Introduccin a la MetalurgiaLa Electroobtencion

Integrantes: Francesca Casselli Elas Rivera Profesor: Carlos TerrazasndiceIntroduccin3La Electroobtencion4Reaccin Andica5Celdas Electrolticas6Equipos de Electroobtencion8Neblina Acida9Descripcin de procesos en celdas de electroobtencion11Problemas en la electroobtencion12Aditivos para mejorar resultados de la electrobotencion13Seguridad en Electroobtencion14Conclusin17

IntroduccinEn el siguiente informe se investigar sobre el proceso del cobre, especficamente por el rea de los xidos y precisamente se ondeara en el rea de la Elecetroobtencion de ctodos.La electrometalurgia es la rama de la metalurgia que trata la extraccin y refinacin de metales por el uso de corriente elctrica, conocida como proceso electroltico o electrlisis.La electroobtencion es la parte final del proceso del cobre por parte de los xidos, en esta rea suceden muchos cambios fsicos y qumicos de la materia prima llamada Electrolito Cargado, donde describiremos sus etapas. Finalmente, daremos a conocer los riesgos asociados y cmo controlarlos para proteger principalmente a las personas, equipos y medio ambiente.

La ElectroobtencionBsicamente, este proceso consiste en recuperar el metal desde una solucin de lixiviacin debidamente acondicionada (solucin electrolito), y posteriormente depositarlo en un ctodo, utilizando un proceso de electrolisis.Para ello, se hace circular a travs de la solucin electrolito, una corriente elctrica contina de baja intensidad entre un nodo (la solucin misma) y un ctodo. De esta manera, los iones del metal de inters (cationes) son atrados por el ctodo (polo de carga negativa) depositndose en l, y las impurezas quedan disueltas en el electrolito y adems, se precipitan en residuos o barros andicos.

Reacciones y electrodos en el proceso de electroobtencin de cobre

Reaccin CatdicaLa reaccin en el ctodo en la separacin por electrolisis es la deposicin de cobre en la lmina de acero inoxidable, sta viene dada por:

E = 0.34 VENH

Y dependiendo de las condiciones de trabajo, podra ocurrir:

E = 0 VENH

Reaccin AndicaEn electroobtencin de cobre, el nodo es una aleacin inerte que no participa en la reaccin, pero que acta solamente como soporte electrnico; de tal modo que la reaccin principal es la descomposicin de solvente segn:

E = 1.23 VENH Analizando el cambio global que se produce en la celda al paso de la corriente, la reaccin global sera:

E = -0,89 VENHEl efecto del proceso de EW de cobre en el electrolito consiste en disminuir la concentracin de cobre (que se deposita sobre los ctodos) y aumentar la concentracin de cido.

Esquema Electroobtencin de Cobre.

El producto final son ctodos de cobre de alta pureza (99,99%Cu)Celdas electrolticas (EW):Para realizar el proceso de electroobtencion, se requiere de instalaciones especializadas llamadas celdas electrolticas. stas van equipadas con sistema de circuitos elctricos para hacer circular una corriente elctrica continua de baja intensidad.Para que este proceso se realice eficientemente, se requiere considerar los siguientes aspectos:Configuracin de circuitos:Para proveer de la corriente continua que requiere el proceso de electrlisis, se utilizan equipos rectificadores de corriente que mantienen constantes las caractersticas del flujo elctrico. La tecnologa de los rectificadores ha evolucionado siendo actualmente la norma del uso de transforectificadores tristorizados, lo que ha hecho a estos equipos ms accesibles y econmicos. Los requerimientos de filtros para el control de corrientes armnicas constituyen en la actualidad los mayores factores del aumento de costos de estos rectificadores. Los filtros se utilizan para lograr un mejor efecto con dos unidades (celdas de electroobtencion), en vez de una sola.Caractersticas de las conexiones elctricas:Normalmente, las conexiones elctricas de las celdas de electroobtencion son muy sencillas, ya que se intenta disminuir los trayectos, en corriente continua y alta tensin, desde los rectificadores de corriente hasta los bancos de celdas electrolticas. Barras conductoras de cobre de seccin rectangular: En general, la conexin se hace con paquetes de estas barras, apernadas y con distanciadores que permitan la circulacin interna de aire para la mejor refrigeracin. Estas son conocidas con su nombre en ingls: busbars

Al poner las celdas en serie, se requiere solo una conexin en los extremos del banco de celdas. Si al trmino del primer banco, stas se conectan con un solo conductor a otro banco paralelo a su lado, el recorrido desde el rectificador disminuye an ms.

