Modulo Electro

8/15/2019 Modulo Electro

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UNIVERSIDAD NACIONALDANIEL ALCIDES CARRION

Facultad de IngenieríaESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA MEALURGIA

ELECRO!UIMICA MEALURGICAP"gina#

INGENIERIAMEALURGIA


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MODULO

ELECTROQUIMICA METALURGICA

Ing. Walter ESTRELLA MUCHA

2016ELECRO!UIMICA MEALURGICA

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I% SUMILLA%La Electroquímica metalúrgica corresponde al área de especialización siendo de

carácter teórico-práctico y es parte de la metalurgia Extractiva, radicando suimportancia en que se estudia la extracción de los metales a partir desoluciones acuosas que los contienen empleando los criterios electroquímicos.Dentro del perl del !ngeniero "etalúrgico, se considera que este de#e conocery aplicar las t$cnicas de extracción de metales, en tal sentido en estaasignatura se estudian los procesos electrometalúrgicos. En cuanto al contenidose incluye un estudio previo de L%& '(!)*!'!%& ELE*+(%!"!*%& aplicando alas soluciones. EL '(%*E&% ELE*+(%L!+!*% de los metales y la *!)E+!*ELE*+(%!"!* en donde se en/oca la teoría de 0utler 1olmer y la Ecuaciónde +a/el

II% O&'EIVOSII%# O()eti*+ General,

l cumplir la asignatura el estudiante de metalurgia será capaz de2entender, comprender y conocer los /undamentos de la termodinámica ycin$tica de las reacciones electroquímicas para que pueda resolverpro#lemas de metalurgia extractiva, poniendo $n/asis en sistemas acuosasde #a3as temperaturas 45-6557*8 constituidos de rocas, minerales ymateriales en general. &e analizan pro#lemas tecnológicos desde laperspectiva de sus /undamentos

II%$ O()eti*+- E-.ecí/c+-II%0 !n/erir conceptos generales o aspectos muy importantes so#re los principios

/undamentales de la electroquímica metalúrgica. dquirir conocimientos de los procesos de electrodeposición y electro

renación de los principales metales. demás impartir conocimientos de losELECRO!UIMICA MEALURGICA

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recu#rimientos electrolíticos. Evaluar los mecanismos electroquímicos de losprocesos metalúrgicos.

!mpartir conocimientos so#re la electroquímica iónica, la teoría de 0e#ye9uc:el, electrodica. plicar las metodologías del potencial mixto en losprocesos metalúrgicos. Desarrollar modelos cin$ticos para procesosmetalúrgicos.

!mpartir conocimiento so#re el control por trans/erencia de masa. Ley de ;ic:. 'otencial mixto.

*uanticación de la cin$tica por control mixto. *in$tica electroquímica #a3ocontrol mixto. *in$tica anódica y catódica #a3o control mixto, *urvascin$ticas. Evaluar en /unción a la cin$tica los procesos metalúrgicos yprocesos


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SEMANA +

SESION +

- Con"enio respecto al signo de la fuer(a electromotri(.- #rincipales c$lculos de los procesos electrolíticos.

- #rincipales c$lculos de los procesos electrolíticos.

SEMANA ,

SESION ,

- )eminario de problemas sobre pilas gal"$nicas o "oltaicas

- %cuación de *erst, relación entre potencial entalpia libre y constante de equilibrio, electrolisis

- Leyes de araday

ELECTROMETALURGIA

La ELECTROMETALURGIA consiste en la producción de depósitos metálicos mediante laaplicación de la ENERGIA ELECTRICA.

Se distinue!

• La electrometalurgia en solución acuosa2plicada /undamentalmente a la producción de *u, =n, )i, *o, '#, g, u yotros metales menores 4 *d, *r, "n, >a, +i, +e 8.

• La electrometalurgia en sales /undidas2plicada principalmente a la producción de l, Li, "g, )a, ? y otros metalesmenores 4+ierras raras, +i, 1, @, =r, +


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E)E(>!

ELE*+(!*

AB '(%*E&%

ELE*+(%"E+L(>!*%

DE'%&!+%

"E+L!*%

AB



Procesos electrometalúrgicos

Se"n el tipo de depósito o#tenido$ se distinuen los siuientes %ROCESOSELECTROMETALURGICOS!

• ELE*+(%%0+E)*!%) 4ElectroCinning8 de metales2

*onsiste en la extracción de metales a partir de soluciones, en /orma dedepósitos metálicos puros, densos y compactos o depósitos metálicos en polvo4pulvi-electrometalurgia8 o #ien, depósitos de compuestos metálicos 4óxidos,L1)%'L&+! 4Electroplating8 2

*onsiste en recu#rimientos metálicos delgados con nes anticorrosivos oest$ticos 4cromados8.

