Colaboradora: Yessenia Danidtza Gomez Aguilar

CONTROL Y MANTENIMIENTO EN EL PROCESO DE ELECTRODEPOSICIÓN DEL COBRE

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANNFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE METALURGIA

Ing. Raul del Pozo Tello

8.1 - CORROSIÓN DE LOS CÁTODOS PERMANENTES

8.2 - CORROSIÓN EN EL ÁNODO

8.3 – CASOS VARIOS EN EL PROCESO DE EO DEL COBRE

8.4 - CORTOCIRCUITOS

8.5 - MANTENIMIENTO DE LOS CÁTODOS PERMANENTES

8.6 - MANTENIMIENTO DEL ÁNODO

8.7 - LOS CICLOS DE PRODUCCIÓN EN LAS CELDAS

8.8 - IMPUREZAS EN LA ELECTRODEPOSICIÓN

8.9 - OPERACIONES EN LA COSECHA DE CÁTODOS

CONTENIDO

ANTECEDENTESDiagrama de Flujo, Óxidos y Sulfuros de baja ley, Cátodos Electro-

obtenidos

El proceso de EO de cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de

“minerales oxidados y mixtos de cobre”.

El cobre es depositado desde soluciones purificadas por medio de una electrólisis

directa. la solución proveniente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en la

planta de SX. El objetivo del proceso es producir cátodos de cobre de alta pureza. Para lograr este objetivo,

pasa por etapas antes mencionadas , la solución de SX será conducida a una serie de celdas de EO donde se producen los cátodos

de cobre con una pureza de 99,99%.

INTRODUCCIÓNELECTRODEPOSITACIÓN

ELECTROWINNING

EO: Electro-obtención = Electrodepositación = ElectrowinningSX: Extracción por Solventes

Esquema del proceso de electro deposición

Proceso para recuperar metales en forma pura y selectiva de las

soluciones de lixiviación con ánodo de un material insoluble o inerte

El efecto del proceso de EW de cobre en el electrolito consiste en

disminuir la concentración de cobre y aumentar la

concentración de ácido.

Cambio de las especies iónicas a especies atómicas por el paso de corriente eléctrica.

REACCIONES EN LA ELECTRODEPOSICIÓN DEL

COBRE

Cátodo:  Anodo:  Reaccion neta:

𝐶𝑢+2+2𝑒−→𝐶𝑢0

+2+2

+ SElectrolito: CuSO4 – H2SO4

40 Gpl Cu, 190 gpl AcidoImpurezas: Fe (1gpl), Mn, ClAditivos: CoSO4 Niebla Ácida: (O2 + H2SO4)I cell: 250-360 A/m2

V cell: 2 V

Al pasar la corriente provoca la electro deposición de cobre en el cátodo, mientras en el ánodo se descompone el agua dando lugar a burbujas de oxigeno 02 e iones H+ que a su vez originan el H2S04 ocurriendo las siguientes reacciones:

Cátodo PermanenteEsta compuesto de tres partes básicas: la placa del electrodo, la barra de suspensión y las franjas protectoras

Características de Diseño del Cátodo

Franjas Protector

a

Barra de Soporte

Plancha de

Electrodo

MARCO TEÓRICO8.1 - CORROSIÓN DE LOS CÁTODOS PERMANENTES

8.1.1. Corrosión por Picado

8.1.2.Corrosi

ón galváni

ca

8.1.3. Corrosi

ón anódic

a

8.1.4. Corrosión en

los contact

os

8.1.1. CORROSIÓN POR PICADO

Los niveles de cloruro en el electrolito no deben exceder 35-40 ppm, sin embargo la experiencia industrial indica que no debe ser superior a 25 ppm.

Cuando el nivel de cloruro en el electrolito es alto, se puede producir acumulación de gas cloruro sobre la línea de solución. Este cloruro es transportado en el vapor ácido que se desprende al liberarse O2 en el ánodo. Este vapor que se deposita en el cátodo contiene o acumula

suficiente cloruro como para desatar la corrosión.