Este tipo de conexiones es la ms usada en la mayora de las instalaciones recientes para electroobtencion de cobre.

De esta forma, varias unidades similares constituyen las diversas secciones de una operacin ms grande, por ejemplo:

Dos secciones separadas por un patio central de trabajo, como es el caso en las plantas de EW de Quebrada Blanca, Mantoverde, Lince y Santa Brbara (con una capacidad de produccin entre 45.000 y 8.0000 ton de ctodos de cobre al ao).

Slo una seccin, como en las operaciones de EW de Lo Aguirre, Dos Amigos, Biocobre y El Teniente, diseadas para menos de 25.000 ton/ao de cobre fino.

Cuatro secciones, como en las plantas de operacin de El Abra y Radomiro Tomic, diseadas para hacer EW de ms de 200.000 ton/ao de ctodos de cobre.

Barra triangular: En este caso la conexin elctrica es en serie, con una barra triangular (de 2 a 2,5 cm de arista) que sirve de apoyo y contacto en su eje afilado, para los nodos de una celda y los ctodos de la celda contigua. Este es el sistema ms utilizado.

Otros perfiles: Recientemente, se han incorporado otros perfiles para la barra de contacto, tipo "hueso para perro" o dogbone, pero la ms usada sigue siendo la de perfil triangular. Los aisladores intercedas, que separan y apoyan los nodos y ctodos, se conocen como campingboards.

Equipos de electrobtencion

Los procesos electrometalrgicos tienen lugar en unidades llamadas Celdas de electrolisis, las cuales se agrupan para constituir la nave o planta electroltica.Una celda de electrlisis esta constituida por:

La celda misma: Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. En algunos casos, la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadas entre si por un puente salino.

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 nodo: Material solido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidacin con liberacin de electrones. Ejemplo: Zn => Zn2+ + 2 e

El catodo: Electrodo solido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de reduccin con los electrones provenientes del nodo. Ejemplo: Cu2+ + 2 e => Cu

Neblina acidaDurante este proceso de electroobtencin de cobre, se producen cantidades significativas de vapores altamente txicos debido a la liberacin de burbujas de gas desde los electrodos, oxgeno desde el nodo e hidrgeno desde el ctodo.Cuando estas burbujas de gas ricas en electrolito estallan generan un aerosol cido conocido como neblina cida.Aun cuando la formacin de burbujas de gas hidrgeno en el ctodo contribuye a la formacin de neblina cida, el mayor aporte lo representa el gas oxgeno que se produce en el nodo, ya que es el ms abundante, siendo este ltimo el principal causante de la neblina cida. Esta neblina en altas concentraciones tiene un efecto perjudicial tanto para la salud del operador como para el medio ambiente, por esta razn se encuentra regulada por la legislacin medioambiental.Para cumplir con la normativa vigente se hace necesario disminuir considerablemente la neblina cida generada durante la electro obtencin, donde actualmente se generan concentraciones de cido en el ambiente superiores a valores del orden de 10 a 20mg/m3, muy por encima de lo permitido por la regulacin (1 mg/m3), ms an si se estima que en el futuro la regulacin medio ambiental ser muy estricta, disminuyendo el lmite de tolerancia biolgica para ocho horas de exposicin a la neblina cida desde 1,0 (mg / m3) a solo 0,1 (mg / m3).Para combatir los inconvenientes anteriormente descritos y dar cumplimiento a la normativa ambiental, algunas estrategias utilizadas en el control de neblina cida son el uso combinado de barreras mecnicas, como PVC, polietileno, etc; ventilacin forzada y la adicin de aditivos surfactantes al electrolito.En el ltimo tiempo el mtodo mayoritariamente utilizado en la inhibicin de la neblina cida es la adicin de agentes tensoactivos al electrolito, los que disminuyen la tensin superficial de ste. Estos surfactantes al disminuir la tensin del electrolito, modifican el comportamiento de las burbujas, as como su fuerza de estallido, reduciendo las emisiones de neblina cida. Sin embargo la mayora de los surfactantes agregados no son compatibles con el proceso de electroobtencin debido a su pH extremo y a sus caractersticas qumicas, las que pueden afectar la polaridad del electrolito y por ende la calidad del depsito, adems de la eficiencia de corriente segn sean las concentraciones del aditivo agregadas. Dentro del limitado nmero de surfactantes que se utilizan actualmente en electroobtencin de cobre, el producto mas conocido hasta ahora es el FC-1100 un compuesto fluorado producido por 3M. Fluorad FC-1100, es un tensoactivo fluoroqumico, cuya composicin es 50% de tensoactivo acrilato, 48% de agua y 2% de residuos de perfluoroalquil sulfonatos. Este reactivo ser la base de comparacin de este estudio. Segn estudios realizados por esta empresa, los productos tensoactivos utilizados en la electroobtencin que logren disminuir la tensin superficial entre 60 55 (dinas/cm.) sern suficientes para controlar la concentracin de cido sulfrico atmosfrico y mantener los niveles aceptables de neblina.Este es el caso del FC-1100, genera un mnimo de espuma disminuyendo efectivamente la generacin del aerosol. Sin embargo este aditivo, a pesar de ser eficaz como inhibidor de la neblina cida, es de un alto costo, adems de estar fuertemente cuestionado por los organismos ambientales.En este trabajo se evalan aditivos tensoactivos para verificar su efecto supresor de la neblina cida y su efecto sobre parmetros tpicos del proceso de electroobtencn de cobre, y se comparan con un aditivo uso comercial.

