Metalurgia Extractiva II UNIDAD III
ELECTRO OBTENCION RICARDO ULLOA PINTO
[email protected] Área Minería y Metalurgi Metalurgia Otoño 2018 a
Electro obtención La electroobtención es el proceso final en la producción de cobre catódico de alta pureza. En la electroobtención el cobrede metálico se recupera desdedos unaelectrodos solución de sulfatoy de cobreenácido (CuSO4) mediante el proceso electrólisis sumergiendo (cátodo ánodo) una solución electrolítica de cobre. Solución electrolítica: Es una solución líquida que tiene la propiedad de permitir el paso de la corriente eléctrica. En la planta la solución electrolítica es una mezcla de agua, ácido sulfúrico y sulfato de cobre. Electrodos: Son planchas metálicas que se usan para hacer pasar la corriente eléctrica por el electrolito. El cátodo inicial (carga negativa), es una plancha de acero inoxidable 316L y el ánodo (carga positiva), es una plancha rolada en caliente de plomo-calcio-estaño. Para realizar la descomposición descomposición de la solución de sulfato de cobre, la corriente eléctri eléctrica ca continua cierra un circuito; ingresa por el ánodo, atraviesa la solución electrolítica y sale por el cátodo.
Electro obtención
El circuito de una celda electroquímica, está compuesto fundamentalme fundamentalmente nte por cuatro componentes: 1 . Ánodo Ánodo : Material sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidación con liberación de electrones. Pb = Pb+2 + 2e Cátodo : Electrodo sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de reducción 2. con los electrones provenientes del ánodo. Cu+2 + 2e- = Cu° 3. Electrolito: Electrolito: Un medio acuoso, con iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos. 4. Conductores: Conductores: Un medio sólido de electrones, que permite el flujo de ellos entre los electrodos.
Electro obtención
Electro obtención G
e
e
e
e
O H2SO4
e
e
2
H2SO4
e e CU°
+2
Cu
=SO4
O2
=SO4
e
ee
H2O
e e
e
=SO4
e e
OH+
=
+
H
Cu
Circuitos cerrados del proceso
Reactivos Sulfato de cobalto El sulfato de cobalto es enviado a la planta como solución al 8 por ciento en bolsas de polietileno . El objetivo del sulfato de cobalto es reducir la corrosión de los ánodos de plomo en la nave de electroobtención. Por lo general, se agrega suficiente sulfato de cobalto para mantener una concentración de electrólito de de 100 mg/L. mg/L. Los caudales típicos de solución de sulfato de cobalto son de aproximadamente 12 litros por hora.
Guar El polvo guar se envía a la planta planta en bolsas en pallets. El objetivo de de guar es mejorar mejorar las características de la superficie de los cátodos. FC-1100 La bomba de reactivos agrega FC-1100 a la corriente de electrólito rico que descarga desde las bombas de alimentación alimentación de celdas de EW antes de entrar a las celdas celdas de EW. EW. El reactivo de FCFC1100 se agrega al electrólito rico para controlar la neblina ácida que escapa desde la superficie de la solución de las de celdas de EW. EWen . El FC-1 100deforma manto que flota sobre la superficie la solución s olución lasFC-1100 celdas EW. una espuma, similar a un manto
Descripción de la planta de electro obtención En la planta de electro-obtención (EW) se desarrollan las operaciones de producción del cobre sólido alimentado alimentado desde la planta de extracción por solventes (SX). El cobre sólido es manipulado en forma mecanizada su almacenamiento en patio, para posterior transporte fuera de las instalaciones de la minahasta Spence. El cobre es producido mediante la electro-obtención, proceso electro-químico que se desarrolla en estanques denominados celdas, provistas de pares de electrodos y por las cuales circula un electrolito de alta alta pureza. Una corriente continua q que ue se establece ent entre re los electrodos deposita deposita láminas de cobre sólido sobre ambos lados de una lámina de acero 316L, que se desempeña en el proceso como electrodo catódico o cátodo. c átodo.
o btención y manejo de cátodos Descripción de la planta de electro obtención Las celdas de cada banco contienen 78 cátodos y 79 ánodos, con un espacio de 101.6 mm (4”) entre entre electrodos respectivos. Las celdas están alineadas con sus lados largos contiguos.
Descripción de la planta de electro obtención y manejo de cátodos Hay nueve estanques con un diámetro de 12 m cada uno, para regulación del flujo que circula a través de los circuitos de electro-obtención
Flujos de proceso que abastecen la planta EW Electrolito Rico. Rico. El fluido qu que e transporta el cobre extraído del mine mineral ral fluye desde la canaleta de acuoso del decantador S-1 de los trenes A, B, C y D Agua tratada (Fría). Proveniente del estanque de recepción el agua tratada fluye hacia los estanques reguladores de electrolito y hacia el estanque; desde este último es impulsada hacia uno de los filtros de electrolito durante el ciclo de lavado de la unidad. Agua tratada (Caliente). Utilizada en humectación de cátodos y lavado de contactos de celdas; lavado de campanas de captación de neblina ácida; preparación de reactivos de EW; y lavado de supresores de vapor en estanques reguladores de electrolito. cobalto. El reactivo es suministrado en forma de solución, Sulfato de cobalto. solución, preparada en la planta de preparación de aditivos e impulsado a uno de los estanques reguladores de electrolito. Guar. El reactivo es suministrado en forma de solució solución, n, preparada en la planta planta de preparación de Guar. aditivos, e impulsado a los estanques reguladores de electrolito. FC1100. El reactivo e FC1100. ess suministrado en forma de de solución, iimpulsado mpulsado desde su envase a los estanques reguladores de electrolito.
