Cementaciòn: Ferrocementaciòn

Càtedra de Hidrometalurgia y Electrometalurgia

Agosto 2011

Cementaciòn

• La Cementaciòn es un proceso electroquimico en el cual un metal mas noble, que se encuentra en forma iònica en soluciòn, desplaza de su estado de equilibrio sòlido a un metal menos noble que se pone en contacto con dicha soluciòn.

• En el caso de la cementaciòn de cobre Hierro en forma de chatarra.

Aspectos Termodinàmicos y Quimicos

• Reacciòn Bàsica (1)• Reacciòn que se compone de dos semi-

reacciones • Potenciales con respecto al electrodo normal

de hidrògeno

• La reacciòn es espontanea

RT Ln =proceso factible hasta que [Cu]→0

• De reacciòn (1) → • Consumo teòrico = • Consumo pràctico= 1,2 – 2,5 Consumo teòrico

Las razones:• Acciòn del iòn férrico: Fe+3

– Disoluciòn de especies oxidadas (limonita)– Oxidaciòn de Fe+2 (bacteriana)

El ion férrico aumenta el consumo de hierro por:• Consumo del medio precipitante: • Redisoluciòn del cobre precipitado:

• Acciòn del Oxìgeno:O2 proviene de aireaciòn y/o acciòn de bombeo de soluciones

• Acciòn del acido sulfurico:Efecto de corrosiòn del H+ sobre la chatarra de hierro

pH de proceso: 1,5 – 2 – pH < 1,0 → > consumo Fe– pH > 3,0 → precipitaciòn de sales de hidroxido de Fe

Aspectos Operativos

• Tipos de reactores– Bateas– Rotatorios

Bateas• Caracterìsticas generales

– Baja eficiencia cinética– Altas recuperaciones– Bajo costo de construcciòn– Alta demanda de mano de obra– Cemento de cobre de baja calidad– Principal aplicaciòn en grandes volùmenes y baja concentraciòn

de cobre– Necesidad de gran superficie de terreno y pendiente– Diferentes calidades de cemento en cada estanque– Con o sin doble fondo

• Por ejemplo:Estanques 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10

% Rec Parcial 37,2 29,2 17,9 8,7 4,3

% Rec Total 97,3

Precipitadores Rotatorios

• Caracterìsticas Generales– Etapa primaria y bateas en etapa secundaria– Horizontales o inclinados– Carga de chatarra continua o periodica– Madera o metàlicos– Largo = (1 – 1,3) D

Cinetica

• Existen dos teorias que tratan de explicar cinéticamente el proceso de cementaciòn con hierro– Mecanismo de cementaciòn por micropilas en

cortocircuito entre Fe-Cu– Mecanismo de cementaciòn por lecho catòdico

fluidizado

Mecanismo de cementaciòn por micropilas en cortocircuito entre Fe-Cu• El sistema consiste en cortocircuitos entre le

àrea precipitante (Fe0) y el depòsito poroso de cobre (dendritas) sobre el hierro.– Sitios anòdicos →hierro se disolverà– Sitios catòdicos→cobre se precipitarà

Mecanismo de cementaciòn por lecho catòdico fluidizado

• La cementaciòn se producirìa via un sistema de lecho catòdico fluidizado, donde cada partìcula de cobre serìa potencialmente un sitio catòdico en el momento de contactarse con la partìcula de hierro.

• A partir de estos dos conceptos, con resultados experimentales, se ha encontrado la relaciòn que describe la velocidad de cementaciòn segùn:

Donde: K= Constante de velocidad especifica del proceso, dependiente de condiciones de flujo y temperaturaAc= Area catòdica del precipitado (cemento de cobre)Ap= Area anòdica del precipitado (chatarra de hierro)= Conentraciòn inicial de cobre en el medio

Experimentalente se ha visto que K aumenta con T° → > velocidad de cementaciòn

Influencia de la chatarra en la cinética

• Chatarra Liviana: tarros, envases, hojalata = mayor superficie especifica

• Chatarra Pesada: Desechos de equipos y maquinas industriales

La chatarra debe ser tratada previamente para eliminar restos de pintura y barniz, también debe ser compactada para disminuir el tamaño de los reactores (desnidad aparente de 20 a 30 <tamaño y >calidad de chatarra → <tamaño reactor y >calidad cemento cobre

Bibliografia

• Domic, E. - Hidrometalurgia• Apuntes de Catedra Hidrometalurgia – ULS

2001, Chile

NOTA: el contenido textual de esta presentaciòn en PPT no es suficiente para presentarse a examen. El alumno debe referirse a los apuntes de clase y la bibliografia de la càtedra.