Descripcin del proceso en celdas de electrobtencion

El cobre se deposita sobre la placa madre por un periodo de cosecha de 7 das aprox.

Al final del ciclo de cosecha, las placas madres se retiran de las celdas y se llevan a la maquina despegadora de ctodos donde se separan las lminas de cobre catdico de la placa madre.

Estas planchas madres se separan o pulen si es necesario y se retornan a las cedas de electrobtencion para iniciar un Nuevo ciclo de deposicin.

Condiciones optimas en la electrobtencion

Contenido de cobre (35-40 g/l) Contenido de acido (150-180 g/l) Cloruro (menos de 30 ppm) Organico (menos de 1 ppm) Hierro (menos de 1.5 g/l) Flujo de las celdas constant Densidad de corriente Temperatura de las celdas (45-50 C)

Problemas en la electrobtencionPor cloruros Cuando el nivel de cloruro en el electrolito es alto, se puede Producir una acumulacin de gas de cloruro sobre la lnea de solucin Andica Si la plancha catdica se llegara a colocar en una celda como nodo, la corrosin por disolucin andica que se producira ser extremadamente grave Por contacto Si no se realiza la limpieza adecuada y si los procedimientos de operacin son incorrectos el enchapado de cobre de la barra de suspensin se corroe los procedimientos para alargar el periodo de vida til de la barra de contacto son los siguientes: Lavado constante y efectivo de los contactos y barras de suspensin Reduccin de cortocircuitosRetiro efectivo de neblina acida Nivel de electrolito en la celda El electrolito que est operando a baja temperatura (menos de 30 C), puede da lugar a la formacin de sulfato de cobre cristalizado especialmente en la parte Superior del nivel del electrolito Paralelismo Un factor imprescindible para conseguir la efectiva distribucin de la corriente y reducir la formacin de cortocircuitos, es que el ctodo quede bien alineado entre dos nodos Cortocircuitos1.El cortocircuito es la condicin fsica que causa que la corriente fluya entre todos los electrodos sin tomar parte en la reaccin electroltica 2. Los cortocircuitos por crecimientos son causados por la inclusin en el depsito catdico de una particular conductor, la particular atrae ms carga y as crece ms rpidamente que el deposito catdico que esta alrededor

Desborre de celdasEl desborre se realiza para limpiar la celda y para evacuar el lado del plomo que se acumula en el fondo Aditivos para mejorar resultados de la electrobtencion

