Lixiviación/extracción n por solvente/Electrodeposición han logrado un desarrollo y potencialidad para producir cobre de alta pureza con una calidad superior o similar al cobre electrorefinado. El cátodo “grado A” contiene más de 99.96 % Cu.

En general, los cátodos electrodepositados obtenidos por medio de extracción por solvente/Electrodeposición presentan bajos niveles de impurezas de baja tolerancia, como son los elementos: arsénico (As), selenio (Se), ( Se), bismuto (Bi) y

43

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

antimonio (Sb). Las impurezas que más problemas presentan son el plomo (Pb), azufre (S) y fierro (Fe). Los niveles de estas últimas impurezas en los cátodos, están influenciadas significativamente por la práctica operacional empleada en las plantas de electrodeposició el ectrodeposición. n.

Debemos tener presente que tanto el plomo como el azufre, son elementos que obligatoriamente deben estar en la celda para el funcionamiento del proceso. El primero es el principal constituyente del ánodo que se ubica cercano al cátodo, y el azufre es uno de los elementos del ácido sulfúrico y de los iones sulfatos que se encuentran disueltos en el electrolito. La calidad química de los cátodos está ligada fuertemente a la calidad física o apariencia presentada por el deposito; estableciéndose en la práctica operacional, que un deposito liso, denso y coherente, presenta mejor m ejor calidad química que otro rugoso, poroso e incoherente. Eso se debe a que, en el primer caso, la solución que contiene iones sulfatos y partículas de plomo, no queda retenida en posibles huecos del depósito. (Cáceres, 1992, pp. 140-141).

1.3.15. Variables que afectan la electrodeposición de cobre a) Efecto de la concentración de sulfato de cobre en el electrolito:  A

bajas cconcentraciones oncentraciones del el electrolito ectrolito la velocidad de di difusión fusión

es lenta y, normalmente, es la que controla la totalidad del proceso. Es decir, el proceso completo es controlado por difusión y se favorece la producción de polvo. Lo opuesto ocurre a concentraciones altas del electrolito. (Domic´, 2001, p. 636). La planta jamás debe operar con un contenido de cobre menor a 30 g/L en el electrolito a electrodepositar. Si el contenido baja de este valor la calidad de cobre 44

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

catódico se deteriora y en consecuencia consecuencia habrá un mayor contenido de azufre en el depósito, esto es causado por un cambio en la distribución y tamaño de los cristales depositados. La presencia de más de 50 g/L, puede provocar la formación de cristales de cobre en las tuberías. (Alfaro, p. 8).

b) Efecto de la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito:

La concentración en exceso de ácido sulfúrico produce corrosión del ánodo; y si por lo contrario; es poca la concentración, esto perjudica la calidad del depósito. Si la concentración sobrepasa los 180 g/L, la corrosión del ánodo es mayor, y es necesario incrementar el agua en el electrolito o reducir la adición de ácido. Si hay menos de 150 g/L, el cobre catódico depositado será blando y difícil de desmontar. También se reduce la conductividad del electrolito y por consiguiente aumenta el costo de la electricidad. (Alfaro, p. 8).

c) Efecto de la temperatura del electrolito:  Aumentando la temperatura se se aumentan la velocidad de difusión y la tasa de crecimiento de los cristales. Ambos factores favorecen a la formación de un depósito más grueso. De esta manera, el aumentar la temperatura permitirá formar un depósito más coherente y grueso. (Domic´, 2001, p. 637).

Es importante mantener la temperatura tan constante como sea posible para minimizar el desprendimiento de óxido de plomo del ánodo (45 +/- 2ºC). Una temperatura menor de 30ºC, puede dar como resultado un grano más grueso y por consiguiente, un cobre catódico de menor calidad. Una temperatura de más de 50ºC puede degradar el orgánico en el proceso de extracción por solventes. (Alfaro, p. 9).

d) Efecto de la agitación del electrolito: Cuanto mayor sea el grado de agitación del electrolito, mayores son los tamaños de partícula depositados. Esto ocurre a causa de la disminución del espesor de la capa límite, lo que determina una mayor velocidad de difusión. El 45

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

proceso, de esta manera, empieza a ser controlado por la reacción química y deja de ser difusional. (Domic´, 2001, p. 637).

e) Efecto de la densidad de corriente:  A

bajas densidades de corriente la descarga del ion es lenta.

Es decir, el proceso será controlado por la velocidad de reacción química. La tasa de crecimiento de los cristales es mucho mayor que la velocidad de nucleación. De esta manera, el producto será un depósito grueso. A densidades de corriente muy altas contrario. (Domic´, 2001, p. 636).

ocurre

lo

El rango de operación depende del cobre que llega a casa de celdas. Se varía cambiando la potencia del rectificador. A baja densidad de corriente (100 a 200  A/m2), se producen otros efectos en la calidad del cátodo (por ejemplo, baja temperatura, bajo contenido de cobre, etc.). El nivel óptimo es de 280 A/m 2. A niveles de corriente de 280 a 300 A/m2, se puede obtener cobre catódico de buena calidad en condiciones constantes de operación. (Alfaro, pp. 8-9).

f) Efectos del espacio de separac separación ión entre electrodos: electrodos: Si la distancia es mayor que los valores especificados de separación entre electrodos, se forma una capa delgada, que cuando se procesa la placa no se despega. Si la distancia es menor, en la zona de alta densidad de corriente se forma una capa de crecimiento acordado o nodular. Se prefiere un cobre catódico liso. (Alfaro, p. 10).

g) Efecto de la adicción de reactivos químicos en el electrolito: La adición de este tipo de productos tales como guartec, galactasol, guarfloc (floculantes), favorece el crecimiento de grano fino y por consecuencia se obtiene un depósito liso. Este fenómeno se logra por adherencia de este tipo de producto en protuberancias del depósito, generando sobrepotenciales locales en superficies 46

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

deprimidas favoreciendo así el crecimiento del depósito en estas zonas, obteniéndose como resultado global un depósito liso.  Reactivos

Catódicos:

Para mejorar laefecto calidadde de los la deposición produciendo un granocaptadores fino y evitar de el nódulos, que son altamente impurezas; tales como azufre y plomo principalmente, es que se agrega al electrolito un reactivo especial, que es un floculante, cuya misión es decantar los sólidos en suspensión y que deben presentar un bajo contenido en los electrolitos, ya que su mayor presencia aumenta la viscosidad y mayor contaminación en el depósito. Otro reactivo que se agrega es el cloro como ácido clorhídrico, pero debe evitarse al máximo, pues, aunque se use en bajas concentraciones como 5 - 10 10 ppm, producirá en el tiempo un deterioro al nivel de la interface tanto en los cátodos como en los ánodos. Para el caso de los floculantes sólidos (derivados del guar), se usan en dosificaciones del orden de 200 - 300 gr de reactivo por tonelada de cobre depositado. (PROMINSAC PLASTENORT SRL, p. 13).  Reactivos

anódicos:

Por naturaleza del electrolito y las reacciones que involucran la electrólisis es que se presenta en la celda siempre un alto potencial. Este alto potencial presenta una alta posibilidad de oxidación del plomo, transformándolo en un óxido de plomo, el cual es fácilmente solubilizable por la acción del ácido sulfúrico del electrolito, produciendo un desgaste y corrosión del ánodo de plomo y una contaminación de plomo en los cátodos por impregnación de partículas de óxido de plomo en el depósito. Para evitar esto, se agrega al electrolito sulfato de cobalto, cuya misión es estabilizar el óxido de plomo producido, manteniéndolo adherido al ánodo, formando una capa protectora e impidiendo por lo tanto su disolución. Es conveniente mantener el cobalto en el orden de 110 ppm, como concentración en el electrolito. (PROMINSAC PLASTENORT SRL, p. 13). 47

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

h) Efecto de la viscosidad del electrolito:  A viscosidades bajas favorecen la velocidad de difusión de iones cúpricos a través de la capa límite, operacionalmente bajas viscosidades se logran manteniendo bajas concentraciones de impurezas impurezas en general y en particular de iones pesados y sales neutras. Esto se logra manteniendo un control estricto de traspaso de impurezas desde la etapa de extracción por solventes y realizando purgas o descartes periódicos de electrolito. (Conceptos teóricos y operacionales de electrodeposición, p. 104).

i) Efecto de la ca calidad lidad de los electrodos electrodos en la electrodeposición de cobre:  

Cátodo:

Las primeras plantas adoptaron el uso de láminas iniciales obtenidas sobre placas madres de acero inoxidable como las usadas en refinerías electrolíticas. Estas láminas eran obtenidas después de 24 horas a densidades de corriente de 160-190 A/m2. Actualmente, se usan cátodos de acero inoxidable, el cual puede tener despegue manual o automático. Los cátodos de titanio tit anio tendrán difusión en la medida que el precio del titanio t itanio descienda. (PROMINSAC PLASTENORT SRL, p. 15).  

Ánodo:

Inicialmente se usaron ánodos de plomo-antimonio. Sin embargo, por problemas de atrapamiento de orgánico fueron reemplazadas por ánodos de plomo-calcio. También se usan ánodos de plomo-estaño-estroncio y plomoestañocalcio. Otro desarrollo en los ánodos se ha dirigido a minimizar la cantidad de plomo o aleación de plomo usada en ellos. La tendencia observada es hacia la obtención de aleaciones de plomo fáciles de moldear. Los ánodos de titanio encontraran aplicación industrial si su costo no es superior a un 25% sobre las aleaciones de plomo. (PROMINSAC PLASTENORT SRL, pp. 15-16).

Tabla 8. 48

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Parámetros típicos para electrodeposición y electrorefinación de cobre. 

Fuente: Electrometalurgia. (s.f). Departamento de

IIngeniería ngeniería M Metalurgia. etalurgia. U Universidad niversidad de Santiago

de Chile. Santiago. Chile. (p. 12). 

Tabla 9. Metales que se recuperan por electrodeposición electrodeposición.. METALES 

ELECTROLITOS 

CATODOS 

Cromo

Solución de sulfato

Hastelloy

Cobre

Solución de sulfato  

COMENTARIOS 

Soluciones de lixiviación de alta Cobre o acero ley o bien después inoxidable de SX

Oro

Solución de cianuro Lana de acero

Plata

Solución de nitrato

Plata o grafito

Zinc

Solución de sulfato

Aluminio

Domic`, E. (2001). (2001). Hidrometalurgia. Fundamentos, pprocesos rocesos y aplicaciones. Santiago de Chile: Andrés Impresores Ltda. 

Fuente:

Tabla 10. 49

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Condiciones de trabajo de algunas plantas de electrodeposición de Cobre.

Ramos (s.f.). Electro-obtención de cobre. Temas de Electroquímica Aplicada. (p. 7). Recuperado de: de: http://www.ramos.utfs http://www.ramos.utfsm.cl/doc/495/sc/EW_cobre.pdf m.cl/doc/495/sc/EW_cobre.pdf

Fuente:

50

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

1.4.

Problema ¿Cuál es el efecto de la temperatura, la concentración de sulfato de cobre y de

ácido sulfúrico en el electrolito, sobre la electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L?

1.5. Hipótesis Fijando la Temperatura, la concentración de ácido sulfúrico y la concentración optima de sulfato de cobre en la solución electrolítica, es posible mejorar el proceso de electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L, lo que permitiría obtener una mayor extracción de cobre, un producto p roducto de mayor pureza y de mejor calidad química.

1.6. Objetivos 1.6.1. Objetivo general

• 

Determinar el efecto de la temperatura, concentración de sulfato de cobre y de ácido sulfúrico en el electrolito, mediante el proceso de electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L, para obtener un cobre electrolítico de mayor pureza, y de buenas propiedades químicas y físicas.

1.6.2. Objetivos específicos • 

Determinar el efecto de la concentración de sulfato de cobre en el electrolito, mediante el proceso de electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L, para obtener un cobre electrolítico de mayor pureza, y de buenas propiedades químicas y físicas.

51

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

• 

Determinar el efecto de la temperatura del electrolito, mediante el proceso de electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L, para obtener un cobre electrolítico de mayor pureza, y de buenas propiedades químicas y físicas.

• 

Determinar el efecto de la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito, mediante el proceso de electrodeposición de cobre en cátodos de acero inoxidable 316 L, para obtener un cobre electrolítico de mayor pureza, y de buenas propiedades químicas y físicas.

• 

Contribuir a la implementación del laboratorio de Análisis y Control de Procesos; con materiales y equipos necesarios para la ejecución de pruebas de deposición electrolítica. 

1.7. Importancia La importancia de evaluar los efectos de a temperatura, concentración de sulfato de cobre y de ácido sulfúrico en el electrolito, sobre la electrodeposición del cobre; permitirá determinar los valores óptimos de estas variables para obtener la máxima deposición del cobre, con alta pureza y de buenas propiedades químicas y físicas. Así como también; minimizar los costos de consumo de energía, a partir de soluciones lixiviadas y purificadas.

52

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

CAPITULO II MATERIALES Y METODOS

2.1. Materiales de estudio 2.1.1. Población. El presente estudio se aplica a las soluciones acuosas lixiviadas y purificadas por métodos químicos y electroquímicos, que se usan como electrolito para la extracción del cobre por medio de la deposición electrolítica o electrodeposición a nivel industrial.

2.1.2. Muestra Soluciones acuosas preparadas en el laboratorio con diferentes concentraciones de ácido sulfúrico y de sulfato de cobre que se utilizaran como electrolito para electrodepositar cobre a diferentes temperaturas.

2.1.3. Muestreo

53

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Para realizar las pruebas experimentales necesarias y obtener resultados que permitan tener un buen grado de confianza, es necesario realizar las pruebas con tres variables independientes y tres niveles para cada una de las variables.