Flujos de proceso que abastecen la planta EW Aire de agitación agitación.. Desde el humectador humectador,, aire en baja presión e ess distribuido por un sistema de cañerías y alimentado a cada celda EW. Agua caliente circulante circulante.. Fluye en circuito circuito cerrado, alim alimentando entando los intercambiadores de calor para electrolito y los intercambiadores de calor para agua de lavado primario, secundario y final de depósitos de cobre en las máquinas cosechadoras. Agua potable potable.. Proveniente del estanque regulador flu fluye ye hacia las duchas para emergencia instaladas en el Patio de Estanques y en el edificio EW. Agua de proceso proceso.. Proveniente del estanque regulado reguladorr fluye hacia estaciones de manguera habilitadas en el Patio de Estanques y en el edificio EW. Aire de planta planta.. Desde el estanque acumula acumulador dor alimenta alimenta a través de u una na red de cañerías, estaciones de aire instaladas en el Patio de Estanques y en EW.
Flujos de proceso que abandonan la planta EW Electrolito Pobre Pobre.. El fluido que abandona el proceso de electro-obten electro-obtención ción es impul impulsado sado por las bombas desde estanques fluye descarte hacia eldeprimer estanque deprimer mezclado del decantador S-1 de los trenesreguladores A, B, C y D, yy como electrolito hacia el estanque de mezclado de los decantadores E-1 y W de los mismos trenes. Lavado.. El agua que lava el lecho de los filtros fluye desde un distribuidor Solución Ácida de Lavado colector hacia la piscina 45-PD-006. Oxígeno, Aire y Vapor de Agua Agua.. El vapor y gases que abandonan el electrolito de llas as celdas EW son captados y conducidos a través de cañerías, hacia un sistema de lavado, desde donde una vez tratados son descargados a la atmósfera. Anódicos. Las partículas sóli Barros Anódicos. sólidas das provenientes de la descomposición de los ánodos, son separadas en un foso de la ffase ase acuosa que las arrastra. Las partículas son transportadas en recipientes cerrados hasta el patio de residuos peligrosos.
Flujos de proceso que abandonan la planta EW
Láminas de Cobre. Paquetes Cobre. de láminas cobre, cobre, constituyen enzunchados enzunchados y etiquetados en las máquinas cosechadoras y almacenados en de un patio, el producto final que se transporta a diversos mercados. Retorno de Agua Caliente Caliente.. Fluye en circuito cerrado, abandonando abandonando los intercambiadores de calor para electrolito y los intercambiadores de calor para agua de lavado de las máquinas despegadoras, impulsado hacia los calentadores de agua.
Descripción del proceso Circulación de Electrolito por Celdas Las 126 celdas de cada circuito de electro-obtención se encuentran dispuestas en dos filas o bancos paralelos, cada uno con 63 celdas. Las celdas de un banco son alimentadas con electrolito mediante una cañería flexible que empalma con la cañería cañería que alimenta el ban banco co de celdas. Esta es a su vez alimentada desde la cañería que conduce el electrolito impulsado desde el estanque de recirculación. En el interior de la celda el electrolito fluye por una cañería distribuidora instalada en el fondo. El electrolito abandona el distribuidor por agujeros agujeros emplazados frente al espacio entre cada par de electrodos, y fluye por lla a celda hacia un vertedero de salida que se ubica en el extremo opuesto al de ingreso.
Descripción del proceso La energía es alimentada a las celdas a través de un conjunto constituido por una barra conductora instalada sobre cada celda, sobre la cual se apoyan un extremo del soporte de los ánodos de la celda, y un extremo del soporte de los cátodos de la celda adyacente, de modo que las celdas de un circuito de electro-obtención están eléctricamente conectadas en serie.
Descripción del proceso A cada celda se inyecta aire humidificado a baja presión, para agitar la zona comprendida entresopladores las placas anódicas es suministrado por un un sistema de tres operandoy catódicas. en paraleloEl yairealimentan un estanque humectador,, desde el cual una cañería matriz alimenta seis cañerías que abastecen humectador a las celdas de cada banco del edificio EW.
Descripción del proceso La evolución de oxígeno gaseoso y la evaporación de agua desde la superficie del electrolito desde las celdas en forma continua, originan vapores que contienen gotas de electrolito, denominados genéricamente neblina ácida, que escapan de las instalaciones donde se desarrolla el proceso EW. EW. Estos vapores son captados mediante campanas instaladas sobre cada celda de electro-obtención, y conducidos mediante cañerías hasta cámaras lavadoras donde se enfrían mediante aspersores de agua los vapores, siendo recuperado el electrolito que transporta la neblina ácida.