Cátodo Permanente

Cátodo con Picadura

Cobre Adherido

• Problemas Técnicos en EO de Cu

Cu

• Medidas de control

Control

Incorporar etapa de lavado en

SX

Minimizar contenidos de Cloruro

por osmosis inversa Purgar el

electrolito para

cotrolar Fe, Cl

8.1.2. CORROSIÓN GALVÁNICA

Por acoplamiento galvánico de

las planchas de acero

inoxidable con ánodos .

El acero inoxidable es

anódico para el plomo y si hay acoplamiento galvánico se

corroe.

Cuando las celdas permanecen sin energia y no se mantienen en circuito abierto, la celda se

comporta como una batería en descarga, donde el acero inoxidable se comporta como ánodo y

los ánodos de plomo como cátodos, descargando la película de PbO2

8.1.3. CORROSIÓN ANÓDICA

por acción de cloruros presentes en el electrolito, originando picaduras en el material.

Por cambio de polaridad de la placa de acero inoxidable. Si la placa catódica se llegara a colocar en una celda como ánodo, la corrosión por disolución anódica que se produciría seria extremadamente grave, llegando incluso a la total disolución de la placa de acero inoxidable.

Así mismo si se corta la corriente eléctrica el cátodo se puede oxidar, es decir se invierte el proceso.

Paso de e- para completar el

circuito

Los e- fluyen de ánodo a

cátodo

Ánodo Electrolito Cátodo

8.1.4. CORROSIÓN EN LOS CONTACTOS

Por condensación de vapores ácidos o derrame o salpicadura de electrolito en las barras de contacto se produce la corrosión.

Si no se realiza limpieza adecuada y los procedimientos de operación que se usan son incorrectos, el enchapado de cobre de la barra

colgadora se corroe.

Vida

Útil

Lavado constante de contactos y

barras colgadoras

Reducción de cortos

circuitos que causan

calentamiento

Supresión efectiva del vapor ácido

Procedimiento para aumentar vida útil de la barraContactos en las celdas

Corrosión de Ánodo de Pb

Causa: Al interrumpirse la corriente, el ánodo

deja de estar protegido y sobre su superficie se

acoplan espontáneamente

(potencial mixto) las reacciones.

Ambas reacciones producen sulfato

(sulfatación)

A medida que aumenta el cloruro en el electrolito, se observa una mayor corrosión local del ánodo.El ataque por corrosión en la interface es intergranular.

8.2 - CORROSIÓN EN EL ÁNODO

8.3.1 - Quemado Orgánico

8.3.2. - Efecto de los Bordes

8.3.3. - Cera del borde

Inferior8.3.4 – Decoloración

8.3.5. - Neblina ácida. 8.3.6 – Control

de la niebla ácida

8.3.7 - Efecto de las reacciones en

los electrodos

8.3 – CASOS VARIOS EN EL PROCESO DE EO DEL COBRE

8.3.1. – QUEMADO ORGÁNICO

¨Organic Burn¨• El quemado orgánico, es una mezcla de cobre

fino y orgánico que se co-deposita en el cátodo (placa de acero inoxidable).

• Las plantas de SX-EO deben eliminar el arrastre de orgánico hacia la planta de EO por medio de ¨Tank farm¨  

• La concentración de orgánico en el electrolito no debe sobrepasar los 30 ppm.

8.3.2. – EFECTO DE LOS BORDES

• Alineado de cátodo recomendado en la celda:• 30 mm de los lados• 50 mm del fondo ( hasta borde superior de la cera )

• Mantener constantes distancias de lados y fondo, para minimizar los efectos de borde. Si la distancia es mayor, forma una capa de crecimiento delgado. Si la superposición es menor, forma una capa de crecimiento acordonado o nodular.

8.3.3. – CERA DEL BORDE INFERIOR

• El borde inferior de las placas desnudas se baña en una cera microcristalina que tiene un alto punto de fusión (90°c). La cera se convierte en un sello desechable que evita que el cobre se deposite en el borde y por consiguiente facilita el despegue de la lámina. La cera se desprende en la estación de lavado y puede ser reutilizada.8.3.4. – DECOLORACIÓN

• La presencia de pequeñas cantidades de orgánico en el electrolito causa decoloración de los depósitos catódicos. Se puede observar especialmente en la parte superior del cátodo donde el orgánico menos denso se acumula sobre el electrolito debido a la abrasión que causa él O2 que se desprende en el ánodo.

