REFINACION ELECTROLITICA

REFINACION ELECTROLITICA  DE COBRE

¿QUE ES REFINACION ELECTROLITICA? Proceso mediante el cual cobre es purifcado mediante una reacción electroquímica, que permite separar este metal de sus impurezas. Para esto se introducen planchas de cobre en una solución conductora (electrolito) y se hace pasar una gran corriente, lo que produce que los átomos de cobre se depositen sobre cátodos de cobre y las impurezas queden alrededor del ánodo.

PROCESOS DE REFINACION ELECTROLITICA l cobre de ánodos se refna electrolíticamente para producir el cobre de alta pureza que requiere la industria el!ctrica y para recuperar los metales preciosos que contiene, así como los demás subproductos metálicos •

el Cobre es electroqu í micamente micamente disuelto del ánodo en el electr ólito, produciendo cationes de cobre y electrones

#u°anodo→ #u" + 2e E° = - 0.34 V • • •

Los electrones producidos por la Reacción (1) son transmitidos hacia el cátodo a través del circuito eterno y el suministro de !uer"a# Los $ cationes Cu %& en el electrólito emi'ran para el cátodo por la convección y la di!usión# Los electrones y $ los iones Cu %& se recombinan en la super!icie del cátodo !ormar metal de cobre (in las impure"as del ánodo)

#u° + "e •

(1)

→ #u° catodo

° =

+ %.&'$

(")

*n con+unto, el electrorore!inado de cobre es la suma de Reacciones (1) y (% )

#u°impuro

→ #u° puro

° = %.% $

(&)

LA QUÍMICA DE ELECTROREFINACION Y EL COMPORTAMIENTO DE IMPUREZAS DEL ÁNODO as impurezas principales en ánodos de cobre son g, u, *i, #o, +e, i, Pb, -, -b, -e, y e /eben imposibilitarse entrar en el cobre del cátodo. -u comportamiento es gobernado por su posición en la serie electroquímica n el ánodo, los elementos con menos potenciales positi0os de reducción que #u se disuel0en ba1o el potencial aplicado, mientras elementos con más potenciales positi0os de reducción qu!dese en la 2orma sólida. n el cátodo, los elementos con más potenciales

El EQUIPO a electrorefnacion industrial usa grandes ('% a 3% mm), los ánodos delgados de cobre (4 a 4% mm) y los cátodos delgados (el 5igo (6 4 m 4 m) interpaginaron apro7imadamente 3% mm aparte en una celda llenado con electrólito.). os ánodos en la celda están todos en el mismo potencial8 potencial8 os cátodos cátodos están todos en en otro, potencial. l poder de corriente directa es pro0isto por un rectifcador. os ánodos y los cátodos son uni2ormemente espaciados a lo largo de la celda para asegurar una distribución constante de corriente para todos los electrodos CuSO2 y H2SO4

l proceso es continuo cuando los electrodos están cargados o descargados de las celdas. l electrólito conteniendo a continuamente entra en el e7tremo in2erior de cada celda. /e1a las celdas (ligeramente menos puro) por continuamente derramándose el

9n electrorefnado moderno de cobre en #hina. ote la gr:a a!rea destinada para mo0er ánodos y cátodos hacia y desde las celdas. n el tras2ondo, el plástico cubre con una sábana cubrir una cierta cantidad de las celdas minimizan p!rdidas de e0aporación y de

LOS ANODOS os ánodos impuros de cobre son lanzados a un horno de 2undición o la refnería misma. -on típicamente ' a 3 cm gruesos, con una masa de &%% a '%% ;g. as masas que empieza de los ánodos deberían ser muy similares a fn de que todos ellos se disuel0en en la misma tasa. os ánodos lentamente se ponen más delgados como el cobre se deshaga en el electrólito. 9na 0ez que alcanzan 43 a "% < de su masa original (despu!s de un tiempo típico del electrorefnacion de "4 días), son remo0idos de la celda antes de que se rompan en trocitos y caigan en la celda. sta peque=a

LOS CATODOS as refnerías modernas usan espacios 0acíos acerados ino7idables como el cátodo de puesta en marcha. >sta es una ho1a de acero ino7idable soldado para cubrir de cobre soporte atranca . l cobre es electrodepositado encima de estos cátodos para ? a 4% días. os cátodos capturados en cobre son luego remo0idos de la celda y reemplazados con espacios 0acíos recientes de acero ino7idable. os cátodos capturados en cobre son la0ados con aspersiones de aguas calientes y los depósitos de cobre (3% a @% ;g en cada lado del espacio 0acío) son

LAS CELDAS #eldas que refnan industrial son típicamente & a A m de largo. -on anchas y lo sufcientemente pro2undas (6 4.4 m 4.& m) para acomodar los ánodos y los cátodos con %.4 a %." m deba1o. as celdas modernas son dise=adas con altura adecuada entre el 2ondo de los electrodos y la celda echan al suelo para minimizar contaminación del cátodo de cienos que caen a la base de la celda. #ada celda típicamente contiene que los pares &% a A% ánodos cátodo conectados de adentro igualan. as celdas modernas están hechas de cemento armado 0aciado de antemano de polímero de cemento armado de polímero son usualmente lanzadas con soportes