COMPONENTES DE UNA CELDA COMPONENTES Una celda electrolíca cuenta con cinco componentes básicos
Ánodos Electrodo posivo, que recibe el fujo de corriente desde el electrolito y los entrega nuevamente a la uente de corriente connua; la supercie de este electrodo se caracteriza por ser decitaria en electrones, lo que permite la realización de las reacciones anódicas u oxidaciones de generación de ácido sulúrico y liberación de oxígeno. Usualmente abricados de aleación de Pb – Sb undido y Pb - Ca - Sn laminados en río. Tiene un espesor de 6 y 9 mm Los ánodos empleados en el proceso deben ser idealmente inertes químicamente, o sea no presentar transormaciones que aciliten su corrosión o degradación. Deben ser conductor electrónico y estar somedos a condiciones oxidantes electroquímicas por corrosión anódica y ambiente químico del electrolito ácido – oxigenado en la vecindad de la supercie anódica.
Los ánodos enen 6,35 mm y 9 mm de espesor y están hechos a parr de una plancha laminada de aleación de plomo, calcio y estaño. La barra es de cobre revesda con estaño en sus extremos.
La barra de suspensión es de cobre cobre que en la zona de inter interase ase y soldadura con la placa está protegida con una unda de plomo aleado, para proteger de la corrosión.
El oxígeno liberado en la superficie del ánodo puede hacer que se desprenda escamas de óxido de plomo, las cuales decantan como lodo no soluble. Por lo cual se deberá sacar en intervalos periódicos mediante la limpieza de las celdas.
O2
O2
O2
H2O
PbO2 PbO2
H2O
PbO2 O2
PbO2
O2
H2O
O2
H2O
O2
O2 H2O
PbO2 PbO2
H2O
H20
O2
PbO2 PbO2
O2 O2
PbO2
PbO2
H2O H2O
PbO2 PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
2H+ + ½O2
PbO2
PbO2
CATODOS PERMANENTES La tecnología ISA, utiliza una placa de acero inoxidable 316 L, de 3-3,3 mm de espesor con terminación superficial tipo 2B y con alrededor de un metro cuadrado de superficie útil de depositación por cara. La barra de suspensión es hueca de acero inoxidable 304 L, revestida con cobre que además cubre la parte de soldadura entre la placa y la barra. Consta de dos ventanas para permitir su levante por los ganchos del marco de la grúa y sus dos bordes laterales están recubiertos con material plástico y el borde inferior con cera removible para facilitar el despegue de las planchas de cobre. La tecnología KIDD, utiliza una placa de acero inoxidable 316 L, de 3-3,25 mm de espesor con terminación superficial tipo 2B y con alrededor de un metro cuadrado de superficie útil de depositación por cara. La barra de suspensión es de cobre electrolítico con soldadura de cobre entre la placa de acero y la barra. Consta de dos ventanas para permitir su levante por los ganchos del marco de la grúa y sus dos bordes laterales están con plásticopara y elfacilitar borde inferiorrecubiertos con un corte enmaterial V o V-Groove el despegue de las planchas de cobre. c obre.
CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTI CA DEL CÁTODO PER ANENTE Barra de acero inoxidable 304 L ventanas
aterial:
Acero Inoxidable 316 L SS
Composición: Fe : 61.4 - 68.90 % C : Hasta 0.030 %
A= 1 m
2
m m 2 3 2 1
Cr : 16.00 - 18.50 % n: Hasta 2.00 % o: 2.00 - 3.00 % Ni : 10.00 - 14.00 %
1018mm
Espesor = 3 – 3,3 mm Cera removible
Recubierta de plástico
Electrolito
El electrolito constituye la materia prima abastecedora de cobre a la celda y es uno de los componentes componentes de mayor significación e influencia que afe afecta cta el de desempeño sempeño del proceso. Las características físico-químicas del electrolito afectan significativamente las siguientes respuestas del proceso: •
La calidad física y química de los cátodos. c átodos.
•
La eficiencia de corriente
•
El consumo específico de energía Dentro de las características de mayor importancia de un electrolito se tienen las siguientes: •
• • •
Alta concentración de cobre. Alta conductividad eléctrica. Baja viscosidad y densidad. Mínima presencia de impurezas solubles, insolubles y de orgánico atrapado.
Dentro de las características de mayor importancia de un electrolito se tienen las siguientes: Composición química Cobre
• • •
Ácido Impurezas solubles: Fierro Total, Fierro Ferroso, Cloruro, Manganeso. Sólidos suspendidos Orgánico atrapado Reactivo guar (aditivo catódico) Cobalto (aditivo anódico) Temperatura Flujo alimentación
• • • • • • •
MARCO DISTRIBUIDOR El circuito hidráulico de la sección, presenta una conguración de alimentación en paralelo a las celdas, con lo cual se permite operar a cada celda con un electrolito de iguales caracteríscas. En las celdas, el electrolito se distribuye mediante un anillo de distribución ubicado en el ondo de la celda permite una mayor hidrodinámica del electrolito, menores gradientes y operar a mayores densidades de corriente sin disminuir la calidad catódica. Cada celda presenta un marco distribuidor colocado en la base de cada celda, es una tubería de 3” de orma rectangular, perorada con 120 oricios de 6 mm de diámetro, espaciados 101,6 mm en cada costado de la sección longitudinal de la tubería, lo que permite una distribución uniorme del electrolito sobre las caras de los cátodos suspendidos en la celda. Una válvula manual de 3”, está conectada al marco distribuidor para permir el cierre del fujo durante el drenaje de la celda. El fujo de electrolito alimentado a las celdas debe ser uniorme y homogéneo, normalmente se diseña en el rango de 0.14 –0.20 m3 / h / cátodo.