2.1.4. Variables Independientes I ndependientes A: Concentración de sulfato de cobre, g/L. B: Concentración de ácido sulfúrico, g/L. C: Temperatura, ºC. 2.1.5. Variables dependientes  Y: Peso de cobre depositado, g. por hora. 2.1.6. Equipos, instrumentos y reactivos A) Equipos Tabla 11. Equipos Utilizados en el desarrollo de la Tesis

Marca 

Equipos

Cantidad

Fuente de corriente Continua

01

GW INSTECK

Horno de Fundición (T° Max. 1200°C) Microscopio

01 01

SCHEMIN ZEISS

Espectrofotómetro Espectrofotómet ro de absorción atómica

01

SAVANTAA GBC

Baño termostático

01

B) Instrumentos Tabla 12. Instrumentos utilizados en el Desarrollo de la Tesis 54

Fisatom

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Instrumentos

Cantidad

Marca 

01

Pr85 Marca Prasek

Multitester Multitest er Digital Balanza analítica (Max. 310 – min 0.02g)

01

METLER TOLEDO

Termómetro de vidrio (10 – 150 ºC)

01

Luft 504150

01

Jenway

pH-metro

C) Materiales Tabla 13. Materiales utilizados en el desarrollo de la tesis.

Cantidad

Unidad de medida 

Celda electrolítica de vidrio (17cm x10cm x10 cm)

03

unidad

Soportes de madera (20cm x 2cm x 1cm)

06

unidad

09

unidad

10

gramos

Materiales y reactivos

Tubos de cobre (L=12cm D=1cm) Plata electrolítica

02

Kilogramos

Plomo electrolítico Plancha de Acero Inoxidable 316 L (50cm x 7cm x 0.5)

01

unidad

Cables de cobre # 12,14 y 16

02 (C/u)

metros

Lijas

08

unidades

Bandeja para secado de muestras 55

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

01 Pernos

y Tuercas

18

Pegamento Superglue

unidad unidad unidad

10

Baldes de 20L

unidad

02 Vaso de Precipitación 1L

09

Vaso de Precipitación 600mL

04

Unidad Unidad Unidad Unidad

Vaso de Precipitación 250mL

01

Pipetas de 1, 2, 3, 5 mL

01 (C/u)

Guantes Descartables

20

unidad

Lentes de Seguridad

02

unidad

Sulfato de Cobre (CuSO 4. 5 H2O)

20

Kilogramos

 Ácido Sulfúrico (H2SO4)

02

Litro

 Ácido Nítrico (HNO3)

01

Litro

 Agua Destilada

40

Litro

2.2. Métodos

 

2.2.1. Instrumentos de recolección de datos

El tratamiento de datos se realiza con el programa IBM SPSS statistics 21 y Minitab 17. El diseño experimental a usar para el análisis de los resultados de las pruebas experimentales será un diseño trifactorial con 3 variables independientes (concentración de cobre en el electrólito, la temperatura y la concentración de ácido sulfúrico), con tres niveles para cada variable y aplicado a una sola variable dependiente (peso de cobre depositado). El número de pruebas experimentales será de 81 teniendo t eniendo en cuenta que el número de repeticiones será de 3 por cada variable. El tiempo de duración de cada prueba experimental será de una hora. El análisis estadístico y de varianza se muestra en el apéndice I (p. 7 75). 5). 56

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 14. Matriz de Desarrollo de pruebas

2.2.2. Procedimiento experimental 

Para efectuar las pruebas de electrodeposición se tuvo en cuenta el monitoreo constante de cada una de las variables a controlar durante una hora, que es el tiempo de duración de cada prueba experimental. 1. Elaboración de los electrodos cátodo (acero inoxidable 316L) y ánodo (aleación 99% plomo y 1% plata): se utilizan cátodos de acero inoxidable de 35 cm 2  por lado para un área total de 70 cm 2. Los ánodos tienen las mismas dimensiones. 2. Diseño de las celdas electrolítica; se utilizó una celda rectangular de vidrio y con una capacidad de 1.5 litros de electrolito.

57

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

3. Preparación del electrolito; se prepara prepararon ron soluciones acuosas de 40, 80, y 120 g/L de concentración de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO 45H2O) para obtener 10, 20, 30 g/L de cobre en el electrolito. 4. Adición del ácido sulfúrico (H2SO4); se agregaron cantidades de 10, 60, 100 g/L de ácido sulfúrico concentrado para tener pH ácido y estabilizar el cobre en solución (Cu2+).

5. Medición de la acidez del electrolito, el cual se determinó ha haciendo ciendo uso del pH-metro digital. 6. Preparación del baño termostático de agua a las temperaturas correspondientes para desarrollar las pruebas (25, 40, 60 ºC); colocando las celdas con el electrolito preparado dentro del baño termostático y posteriormente se midió la temperatura del electrolito con el termómetro de vidrio, para verificar si el electrolito se encuentra a las condiciones que propuestas: 25, 40, 60 ºC. 7. Pesamos los cátodos iniciales y colocamos los electrodos (ánodo y cátodo) en el electrolito. El ánodo y el cátodo deben estar en forma paralela, manteniendo una distancia de 3 cm entre ellos. Los ganchos de sujeción deben permanecer fuera del electrolito para evitar su disolución. Los ánodos se conectan al polo positivo de la fuente y los cátodos al polo negativo. 8. Luego se procedió a encender la fuente de corriente con continua tinua para realizar el proceso de electrodeposición de cobre. Se seleccionó un voltaje de 2.1 V, manteniendo la intensidad de corriente constante, durante una hora, que es el tiempo de duración de las pruebas. 9. Finalmente se realizó la toma de datos de todas las pruebas experimentales durante y posterior a las pruebas realizadas; tales como la medición de la intensidad, el voltaje en cada celda, la cantidad de cobre electrodepositado,

el pH final de la celda, etc. 58

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Elaboración de los electrodos (cátodos y ánodos). 

Diseño y elaboración de las celdas electroliticas.  

Preparación del electrolito, agregando la cantidad de sulfato de cobre correspondiente (80,160,240 g/L). 

Adición del ácido sulfúrico (20, 100, 180 g/L).  

Medición de la acidez del electrolito.  

Preparación del baño termóstatico de agua e introducir las celdas electrolíticas con el electrolito para que eleve la temperatura. 

Medimos la temperatura del electrolito ( 25, 40, 60 ºC) 

Pesamos los cátodos iniciales y colocamos los electrodos dentro de las celdas. 

Prendemos la fuente de electricidad continua para que empieze el proceso, controlando las variables del proceso. 

Tomamos apuntes de las pruebas realizadas.  

Figura 13. Esquema del

procedimiento experimental del proyecto. 59

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

CAPÍTULO III RESULTADOS

3.1. Resultados En la tabla 15, se muestran los resultados obtenidos experimentalmente de las pruebas de electrodeposición de cobre, a diferentes temperaturas y concentraciones de sulfato de cobre y ácido

sulfúrico en el electrolito con un

tiempo de 1 hora.

Tabla 15.  Matriz de valores del depósito de cobre (g). 