• Se genera producto de la reacción de descomposición del agua en el ánodo, que tiene la particularidad de generar ácido y emitir (02) que se desprende desde el área activa del ánodo.

• Este gas arrastra parte del electrolito al ambiente circundante; por lo tanto cobre, ácido e impurezas de: Cl2, Mn+2, Fe+2, Fe+3 y otros.

8.3.5. – NEBLINA ÁCIDA

Generación de neblina ácida en la celda de electro obtención

Secuencia en la generación de la neblina ácida.

• Se usa polipropileno sobre el electrolito de las celdas, creando una gran superficie de contacto, que atrapa el electrolito y retornando al seno de la solución.

• Su función es controlar el desprendimiento del 02, reducir la tensión superficial y no permitir el brusco desprendimiento del 02 que escapa desde a solución electrolítica de las celdas de EW.

8.3.6. – CONTROL DE LA NEBLINA ÁCIDA

Ventilación de Flujo MISTOP formando leve capa de espuma

Control de la niebla ácida

 El O2 gaseoso se desprende en las cercanías del ánodo.

El ion H+ enriquece al electrolito en ácido, (ácido sulfúrico).

La T° del electrolito se incrementa.El Cu metálico se deposita en las paredes del cátodo

por lo que el contenido de Cu del electrolito decrece.

• Reacción catódica:• Reacción anódica:• La reacción global es:

8.3.7. – EFECTO DE LAS REACCIONES EN LOS

ELECTRODOS

𝐶𝑢+2+2𝑒−→𝐶𝑢0

+2+2

+ S

8.4. – CORTOCIRCUITOS

Es la condición física que causa que la corriente fluya entre los electrodos sin tomar parte en la reacción electrolítica .

8.4.1.1. Cortocircuit

os por proximidad

8.4.1.2.Cortocircuit

os por Crecimient

o

Esquema de un corto circuito por proximidad de electrodos

Las placas catódicas entran en contacto directo con el ánodo, o quedan extremadamente cerca de este. Las causas son placas dobladas, que están fuera de la vertical, electrodos mal alineados y placas anódicas dobladas.

8.4.1.1. – CORTOCIRCUITOS POR PROXIMIDAD

Esquema de un corto circuito por crecimiento de nódulos

Son causados por la inclusión en el depósito catódico de una partícula conductora. La partícula atrae carga y crece más rápidamente que el depósito catódico que esta alrededor.

8.4.1.2. – CORTOCIRCUITOS POR CRECIMIENTO

8.4.2.- Detección

de Cortocircui

tos

8.4.3. - Métodos

de Tratamient

o de Cortocircui

tos

Visual

Gaussimetro - Aparato más bien útil cuando hay dos cortocircuitos.

Pinza volt- amperometrica/multimetro - Mide corriente y voltaje de cada electrodo individualmente. (tediosa e intensiva).

Métodos infrarrojos - Cámaras portátiles o montadas en grúas, detectan calor generado. Método preciso y caro.

Control de voltaje de las celdas - Sistemas computarizados .El costo alto y requiere mucha mantención.

8.4.2. – DETECCIÓN DE CORTOCIRCUITOS

Cizallar los nódulos con una barra de acero inoxidable.

Enderezar o reemplazar los electrodos doblados.

Realinear los electrodos instalados en posición incorrecta.

Aislar los electrodos que están produciendo cortocircuitos.

8.4.3. – MÉTODOS DE TRATAMIENTO CORTOCIRCUITOS

Celda electrolítica con insertos y perforaciones embebidos en las paredes. Barras doble contacto, aisladores incorporados a las barras anódicas.

