Electrometalurgia

 ELECTRO METALURGIA “La 

electrometalurgia consiste en la producción de depósitos metálicos mediante la aplicación de la energía eléctrica”

INTRODUCCIÓN En el accionar diario de las cosas percibimos distintos fenómenos por interacción de cargas eléctricas. La electricidad está en todo lo que nos rodea. La aplicación industrial masiva de la electricidad, se inicio a comienzos del siglo XX. En 1912 se utilizó en la obtención de cobre, en Chuquicamata y desde esa fecha se aplica en procesos de minería extractiva.

DEFINICIÓN 

La electrometalurgia es la rama de la metalurgia que trata la extracción y refinación de metales por el uso de corriente eléctrica, conocida como proceso electrolítico o electrólisis.

IMPORTANCIA 

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Obtención, extracción, procesamiento y protección de distintos metales de sus diluciones o al afino de metales. Desde el punto de vista económico y energético. Electroquímica como solución eficaz.

PROCESO ELECTROMETALURGICO

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ELECTROOBTENCION Consiste en la extracción de metales a partir de soluciones, en forma de depósitos metálicos puros, densos y compactos o depósitos metálicos en polvo (pulvi-electrometalurgica) o bien, depósitos de compuestos metálicos (óxidos, hidróxidos o sales).

La electrometalurgia en solución acuosa: Aplicada fundamentalmente en la producción de Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Au y otros metales menores (Cd, Cr, Mn, Ga, Ti, Te) 

La electrometalurgia en sales fundidas: Aplicada principalmente a la producción de Al, Li, Mg, Na, K, y otros metales menores (Tierras raras, Ti, V, W, Zr, Th) 

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ELECTROREFINACION Consiste en la obtención de depósitos metálicos de alta pureza a partir de un metal impuro.

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GALVANOPLASTIA Consiste en recubrimientos metálicos delgados con fines anticorrosivos o estéticos (cromada)

PROCESO ELECTROLITICO 

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El proceso electrolítico es aquel en el que, a través de una corriente eléctrica, se descompone una sustancia sólida en disolución en fluido, para su uso posterior. La galvanoplastia aprovecha este proceso electrolítico para recubrir cuerpos solidos con una capa metálica, para su protección ante la corrosión y el desgaste.

Galvanoplastia In Situ 

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El proceso galvanoplástico consiste en la aportación del material necesario para reparar esas pequeñas averías consistentes en ralladuras, golpes y muescas; que no permiten en buen funcionamiento mecánico ni el rendimiento óptimo de sus máquinas. El proceso se realiza en frio, evitando dilataciones, con limpieza y pulcritud y, lo que es más importante: in situ sin desmontaje ni montaje posterior de la pieza en su bancada de trabajo. El proceso galvanoplástico garantiza la total limpieza y pulido de la zona afectada, así como la adherencia de la capa de relleno electrolítico, dejando la maquina dispuesta para su uso inmediato.

EL PROCESO El proceso galvanoplástico se compone de varios pasos que garantizan su eficacia: Limpieza: la zona de trabajo es escrupulosamente limpiada, con un proceso inicial de abrasión y pulido mecánico: y un desengrasado químico con productos específicos, incluyendo un proceso de desengrasado electrolítico. Cálculo de parámetros: tras la medición exhaustiva de la zona de trabajo y la valoración de daños, un proceso completamente informatizado calcula los parámetros precisos necesarios para el sistema. Electrolisis: en este paso, se escoge el fluido necesario para el rellenado de material de la zona afectada y se aplica con los parámetros anteriormente obtenidos hasta que el proceso termina, es decir, hasta que la avería desaparece. El Acabado final: tras la reparación de la zona de trabajo, se limpia y se le da el acabado final puliendo la zona hasta dejarlas en las condiciones de trabajo normales. 

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ELECTRO CONFORMADO Consiste en la elaboración de piezas metálicas especiales por la vía electrolítica.

ENERGIA ELÉCTRICA

PROCESO METALURGICO

DEPOSITO METALICO

Consiste en introducir una señal eléctrica en el sistema que se estudia y se obtiene información del mismo analizando la respuesta eléctrica que genera a dicha señal.

