Beneficio Electrolítico del cobre

Consiste en aplicar una corriente que circula de ánodo a cátodo a través de una solución de sulfato cúprico. El cobre se deposita sobre el cátodo y el agua se descompone sobre el ánodo, dando lugar a desprendimiento de oxígeno.

Esquema Electroobtención de Cobre.

Anodo inerte (calcio-Plomo) o (antimonio-Plomo) y un cátodo permanentes de acero inoxidable 316L

La reacción en el cátodo en la obtención por electrolisis es: Cu2+ + 2e- Cu° E°= +0.34VLa reacción en el ánodo es diferente. Puesto que el ánodo es inerte, no existe metal para disolverse y debe ocurrir alguna otra reacción. Con esta reacción se forma gas oxigeno; la reacción puede representarse con:

H2O H+ + (OH)- ½O2 + 2H+ +2e-

E°= 1.23V

La reacción neta de separación por electrolisis es:

Cu2+ + SO42- + H2O Cu° + ½O2 + 2H+ +

SO42-

Para la cual el potencial d celda estándar es:

Productos de la separación por electrolisis son: cobre metálico en el cátodo, oxigeno gaseoso en el ánodo y regeneración neta de acido sulfúrico el cual se recircula a los circuitos de lixiviación o agotamiento en el caso de extracción con disolventes.

0.34 1.23 0.89c V

REACCIÓNES PARASITARIASEstas dependen de la presencia de impurezas en solución y

entre ellas pueden contarse las siguientes: En el cátodo:2H+ + 2e- H2 ; Eº = 0 (VENH)

Fe3+ + e- Fe2+ ; Eº = 0,77 (VENH)

  En el ánodo:Fe2+ Fe3+ + e- ; Eº = -0,77 (VENH)

Mn2+ + 4H2O MnO4- + 8H+ + 5e- ; Eº = -1,49 (VENH)

2Cl- Cl2 + 2e- ; Eº = -1,36 (VENH)

EFICIENCIA DE LA CORRIENTE CATÓDICA: INTERFERENCIA DE LAS REACCIONES CON HIERRO.

Las eficiencias de corriente en el cátodos en las plantas de electrolisis varia de 76 a 90%.

Las bajas eficiencias de corriente son, resultado de las altas concentraciones de ion férrico en el electrolito.

Fe3+ + e- Fe2+ E° = 0.77V

Además los iones Fe2+ resultantes pueden ser reoxidados por el oxigeno disuelto de manera que los iones Fe3+ pueden ser regenerados. Esto genera que las reacciones redox de hierro se vuelven cíclicas y se consuman cantidades significativas de corriente catódica. Por consiguiente se debe eliminar el hierro del electrolito.

Un problema adicional causado por los iones férricos es que tienden a causar corrosión en las orejas de los cátodos en la línea de solución según la reacción:2 Fe3+ + Cu° 2 Fe2+ + Cu2+

Esto restringe el tiempo que un cátodo puede estar en una celda.

0.33V

El electrolito que ingresa a la nave de EW, proveniente de extracción por solventes, presenta por lo general la siguiente composición química:

Cobre: 40 – 48 g/LÁcido: 140 – 180 g/LFe total: 0,5 – 1,5 g/L

Cloruro: 30 ppmMn: 30 – 80 ppm

Aditivos para mejorar el depósito catódico (Guar), como también para disminuir la corrosión anódica (CoSO4*7H2O), los cuales se agregan en las siguientes concentraciones: 

Guar: 100 – 300 (gr/ton Cu) Sulfato de Cobalto:100 – 200 (gr/ton Cu)

Las condiciones de operación con cátodos permanentes, son por lo general: 

• Densidad de corriente: 160 – 300 (A/m2)

• Flujo de electrolito a celda: 100 – 150 (L/min)