8.5.1. - Protección

de los cubreborde

s

8.5.2. - Mantenimiento de la

plancha del cátodo

8.5.3. - Cobre no

desprendido -

depósitos delgados

8.5.4. - Placas

dobladas

8.5. – MANTENIMIENTO DE LOS CÁTODOS PERMANENTES

8.5.1. – PROTECCIÓN DE

LOS CUBREBORDES

8.5.2. – MANTENIMIENTO DE LA PLANCHA

DEL CÁTODOCortes profundos en la plancha que ocasionan dificultades en el despegue.

Las manchas o descoloraciones de la superficie de la plancha debido al orgánico que arrastra el electrolito.

Una ligera corrosión galvánica puede dejar la plancha con una textura áspera que dificulta el despegue´.

Es imprescindible inspeccionar los cubrebordes cuando sé esta despegando el cátodo. Si la T ° del agua de lavado es demasiado alta o varia mucho, la franja del cubreborde se encoge.

Borde Scheibler

Borde Scheibler Instalado

Doblado de las esquinas: Se usa una herramienta sencilla de acero. Que tiene un pequeño canal que se coloca sobre la esquina que se ha doblado, para enderezarla.

Doblado de la plancha: Se usa martillo con tapones de goma o plástico, sobre una mesa lisa de madera.

8.5.3. – COBRE NO DESPRENDIDO – DEPÓSITOS DELGADOS

8.5.4. – PLACAS DOBLADAS

Se forma por cortocircuitos. Para desmontar se usa un cuchillo de raspado manual, en casos extremos, una palanca gruesa. Después de haber raspado la plancha hay que pulirla.

8.6.1. - Ánodos de plomo

8.6.2. - Formas de control

para disminuir contaminación

por plomo

8.6.3. - Descamación

del ánodo

8.6.4. - Control del desgate en

el ánodo

8.6. – MANTENIMIENTO DEL ÁNODO

Se recomienda el uso de ánodos de Pb-Ca-Sn forjados en frío, en lugar de los ánodos de plomo antimonial fundido; las razones son:• Son dimensionalmente más estables, corrosión

delgada y uniforme.• La soldadura entre la barra colgadora y la plancha

ofrece una diferencia de potencial menor y ahorra energía eléctrica.

Manejo adecuado de Densidad de Corriente(mayor a 1.66 V). Lavado periódico de ánodos y desborre adecuado de celdas.

Empleo de aisladores anódicos . dosificación oportuna de aditivos afinadores de granos.

Disminución de orgánicos en electrolitos y impurezas Cl- y Mn-T.

8.6.1. – ÁNODOS DE PLOMO

8.6.2. – FORMAS DE CONTROL PARA DISMINUIR CONTAMINACIÓN POR

PLOMO

La descamación de la capa de óxido de plomo contamina el cátodo. Las causas son: Ánodos y cátodos doblados. Temperatura y Manganeso en el electrolito

Alta densidad de corriente(limpieza cada 6 meses) Corrosión galvánica (interrupción de energía) Concentración de ácido sulfúrico(optimo 170gpl)

Para estabilizar capa de PbO2 se agrega sulfato de cobalto (CoSO4.H2O) al electrolito(100 a 200 ppm).

8.6.3. – DESCAMACIÓN DEL ÁNODO

8.6.4. – CONTROL DEL DESGASTE EN EL ÁNODO

CHISTESGRÁFICOS

Ten Confianza

en Ti mismo

Mensajes...!

Llegar a la Meta

Efecto Bumerán

de la Bondad

8.7.1. – Cosecha

y desmont

aje

8.7.2. -

Efectos

de la

alta

densidad

de

corri

ente

8.7.3. - Contactos eléctricos

8.7.4. - Distribución de la corriente

8.7.5. -

Escurri

m

iento del

electrolit

o

8.7.6. - Limpieza

de celdas

8.7. – LOS CICLOS DE PRODUCCIÓN EN LAS CELDAS

Las celdas de EW operan continuamente los 365 días del año. Cada 7 días se efectúa el desmontaje de los cátodos de cobre. Solo un tercio de las placas se sacan de las celdas en cada operación(20).