CELDA DE ELECTROLISIS Los procesos electrometalúrgicos tienen lugar en unidades llamadas celdas de electrolisis, las cuales se agrupan para constituir la nave o planta electrolítica. Una celda de electrolisis está constituida por: 

La celda: Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrones. En algunos casos, la celda constituida por dos mitades, conectadas entre sí por un puente salino.

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El Electrolito: Un medio acuoso, que contiene los iones del metal a depositar y otros iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos. El Ánodo: Material sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidación con liberación de electrones. Ejemplo : Zn => Zn2+ + 2 eEl cátodo: Electrodo sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de reducción con los electrones provenientes del ánodo. Ejemplo : Cu2+ + 2 e- => Cu

CELDAELECTROLITICA : La energía eléctrica se transforma en energía química

ELECTRO OBTENCIÓN DE COBRE (electrowinning) Descripción del proceso 

El proceso de electro obtención 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 (Cu2+) del electrolito es depositado selectivamente sobre la superficie del cátodo y a la vez se descompone agua en oxigeno y ácido sulfúrico en la superficie de ánodos insolubles de plomo.

Resultados del proceso electrolítico : * Depositación del cobre en el cátodo.

* Evolución de oxigeno en el ánodo. * El electrolito se enriquece en ácido y se empobrece en cobre.

El proceso de EW, se lleva a cabo en una celda electrolítica, donde circula continuamente el electrolito acuoso que contiene disuelto CuSO4 y H2SO4 y que proviene de la planta SX para el caso de nuestro interés en este curso. En la celda ocurren reacciones electroquímicas de oxidación - reducción provocadas por la energía eléctrica. En el cátodo el ion cúprico es reducido a cobre por los electrones suplidos por la corriente y que vuelven dicho electrodo de polaridad negativa. En el electrodo positivo hay un déficit de electrones, y se descompone agua generándose oxigeno gaseoso que burbujea en la superficie del ánodo y además ácido sulfúrico, de acuerdo a la reacción neta global : REACCION DE CELDA O GLOBAL : CuSO4 + H2O => Cu + H2SO4 + 1/2 O2 

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El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 30 y 50g/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 EW, otras sustancias denominadas aditivos (sulfato de cobalto) 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 m2) 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. Los cátodos cosechados posteriormente se someten a las operaciones de lavado, despegue de las láminas de cobre, encerado del borde inferior y retorno a la celda.

LA ELECTROREFINACION de un metal consiste en la disolución anódica del metal impuro y el posterior depósito catódico de este metal puro. El proceso de refinación acuosa del cobre es el más importante, pues prácticamente toda la producción de cobre por piro metalurgia es electrorefinada. A menor escala, se practica también la electrorefinación de Pb, Ni, Ag, Au y otros metales menores. LA ELECTROREFINACIÓN DE COBRE, tiene dos objetivos : * Eliminar las impurezas que perjudican las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, tales como : As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Fe, Co, Ni y Pb. * Recuperar las impurezas valorizables, como : Au, Ag, metales del grupo del Pt y Se.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Los ánodos se moldean en la fundición y son de cobre impuro (99.4 a 99.8 % Cu) y los cátodos son láminas de cobre puro (99.98 % Cu) u de acero inoxidable sobre el cual se va a depositar el cobre puro. REACCION ANODICA : Cu => Cu2+ + 2e- E° = 0.34 V (Disolución de cobre) REACCION CATODICA : Cu2+ + 2e- => Cu E° = 0.34V (Precipitación de cobre) ______________________________ REACCION DE CELDA O GLOBAL : Cu => Cu *E = 0 V

Resultados del proceso electrolítico : * Depositación de cobre puro en el cátodo * Disolución de cobre impuro en el ánodo * El electrolito se enriquece en impurezas y en cobre se produce un barro anódico, rico en Au y Ag

El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 g/l de Cu2+ y 180 a 200 g/l de H2SO4. La temperatura de trabajo es del orden de60 °C y la densidad de corriente varia entre 180 y 250 A/m2.