Concentración de H2SO4 (g/L) Temperaturaa (ºC) Temperatur

10 25

40

60 60

25

100 40

60

25

40

60

Concentración de CuSO4 (g/L)

40

0.802 0.842 0.815 0.843 0.833 0.840 0.980 0 0.987 .987 0.793 0.841 0.838 0.818 0.854 0.831 0.838 0.983 0.979 0.817 0.88 0.833 0.820 0.873 0.823 0.836 0.985 0.971 0.840 0.813 0.841 0.816 0.838 0.828 0.829 0.856 0.846 0.790

80

120

0.825 0.846 0.822 0.836 0.838 0.834 0.845 0 0.844 .844 0.805 0.837 0.850 0.827 0.834 0.835 0.839 0.848 0 0.845 .845 0.796 0.827 0.849 0.806 0.835 0.833 0.839 0.845 0.824 0.792 0.833 0.851 0.814 0.832 0.837 0.822 0.834 0 0.841 .841 0.805 0.838 0.849 0.822 0.830 0.821 0.825 0.823 0 0.852 .852 0.808

3.1. Resultados del efecto de la concentración del sulfato de cobre, ácido sulfúrico y la temperatura. A. Efecto principal de la concentración de sulfato de cobre 60

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 16. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a la concentración de sulfato de cobre (g/L) Concentración de Concentración Sulfato de cobre (g/L)

Depósito de cobre (g) 

 

40

 

0.866

80

0.832

120

Figura 14. Efecto de la

0.829

concentración de sulfato de cobre (g/L) sobre el depósito de cobre.

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con F0 = 92.155 se determinó que la concentración de sulfato de cobre (g/L) tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a una concentración de 40 g/L pero obteniendo un cobre de malas m alas propiedades químicas y físicas.

B. Efecto principal de la concentración de ácido sulfúrico 61

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 17. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a la concentración de ácido sulfúrico (g/L) Concentración de Concentración Ácido sulfúrico (g/L) 

10 60

Depósito de cobre (g) 

0.832

 

 

0.836

100

0.861

Figura 15. Efecto de la

concentración de ácido sulfúrico (g/L) sobre el depósito de cobre.

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con

F0 = 52.487 se determinó que la concentración de ácido sulfúrico (g/L) tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a una concentración de 100 g/L.

C. Efecto principal de la temperatura 62

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Tabla 18. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a la temperatura (ºC) Temperatura (ºC)

Depósito de cobre (g) 

25

 

0.854

 

0.854

60

0.819

40

Figura 16. Efecto de la temperatura (ºC) sobre el depósito de cobre.

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con

F0 = 89.945 se determinó que la temperatura (ºC) tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a temperaturas de 25 y 40 ºC; pero con diferencias en la calidad de cobre obtenido.

3.2. Resultados de las interacciones de las variables en estudio

63

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

A. Efecto de las interacciones de la concentración de sulfato de cobre y la concentración de ácido sulfúrico Tabla 19. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las interacciones de la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la concentración de ácido sulfúrico (g/L). Concentración de Concentración Sulfato de cobre (g/L) 

Concentración de ácido sulfúrico (g/L)

 

Depósito de cobre (g) 

40 

10

0.832

80

10

0.831

120

10

0.832

40

60

0.841

80

60

0.836

120

60

0.830

100

0.926

80

100

0.831

120

100

0.825

40

64 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 17 . Efecto de la interacción entre la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la

concentración de ácido sulfúrico (g/L) sobre el depósito de cobre. 

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con

F0 = 69.950 se determinó que la interacción entre la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la concentración de ácido sulfúrico (g/L), tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a una concentración de sulfato de cobre de 40 g/L y a una concentración de ácido sulfúrico de 100 g/L pero se obtiene un cobre de malas propiedades químicas y físicas.

65 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

B. Efecto de las Interacciones de la concentración de sulfato de cobre y la temperatura

Tabla 20. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las interacciones de la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la temperatura (ºC). Concentración de Concentración Sulfato de cobre (g/L)

 

Temperatur Temperaturaa (ºC)  

Depósito de cobre (g) 

40

25

0.893

80 

25

0.837

120

25

0.833

40

40

0.881  

120

40

0.840

40

60

0.817

80

60

0.818

120

60

0.815

80

40

0.841

66 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 18.

Efecto de la interacción entre la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la temperatura (ºC) sobre el depósito de cobre. 

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con

F0 = 15.677 se determinó que la interacción entre la concentración de sulfato de cobre (g/L) y la temperatura (ºC), no tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a una concentración de sulfato de cobre de 40 g/L y a una temperatura de 25 ºC pero obteniendo un cobre de malas propiedades químicas y físicas.

67 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

C. Efecto de las Interacciones de la temperatura y la concentración de ácido sulfúrico. Tabla 21. Valores promedio del depósito de cobre (g), respecto a las interacciones de la temperatura (ºC) y la concentración de ácido sulfúrico (g/L). Temperatura (ºC)  

Concentración de ácido sulfúrico (g/L)

 

Depósito de cobre (g) 

25

10

0.833

40 

10

0.844

60

10

0.818

25

60

0.842

40

60

0.831

60

60

0.834

25

100

0.889

40

100

0.888

60

100

0.805

68 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura 19 . Efecto de la interacción entre la temperatura (ºC) y la concentración de ácido

sulfúrico (g/L) sobre el depósito de cobre.  

Del análisis estadístico efectuado a un nivel de significancia de α = 0,05 con F0  = 44.268 se determinó que la interacción entre la temperatura (ºC) y la concentración de ácido sulfúrico (g/L), tiene un efecto significativo sobre la electrodeposición de cobre, mostrando un valor más alto a una temperatura de 25ºC y de concentración de ácido sulfúrico de 100 g/L pero obteniendo un cobre de malas propiedades químicas y físicas.

69 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

CAPÍTULO IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1.

Discusión de resultados

Según Cáceres (1992). Un electrolito de sulfato de cobre que contiene entre 30 y 50 g/L de Cu 2+ y 130 a 160 g/L de H 2SO4; con una temperatura de 40 °C, obtienen la producción más alta posible compatible con una buena calidad del depósito. En las pruebas experimentales efectuadas se observa que con una concentración de sulfato de cobre de 40 g/L de sulfato de cobre (10 g/L Cu 2+), 10 g/L de ácido sulfúrico y a 25 ° C se obtuvo un cobre de mala calidad (cobre oxidado y en polvo), mientras que a una concentración de sulfato de cobre de 80 g/L (20 g/L de Cu2+), concentración de ácido sulfúrico de 1 100 00 g/L y a una temperatu temperatura ra de 40 °C, obtenemos el más alto depósito de cobre con muy buenas propiedades químicas y físicas, teniendo una eficiencia de corriente de 99 %.

Según Chamorro y Jiménez (2011). En la electrodeposición de cobre, trabajando con un litro de electrolito a 0.8 de pH y a un voltaje de 2.5 V. D Determino etermino así los parámetros operativos para la electrodeposición a una densidad catódica de 141.1 A/m2 con un tiempo de 2 horas en donde se ve que la deposición del metal es mayor logrando alcanzar 10.690 g. de cobre. En esta investigación utilizamos también un litro de electrolito a 0.88 pH, a un voltaje de 2.2 V, con una densidad

70 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

catódica de 150 A/ m 2 y a 1 hora de trabajo, obtenemos el más alto depósito de cobre de 0.856 g. de cobre. Según Aguilera (2016). Una placa de acero inoxidable 316 L como cátodo, de 3- 3,3 mm de espesor y con alrededor de un metro cuadrado de superficie útil de deposición por cara. Estos cátodos tienen ventaja de reducción de cortocircuitos, eliminación de la corrosión. En este estudio al realizar las pruebas con el acero inoxidable 316 L con unas dimensiones de 7 cm de largo, 5 cm de ancho y un espesor de 3 mm como cátodo observamos que este material no presenta corrosión y se puede retirar fácilmente el cobre depositado al final del proceso de electrodeposición, además de una buena circulación de corriente sin producir cortocircuitos.