Cosecha de cátodos en la electro obtención con 99.99% de pureza

8.7.1. – COSECHA Y DESMONTAJE

Toma de muestras de cátodos antes de la cosecha

Cosecha automática de  Cátodos de Cobre. SPCC

Toquepala

Maquinaria automática  para la cosecha automática de cátodos

de Cobre. SPCC Toquepala.

Trabajador protegido de las emisiones, al momento de la

cosecha de los cátodos de cobre.

Apariencia - Densidad muy alta (>400 A/m2).Pureza - Deposito catódico más áspero.Capacidad de despegue - formación de lamina de grano grande.

8.7.2. – EFECTOS DE LA ALTA DENSIDAD DE CORRIENTE

Se debe mantener limpio el contacto entre las barras de alimentación y las placas. Esto permite distribución uniforme de la corriente a través de la celda y un cobre catódico de alta calidad.

8.7.3. – CONTACTOS ELÉCTRICOS

Debe distribuirse uniformemente en la celda, para obtener una distribución uniforme de corriente es necesario que: Los contactos estén limpios sin corrosión. Los electrodos sean rectos e idénticos. No existan cortocircuitos. El electrolito sea homogéneo y circule bien.

8.7.4. – DISTRIBUCIÓN DE LA CORRIENTE

Se les da un minuto para que escurran y de Inmediato se limpia con un chorro de agua.

8.7.5. – ESCURRIMIENTO DEL ELECTROLITO

Las escamas que se desprenden del PbO2 del ánodo más tierra y polvo que entra en las celdas se acumulan en el fondo de la celda, por lo que debe realizarse una limpieza periódica. Las celdas y ánodos se deben limpiar al menos cada 6 meses. La limpieza general de la planta contribuye a reducir la cantidad de polvo y basura que se acumula en el electrolito.

Celdas electrolíticas

8.7.6. –LIMPIEZA DE CELDAS

Sistema para lavado de cátodos

8.8.1 - Efecto del ion cloruro

8.8.2 - Efecto del ion férrico

en el electrolito

8.8.3 - Efecto del manganeso

8.8.4 - Efecto del plomo

8.8.5 - Efecto del azufre en los

cátodos8.8.6 - Efecto de

la adición de cobalto

8.8. – IMPUREZAS EN LA ELECTRODEPOSICIÓN

El ion cloruro es un elemento negativo en la electro deposición porque favorece la corrosión en los ánodos y cátodos como se vio en los párrafos anteriores.

La mayor impureza disuelta en el electrolito es el fierro. El Fe+3 puede reducir la eficiencia de corriente por la siguiente reacción en el cátodo: Fe+3 + e- Fe+2

Fe2+Fe3+ + e-

2Cl- Cl2 + 2e-

8.8.1. – EFECTO DEL ION CLORURO

8.8.2. – EFECTO DEL ION FÉRRICO EN EL ELECTROLITO

El ion manganoso (Mn++) no afecta la operación de SX, pero una vez en el electrolito, el ambiente oxidante de las celdas de E.O. puede oxidar al manganoso a estados de oxidación más altos. Concentraciones elevadas de manganeso aceleran la corrosión de ánodos y cátodos y otros elementos metálicos. Así mismo aumentan la degradación del reactivo orgánico.

Contamina al cátodo y constituye uno de los elementos críticos en la calidad del producto. Su aporte viene dado por uso de ánodos de plomo. Por corrosión interfacial Pb2+ + 2H2O = PbO2 + 4H+ + 2e-

Mn+ 8H++5e-

Pb + SO4- = PbSO4 + 2e-

8.8.4. – EFECTO DEL PLOMO

8.8.3. – EFECTO DEL MANGANESO

El azufre aún cuando no puede ser considerado como impureza, es uno de los problemas recurrentes en los cátodos. El contenido de azufre en el producto catódico depende fundamentalmente de:A - Operación de lavadoB - Temperatura del electrolito

influye positivamente en la capa protectora del ánodo y mejora la calidad del cátodo. El Co+3 reacciona con los productos de corrosión del ánodo como el PbSO4 formando PbO2, con lo cual disminuye la velocidad de deposición de oxido de manganeso (MnO2) en el ánodo. Co2+ = Co3+ + e-