ELE*+(%*%);%("D% 4Electro/orming8 2

*onsiste en la ela#oración de piezas metálicas especiales por vía electrolítica

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B ) CELDA GALVÁNICA : La energía química se transforma en energía eléctrica

I I

e e

A n o ! o " n

C # t o ! o C u

$uente %alino

&'( cel!a &'( cel!a "n * "n+(,) , ( e+-) Cu+(,) , ( e+-) * Cu

"n%./

Cu%./ )n*+,-

Cu*+,-

I

- ,

*iones-

A ) CELDA ELEC01.LI0ICA : La energía eléctrica se transforma en energía química

Electrolito : 2(.3 Cu+(,)3 %./+(-)3 2+,)3

A n o ! o 4 l o m o

C # t o ! o a c e r o i n o 5

I

anión

,

I I

e e

.+O /0 12+ O+ , +.*,- ,+e*3- Cu*+,- , +e*3- /0 Cu

Cel!a

-

Cu

.(

4uente depoder

catión

Figura 5.2: Celdas electrolítica y galvánica(ej. : electrodeposición de cobre y pila de Daniel (1!"# #.

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'roceso *elda E@ 'ila

nodo %xidación -

*átodo (educción -

. Proceso electroquímico

Un proceso de naturale5a electro36u(mica se caracteri5a por presentar la reali5aciónsimultánea de dos reacciones denominadas anódicas 7 catódicas. En la primera sucede unatrans8ormación 6u(mica de o9idación 7 se li#eran electrones. La reacción catódica in'olucraun proceso 6u(mico de reducción con participación de los electrones li#erados en el ánodo 7

6ue 'ia:an por CON&UCTORES ELECTR;NICOS *ca#les- 6ue unen el cátodo con el ánodo.En la solución$ no


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el cátodo dónde son consumidos. En 8orma simple$ la 8uente de ener(a act"a como #om#aimpulsora de electrones 6ue 8lu7en por los conductores 7 los electrodos.

Cantidad de metal depositado o disuelto

Ley de Faraday

La le7 de 4arada7 esta#lece 6ue la masa de metal depositado es proporcional a la cantidadde corriente 6ue circula a tra'@s de la celda 7 al tiempo de operación de la electrólisis.

Se e9presa as(!

m4 ! masa depositada *-

M ! %eso molecular del metal depositadon ! =alencia del ion metálico en la solución4 ! Constante de 4arada7 *BD Coulom#2e6ui'alente- *1 coulom# /

1 A 9 1 s-I ! Corriente 6ue circula *A-t ! Tiempo de operación de la electrólisis *s-

El e$uivalente electro$uí%ico *EEF- de la su#stancia trans8ormada$ se de8ine como lacantidad de sustancia 6ue es a8ectada por el paso de una corriente de 1 A en 1


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%ara el caso del co#re *EEF / 1.1D 2A.


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Aspectos termodinámicos

Los aspectos termodinámicos de los %ROCESOS ELECTROMETALURGICOS están#asados en la TERMO&INAMICA ELECTROFUIMICA 6ue estudia los procesos de electrodoen e6uili#rio 7 cu7as conclusiones más importantes$ relacionadas con los procesos de electro

o#tención 7 electro re8inación de metales$ se resumen en la escala normal de potenciales$ lale7 de Nernst *capitulo +.+- 7 en los diaramas de e6uili#rios potencial 3 p *diaramas de%our#a7$ capitulo +.K-.

Potencial de electrodo

Se llama electrodo$ el sistema #i8ásico constituido por un conductor electrónico *metal o

semiconductor- sumerido en un conductor iónico *electrolito-$ como se muestra en la 8iura?.K.

Cuando no


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∆Φ$ 6ue es una mani8estación del e6uili#rio entre el metal en el electrodo 7 sus iones ensolución!

∆Φ / Φmetal 3Φsolución

Llamado potencial absoluto del electrodo$ 6ue no se puede medir 7 6ue sólo se puedecomparar su 'alor con otro potencial a#soluto de electrodo 6ue sea 8i:o 7 reproduci#le$llamado potencial a#soluto de re8erencia$ ∆Φre8 .

Se llama entonces potencial relativo o simplemente potencial del electrodo$ la di8erencia depotenciales a#solutos de este electrodo 7 del electrodo de re8erencia !

E A Φmetal -Φre/ A ∆Φ -∆Φre/

: Doble capa el&ctrica en la inter'ace entre el electrodo y la solución.

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eacción entre el 'ierro ())# y el cerio (i*#+ y voltaje absoluto en cada punto de la celda.

Electrodos de referencia

El electrodo de re/erencia utilizado para todos los cálculos termodinámicos es elelectrodo normal a


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&in em#argo, en los la#oratorios, se usan otros electrodos de re/erencia de utilizaciónmás /ácil y que tiene un potencial 3o respecto al E)92

• E*& 9g... E A ...• 'lata gFg *lF*l-E A 65G m1

% +m,

%. Cu/Cu 1

%ref

!g/!gCl/Cl-

%*

345

056

5

En la práctica, no se


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Escala normal de potenciales

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