CIRCUITO ELECTRICO Los circuitos eléctricos dentro de la nave de electrodepositación ene los siguientes componentes undamentales: •
Grupo transformador- rectificador
•
Barras conductoras
•
Barras interceldas
•
Electrodos
La corrient corriente e connua necesaria en el proceso se obene del reccador de corriente alterna.
Corriente alterna
Corriente connua
La corriente corriente reccada reccada se conduce a las celdas por las barras conductoras. Cada celda representa una resistencia equivalente equivalent e en serie de igual magnitud.
La
corriente de las barras interceldas se
contactan con los electrodos mediante las barras colgadoras y suspensión
y posteriormente avanza de celda en celda, las que están eléctricamente conectadas en serie en el circuito.
Los cátodos y ánodos en la celda están conectados en un arreglo en paralelo, de tal manera que la corriente del circuito se distribuye por la barra intercelda a cada electrodo. .
ESQUEMA DE CONEXION
Flujo de corriente en las filas de las celdas
El flujo de corriente va desde los rectificadoress hacia los rectificadore cátodos, a través del electrolito, y sigue hasta llegar al ánodo. Las barras suspensión de
de los
ánodos puentean ylas cátodos celdas. Sin embargo, cada barra de suspensión descansa sobre un soporte aislado, esto fuerza a la corriente a que fluya a través del electrolito entre los electrodos.
Conexión del circuito en anodos
Contacto Contact o Ánodo- Cátodo
CAPPING BOARDS
MAQUINA DESPEGADORA DE CATODOS (MDC) Se realiza el despegue de los cátodos De cobre a través de las siguientes Etapas: -Transerencia -Marlleo -Plegamiento -Despegue con cuchillos - Rero de placas de cobre
ESQUEMA GENERAL DE UNA MAQUINA DE CARRUSEL Cadena Cad ena Es acia aciadora dora C-ES Placas Madre
PM
Estación de Rechazo
E-R
Transferencia
T-R
45 < °
Cartuchera Correa Alimentadora
C-T
Cámara Lavado
C-L
C
Corrugadora Carrusel C -A Plie lie ue descarga P-D
( Plegadora )
C-R
Etapa Apilado
Pesaje y carga
Muestreador
P-CA
E-M Despegue
Transportadora de Placas T
E-S Martilleo
F-D Montacarga
MO
E-A
CUBA DE LAVADO Se realiza el lavado de los Cátodos de cobre a través de Agua a alta temperatura Y agitación turbulenta donde se sumergen los cátodos
CAMARA DE LAVADO Se realiza el lavado de los Cátodos de cobre a través de Nozzels o jets que lanzan agua A presión contra la supercie de los cátodos
ESFERAS ANTINEBULIZANTES
PROBLEMA EN LA EVOLUCIÓN DE OXÍGENO LIBRE (neblina acida). Durante el proceso de electrobtención la evolución de oxígeno libre produce problemas: Las burbujas de gas producidas son muy pequeñas y al elevarse a la superficie y reventar, la energía liberada expulsa gotas extremadamente finas de electrolito a la atmósfera lo que produce una neblina altamente corrosiva en ácido sobre las celdas Entre los efectos perjudiciales que causa la neblina ácida se encuentran los siguientes: •
Contaminación del aire de la nave.
•
• •
Acción corrosiva hacia constituyentes constituyentes de la instalación. Ensuciamiento de contactos. Problemas de condiciones de trabajo.
Varias técnicas se han aplicado para inhibir la formación y acción de la neblina ácida, como son las siguientes: Formación de capas de espuma. •
•
•
•
Cubrir las celdas con lonas. Ventilar la nave mediante corrientes forzadas de aire. Utilizar capas de gránulos plásticos flotando en la superficie del electrolito.
Las dos últimas técnicas son las que mas se han desarrollado. Para minimizar este problema las celdas se cubre con 3 -4 capas de esferas de polipropileno (antinebulizantes) de 15 a 20 mm. Estas capas flotan y así fomentan la coalescencia de las pequeñas gotas y evitar la neblina ácida. Otra ayuda para minimizar la neblina se tiene los ventiladores. Ellos crean una ventilación de flujo cruzado con ello ayuda a mejorar la calidad del aire sobre las celdas donde se esta trabajando.