Aditivo andico: Se utilice el sulfato de cobalto para aportar iones cobalto que es el reactive active que acta sobre el material andico. Los iones cobalto estn en una concentracin en el rango de 50 a 200 ppm y reducen la corrosin del nodo y el desprendimiento de partculas de xido de plomo que puedan contaminar a los ctodos, otro efecto beneficioso de la presencia de iones de cobalto, es la disminucin del sobre potencial andico y el consiguiente efecto en el consume de energa

Aditivo catdico: Como aditivo catdico se utilizan productos polmeros orgnicos derivado de la gama guar que es una resina producida por el fruto de la planta guar de origen africano. Comercialmente estos productos se conocen con nombres tcnicos como por ejemplo guar floc 66, guartel SJ-M, OPT-43. El rol del aditivo catdico es de ayudar a obtener un depsito catdico suave parejo y denso. Su accin inhibe el crecimiento nodular, el atrapamiento del electrolito y de suspensiones solidas por el depsito catdico. La dosificacin del producto guar, puede oscilar entre 150-1000 g/ton de cobre catdico, esta taza de adicin debe ser optima y especfica para cada planta. Dosificacin en exceso provoca el efecto adverso a la suavidad y uniformidad del depsito como tambin un mayor incremento en el sobre potencial catdico

Seguridad en electroobtencin Voltaje de la lnea de alimentacin y caracterstica de los cables y su aislamiento, si corresponde. Ubicacin de los transformadores, con indicacin de los voltajes de entrada y salida y la descripcin del lugar en que estn ubicados, indicando las medidas destinadas a que no ingrese personal extrao; los sistemas contra incendio; carteles de prevencin y de primeros auxilios e instalaciones a tierra. Debe indicarse la malla de tierra y su clculo y ubicacin en cada sector electrificado, con indicaciones para conectar el cable de tierra general de la planta. Debe indicarse los voltajes que se utilizarn para los equipos mviles y estacionarios. Debe indicarse el voltaje de los rectificadores de corriente en caso de usar sistemas de electrodepositacin o de refinacin electroltico.

Consideraciones para la proteccin de las personas en relacin a riesgos elctricos:

Efectos de la corriente sobre el cuerpo humano

Sensacin de paso u hormigueo. Tetanizacin muscular. Paro respiratorio y/o circulatorio. Asfixia. Fibrilacin ventricular. Quemaduras (Efecto Joule, arco elctrico).

Factores que influyen en el choque elctrico:

Intensidad de la corriente. Tiempo de paso de la corriente. Tensin. Resistencia del cuerpo entre los puntos de contacto. Recorrido de la corriente por el cuerpo. Frecuencia de la corriente. Condiciones fisiolgicas del accidentado.

Una de las mayores causas de accidentes elctricos es el llamado contacto elctrico. Por lo tanto se debe considerar como medida de seguridad lo siguiente:

Alejamiento

Obstculos o barreras

Aislamiento

Respecto de cidos presentes en los procesos, se indican a continuacin algunas medidas de seguridad para proteccin de las personas.Sistemas de proteccin del personal para envenenamiento con sustancias venenosas o proteccin contra cidos o sustancias corrosivas. Se debe indicar lo siguiente:

Lugar y ubicacin de equipos y antdotos de primeros auxilios. Entrenamiento del personal para aplicacin de antdotos o sustancias para evitar quemaduras y corrosin debido a los materiales usados. Procedimiento de envo del personal, despus de prestarle los primeros auxilios, a un centro de atencin mdica cercano. Existencia de postas de primeros auxilios. Sistemas de paradas de emergencia de las correas transportadoras. Sistema de alarmas en caso de incendios y sistema para apagarlos, adems de ubicacin de los refugios para el personal en caso que el incendio se propague o no sea posible controlarlo.

Conclusin

En el siguiente informe logramos concluir:

La electroobtencion es un proceso que permite la recuperacin de metales mediante la aplicacin de corriente continua a un medio acuoso llamado PLS su principal propsito es obtener ctodos en perfecto estado con una pureza de 99.9 % para ser embalados y llevados a los lugares de embarque. Sus procesos de seguridad son fundamentales para el bien estar del medio ambiente y sus trabajadores, donde as respetan a la norma de seguridad ambiental.