Curso Metalurgia 2 Capitulo VIII 2011 A

7/24/2019 Curso Metalurgia 2 Capitulo VIII 2011 A

1/54

CAPITULO VIII

ELECTROMETALURGIA


2/54

ELECTROMETALURGIA

Los procesos electrometalrgicos, segn el tipo dedepsito obtenido, pueden ser:

Electrorefinacin de metales (Electrorefining)

Consiste en la obtencin de depsitos metlicosde alta pureza a partir de un metal impuro.

Electroo!tencin de metales (Electro"inning)

Consiste en la extraccin de metales a partir de

soluciones, en forma de depsitos metlicospuros, densos y compactos o depsitos metlicosen polvo o bien, depsitos de compuestosmetlicos


3/54

A#PECTO# TERMO$I%AMICO#

Potencial de electrodo e llama electrodo, el sistema difsico constituido

por un conductor el!ctrico "semiconductor ometal# sumergido en un conductor inico"electrolito#.

Cuando no $ay corriente, se crea una doble capael!ctrica en la interface electrodo%solucin.

&ntre el conductor electrnico y el conductorinico se establece una diferencia de potencial'(, )ue es una manifestacin del e)uilibrio entreel metal en el electrodo y sus iones en solucin:


4/54


'( * (metal+(solucin &sto se denomina potencial absoluto del

electrodo.

o se puede medir y solamente se puedecomparar su valor con otro potencialabsoluto de electrodo )ue sea fi-o y

reproducible. &ste potencial absoluto es llamado

potencial de referencia, (ref.


5/54


e llama entonces potencial relativo osimplemente potencial del electrodo, ladiferencia de potenciales absolutos de este

electrodo y del electrodo de referencia:

& * (metal (ref* '( '(ref


6/54

$O&LE CAPA ELECTRICA E% LAI%TER'A#E ELECTRO$O#OLUCIO%


7/54

E#CALA %ORMAL $E POTE%CIALE#


8/54

PO%TE%CIALE# E#TA%$AR

ELECTRO$O E (V)

Co/0%Co10 2,3/

4n5/%4n56 2,78

9b56%9b5/ 2,1

4n/0%4n56

2,;2

Cl%Cl/ 2,1

4n/0%4n5/ 2,/1


9/54

A#PECTO# CI%ETICO#

Los aspectos cin!ticos de los procesoselectrometalrgicos estn basados en la cin!ticaelectro)u>mica.

&sta rama estudia los procesos en electrodos

cuando !stos se encuentran fuera del e)uilibrio. &s decir cuando a trav!s del electrodo circula

una corriente ?.

$ensidad de corriente ?ntensidad de corriente )ue fluye o pasa por

unidad de superficie de electrodo.


10/54

A#PECTO# CI%ETICO#

La densidad de corriente es proporcional a lavelocidad de la reaccin )ue se produce sobreel electrodo "Ley de =araday#.

&n electrometalurgia, la densidad de corriente ies e)uivalente a la velocidad de la reaccin.

S

Ii =

i: densidad de corriente "@%m/#?: intensidad de corriente por el electrodo "@#: superficie del electrodo "m/#

nF

iVreaccion

=i: densidad de corriente "@%m/#=: constante de =araday "Coulomb%&)uival#n: nmero de electrones "&)uivalente%mol#


11/54

A#PECTO# CI%ETICO#

C*r+a de ,olari-acin Cuando circula una corriente ? a trav!s delelectrodo, el potencial del electrodo & dependede la corriente ? )ue circula.

9or ello se establece en todo momento unarelacin & * f"?#, llamada curva de polarizacin.

&ntonces el paso de corriente ? o de densidad de

corriente i, modifica el potencial de e)uilibrio delelectrodo o potencial termodinmico, &t$"ernst#.

&l valor es denominado sobrepotencial, A.