LOS COMPONENTES ELECTRICOS as celdas están conectadas el!ctricamente en la serie para 2ormar secciones de celdas del "% a '%. #ada sección puede ser el!ctricamente esporádica para insertar y quitar ánodos y cátodos y para limpiar y el mantenimiento. l n:mero de celdas en cada sección está escogido para ma7imizar la efciencia de estas operaciones. a cone7ión el!ctrica entre celdas se hace conectando los cátodos de una celda para los ánodos de la celda adyacente etc!tera. a cone7ión se hace colocando f1amente en su lugar los cátodos de una celda y los ánodos de la siguiente celda en una barra com:n del

L CICLO CICLO TÍPICO DE ACENDRAMIENTO l electrorefnado de producción empieza por introducir un grupo de ánodos y cátodos en las celdas 0acías de una sección 2rescamente liberada de la refnería. -on precisamente espaciados en una percha y traídos para cada celda por gr:a. ste proceso está a menudo completamente automatizado. as celdas se llenan luego de electrólito y conectadas para el suministro de 2uerza. l electrólito desagua continuamente y de las celdas. os ánodos comienzan a disol0erse y el cobre puro comienza a capturar en los cátodos. as celdas son inspeccionadas regularmen regularmente te para localizar puso en cortocircuito cortocircuito pares del cátodo de ánodo. a inspección se hace por escáneres in2rarro1os (cuál localiza electrodos C calientesC), metros de gauss, y sistemas de monitoreo de 0olta1e de la c!lula. /os o tres ciclos que capturas cátodo se producen de un ánodo solo. #ada cátodo de cobre típicamente pesa a 3% a 4%% ;g. ste ciclo del enchapado del multicátodo asegura que los cátodos no crecen tambi!n cerca de los ánodos cubiertos en cieno y se contaminan. os cátodos cargados en cobre son

EL ELECTROLITO lectrólitos que refnan cobre típicamente contienen a '% a 3% g D  #u, 4?% a "%% g D  4% a "% g D  i, hasta "% g D  an, y las impurezas di0ersas .a naturaleza y la concentración de las impurezas puede disentir muy ampliamente, dependiendo del composición del ánodo, cuál, a su 0ez, depende del cieno para el horno de 2undición a conducti0idad el!ctrica del electrólito aumenta con aumentar tracción pero disminuciones con aumentar a concentraciones (#u y i) a conducti0idad me1orará rendimiento de batidoras, pero las concentraciones ácidas superiores tambi!n aumentan corrosión en el tanque. 9na concentración #u demasiado alta puede conducir a la pasi0ación pasi0ación de los ánodos ánodos y puede puede aumentar aumentar la 0iscosidad 0iscosidad del del electrólito. sto, a su 0ez, puede aumentar los sólidos en la suspensión y consecuentemente puede reducir pureza del cátodo

La Temperatura e Ele!tr"l#t$ l electrólito es calentado en 0apor para 6 A3 # (usar titanio o eEón se enrolla). sta cale2acción es cara pero sus e2ectos benefciosos incluyan8 () umentand umentando o la solubilidad de #u-F' y 35"F, impidi!ndolo de cristalizar en el ánodo G (*) /ecrec /ecreciendo iendo densidad de electrólito electrólito y 0iscosidad cuál reduce la migración de cienos en la celdaG (#) umentand umentando o la tasa de las reaccione reaccioness electroquímicas electroquímicas La F#ltra!#"& e Ele!tr"l#t$ l presente bien 2undado insoluble de partículas en el electrólito puede causar problemas en electrorefnado. os sólidos pueden originarse de 2alla de los ánodos, de ánodo en2anga, o del recubrimiento recubrimiento del molde usado al lanzar los ánodos n la 0iscosidad alta, las partículas insolubles son suspendidas en el electrólito. #uando los sólidos heredan con!ctese con el cristal creciente superfcie sir0en de subtratado para la nucleación. sto realiza el grano y tasa de crecimiento local poniendo ásperos principios. sto puede iniciar el crecimiento de dendritas. a fltración adecuada del electrólito re circulante es crítica. La rem$!#"& e Impure'a( el Ele!tr"l#t$ as impurezas solubles del ánodo se deshacen continuamente en el electrólito . Para impedir estos de acumularse en el electrólito, son continuamente remo0idos de uno purga corriente. #omo, *i, #o, +e, i, y -b son las impurezas principales quitadas así. ambi!n, l < 4 a " del #u que se disuel0e de los ánodos no