• Distribución de electrolito: convencional o fondo de

celda

• Distancia cátodo – cátodo: 90 – 110 mm

• Ciclo de depósito: 6 – 7 días

• Temperatura: 40 – 48 ºC

• Ánodos Pb – Ca – Sn laminados: 6 mm de espesor

• Cátodos permanentes de acero inoxidable 316L: 3 –

3,3 mm de espesor

VARIABLES DEL PROCESO

Electrodo Material anódico y catódico Área superficial Geometría

Inherentes a la Solución

Concentración de las especies electroactivas principales

Concentración de impurezas en el baño

pH de la solución Tipo de solvente Aditivos

Eléctricas  Potencial eléctrico Corriente

eléctrica

Externas

Temperatura Presión Tiempo de

electrólisis

Electrobeneficio Electrorrefinación- Ánodos Insolubles- Cátodos de acero inoxidable

- Ánodos de cobre- Cátodos de cobre(hojas delgadas iniciadoras)O de acero inoxidable

DIFERENCIAS ENTRE BENEFICIO Y REFINACION

Cátodos de cobre en camino al deshojado

Electrobeneficio

Proceso de depósito a partir de solución Cosecha de cobre sobre hojas iniciadoras (cátodos)

Lavado de (cátodos)

Deshojado de cobre

Observe el deshojado perfecto (sin problemas de adhesión) del cátodo de cobre.Los bordes del cátodo de acero inoxidable están protegidos con una cinta plástica para prevenir el encapsulamiento del sustrato electrodo.Los cátodos de acero inox. no se dañan, están perfectamente rectos y sufrirán un proceso de engrasado antes de retornar a la casa de celdas.

Potencial de descomposición para producir Cu 0.9

Sobretension en el ánodo 0.6

Caída de tensión en el electrolito V=I*R 0.5

Potencial catódico debido a aditivo orgánico y a la polarización 0.05

Conexiones de ánodo y cátodo, barra distribuidora y perdidas de plomo. 0.05

Tensión total en la celda 2.1V

POSIBLES REACCIONES ANODICAS

0.520

0.337

0.153 eCuCu 21

eCuCu 22

eCuCu 1

LAS REACCIONES ANTERIORES LLEVARAN A LA FORMACION DE:

CU2+, CU1+, Cu, Cu2SO4, CuSO4, Cu2O, H2SO4

REACCION 2

REACCION 3

REACCION 4

PRESENCIA DEL H2SO4

4224

1 SOCuSOCu

OHCuSOSOHOSOCu 2442242 242

OCuSOHOHSOCu 242242

LA PRESENCIA DE Cu1+ LLEVARA A LA FORMACION DE Cu PERO TAMBIEN DEL SULFATO CUPROSO

LA PRESENCIA DE H2SO4 LLEVARA A:

SI NO HAY ACIDO PRESENTE EN LA SOLUCION:

VENTAJAS DEL ACIDO SULFURICO Incrementa la conductividad del baño

Es barato

Inhibe la hidrolisis del sulfato cuproso

No es volatil, pudiendose usar a concentraciones y temperaturas variadas

No ataca al plomo (posible carcasa de la celda)

DESVENTAJASTóxicoReactivo con metalesIncrementa la polarización catódicaProduce burbujasEl uso de ánodos insolubles beneficia la

producción de H2SO4, ya que en este evolucionara el 02 y se generara el ácido

OTROS CONTAMINANTES (PRESENCIA DE DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN)

• Causa la decoloración de los depósitos catódicos en la parte superior del cátodo y los bordes laterales.

• A esta porción del depósito color chocolate oscuro se le conoce como “quemadura orgánica”.

• Los depósitos en las áreas de la “quemadura orgánica” son blandos y polvosos

• La “quemadura orgánica es consecuencia directa del transporte de disolvente arrastrado hacia las celdas de electrólisis”

• La “quemadura orgánica” puede evitarse con un buen diseño mezclador-asentador pues esto reduce la cantidad de disolvente transportado.