A"i#* &

"i# &

t$


12/54

A#PECTO# CI%ETICO#

e llama potencial de abandono &i*8al potencial

del electrodo cuando la corriente es nula. &i*8es igual a &t$solamente si el electrodo

participa en una reaccin bien definida

" depositacin y disolucin del cobre#. ino &i*8y &t$son diferentes "medicin del &$sobre electrodo de platino o desprendimiento deoxigeno sobre nodo de plomo#.

e llama polarizacin B, la diferencia entre elpotencial del electrodo cuando pasa una ciertacorriente y el potencial al abandono:

B"i#* &"i#+ &i*8


13/54

MO%TA.E POTE%CIO#TATICO PARACURVA# $E POLARI/ACIO%


14/54

CURVA $E POLARI/ACIO% $E U%ELECTRO$O

Ceaccin andica

red. *D ox. 0 eCeaccin catdica

ox. 0 e *D red.

& "mE#

? "m@#

& termodinmico* &t$

i"

&

obrepotencial

catodico

medido

medido

&)uilibrio electro)u>mico


15/54

A#PECTO# CI%ETICO#

Le0 de TafelLa ley de Fafel "2G8;# es una ecuacin emp>rica)ue describe las curvas de polarizacin.


16/54

CURVA# $E TA'ELCOOR$E%A$A# LI%EALE#


17/54

ELECTROO&TE%CIO% $E CO&RE

&l proceso de electroobtencin de cobre consisteen la transformacin electro)u>mica del cobredisuelto en un electrolito, en cobre metlicodepositado en un ctodo.

&sto se logra mediante la utilizacin de energ>ael!ctrica proveniente de una fuente externa.

&l cobre inico "Cu/0# del electrolito es depositado

selectivamente sobre la superficie del ctodo. imultneamente en la superficie de los nodos

insolubles de plomo, se descompone agua enoxigeno y cido sulfrico.


18/54


Hado )ue el cobre es ms bien un metal noble" &I * 8.16 E#, el proceso de electroobtencin esrelativamente simple y puede ser realizado sinpeligro de desprendimiento de $idrogeno.

&ste proceso electrol>tico y las reaccionesinvolucradas se presentan es)uemticamente enla figuras siguientes.


19/54

$E#CRIPCIO% $E LA CEL$A $EELECTROO&TE%CIO% $E CO&RE

@

v

I

nodo

C2todoAcero

Ino34

Electrolito

C*#O56 78#O5


20/54

PROCE#O $E ELECTROO&TE%CIO% $ECO&RE


21/54


Reacciones de Electrodos

Knodo "0# :

Ctodo "# :

lobal :

+++

eHOOH 222

122

CueCu + + 22

+++++ HOCuOHCu 2

2

122

2


22/54


Ec*acin de %ernst

&)uilibrio:

@ /;IC :

(V)E,Reo

dneOx =+

red

oxo

a

a

nF

RTEE ln+=

red

oxo

a

a

nEE log

06,0+=


23/54


Potencial de E9*ili!rio del O3:geno

V23,1

log

2

06,0E

V23,1E,22

2

1

22

2

2

22

22

1

O

o

22

==

+=

=++=

+

+

o

OO

OH

HOo

O

EEa

apE

eHOOH


24/54


Potencial de E9*ili!rio del Co!re

V34,0

log2

06,0E

V34,0E,2

2Cu

o

Cu

2

==

+=

==+

+

+

o

CuCu

Cu

o

Cu

EE

aE

CueCu


25/54


Potencial de E9*ili!rio de la Celda

V89,034,023,1

2

2

1

22

22

2

==

==

++=+ ++

celda

o

Cu

o

OCuOcelda

E

EEEEE

HOCuOHCu


26/54


eaccin andica:


27/54


Com,osicin del +olta;e de celda '&t$ * &t$andico+ &t$catdico Ecelda * '&t$ 0 A@0 NAcN 0 ? 0 p!rdidas

+ &t$andico

: 9otencial termodinmico nodo "ernst#

+ &t$catdico: 9otencial termodinmico ctodo

+ : esistencia electrolito "m/#

+ ?: Hensidad de corriente "@%m/#

+ 9!rdidas: perdidas en los conductores externos"contacto#.