ADICIÓN DE REACTIV REACTIVOS OS ADICIÓN DE GUARTEC (Afnador de Grano) Para mejorar la calidad de la depositación produciendo un grano fino y evitar el efecto de nódulo, que son altamente captadores de impurezas, tales como el azufre y el plomo es que se agrega al electrolito un reactivo r eactivo especial. Este fenómeno se logra por adherencia de este tipo de producto en protuberancias del depósito, generando sobre potenciales locales en superficies deprimidas favoreciendo así el crecimiento del depósito en estas zonas, obteniéndose como resultado global un depósito liso. La dosificación depende del reactivo empleado y otras consideraciones, así en el caso del Guarfloc 66, se recomienda una concentración de 15 - 30 ppm ó un consumo de 0,5 – 1,5 Kg / ton de cátodo. Control • Consumo guartec 250 g/t Cobre • Buen mantenimiento del dosificador • Chequear la velocidad de adición de guartec • Tener repuestos del adicionador • •
Uso de electrolito o agua Alimentación en línea de Electrolito Electrolito a EW
EFECTO DEL GUARTEC EN SOLIDOS SUSPE NDIDOS 0.060 Sol. susp (NTU)
T N0.050 ( o t i l o 0.040 r t c e 0.030 l E p s 0.020 u S l o 0.010 S
0.000 Ini c i o
2 5 0 .0 0 0
3 0 0 .0 0 0
3 5 0 .0 0 0
4 0 0 .0 0 0
4 5 0 .0 0 0
GUARTEC gr/TM Cu
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52
PARÁMETROS OPERACIONALES En el proceso de EW del cobre, los parámetros operacionales más importantes que definen al proceso son los siguientes: 1. Densidad de corriente. 2. Composición del electrolito en cobre y ácido. 3. Concentraciones de impurezas solubles e insolubles. 4. Concentración de aditivos. 5. Flujo de electrolito. 6. Temperatura de electrolito. 7. 8. Espaciamiento Ciclo catódico. ánodo / cátodo. Con el propósito de no afectar el desempeño normal del proceso, las diversas variables deben mantenerse tan regulares como sea posible. Para ello, es fundamental efectuar un control estricto sobre los límites y estabilidad de: 1. ácido, fierro ytotal y cloruro. 2. Concentraciones Concentraciones de: de: cobre, orgánico atrapado sólidos suspendido. 3. Concentraciones de aditivos. 4. Densidad de corriente o amperaje. 5. Flujo de electrolito. 6. Temperatura Temperatura de entrada y salida del electrolito. 7. Detención Espaciamiento, verticalidad y planimetría de los electrodos. 8. y eliminación de cortocircuitos.
9. Distribución pareja de corriente en los electrodos. 53
Los parámetros operacionales que influyen en la calidad del depósito catódico son los siguientes: Concentración de cobre en el electrolito. Valores inferiores aumentan la velocidad de depositación y por consecuencia favorecebajas el crecimiento del depósito. Viscosidad del electrolito viscosidades favorecenirregular la velocidad de difusión de iones cúpricos a través de la capa límite, operacionalmente bajas viscosidades se logran manteniendo bajas concentraciones de 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. Temperatura del electrolito temperaturas altas favorecen las propiedades de difusión de iones en el electrolito, disminuyen la viscosidad de las soluciones y aumentan la densidad de corriente límite para el depósito de cobre. Agitación del electrolito aumenta la densidad de corriente límite y por consiguiente reduce la velocidad de crecimiento de grano o nucleación. Aditivos para depósito de grano liso 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 deprimidas favoreciendo así el crecimiento del depósito en estas zonas, obteniéndose como resultado global un depósito liso. Adición de sulfato de cobalto este reactivo tiene por misión proteger la capa de óxido de plomo y de esta forma reducir la velocidad de corrosión de los ánodos; adicionalmente tiene la ventaja de reducir el sobrepotencial anódico, fenómeno que resulta ser beneficioso desde el
punto de vista del consumo de energía. 54
ADICIÓN DE SULFATO DE COBALTO Por naturaleza el electrolito de cobre en la nave de EW presenta un alto potencial. Este potencial oxida rápidamente al plomo, transformándolo en un óxido de plomo, el cual es fácilmente soluble por acción del ácido sulfúrico del electrolito contaminándolo en primera instancia para luego pasar al cátodo Para evitar esto es que se adiciona el sulfato de cobalto cuya función es estabilizar el óxido de plomo producido, manteniéndolo adherido al ánodo formando una capa protectora e impidiendo que se solubilice. Como aditivo inhibidor de la corrosión del ánodo, se emplea sulfato de cobalto que además disminuye el sobrepotencial anódico y por lo tanto el consumo de energía, se emplea a concentración de 60 - 120 ppm. EFECTO DEL COBALTO EN EL PLOMO 4.50
Control • Proveedor • Preparación • Análisis cada 6 horas • Concentración 150 ppm • Purga de Electrolito •
Agua de reposición al circuito de de EW
4.00 3.50 3.00 ) m2.50 p p 2.00 ( b P1.50 1.00 0.50 0.00
Pb (ppm): Catodo
0
100
200
300
Co (ppm)
IMPUREZAS QUÍMICAS Y FÍSICAS El cobre es uno de los pocos metales que se utilizan puros debido a sus propiedades de conductor eléctrico y térmico, éste tiene una excelente formabilidad. Actualmente, en la industria del alambre de cobre, es posible obtener un producto muy fino, pero sus propiedades dependen de su composición química. Entre las impurezas no deseadas que afectan el grado de conformabilidad en frío y en cali caliente ente de dell cobre, se encuentran : Bi – Pb Pb – – S – Se – Te Te – Sb. Estas pueden encontrarse en solución en cobre o ser insolubles en éste. Cuando el cobre es trabajado mecánicamente, la mayoría de la energía aplicada se orienta a la deformación plástica (para cambiar la forma) y para generar calor. La deformación y el recocido son los dos más importantes métodos de procesamiento que son aplicados al cobre para afectar sus propiedades mecánicas. Las impurezas químicas interfieren en el proceso de recristalización cuando el cobre es fundido pudiendo originar que al momento de trefilar se produzcan roturas por inconsecuencias del grano formado. formado.