Para Davenport (2011). Una temperatura de 45-55 º C es óptima para la conductividad. También menciona que, si la acidez del electrolito es alta, pueden mejorar la conductividad de esta, pero si excede los límites puede causar la generación de niebla acida y corrosión de los ánodos, lo que influye en la electrodeposición. En los experimentos realizados se corrobora que los ánodos (99% Pb y 1% Ag) sumergidos en un electrolito con 100 g/L de ácido sulfúrico y a una temperatura de 60 ° C, dichos ánodos presentaban corrosión además de picaduras en su superficie y generación de niebla acida perjudicando el proceso de electrodeposición del cobre.

En la tabla 16 se observa que en el primer nivel para la concentración de sulfato de cobre (40 g/L) obtenemos un mayor depósito de cobre pero también se deposita un cobre de mala calidad (oxidado y en polvo), luego en los otros dos niveles (80 g/L y 120 g/L) el depósito de cobre disminuye pero obtenemos un deposito laminar y sin oxidación. Como se puede observar en la figura 14 al incrementar la concentración de 40 g/L a 120 g/L disminuye el depósito de cobre de 0.866 g. Cu2+ a 0.829 g. Cu2+. Esto es debido que a bajas concentraciones, la velocidad de difusión es lenta, esto genera que la corriente que fluye en el electrolito sea lenta y produzca un cobre depositado negro y en polvo. Para

71 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

concentraciones mayores la difusión se hace más rápida y con ello se obtiene u un n producto más brillante y de buena calidad. En la tabla 17 se observa que a medida que aumenta la concentración de ácido sulfúrico se incrementa el depósito de cobre obteniendo una mejor calidad del depósito en el nivel medio (60 g/L H 2SO4). En la figura 15 se observa que al incrementar la concentración de ácido sulfúrico de 10 g/L a 100 g/L se incrementa el depósito de cobre de 0.832 g. Cu 2+  a 0.861g. Cu2+. Esto es debido a que disminuye la conductividad del electrolito, lo que genera que haiga menos desplazamiento de iones 2+ hacia el cátodo, siendo un depósito blando y difícil de retirar. Lo contrario ocurre cuando la concentración de ácido sulfúrico es mayor, donde se obtiene un cobre más compacto, fácil de retirar y de m mejor ejor calidad.

En la tabla 18 verificamos que al incrementar la temperatura disminuye el depósito de cobre; sin embargo, a 40 ºC, se obtiene el mejor depósito en cuanto a calidad. En la figura 16 se observa que al incrementar la temperatura de 25 °C a 60 °C disminuye el depósito de cobre de 0.853 g. Cu 2+ a 0.816 g. Cu2+. Esto es debido a que al aumentar la temperatura, se incrementa la velocidad de difusión y existe un crecimiento de los cristales, generando la formación de un depósito más grueso que a una temperatura menor. En la tabla 19 se observa que en el primer nivel para la concentración de sulfato de cobre (40 g/L), al aumentar la concentración de ácido sulfúrico se incrementa el depósito de cobre mientras que para los otros dos niveles observamos que a 80 g/L de sulfato de cobre es cuando se obtiene el mayor depósito de cobre. En la figura 17 se observa que con 40 g/L de sulfato de cobre y 100 g/L de ácido sulfúrico obtenemos la mayor recuperación pero se obtiene un cobre de mala calidad (oxidado y en polvo). Mientras que a 80 g/L de sulfato de cobre y 60 g/L de ácido sulfúrico obtenemos el mayor depósito de cobre y de buena calidad (0.836 g/L 2+).Esto es debido a que la presencia de iones como el 2+ proveniente del sulfato de cobre, disminuye la conductividad. Por otro lado, la concentración de ácido sulfúrico aumenta debido a la descomposición del agua,

72 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

en + libre y del sulfato de cobre en 2+  y 42 , lo cual genera un exceso de ácido sulfúrico y con ello una mayor conductividad. Sin embargo, al incrementar la concentración de ácido sulfúrico y con una concentración de sulfato de cobre mínima, el proceso se vuelve inestable generando un cobre de malas propiedades físicas y químicas. En la taba 20 se observa que para el primer nivel de sulfato de cobre (40 g/L) a medida que aumenta la temperatura disminuye el depósito de cobre, mientras que en los otros dos niveles de sulfato de cobre (80 g/L y 120 g/L) obtenemos el mayor depósito de cobre a una temperatura de 40 °C. En la figura 18 se observa que para 40 g/L de concentración de sulfato cobre al aumentar la temperatura de 25 °C a 60 °C el depósito de cobre disminuye de 0.893 g. Cu 2+ a 0.818 g, Cu2+. También se observa que para los niveles 80 y 120 g/L de concentración de sulfato de cobre y a una temperatura de 40 °C obtenemos 0.841 g Cu 2+ y 0.840 g Cu 2+ respectivamente. Esto es debido a que a mayor concentración de sulfato de cobre existe mayor presencia de iones 2+ y con ello al incrementar la temperatura hasta cierto punto; favorece la velocidad de difusión de los iones de 2+, reduce la viscosidad de la solución y aumenta la densidad de corriente límite para el depósito de cobre.  

En la tabla 21 se observa que a los 25 °C y 40 °C al aumentar la concentración de ácido sulfúrico de 10 g/L a 100 g/L aumenta el depósito de cobre, mientras que para 60 °C; al aumentar aumentar la conce concentración ntración de ácido ácido sulfúrico de 10 g/L a 100 g/L disminuye el depósito de cobre. En la figura 19 se observa que a 25 °C y 40 °C al aumentar la concentración concentración de á ácido cido sulfúrico de 10 g/L a 10 100 0 g/L aumenta el depósito de cobre (de 0.833 g. Cu2+ a 0.889 g. Cu 2+ y de 0.844 g Cu 2+ a 0.888 g Cu2+  respectivamente), también se observa que para 60 °C al aumentar la concentración de ácido sulfúrico de 10 g/L a 100 g/L, disminuye el depósito de cobre de 0.818 g. Cu 2+ a 0.805 g. Cu2+ . Esto es debido a que altos niveles de  

concentración de ácido sulfúrico y de temperatura, se genera una mayor difusión de iones y mayor conductividad, pero influye en la morfología de la deposición

73 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

(granos gruesos irregulares) disminuyendo sus propiedades químicas y físicas; además de adherirse muy fuerte al cátodo, siendo difícil de retirar.

