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ELECTRO-OBTENCION (EO)DE COBRE

ELECTROWINNING (EW)

Diagrama de Flujos del Proceso LIX-SX-EW

2

El Tesoro

Manto Verde

3

Lingada

Cátodos

4

EO de Cobre

5

ELECTRO OBTENCIÓN DE Cu

6

Nave de Electrolítica

7

• H2O• H2SO4

• CuSO4

• aditivos• Impurezas

Celda Electrolítica

Celda• Electrólito• Anodo (+)• Cátodo (-)

Solución

8

Electrólito

Anodo Cátodo

Celda

• Anodo, oxidación: ER: Cuº ----> Cu2++2e E0 = -0.34VEO: H2O ----> 2H+ + 0.5O2 + 2e E0 = -1.23V

• Cátodo, Reducción del ión cúprico:ER y EO: Cu2++2e ----> Cuº E0 = 0.34V

Reacciones Principales

• Reacción Neta en EO:CuSO4(ac) + H2O ---> Cuº + H2SO4(ac) + 0.5O2(g)

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Diagrama Tensión - pH para EW de Cu

0 7 14 pH

-1

1

0 H2OH2

Cuº

Cu2O

CuOO2

CuO22-

H2O

Cu2+Eh

(Volt)

Electrólito: CuSO4 - H2SO4

40 g/L Cu, 180 g/L ácido

Impurezas: Fe (1 g/L), Mn, Cl

Aditivos: CoSO4, guar

Neblina ácida (O2 + H2SO4)

VVmAi

cell

cell

2/350250 2

=−=

ELECTRO-OBTENCIÓN (EO) DE COBRE

R

2+←Cu

− +Cátodo Ánodo

OHO

2

2

10

Layout en Electro-Obtención

11

12

Electrolito Rico (*)Cu, g/L 20 - 60H2SO4, g/L 100 - 160Electrolito Pobre (*)Cu, g/L 13 - 30H2SO4, g/L 100 - 200Densidad de corriente, A/m2 150 - 300Eficiencia de corriente, % (*) 75 - 95Voltaje de celda, Volt 2.1 - 2.2Consumo de energía, KWh/kg Cu 2 - 2.4

(*) Incluye valores de EW directa

Datos Operacionales Típicos de EW de Cu

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Calidad Catódica

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• Pureza– Composición del electrolito

• Aspecto– Distribución de corriente, flujo de electrolito,

aditivos, temperatura

Calidad Catódica

COMPOSICION DEL ELECTRÓLITO

trazasAg, AutrazasPb

0.001-0.03 g/LCl0.05-0.2 g/LCo

0.1-4 g/LMn0.1-2 g/LFe40-50 g/LCu

160-200 g/LH2SO4

más abundanteH2OConcentraciónEspecie

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Composicióndel Cátodo

El Cátodo proviene de la EO de soluciones ricas procedentes de SX o de la ER del cobre blister

• Cu (%) 99.970-99.998• Ni (g/t) 0.1-4.0• Pb (g/t) 0.1-10• S (g/t) 3-6• Te (g/t) 0.06-10• Se (g/t) 0.1-10• As (g/t) 0.1-10• Sb (g/t) 0.05-15• Bi (g/t) 0.02-5• Ag (g/t) 0.4-25• Au (g/t) 0.1-0.8• O2 (g/t) 50-200

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ESPECIFICACION QUIMICA CATODOS DE COBRE

Calidad Calidad CalidadGrado "A" Rechazados Standard

Elem. Unidad Concentracion Maxima Concentracion Maxima Concentracion MaximaSe ppm 1.0 2.0 10Te ppm 1.0 2.0 2Bi ppm 1.0 2.0 3As ppm 2 5 15Sb ppm 1 4 15Pb ppm 3 5 25S ppm 9 15 30Fe ppm 5 10 25Sn ppm 10Ag ppm 12 25 25

Se usan valores en ppm.

Sin embargo, es más correcto usar valores en g/ton.

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EFECTOS QUIMICOS

IONIZACION <----> CONDUCTIVIDAD IONICA

SOLUBILIDAD <----> DISOLUCION / CRISTALIZACION

REACCIONES EN SOLUCION: Oxidación

Reducción

Hidrólisis

Precipitación

Complejación

Solubilidad del sulfato de cobre en soluciones acuosas de ácido sulfúrico

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1.01.11.21.31.41.51.61.71.8

0 50 100 150 200 250 300

[H2SO4], (g/L)

Visc

osid

ad a

25°

C,

(mPa

s)

0100200300400500600700800

Con

duct

ivid

ad a

25°

C,

(mS/

cm)

Viscosidad y Conductividad Iónica del AcidoSulfúrico en Agua a 25ºC.