400
500
600
La presencia de impurezas en la etapa de EW EW,, puede deberse a los ssiguientes iguientes aspectos: •Problema de selectividad o inadecuada operación. •Arrastre de acuoso en fase orgánica. •Presencia de acuoso en fase orgánica. •Presencia de acuoso en crud. •Definición del tipo de continuidad en SX. •Inadecuado sistema de eliminación de arrastre A/O. •Concentraciones de aniones. •Cambios de acidez entre etapas de extracción
57
EFECTOS DEL PLOMO El mecanismo de contaminación que se genera en la superficie de los ánodos, incluye las siguientes reacciones : 1. 1.-- El óxido de plomo sobre la superficie superficie del ánodo se convierte en ssulfato ulfato de plomo. 2.- El proceso de electrodepositación en condiciones normales de corriente y características del electrolito, convierte el sulfato de plomo en : •
•
Óxido de plomo, de un aspecto esponjoso, para finalmente llegar a Dióxido de plomo, película que finalmente dificulta la disolución del ánodo.
La contaminación por plomo en los cátodos se produce por el desprendimiento de aquellas capas de sulfato de plomo u óxido de plomo, hacia el electrolito, codepositándose por oclusión o atrapamiento en la superficie del depósito catódico. El producto de reacción PbO es de característica esponjosa y que debido a su alto peso específico se desprende, provocando contaminación en los cátodos a través de dos vías : 1.- Inmediata, debido al atrapamiento de pequeñas partículas en el cátodo, que en algunos casos llegan a hacerse visibles fácilmente. 2.- Su acumulación en el fondo de las celdas podría llegar a contaminar la parte inferior del cátodo.
Control Cumplimiento de ciclo de desborre
•
Concentración adecuada de cobalto en el electrolito
•
Estabilidad en amperaje a la nave EW
•
Control de manganeso en el electrolito
•
EFECTOS DEL AZUFRE A temperatura ambiente, el el azufre es soluble en cobre en pequeñas cantidades Se sabe que en el conformado plástico del cobre libre de oxígeno, con contenidos de azufre sobre 18 ppm, se 0bservan fisuras a lo largo de los límites de grano (Razón de los 15 ppm del LME). El contenido de azufre afecta muy fuertemente la temperatura de recristalización reduciendo la movilidad atómica, doblándose con 10 ppm Los contenidos recomendables son menores a los 2 – 3 ppm con un contenido de oxígeno de 200 ppm •
•
•
Control •
Densidad de corriente uniforme y controlada
•
Control de sólidos suspendidos en el electrolito
•
Control de temperatura y cobre en el electrolito
•
Temperatura, T emperatura, presión, flujo y concentración de sulfatos en la cámara de lavado.
•
Control de nodulación en el cátodo.
Sulfur
Sulfur Lead
Distribución típica de impurezas en el cátodo
EFECTOS DEL OXIGENO •
•
•
El oxígeno actúa como un “basurero” al reaccionar con la mayoría de las impurezas, especialmente con el azufre. Su mayor influencia es con aquellos elementos que están en solución en la matriz de cobre c obre (excepto para elementos que forman óxidos insolubles en la red r ed del cobre). Los contenidos recomendables para el proceso de d e conformación están alrededor de 200 ppm. Para contenidos menores, la de fractura en caliente c aliente y contenidos mayores disminuye la conductividad eléctrica y también el existe proceso conformación mecánica (probablemente por la depositación de óxidos insolubles).
Control Control de flujo y nivel de electrolito en celdas
•
Control de temperatura en electrolito
•
EFECTOS DEL CLORO El ion cloruro en el electrolito produce problemas pr oblemas de corrosión de las placas madre, hace mas difícil el deslaminado mecánico mecánico y hace m más ás agresiva la neblin neblina a ácida. La corrosión en las planchas madre es porque los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión por picado en presencia de medio ácido y temperatura. El ion cloruro se transfiere al electrolito por arrastre físico del PLS donde normalmente se encuentra en medianas concentraciones. Valores Valores mayores a 30 ppm empiezan a causar problemas de corrosión.
Control • Análisis Semanal del agua de proceso • Usar agua del sistema de RO • Purga de agua de los calderos • Chequear el agua de las pozas de abastecimiento • Cuidado de las planchas madre durante la cosecha • Mantener el contenido contenido de Cl en el electrolito por debajo de 4 ppm
Corrosión de Planchas Madre por pitting O picado.
•
por debajo de 4 ppm Mantener el contenido de Cl en el PLS por debajo de 16 ppm
EFECTOS DEL HIERRO El efecto del hierro en la electro deposición del cobre es a nivel de la eficiencia de corriente. La eficiencia de corriente se define como la fracción de la corriente total que se usa para depositar el cobre. El hierro afecta la eficiencia a través de una reacción paralela que consume corriente para reducir el Fe+++ a Fe ++ y que se origina en el cátodo. El hierro es imposible que contamine al cátodo du durante rante su crecimien crecimiento, to, excepto por vía oclusión de electrolito y en este caso su concentración debiera guardar la proporción con el sulfato sulfato presente. presente. El hi hierro erro es soluble en todo el rango de pH y temperatura en que se mueve el electrolito y por lo tanto la detección de niveles de hierro por sobre la norma, solo puede explicarse por un envenenamiento posterior, sea de la muestra para análisis o durante el análisis mismo.