Ecelda* 0% "8.3G 0 8. 0 8.2 0 8.6 0 8.2# E

Ecelda* 0% /.2 E


28/54

CURVA# $E POLARI/ACIO% $E CO&RE


29/54

CURVA# $E POLARI/ACIO% E< $E CO&RE


30/54


&l proceso &O, se lleva a cabo en una celdaelectrol>tica, donde circula continuamente elelectrolito acuoso )ue contiene disueltos Cu56y micasde oxidacin reduccin provocadas por la

energ>a el!ctrica. &n el ctodo el ion cprico es reducido a cobre

por los electrones suplidos por la corriente y )uevuelven dic$o electrodo de polaridad negativa.


31/54


&n el electrodo positivo o nodo $ay un d!ficit deelectrones.

&n dic$o electrodo se descompone aguagenerndose oxigeno gaseoso )ue burbu-ea enla superficie del nodo y adems cido sulfrico.

Fodo de acuerdo a la reaccin neta global"expresada en forma molecular#:

Cu56 0


32/54


Como resultado de la este)uiometria de lareaccin anterior, por cada tonelada de cobredepositada en los ctodos:

e generan:

+ 2,;6 F4 de cido sulfrico.

+ 8,/; F4 de ox>geno.

e descomponen:

+ 8,/3 F4 de agua.

e consumen:

+ 2G88 + /188 QO%$


33/54


&l electrolito es una solucin cida de sulfato decobre )ue contiene entre 18 y ;8 g Cu/0%l.

@dems tiene de 218 a 28 g


34/54

%AVE $E ELECTROO&TE%CIO% $E CO&RE


35/54

%AVE $E ELECTROO&TE%CIO% $E CO&RE


36/54

CO#EC7A $E CATO$O# $E CO&RE


37/54

ELECTRORE'I%ACIO% $E CO&RE

Introd*ccin La electrorefinacin de un metal consiste en la

disolucin andica del metal impuro y elposterior depsito catdico de este metal puro.

&l proceso de refinacin acuosa del cobre es elms importante, pues prcticamente toda laproduccin de cobre por pirometalurgia es

electrorefinada. @ menor escala, se practica tambi!n la

electrorefinacin de 9b, i, @g, @u y otrosmetales menores.


38/54


La electrorefinacin de cobre tiene dos ob-etivos:+ &liminar las impurezas )ue per-udican las

propiedades electricas y mecnicas del cobre,tales como : @s, b, Ri, 5, , e, Fe, =e, Co,i y 9b.

+ ecuperar las impurezas valorizables, como :@u, @g, metales del grupo del 9t y e.


39/54


$escri,cin del ,roceso

Los nodos son de cobre impuro )ue se moldeanen la fundicin "GG.6 a GG.3 S Cu#.

Los ctodos son lminas de cobre puro "GG.G3S

Cu# o acero inoxidable para depositar el cobre. eaccin andica: Cu Cu/00 /e. &I * 8.16 E "Hisolucin de cobre#

eaccin catdica: Cu/0

0 /e.

Cu &I * 8.16E "9recipitacin de cobre#

eaccin de celda: Cu Cu & * 8 E "&xpresada en forma inica#


40/54

ELECTRORE'I%ACIO%

i

n

o

MMath M

M

nF

RTEE n

+

+= + ln/,

no

MMcth M

nF

RTEE n

++= + ln/,

icthath MnF

RTEE lnE ,,celdath, ==

0:entonces,1 , celdathi EM

Com,osicin del +olta;e de celda:


41/54

ELECTRORE'I%ACIO%

contactoscaceldathcelda VRIEV ++++= ,ER

contactoscacelda

celdath

VRIV

E

+++=

ER

,

:Entonces

0

:Coo

Com,osicin del +olta;e de celda


42/54

ELECTRORE'I%ACIO%

E

i

a

c

athE ,cthE ,

aE

cE

aici

+

+ neMM ni

MneM n + +


43/54

CURVA $E POLARI/ACIO% PARA LAELECTRORE'I%ACIO% $E CO&RE


44/54


esultados del proceso electrol>tico:+ Hisolucin de cobre impuro en el nodo.+ &l electrolito se enri)uece en impurezas y en cobre.