MAXIMIZANDO PUREZA DEL CÁTODO DE COBRE l ob1eti0o t!cnico principal de la refnería es producir cobre del cátodo de pureza alta. Ftros ob1eti0os importantes son producir este cobre puro rápidamente y con un consumo mínimo de energía y la 2uerza de traba1o. l resto de este capítulo discute estas metas y cómo son logrados. os 2actores principales inEuenciando la pureza de cobre del cátodo son8 l acomodamiento 2ísico de los ánodos y los cátodos en las celdas electrolíticas. • el Producto Huímico acondiciona, en particular composición de electrólito, claridad, las concentraciones del agente de ni0elación y que refna grano, la temperatura, y la tasa de circulación. • lectrolítico acondiciona, en particular densidad actual. •

MINIMIZANDO CONSUMO DE ENERGÍA l consumo el!ctrico total de energía de un electrorefnado es ;iloIattJhora del &%% a '%% por tonelada de cobre producido. s minimizado ma7imizando efciencia actual y manteniendo buenas cone7iones el!ctricas a todo lo largo de la refnería. l combustible de hidrocarburo es tambi!n usado en el electro refnería, principalmente para electrólito calentador y ánodo 2undente ri=en. a energía de cale2acción de electrólito es minimizada aislando celdas, tanques, y toca el caramillo, y cubriendo las celdas electrolíticas con lencería de sábanas de lona o de plástico a energía de derretimiento de la peque=a cantidad del ánodo es minimizada minimizando producción de la peque=a cantidad, i.e., anzando ánodos gruesos, iguales y masi0os, y por corriente igualadora entre todos los ánodos y los cátodos. s tambi!n minimizado derritiendo la peque=a cantidad en un horno de cuba efciente en la energía

ELECTROREFINERIA INDUSTRIAL las condiciones operati0as de siete electrorefnerias modernos (Kobinson t l., "%4%). stas refnerías han sido seleccionadas para demostrar la di0ersidad de mane1ar condiciones, de uno de mientras más grande en el mundo (#huquicamata, AAA %%% t D 4) para una de refnerías más 0ie1as en el mundo que toda0ía mane1a (la refnería de Lapón en -aganose;i, comisionado en 4M4A). 9na refnería relati0amente nue0a es Nresi; en Ondonesia (comisionada en 4MMM), mientras la refnería *oliden en -uecia recibió un programa me1orado principal

ESARROLLOS RECIENTES Y LAS TENDENCIAS EMER)ENTES QUE ESARROLLOS TRO CU*REN DE CO*RE A LA ELECTROREFINACION La mayor parte de las tendencias y desarrollos actuales en electrore!inacion se tratan de maimi"ar producción, se'uridad, y pure"a del producto me+orando de eistir in!raestructura y equipamiento, mientras minimi"ar consumo de ener'a y ase'urar sustentabilidad de la empresa# -na cierta cantidad de los desarrollos más notables incluyen (.oso /e!ensivo et al#, %002 Robinson et al#, %010) La adopción (a) Continuada de celdas de cemento armado de polmero2 La adopción (b) Continuada de sistemas permanentes (especialmente en pases donde los costos de personal son altos) del cátodo2 La mecani"ación de la casa de tanque, la automati"ación, y el uso de sistemas de robótica en la (3slin, *ri4sson, 5e!eren, y ue 6e4, %010 (c) 'r7a tan4houses, inclusiva mane+ando sistemas, máquinas de preparación del ánodo, y el cátodo maniobrando máquinas2 /+urov, %010)2 La adopción (d) 3umentada de tecnolo'as adelantadas de control de proceso2 Los sistemas (e) 8uevos de contacto del electrodo para me+orar distribución actual y e!iciencia actual por ah minimi"ar corrientes desviadas2 *l equipo eléctrico (!) 9e+orado y los componentes para consentir operación en pro'resivamente

El RESUMEN ste capítulo ha demostrado que el acendramiento electrolítico es el m!todo principal de produciendo en masa cobre de pureza alta. l otro es electroganado. #ubra de cobre de electrorefnacion, despu!s de derretirse y la 2undición, contiene menos de "% impurezas ppm, y el o7ígeno que se controla en < %.%4@e%.%"3. lectrorefnacion conlle0a electroquímicamente disol0iendo cobre de ánodos impuros de cobre en un electrólito electrólito conteniendo a sul2ato de cobre y ácido sul2urico sul2urico y luego el electroquímicamente depositando cobre puro del electrólito encima de cátodos de acero ino7idable o de cobre. l proceso es continuo. l ob1eti0o crítico de electrorefnacion es producir cobre del cátodo de pureza alta. s logrado usando8 los ánodos Precisamente espaciados, planos, 0erticales, y los cátodos 9n suministro constante, amablemente aEuente de  electrólito caliente, alto #u" a tra0!s de todas las caras del cátodoG • la Pro0isión de un suministro constante, controlado de agentes de ni0elación y que refna grano. • •

as tendencias modernas importantes son tratarse ánodos con suites de la impureza más complicadas en corriente específca más alta, al ma7imizar seguridad del cátodo de pureza,

)RACIAS