Fe+2
Fe+3
Por tanto, en general el hierro presente en solución aumenta levemente la cinética de oxidación de agua. Sin embargo no tiene efecto sobre la corrosión del ánodo. Experimentalmente se ha demostrado que manteniendo una relación 10/1 de fierro / manganeso, es posible mantener reducido el Mn, acción que elimina el riesgo de oxidación del extractante orgánico usado como reactivo principal en la Planta de Extracción por Solvente.
CONTROL
Reacciones
Revisión de Fe en PLS a SX
•
1.- 2 Fe + Cu +++
0
Cu + 2 Fe ++
++
Control de Arrastres A/O en SX
•
2.- 5 Fe++ + MnO4 + 8H+
5 Fe+++ + Mn+++ 4 H2O
Balance de Bleed en electrolito
•
EFECTOS DEL HIERRO El manganeso es un el elemento emento que es común en los m minerales inerales de cobre y debido a sus características químicas se transfiere al PLS como ion manganoso que es fuertemente soluble en medios ácidos. El manganeso pasa al electroli electrolito to por atrapamiento mecánico de solución durante las primeras etapas de extracción. El dióxido de manganeso manganeso se produce e en n la interfase Pb/PbO2, lo que aumenta la velocidad de corrosión del ánodo por desprendimiento de la capa de óxido. Control • • • • •
•
Posible exceso de adición de Floculante Bombeo y tratamiento de Crudo Limpieza de Orgánico Mantener potencial potencial Redox < 410mev Control de SX – Continuidad de Fases – Sistema de detección de arrastres Purga de Electrolito bleed
Escamas de PbOx , Nódulos contaminados con Pb
EFECTOS DEL ORGANICO El arrastre de orgánico a la nave puede causar los siguientes problemas: No depositación de cobre en placas sucias con orgánico.
Deposito de cobre inestable en forma de polvo (quemado orgánico)
El orgánico puede ocluir partículas de plomo que al
impregnarse en el cátodo causa contaminación por esta impureza Control • Operación filtros Electrolito – Revisión Medio Filtrante – Ciclo de soplado de orgánico •
•
– Análisis de orgánico Operación de SX – Bombeo de Crudo, tratamiento con arcillas – Arrastre de Orgánico – Limpieza de los Settler – Rebose de los tanques de electrolito (nata en superficie) Operación de EW – Limpieza de planchas madre
EFECTOS DE SUSPENSIÓN DE SÓLIDOS EN EL ELECTROLITO Los sólidos suspendidos en el electrolito pueden causar formación de nódulos debido a que crean patrones irregulares de turbulencia en el ánodo y cátodo. La concentración de sólidos en suspensión en el electrolito a la nave EW debe ser s er menor a 1.0 ppm Control Filtros de Electrolito
•
Lavado de las placas madre Mantenimiento de placas madre
•
•
Lavado en el SM
•
Aisladores
•
Lavado de bolitas
•
Bombeo de Crudo
•
EFECTO DE SULFATO CRISTALIZADO NO REMOVIDO EN LAS CELDAS Normalmente el electrolito de las celdas se cristaliza en la parte superior de la plancha madre por encima del borde de depositación del cobre debido a cambios de temperatura. Estos cristales de sulfato deben ser removidos con agua fría a presión a través del riego con mangueras por el operador antes de trasladar la lingada de cátodos a la maquina despegadora Condiciones ycomo orgánico en la pueden nave, sólidos suspensión, exceso de guartec alteraren la formación natural de sulfato en costras delgadas de apariencia pegajosa y difíciles de ser removidas al retirar los cátodos de las celdas. El agua caliente o el vapor de la cámara de lavado puede remover estas costras especiales en el tramo final de la cámara con el consiguiente riesgo de que el sulfato de la costra se distribuye en el área del cátodo Control Lavar varias veces si es necesario los cátodo antes de ser retirados de la celdas.
Controlar arrastres O/A a la nave
Revisar filtros de electrolito (nivel y granulometría de d e antracita)
Verificar dosificación dosificación de guartec a la nave
Sulfato Cristalizado
EFECTO DE LAVADO DE PLACAS MADRES AL INGRESO A CELDAS
Antes de ingresar las placas madres pulidas a la celdas se deben lavar con agua para evitar que las trazas de orgánico contenidas en el electrolito se impregnen en la plancha madre al momento de ser ingresadas a las celdas. Si no se realiza esta práctica alguna partículas de orgánico se impregnarán en la placa madre al momento del ingreso lo que puede originar en el futuro la no depositación de cobre en estos puntos.
MANTENIMIENTO DE PLACAS MADRES Para lograr una depositación uniforme del cobre en la placa de acero inoxidable ésta debe estar completamente lisa y libre de rugosidad. Para esto es necesario acondicionar la superficie con un cepillado y un posterior pulido que homogeniza la superficie que puede estar alterada debido al golpeteo por martillo a que son sometidas las placas en la maquina despegadora para separar el cátodo de cobre.