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones

mayor co concentración ncentración de sul sulfato fato de cobre en el electrolito, dis disminuye minuye el pes peso o •  A mayor del depósito de cobre pero mejora su calidad química y física. Para concentraciones de 80 g/L de sulfato de cobre en el electrolito, se obtiene el mayor depósito de cobre, con la mejor calidad química y física; y con una eficiencia de corriente del 98.27 %. Para concentraciones de 40 g/L de sulfato de cobre en el electrolito se obtiene como depósito “polvo de cobre oxidado”.

mayor con concentración centración de ácido ácido ssulfúrico ulfúrico e en ne ell electrolito, aumenta el pes peso o del del •  A mayor depósito de cobre y mejora su calidad química y física. Para concentraciones de 100 g/L de ácido sulfúrico en el electrolito, se obtiene el mayor depósito de cobre con buena calidad química y física y una eficiencia de corriente del 98.57 %.

74 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  A mayor mayor temperatur temperatura a del electrolito, disminuye disminuye el pe peso so del depósito de ccobre, obre,

pero mejora su calidad química y física. Para temperaturas de 40 ºC, se obtiene el mayor depósito de cobre, con la mejor calidad química y física; y una eficiencia de corriente del 99 %. •  De las interacciones interacciones de las vvariables ariables en estudio, se determina q que ue las 3

variables muestran un efecto significativo sobre el peso del depósito de cobre; siendo la concentración del sulfato de cobre en el electrolito, la que muestra un mayor efecto. El mayor peso de cobre depositado y de la buenas propiedades químicas y físicas, se obtiene con las siguientes condiciones de operación:  

Concentración de sulfato de cobre: 80 g/L  Concentración de ácido sulfúrico: 100 g/L  Temperatura: 40 º C  Voltaje

de la celda electrolítica:

 Intensidad

de corriente:   Densidad de corriente:

2.0 V 0.70 Amp 150 Amp/2 

5.2. Recomendacion Recomendaciones es

•  Adicionar reactivos químicos (orgánicos o inorgánicos) al electrolito tales como

el guartec, guarfloc, galactasol,

entre otros; evaluando la calidad y

cantidad del depósito catódico.  otras variables tales como: como: agitac agitación ión del electrolito, viscosidad, viscosidad, •  Evaluar otras distancia entre electrodos, calidad de los electrodos, etc.   •  Mantener la temperatura constante para obtener depósitos de cobre de buena

calidad, minimizando el desprendimiento de óxido de plomo de los ánodos y la degradación de los aditivos químicos. •  Mantener la distancia de separación de los electrodos para evitar cortocircuitos

y la formación de depósitos irregulares sobre el cátodo.

75 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  Mantener la intensidad de corriente constante, ya que influye directamente en

la densidad de corriente utilizado en el proceso de electrodeposición. 

Referencias bibliográficas  Aguilar, J. (s.f.) Metalurgia Extractiva del Cobre. Pirometalurgia e hidrometalurgia. Diapositivas. (p. 10) Recuperado de: http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmII/4.pdf  Aguilera, C. (21 de agosto del 2016). 2016). Curso de Electroobtenci Electroobtención. ón. Diapositivas.  Antofagasta.

Chile. Recuperado de:

https://www.academia.edu/9823593/Presentac https://www.academia.edu/982 3593/Presentacion_Electro_obtencion ion_Electro_obtencion

 Alfaro, R. (15 de junio del 2016). Procesos Procesos Electro Obtención de Co Cobre bre EW. Scribd. Recuperado de: https://es.scribd.com/doc/109872461/Proceso-EW

 Arriagada, P. (2006). Diseño, construcción y optimización de una celda de electro obtención de cobre con cátodo particulado móvil basada en electro diálisis reactiva. Tesis para obtener título de Magister. Santiago de Chile, Chile, Facultad de Ciencias Físicas. 76 p.

Baeza, A. y García, A. (2011). Principios de electroquímica analítica. Colección de documentos de apoyo. Universidad Nacional Autónoma de México. 81 p. Ballester, A. Verdejo, L. y Sonoha, J. (2000). Fundamento de Metalurgia Extractiva. (Vol. I y II). Madrid, España: Síntesis S.A.

76 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Beltrán, R. (2013). Control de impurezas en refinación electrolítica del cobre. II Encuentro Internacional Metalurgia. Plantas y Procesos. Lima. Perú.

Cárdenas. (s.f.). "Pirometalurgia del cobre”. Termodinámica para Materiales.

Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Colombia. (pp. 2- 5).

Cáceres,

G.

(1992).

“Hidrometalurgia

y

Electrometalurgia”.

Curso

de

capacitación. Universidad de Atacama. Copiapó. Chile. Centro Tecnológico Minero. (s.f.). Manual del participante: Proceso de Electroobtención. Cod. EE 14309. Programa de Formación de Operador base planta Hidrometalurgia y concentradora. Universidad Arturo Prat. Iquique. 41 p. Chamorro, G y Jimenes, R. (2011). Purificación y electrodeposición de cobre a partir del lixiviado de la empresa Ferro Ferr o química S.R.L. para obtener un cobre electrolítico a nivel laboratorio. Tesis para obtener el título de Ingeniero. Facultad de Ingeniería Química. Huancayo, Perú. 135 p.

Codelco Norte (2004). Curso interactivo para la operación en la unidad de Electroobtención de Codelco Norte, Chuquicamata. Manual. CIMM Educación. Gestión Tecnológica. Superintendencia SX-EW. Gerencia de Hidrometalurgia. 279 p.

Conceptos teóricos y operacionales de electrodeposición. (11 de junio del 2016) Capitulo

Nº

3.

pp.

95-164.

Scribd.

https://es.scribd.com/doc/71476571/Teoria-EW

Recuperado

de:

77 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Consorcio PROMINSAC PLASTENORT SRL. (s.f.). Proyecto Hidrometalúrgico de Corocoro. Consideraciones teóricas. Practica Operacional. Área de electro obtención. 49 p. COPPEX “Engineering & Technologies. (2012). Prototipo para la producción de

cátodos y azufre a partir del metal blanco en la minería del cobre. Proyecto de Innovación Tecnológica. Informe Final CODIGO N° 091EI-5520. 67p. Davenport, W., Schlesinger, M., King, M., y Sole, K. (2011). Metalurgia Extractiva del cobre. Ámsterdam. Holanda. Elsevier Ltd. (5º Ed.). pp. 349369 Del canto, A. Herrera, J. y Flores, P. (2010). ELECTROMETALURGIA, Electroobtención de cobre. Universidad Arturo Prat. Departamento de Ingeniería.  Área metalurgia. Iquique. Chile. 18p. Domic`, E. (2001). Hidrometalurgia. Fundamentos, procesos y aplicaciones. Santiago de Chile, Chile: Andrés Impresores Ltda. Ecured (17 de junio del 2016). Electrorefinación de Metales. Recuperado de: https://www.ecured.cu/Electrorefinaci%C3%B3n_de_Metales Electrometalurgia. (s.f.) Departamento de Ingeniería Metalurgia. Universidad de Santiago de Chile. Santiago. Chile. 12p. Hidrometalurgia. (s.f.). Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de Santiago

de

Chile.

Chile.

(p.

192-199).