Diagrama Tensión - pH para EW de Cu

0 7 14 pH

-1

1

0 H2OH2

Cuº

Cu2O

CuOO2

CuO22-

H2O

Cu2+Eh

(Volt)

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Potencial Redox

AgCl(S) + 1e < === > Ag(S) + Cl-, Eº = 0.2 V

El potencial redox (Eh) corresponde a una medida del estado de oxidación o reducción de la mezcla de electrólitos disueltos en la solución (equivale a un potencial mixto solución-electrodo).

Se mide con un electrodo de platino que incorpora una solución de referencia (Ag/AgCl).

pH = pHref + [(F/ (2.303*R*T)] * (E – Eref)

pHSensitiveGlass

BufferedInternalSolution

ExternalAqueousSolution

H+

H+Li+

Li+

Li+

.03 to .1 mm

.001 mm

Ag/AgCIInternal Wire

BufferedKCI Solution

Stem Glass

Electrodo de pH

20

E Cu2+/Cu° = 0.34 + 0.06 log [Cu2+]

E Fe3+/Fe2+ = 0.76 + 0.06 log {[Fe3+] / [Fe2+]}

E H+/H2 = 0.00 + 0.06 log [H+] = - 0.06 pH

E O2/H2O = 1.23 + 0.06 log [H+] = 1.23 - 0.06 pH

Equilibrios en EW de Cu

Tensión de celda en EO de Cu

Vcell, EO = ΔEe + ηa + |ηc| + IR

R = (1/κ) (dac/A)

ΔEe = diferencia entre potenciales de equilibrio anód. y catód., Vη= sobrepotencial, V

I = intensidad de corriente, AR = resistencia eléctrica, Ωκ = conductividad, Ω-1 m-1

dac = distancia ánodo-cátodo, mA = área superficial del cátodo, m2

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Conductividad del Electrólito2 2

i i ii

F z Cκ λ= ∑

iDi RTλ =

i iD RTλ=

Movilidad Iónica

Difusividad Iónica

(S/cm) ó (1/cm/Ω)

(cm2/s)

(S cm2/equivalente)

Caída de Potencial en la Solución

La resistencia del electrólito (Re) entre pares de electrodos depende de:

- La distancia interelectródica, (d). - El área de los electrodos, (A).- La conductividad del electrolito, (κ).

1e

dRAκ

= *

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Efecto del H2SO4

• Aumenta la conductividad de la solución y por lo tanto disminuye la resistencia ohmica del electrólito. 1.53 M H2SO4 y 0.1M CuSO4 ==> 1/κ = 0.012 Ω

0 H2SO4 y 0.1M CuSO4 ==> 1/κ = 0.740 Ω.

• Disminuye la contribución de la migración al movimiento de los iones Cu2+.

Propiedades Físico-Químicas• Conductividad Eléctrica• Densidad• Viscosidad

λi Di

(Scm2/equiv.) (cm2/s)• H+ 349.8 9.312• Cu2+ 54.0 0.720• OH- 197.6 5.260• SO4

2- 80.0 1.065

Conductancias Equivalentes y Coeficientes de Difusión a 25ºC y Dilución Infinita

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T κ↑ ⇒ ↑H

C κ+ ↑ ⇒ ↑ 2CuC κ+ ↑ ⇒ ↓

• Estimaciones (Price & Davenport 1980; 1981):

κ (S/cm) = 0.134 – 0.00356(Cu, gpl)+ 0.00249(H2SO4, gpl) + 0.00426(T, °C)

¿Cómo se Determinan κ, ρ y μ ?• Mediciones

1/ κ (S/cm) = 3.2 + 10-3 * [1.3(As, gpl) + 7.3(Cu, gpl)+ 4.5 (Fe, gpl) – 5.6(H2SO4, gpl)+ 9.6(Ni, gpl) – 14.6(T, °C)]

3

2 4

( / ) 1.0186 0.0024( , )0.00054( , ) 0.00059 (º )

g cm Cu gplH SO gpl T C

ρ = ++ −

22 4 2 46

( ) 1592 0.0108( ) 2.373( ) ...10

cp H SO H SOμ−

⎡ ⎤= + + +⎣ ⎦

1890... 29.93( ) 76.48 ( ) exp273.15

Cu CuT

⎛ ⎞⎡ ⎤+ + ⎜ ⎟⎣ ⎦ +⎝ ⎠

24

Consumo de Energía Eléctrica• Eficiencia de corriente: η =

ij: densidad de corriente utilizadaen la deposición del cobre.

i: densidad de corriente total aplicada.• Energía Eléctrica total, E:

ii j

,0 . 0 3 6

c e l d ac e l d a

j

n V k W hEi m o li

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠

Resistencia Eléctrica de las Soluciones