Alejandro VelsquezAlexander CorreaELECTRO - OBTENCIN

La ELECTROMETALURGIA consiste en la produccin de depsitos metlicos mediante la aplicacin de la ENERGIA ELECTRICA.

Se distingue :

La electrometalurgia en solucin acuosa :Aplicada fundamentalmente a la produccin de Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Au y otros metales menores ( Cd, Cr, Mn, Ga, Ti, Te ).T . 40-60-90C

La electrometalurgia en sales fundidas :Aplicada principalmente a la produccin de Al, Li, Mg, Na, K y otros metales menores (Tierras raras, Ti, V, W, Zr, Th).T . 400 c li; 970 C Al

*Reacciones espontneas (se produce energa elctrica a partir de la energa liberada en una reaccin qumica):Pilas voltaicas

Reacciones no espontneas (se producen sustancias qumicas a partir de energa elctrica suministrada): Electrlisis

Segn el tipo de depsito obtenido, se distinguen los siguientes PROCESOSELECTROMETALURGICOS :

ELECTROOBTENCION de metales :Consiste en la extraccin de metales a partir de soluciones, en forma de depsitos metlicos puros, densos y compactos o depsitos metlicos en polvo (pulvi-electrometalurgia) o bien, depsitos de compuestos metlicos (xidos, hidrxidos o sales).

ELECTROREFINACION de metales :Consiste en la obtencin de depsitos metlicos de alta pureza a partir de un metal impuro.

GALVANOPLASTIA :Consiste en recubrimientos metlicos delgados con fines anticorrosivos o estticos (cromados).

ELECTROCONFORMADO :Consiste en la elaboracin de piezas metlicas especiales por va electroltica.

PROCESO PARA MINERALESSULFURADOS DE COBRELa finalidad de laelectro-obtencin esproducir ctodos decobre de alta pureza(comercializables) apartir de una solucincargada de Cu+2

FUNDAMENTOS DE LA OPERACINEWLa operacin se basa en la deposicin electroqumica del cobre sobre la superficie catdica. Se presentan dos reacciones, una catdica y otra andica. La reaccin catdica produce deposicin del cobre mientras que la reaccin andica produce electrlisis del agua, con la consiguiente generacin de protones y oxgeno gaseoso.

REACCIONES EN EW

Para que la reaccin catdica pueda proceder se necesita que exista una reaccin andica:

La velocidad de deposicin sobre el ctodo depende de la intensidad de corriente.En el caso de existir otro par redox en la celda, se ver afectada la velocidad de deposicin del metal de inters, i.e. la eficiencia

Electrlisis

El paso de corriente descompone un compuesto ionizado lquido mediante las reacciones andica y catdica.

Reaccin catdica de reduccinReaccin andica de oxidacin

CELDAS DE ELECTRLISIS

Los procesos electrometalrgicos tienen lugar en unidades llamadas CELDAS DE ELECTROLISIS:

La celda : Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. En algunos casos, la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadas entre s 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 slido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidacin con liberacin de electrones.Ejemplo : Zn => Zn2+ + 2 e-

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

SistemaSemirreaccinE (V) Li+ / LiLi+ 1 e Li3,04K+ / KK+ + 1 e K2,92Ca2+ /CaCa2++ 2 e Ca2,87Na+ / NaNa++ 1 e Na2,71Mg2+ / MgMg2++ 2 e Mg2,37Al3+ / AlAl3+ + 3 e Al1,66Mn2+ / MnMn2+ + 2 e Mn1,18Zn2+ / ZnZn2++ 2 e Zn0,76Cr3+ / CrCr3+ + 3 e Cr0,74Fe2+ / FeFe2+ + 2 e Fe0,41Cd2+ / CdCd2+ + 2 e Cd0,40Ni2+ / NiNi2+ + 2 e Ni0,25Sn2+ / SnSn2+ + 2 e Sn0,14Pb2+ / PbPb2+ + 2 e Pb0,13H+ / H22 H+ + 2 e H2 0,00Cu2+ / CuCu2+ + 2 e Cu 0,34I2 / II2 + 2 e 2 I 0,53MnO4/MnO2MnO4 `+ 2 H2O + 3 e MnO2 + 4 OH 0,53Hg2+ / HgHg2+ + 2 e 2 Hg 0,79Ag+ / AgAg+ + 1 e Ag 0,80Br2 / BrBr2 + 2 e 2 Br 1,07Cl2 / ClCl2 + 2 e 2 Cl 1,36Au3+ / AuAu3+ + 3 e Au 1,500MnO4 / Mn2+MnO4 `+ 8 H++ 5 e Mn2+ + 2 H2O 1,51