Recuperado

de:

http://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo14.pdf   

Introducción Generalidades del cobre Metalurgia del Cobre Proceso Pirometalúrgico Proceso Hidrometalúrgico Clasificación del Cobre y  Aleaciones. (s.f.). Diapositivas de SlidePlayer. SlidePlayer. (p. 13). Recuperado de: http://slideplayer.es/slide/159188/

78 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Izcalli, C. (2008). Principios de Electrodeposició El ectrodeposición. n. Laboratorio de Tecnología de materiales. Facultad de Estudios Superiores de Cuautitlán. Departamento de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México. Cuautitlán. México. 42 p. Morales, A. (2003). Electro-Metalurgia. Apuntes para alumnos de Ingeniería Metalúrgica. Facultad de Ingeniería y Ciencia Geológicas. Universidad Católica del Norte. Antofagasta, Chile. 93p. Química- Electricidad. (15 de junio del 2016). La Electrolisis. Aplicaciones. Recuperado

de:

http://www.sapiensman.com/tecnoficio/electricidad/eletrolisis_1.php Ramos (12 de junio del 2016). Electro-obtención de cobre. Temas de Electroquímica

Aplicada.

Recuperado

de:

http://www.ramos.utfsm.cl/doc/495/sc/EW_cobre.pdf Rodríguez, J. Vásquez, S. y Bosquez, F. (2003). Recubrimientos catódicos de cobre sobre matrices de acero, a partir de soluciones de difosfato a pH 9.  Artículo de Tecnociencia. Vol. 5. Nº 2. Universidad de Panamá, Departamento de Química Física. pp. 73-85. Skoog, D. Holler, F. y Crouch, S. (2008). Principios de análisis Instrumental. (6º Ed.). CENGAGE Learning editorial. Santa Fe, México. pp. 627- 653. Soto, J. Solis, A. (2012). Caracterización y optimización de parámetros de Sx/ew para la obtención de cobre electrolítico a nivel laboratorio. Tesis para optar el título de Ingeniero Metalúrgico. Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica. Univ. Nacional Mayor de San Marcos. Lima. Perú. 152p. Surco, M. (2012). "Optimización del proceso de aglomeración y Lixiviación en una planta de lixiviación de cobre”. Tesis para optar el título de Ingeniero

79 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Químico. Universidad Nacional de Ingeniería. Facultad de Ingeniería Química y Textil. Lima. Perú. (p. 19). Torres, C. et al. (2004). Análisis del proceso de electro-obtención de cátodos de cobre a través de la utilización de técnicas de diseño experimental. (Informe Nº ISSN 0717-9103). Departamento de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío. Minera El Abra, Calam. Chile. pp 81-87. Villanueva, J. y Ricce, E. (15 de junio del 2016). Calidad de cátodos de cobreGrado A. Planta de óxidos Tintaya, Perú. Scribd. Recuperado de: https://es.scribd.com/doc/120183823/Calidad-de-Catodos-de-Cobregradoa-planta-de-Oxidos-Tintaya

APÉNDICE

80 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Apéndice I: Análisis estadístico y varianza Cálculo del tamaño de muestra Para un intervalo de confianza de confianza de 95%. Entonces usamos la siguiente fórmula para encontrar el tamaño de muestra considerando un α =0.05.

Por lo tanto el número total de pruebas experimentales serán: N=axbxcxr N=3x3x3x3 N = 81

Análisis de varianza

81 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Cálculos para el diseño factorial de 3 factores con 3 niveles y 3 réplicas para cada factor

a=3

b=3 c=3r=3 Para suma de cuadrados para el efecto ABC •  Hallamos

•  Hallamos

•  Hallamos

•  Hallamos

82 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

    =0.023 

•  Hallamos  2         =  ∑∑          

 2      −     −    −        

7.489 2 + 7.477 2 +7.489 2 +7.571 2 +7.511 2 +7.474 2 +8.335 2 + 7475 2 +7.424 2  68.2452    −  −0.023  −0.013  81 

•  Hallamos

•  Hallamos

•  Hallamos

3 × 3 

83 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  Hallamos

Prueba de hipótesis 1) Definición de hipótesis:  H0: Ƭ1 = 0; β j = 0; Ɣk = 0; (Ƭβ) = 0; (ƬƔ) = 0; (βƔ) = 0; (ƬβƔ) = 0 H1: Ƭ1 ≠ 0; β j ≠ 0; Ɣk ≠ 0; (Ƭβ) ≠ 0; (ƬƔ) ≠ 0; (βƔ) ≠ 0; (ƬβƔ) ≠ 0

2) Nivel de significancia:  α = 0.05

3) Criterio  a = 3; b = 3; c = 3; r = 3 N = 3 x 3 x 3 x 3 = 81 Se rechaza la Hipótesis nula (H0); si

>

•  Para el factor A: 

>

y

84 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Entonces: > > 3.174 •  Para el factor B: 

>

Entonces:

y

> 3.174

factor C: 

•  Para el

>   ;1  ;2  

y

Entonces: > > 3.174

•  Para el factor AB: 

>

y

Entonces: > > 2.784 •  Para el factor AC: 

>

y

Entonces: > > 2.784 •  Para el factor BC:  > Entonces:

y

85 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

> > 2.784 •  Para el factor ABC: 

>

y

Entonces:

> 2.124

Apéndice II: Cálculo de la eficiencia de corriente

Donde:

Para hallar la

se halla con la siguiente formula:

Donde: Peso atómico del ion o de 1 mol de la sustancia depositada, gramos. Intensidad de corriente, Amperios. Tiempo de depósito, segundos.

86 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Valencia del ion o número de electrones en la reacción para depositar 1 mol de la sustancia. Constante de Faraday, 96500 Coulombios o Amp.-Seg.  Hallamos

la masa teórica del depósito de cobre:

Reemplazando tenemos:

0.836 g  Ahora por la prueba realizada realizada a las siguientes condiciones: condiciones:

 Entonces

obtenemos una

g Por lo tanto la eficiencia de corriente obtenido es:

87 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Apéndice III: Cálculo de la densidad de corriente Condiciones de Prueba de electrodeposició electrodeposición n de cobre: ;

;

Datos de Prueba: Celda # 2: Peso de

81.675 g

Volumen de

55 ml

t= 1 hora 0.58 ;

0.56

I= 0.70 A V=

2V

Peso inicial del cátodo # 08= 42.455 g Peso final del cátodo # 08= 43.291 g Peso de cobre Electrodepositado = 0.836 g

Área de contacto: •  Área de un rectángulo =

Base = 5.2 cm  Altura = 4.5 cm  Área electrodepositada electrodepositada = 5.2 cm x 4.5 cm  Área electrodepositada electrodepositada por cara = 23.4 cm 2  

•  Cambiamos las unidades de cm2 a m2:

 Área electrodepositada electrodepositada por cara = 2.34 x 10-3 m2 

88 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  Como el área d dela ela formula es por el área de con contacto tacto del cátodo; en nues nuestro tro

caso seria las 2 caras del cátodo, por lo tanto:  Área electrodepositada electrodepositada por las 2 caras = 2.34 x10-3 m2 x 2  Área electrodepositada electrodepositada por las 2 caras = 4.68 x10-3 m2  Hallamos la densidad de corriente (ic): 

 

 

[Amp/ m2]  Donde: Densidad de corriente catódica (Amp/m2) Intensidad de corriente (Amperios) Numero de cátodos en la celda  Área de la superficie del cátodo cátodo en contacto con el electrolito, m 2.  