8.8.5. – EFECTO DEL AZUFRE EN LOS CÁTODOS

8.8.6. – EFECTO DE LA ADICIÓN DE COBALTO

8.9. – OPERACIONES EN LA COSECHA DE CÁTODOS

8.9.1. - Levantamiento de cátodos

8.9.2. - Despegue de cátodos

8.9.3. - Reposición de cátodos

8.9.4. - Producción

8.9.5. - Alineación de los electrodos

8.9.6. - Despegue de cátodos

8.9.7. - Almacenamiento de las placas de cátodo

8.9.8. – Distribución de la corriente

8.9.9. – Escurrimiento del electrolito

8.9.10. – Estabilización de las burbujas de aire

La operación de cosecha de cobre se inicia, efectuando el levantamiento de una lingada de placas desde las celdas, de acuerdo a la programación existente. Para el desarrollo de esta tarea se dispone de un puente grúa accionado eléctricamente, implementado con un portacátodos de garras izadoras.

Levantamiento de cátodos durante la cosecha

8.9.1. – LEVANTAMIENTO DE CÁTODOS

• Se realiza en forma manual, con herramientas especiales y consiste en despegar desde la placa de acero inoxidable el cobre adherido.

• Durante la operación de despegue, se debe retirar todo vestigio de material ajeno al cobre, como orgánico adherido, esferas antineblina, plumillas de plomo, etc.

8.9.2. – DESPEGUE DE CÁTODOS

Una vez cosechados los cátodos, cada lingada de placas de acero debe ser repuesta a la celda electrolítica mediante el puente grúa.

8.9.3. – REPOSICIÓN DE

CÁTODOS

8.9.4. – PRODUCCIÓN

Es dirigido por un operador responsable de toda la operación. Entre sus funciones se incluye registrar la producción diaria, individualizando por paquete el peso, lote de producción, número de paquete e identificación adecuada.

Control de calidad

El comportamiento del cátodo en el despegue, está ligado a los siguientes factores:Película de óxido de cromo de la placaCondición de la superficie de la placaComportamiento del depósito de cobreElectrolito

8.9.6. – DESPEGUE DE CÁTODOS

8.9.7. – ALMACENAMIENTO DE LAS PLACAS DE CÁTODO

Durante la puesta en marcha las placas deben mantenerse en las cajas de embalaje. Se sacan el día que se las encera y

colocan en las celdas de electrólisis.

 La corriente debe distribuirse

uniformemente a través de la celda.

Esto significa que la corriente que suministra el

rectificador se distribuye por igual a

cada par de electrodos de la celda y que cada

par de electrodos produce depósitos

catódicos idénticos y puros.

8.9.8. – DISTRIBUCIÓN DE LA CORRIENTE

Al levantar los cátodos estos deben quedar

sobre la celda y no sobre los electrodos

o las barras de alimentación de las

celdas. Generalmente se les da un minuto

para que escurran.

8.9.9. – ESCURRIMIENTO DEL ELECTROLITO

El oxigeno que se forma en el ánodo se eleva a la superficie del electrolito en forma de pequeñas burbujas. Al reventar, las burbujas salpican el aire alrededor de la celda con partículas de ácido. Estas partículas de ácido son riesgo para la salud y corroen la estructura del edificio.

8.9.10. – ESTABILIZACIÓN DE LAS BURBUJAS DE AIRE

El control y mantenimiento en el proceso de electro deposición del cobre es importante, debido a que de ello depende el producto que se obtendrá.

En su mayoría los componentes que van desde la corrosión de ánodos y cátodos hasta operación de cosecha de cátodos en una planta de electro obtención de cobre deben ser revisados y evaluados, para una mejora de los resultados.

CONCLUSIONES

Trabajo en

Equipo

GRACIASPOR SU

ATENCION

El ¨Peruanometro¨¿Donde estamos?Orgullo de

Peruanos

ORGULLOSOS DE SER PERUANOS

Perú Tierra de Oportunidades

¿Y nosotros que tan lejos vamos a llegar?Lucha, llega y Arriba

nuestra bandera.