Leyes de Faraday y rendimiento de corriente

La masa M desustanciaque se desprende en el electrodo es directamente proporcional a la carga elctrica Q que pasa por el electrlito si a travs de ste se hace pasar durante el tiempo t unacorriente continuade intensidad I.1:Masa de un depsito es proporcional a I y a t: m = k I t

K: Equiv. Electroqumico: masa de una sustancia liberada por el paso de 1 C

1 E.qumico.: Masa depositada cuando pasa mol de e-, es decir,1 Faraday

Carga de 1 mol e- = 96.500 C = 1 Faraday1 E.qumico = Masa/ Valencia

Cuando circulan I t culombios, la masa depositada es:

m = M I t / n F.

m es el peso del metal, expresado en gramos. M es el peso molecular del metal. I es la intensidad de corriente, en amperios. t el tiempo, en segundos, y n la valencia del metal

F: constante de Faraday;

Las masas depositadas para distintos metales son:Al3+ (ac) + 3 e- Al (s)Se necesitan 3 x 96.500 C por mol de Al3+ a depositarCuando se deposita un metal, la carga necesaria depende de la reaccin de reduccin correspondienteSe necesitan 3 moles de electrones por mol de Al3+ a depositar

Ejemplo: Calcular el equivalente qumico del calcio en el xido de calcio CaO, del cobre en el sulfato de cobre (II) (CuSO4) y del hidrgeno en el agua.

Eq(Ca)= 40 gramos/2=20g Eq(Cu) = 63,5g/2= 31,75g Eq(H)= 1g/1=1g

A travs de una solucin de cloruro de Cu(II) se hace circular una corriente de 2,5A durante 15 minutos . Cul ser la masa de cobre depositada?

Masa= 63,5g (2,5 Amp) (900 seg) / 2 * 96500C Masa =0,74gm = M I t / n F.

El menor depsito de metal se debe a que existe:

1. Desprendimiento de hidrgeno simultneo.2. Ataque qumico del depsito por parte del electrolito. 3. Corrosin del depsito como consecuencia de la formacin de pares galvnicos con impurezas ms nobles. 4. Cortocircuitos entre nodo y ctodo debidos a un crecimiento irregular de los ctodos.5. Prdidas a tierra de la corriente medida en el circuito.

Potencial o voltaje de descomposicin

E descomposicin agua a pH 7 = EC -Ea =

0, 413 - (+0, 817) = -1, 23 V

Rendimiento energtico Rendimiento Faraday (85-95%)

metales menos nobles que el cobre por debajo de los valores admisibles, pues, en caso contrario, es factible la deposicin de los mismos en el ctodo y, por tanto, su impurificacin.(Fe)Metales ms electropositivos, se desprenden del nodo a medida que se va desgastando el mismo, pero no se disuelven, sino que se depositan en el fondo de la cuba y forman los llamados "lodos andicos (metales preciosos)EL COBRE DEL NODO SE DISUELVE EN LA SOLUCIN DE LA CUBA DE ELECTRLISIS ELECTROAFINO

Parametros electroafino Cu:

En cada cuba 46 nodos

Permanencia en la cuba es de 21 - 28 dias

Ctodos se retiran dos veces durante el mismo perodo.

A los 21 - 28 dias, se retira el desecho andico y se enva a los hornos para su posterior reutilizacin.

El peso del nodo suele ser de 350 Kilos y el del ctodo de 140 - 150.

La densidad de corriente es de 225 A/m2, y el potencial est comprendido entre 0.2 - 0.3 voltios.

La temperatura del proceso es de 50 - 60C y el rendimiento Faraday que se consigue se sita alrededor del 95 %, siendo el consumo especfico 0.250 KWh/Kg.

CATODOANODO

CATODO DESPUES DE 2 HORAS

ANODO DESPUES DE 2 HORAS