Reemplazando valores:

=

150 A/m2 

89 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Apéndice IV: Tablas de datos del proceso Tabla A.1. Tabla de datos para el análisis de varianza. Fuente de

Grados de

Variación

Libertad

SS

MSS 

;; 

F0 

 A

2

0.023

0.0115

115

3.174

B

2

0.013

0.0065

65

3.174

Rechazo

C

2

0.023

0.0115

115

3.174

Rechazo

H0 

Rechaz Rechazo o

 AB

4

0.035

0.00875

87.5

2.784

Rechazo

 AC

4

0.008

0.002

20

2.784

Rechazo

BC

4

0.022

0.0055

55

2.784

Rechazo

 ABC

8

0.013

0.0016

Error

54

0.007

Total

80

0.145 

16

2.124

Rechazo

0.0001

Decisión:

Dado que, a un nivel de significancia de 0.05, para los efectos de las variables concentración de sulfato de cobre, concentración de ácido sulfúrico, temperatura;

90 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

y sus debidas interacciones correspondientes correspondientes:: interacción concentración de sulfato de cobre y concentración de ácido sulfúrico; interacción concentración de sulfato de cobre y temperatura; interacción concentración de ácido sulfúrico y temperatura; y la interacción de los 3 variables; interacción de concentración de sulfato de cobre, concentración de ácido sulfúrico y temperatura; los valores de F 0  exceden sus valores tubulares (critico) a sus respectivos grados de libertad, por lo que existe evidencia empírica suficiente para rechazar la hipótesis nula; lo que conlleva a concluir que, los efectos de las variables concentración de sulfato de cobre, concentración de ácido sulfúrico, temperatura y todas sus interacciones entre ellos, influyen significativamente sobre la electrodeposición de cobre. 

ANEXOS

91 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

ANEXO I: Figuras de Análisis de datos Los resultados correspondientes a las pruebas experimentales son detallados en tablas y figuras que a continuación se presentan.

Figura A.1. Gráficas   de Residuos para resultados.

92 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

•  Gráfica de Probabilidad Normal; la línea qu que e ven es la gráfica media y los

puntos rojos indican el comportamiento de los datos con respecto a la línea media o gráfica media. •  Gráfica de de ajustes ajustes también también indica indica el comportamiento de lo loss datos datos ccon on res respecto pecto

a la línea central. •  El histograma indica c cómo ómo es que sse e comportan cada uno de los datos en

valores. observación, ervación, muy similar similar a una gráfica d de e con control, trol, también indica •  El orden de obs el comportamiento de los datos.

ANEXO II: Fotos de la microestructura de las pruebas realizadas

a)  Microestructura a 100X

 

 b) Microestructura a 50X

Figura B.1: Microestructura de las muestra con 120 g/L de sulfato de cobre, 10g/L de ácido sulfúrico

y a una temperatura de 25 ºC. La figura a) corresponde a la microestructura a un aumento de 100X, es decir a una medida de 10 μm. La figura, b) nos muestra la microestructura a 50X, es decir a una medida de 20 μm

En la Figura B.1. se observa que el depósito no es uniforme, se ve opaco, oscuro; y presenta varios puntos negros en la figura f igura a) lo que vendría a ser depósito de malas propiedades químicas y físicas; además de vacíos donde no hubo depósito. 

93 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

a) Microestructura a 100X 

 b) Microestructura a 50X 

c) Microestructura 20X Figura B.2:

Microestructura de las muestra con 120 g/L de sulfato de cobre, 100g/L de ácido

sulfúrico y a una temperatura de 40 ºC. La figura a) corresponde a la microestructura a un aumento de 100X, es decir a una medida de 10 μm. La figura b)  nos muestra la microestructura a 50X, es decir a una medida de 20 μm la figura c) nos muestra la microestructura a 20X, es decir a una medida de 50 μm.

94 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

En la figura B.2. observamos que el deposito es menos opaco, existe menos presencia de depósito irregular, poca presencia de vacíos en la superficie y además de tener un deposito más compacto.

a) Microestructura 100X

b) Microestructura 50X

c) Microestructura 20X 

Figura B.3. Microestructura de las muestra con 80 g/L de sulfato de cobre, 60g/L de

ácido sulfúrico

y a una temperatura de 40 ºC. La figura a) corresponde a la microestructura a un aumento de 100X, es decir a una medida de 10 μm. L a figura b) nos muestra la microestructura a 50X, es decir a una medida de 20 μm la figura c) nos muestra la microestructura microestructura a  20X, es decir a una medida de 50 μm.

95 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

En la figura B.3. se observa que la microestructura muestra una mejoría notable en la calidad del depósito, el metal depositado es más brillante, con menos presencia de vacíos, con un grano no tan fino f ino y sin presencia de alguna impureza.

a) Microestructura 100X

b) Microestructura 50X

c) Microestructura 20X  Figura B.4. Microestructura de las muestra con 80 g/L de sulfato de cobre, 100g/L de ácido sulfúrico

y a una temperatura de 40 ºC. La figura a) corresponde a la microestructura a un aumento de 100X, es decir a una medida de 10 μm. L a figura b) nos muestra la microestructura a 50X, es decir a una medida de 20 μm la figura c) nos muestra la microestructura microestructura a  20X, es decir a una medida de 50 μm.

96 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

En la figura B.4. se observa que las microestructuras nos muestran un depósito brillante, con pocos vacíos y con un grano más grueso, lo que nos genera un depósito más compacto, de mejores propiedades físicas y químicas.

ANEXO III: Fotos de realización de las pruebas.

Figura C.1: Muestras preparadas con las concentraciones indicadas y puestas en sus

97 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

respectivas celdas.

a)  Fuente de Poder

b) Baño termostático

c) pH metro  Figura C.2. Equipos utilizados para las pruebas experimentales. a) Fuente de

 b)  Baño termostático, c) pHmetro

poder,

98 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura C.3. Horno de Fundición utilizado en la elaboración de

Figura C.4. Destilador de agua

los ánodos de Pb-Ag. 

Figura C.5. Microscopio

99 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

a) Cátodos

b) Ánodo

Figura C.5. Electrodos utilizados para la electrodeposición de cobre. a)

a) Proceso de electrodeposición

Cátodos, b) Ánodos

b) Conexión y arreglo de los electrodos 

100 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

c) Ubicación de las celdas y proceso Figura C.6. Proceso de la electrodeposición de cobre. a) Proceso de electrodeposición, b) Conexión

y arreglo de los electrodos, c) Ubicación de las celdas y proceso.

Figura C.7. Cátodos electrodepositados con cobre.

ANEXO IV: Ficha técnica del acero inoxidable 316L

101 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

102 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

103 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Anexo V: Ficha técnica del sulfato de cobre

104 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

105 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

106 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Anexo VI: Tablas y gráficos normalizados.

107 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura E.1. Curvas de operación característica para el análisis de varianza del modelo con efectos fijos.

108 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licence http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/ s/by-nc-sa/2.5/pe/  

BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN  

Figura E.2. Puntos porcentuales de la distribución F

de Fisher.