+ Hepositacin de cobre puro en el ctodo.

+ e produce un lodo andico, rico en @u y @g. &l electrolito es una solucin cida de Cu56

)ue contiene 68;8 g Cu/0%l y 238/88 g


45/54


Com,ortamiento 0 control de Im,*re-as

V80!0:/

V"0!1:/V#0!1:/

3

=

=

=

+

+

+

o

o

o

EAgAg

EAuAuEAuAu

V40!006!034!0V60 =+== aa E

V24!010!034!0V100 ===cc

E

AgAuPt ,,:$etales


46/54


Com,ortamiento 0 Control de Im,*re-as

Metales Pt 0 A*

+ o se disuelven

+ o se encuentran en el electrolito+ o se depositan en el ctodo

+ Pasan al lodo andico

V80!0:/

V"0!1:/

V#0!1:/

3

=

=

=

+

+

+

o

o

o

EAgAg

EAuAu

EAuAuAgAuPt ,,:$etales


47/54



Ag

+ 9e)ueTa cantidad se disuelve "selenuros yteluros de cobre y plata#

+@lgo precipita como @gCl "18 mg%l de Cl#+@lgo se deposita en el ctodo.


48/54



#= #e= Te

+@g/e, Cu/e, @g/Fe6, Cu/ : &o* 8.;8 8.8 E

+ on muy refractarios a la disolucin

+ o se disuelven+ Pasan al lodo andico


49/54



As = #! = &i &o* 8./2 8.1/ E "U 8.68 E#

+ e disuelven

+ 9arte precipita como @rseniatos de b y Ri, loscuales en suspensin contaminan el ctodo y elresto precipita en el barro andico.

+ 9arte eliminada en circuitos de purificacin comobarros arsenicales.


50/54



'e= Co= %i &o* 8./; a 8.66 E

+ e disuelven

+ 9asan a la solucin

+ o se codepositan con el cobre " &oU 8./6 E#+ on eliminados en circuitos de purificacin


51/54



P! &o* 8.21 E

+ e disuelve

+ 9recipita como sulfato de plomo+ 9asa al lodo andico


52/54


Com,ortamiento de im,*re-as Hurante la electrlisis, el cobre y los metales

menos nobles )ue !l "@s, b, Ri, =e, Co, i, 9b#pasan desde el nodo a la solucin.

Los metales ms nobles como oro y plata, y lossulfuros, seleniuros y teluros de cobre y plata, muyrefractarios a la disolucin electro)u>mica, no se

disuelven, decantan y pasan al lodo andico. &l cobre es depositado sobre el ctodo.

Los metales menos nobles como =e, i y @spermanecen en la solucin.


53/54


Jn circuito de purificacin del electrolitopermite eliminar estos elementos.

He esa manera se evita )ue aumente su

concentracin en la solucin con el tiempo. &l electrolito circula en circuito cerrado.

9ara me-orar la calidad del depsito

catdico, se agrega al electrolito sustanciasorgnicas en pe)ueTas cantidades.

on llamadas in$ibidores de cristalizacin,

tales como: tiourea, cola y avitone

RA%GO# $E COMPO#ICIO% I%$U#TRIAL


54/54

RA%GO# $E COMPO#ICIO% I%$U#TRIAL$E A%O$O# > CATO$O# $E CO&RE

Elemento 1nodos( rango de ?) C2todos(rango de ?)

Cu GG.6 GG.3 D GG.GG

5 8.2 8.1 no analizado

i U 8.; U8.8828

9b U 8.2 U 8.888;

@s U 8.1 U 8.888/

b U 8.1 U 8.888/

e U 8.8/ U 8.888/

=e 8.88/ 8.81 8.888/ + 8.88/8

Fe U 8.882 U 8.8882

8.882 8.881 8.8886 8.8828

Ri U 8.82 U 8.8882

@g U 8.2 8.888; 8.882

Curso Metalurgia 2 Capitulo VIII 2011 A

Documents

Transcript of Curso Metalurgia 2 Capitulo VIII 2011 A