LAVADO DE CÁTODOS EN LAS CELDAS EW Para lograr remover el sulfato de cobre c obre cristalizado en forma eficiente, evitando que el sulfato salpique a otras celdas contaminando los cátodos de cobre
Control Vericar presión en las mangueras de agua Levantar la lingada de cátodos a cosechar en dos empos y lavar hasta el 1° tercio superior
toda la lingada
LECTRICA EN LA NA NAVE VE CORTE DE CORRIENTE EELECTRICA Cuando hay un corte generalizado de corriente eléctrica en la nave de EW debe activarse el sistema de respaldo de los rectificadores el cual permite mantener los ánodos polarizados positivamente evitando la destrucción de la capa de PbO2 por formación de PbSO4. La permanencia de los ánodos des energizados hasta por 3 horas no es especialmente nociva. Sin embargo debe activarse el sistema de respaldo de los rectificadores para no alterar la capa de PbO2. Cuando ocurre un corte de corriente prolongado, se verifican las siguientes reacciones en los ánodos: 1.- PbO + H2SO4
PbSO4 + H2O
2.- PbO + O2
Pb02
Estabilidad film de pasivación
3.-PbO2 + Pb 3.-PbO 2 PbO Inestabilidad film de pasivación Por tal razón, los sistemas de respaldo de corriente deben estar permanentemente operativos. En caso contrario, tomará mucho tiempo eliminar desde el volumen total de electrolito, la masa de partículas de plomo que se desprenden de los miles de ánodos afectados por el corte de suministro eléctrico. Desde el punto de vista de la reacción de electro obtención : ++
Cu
-
0
+
-4
+ SO4 + 2e + H20 ---- Cu + 2H + SO + ½ O2 + 2 e
-
Control Activarse el sistema de respaldo de los rectificadores
y verificar su operación en terreno y en la
sala de control.
Debe asegurarse un potencial mínimo de 0.89 Volt para que la reacción de electrodepositación no se invierta.
EFECTO DE LOS CORTOCIRCUITOS Un cortocircuito se establece cuando un ánodo y un cátodo se tocany estableciendo unacorriente baja resistencia eléctrica por lo tanto unlocalmente alto flujo de que solo genera calor. El cortocircuito además de afectar al cátodo y al ánodo involucrados, afectan al resto de la celda canalizando preferentemente la corriente y disminuyendo por lo tanto la correspondiente a los otros electrodos. Los cortocircuitos se deben principalmente a pandeos, pérdida de plenitud y pérdida de verticalidad de ánodos y cátodos. El cortocircuito; afecta la calidad del cátodo involucrado y la eficiencia de corriente del proceso y se constituye en la principal causa de pérdida de eficiencia de corriente. cor riente.
Control Llevar un control estadístico de los cortocircuitos corregidos a fin de identificar las celdas y poder tomar acción sobre otros factores que pueden influir en la aparición de estos como pandeo de electrodos, cambio de barra, alineamiento, etc
Realizar diariamente alineamiento de Electrodos
Detectar y corregir cortocircuitos en terreno utilizando el scanner infrarrojo
Corregir verticalidad de electrodos
EFECTOS Y CONTROL DE CORTOCIRCUITOS La presentación de cortocircuitos entre ánodos y cátodos en las celdas es una situación indeseable para el proceso debido a que causa diversos efectos adversos como son los siguientes: 1. Disminuye la producción de la celda. 2. eficienciadegradación de corriente.y deformación de los ánodos. 3. Disminuye Favorece lalacorrosión, 4. Promueve la formación de depósitos delgados, que causan problemas en la operación de despegue en la máquina. 5. Incrementa la contaminación por plomo de los cátodos. 6. Promueve la degradación de materiales plásticos en contacto con los electrodos cortocircuitados. Cuando se manifiesta un cortocircuito en un celda, ese par de electrodos está transportando un alto amperaje y debido a la baja sección de los electrodos, estos se calientan provocando efectos térmicos adversos, otra consecuencia c onsecuencia es que el voltaje de la celda disminuye de su valor normal.
de la celda disminuye de su valor normal. 72
Los cortocircuitos que se producen en las celdas de acuerdo a su origen se clasifican en dos tipos: Cortocircuitos por proximidad. Cortocircuitos por crecimiento nodular. nodular. Los del primer tipo ocurren cuando los ánodos toman contacto directo con los cátodos o quedan extremadamente cerca. Las causas principales que provocan este tipo de cortocircuito son: Placas catódicas o anódicas dobladas. Electrodos excesivamente mal alineados. Electrodos fuera de la vertical. Placas anódicas desprendidas. Los cortocircuitos por crecimiento nodularcrecer son provocados el crecimiento rápido preferencial de nódulos, los que pueden hasta tocar por el ánodo y provocar el y cortocircuito. El aditivo catódico (goma guar) inhibe este crecimiento nodular nodular.. El control de los cortocircuitos se realiza por inspección o detección y su pronta eliminación para dejar la celda en operación normal con corriente.
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La detección puede realizarse por varias técnicas, basados ya sea en los efectos térmicos eléctricos provocados por el cortocircuito. Dentro de estas técnicas se cuentan: 1. Visual o al tacto. 2. Por gaussiómetro. 2. Medición voltaje de contacto. 4. Medición voltaje de par de electrodos. 5. Medición voltaje de celda.
Métodos inrarrojos. El sistema de ulizar detectores inrarrojos de temperatura portáles es bastante conveniente y ulizado. Entre los métodos de eliminación, se recurre a enderezar o reemplazar al electrodo deectuoso, posicionar en orma correcta, eliminar el nódulo por cizalle o bien a aislar los electrodos cortocircuitados. *>81,2°C 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0
Spot 1 56,5
Spot 2 46,6
45,0 40,0 *
