Electro Obtencion

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Laboratorio de metalurgia extractiva electro obtención Integrantes: Camilo Puch Javier Morón Iván Ramírez 1

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Laboratorio de metalurgia extractiva

electro obtención

Integrantes: Camilo PuchJavier MorónIván RamírezJulio BancheroRicardo Bustos

Fecha: 07 Julio, 2015Docente: Luis Romero Inostroza

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Índice

Resumen 3

introducción 4

Objetivos 5

Marco teórico 6

En el laboratorio 8

Procedimiento 9

Cálculos 13

Conclusión 15

Bibliografía 16

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Resumen

En este laboratorio la experiencia a desarrollar fue la comprensión del proceso de la

electro obtención, en la primera parte de esta actividad se tomaron medidas de seguridad

en el buen uso de los “E.P.P” en el laboratorio, ya que en el entorno donde ejecutábamos

la experiencia contenía diversas soluciones dañinas para la salud de los alumnos.

Una vez equipado los E.P.P se procedió a ingresar al laboratorio, aprendiendo sobre

nuevos materiales como que es catodo, un anodo y el uso de esta en la electro obtención,

también se manejaron equipos como el rectificador y el uso de la celda electrolítica.

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Introducción

La electro obtención de cobre es un proceso electroquímico mediante el cual se recupera

cobre que se encuentra concentrado en una solución con el propósito de producir cátodos

de alta pureza de cobre.

En este proceso la solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de

cobre (CuSO4), es llevada a celdas de electro obtención que tienen dispuestas en su

interior ánodos y cátodos en orden. El ánodo es una placa de aleación base plomo que

corresponde al polo positivo y el cátodo es una placa de acero inoxidable que

corresponde al polo negativo. En estas celdas se aplica una corriente continua la que

circula entre los ánodos y cátodos inmersos en el electrolito; ahí el cobre presente en la

solución a la forma de Cu+2 es atraído por la carga negativa del cátodo y migra hacia él,

depositándose en la superficie del cátodo permanente de acero inoxidable. La reacción

global que ocurre en la celda es:

Durante este proceso de electro obtención de cobre, se producen cantidades significativas

de vapores altamente tóxicos debido a la liberación de burbujas de gas desde los

electrodos, oxígeno desde el ánodo e hidrógeno desde el cátodo. Cuando estas burbujas

de gas ricas en electrolito estallan generan un aerosol ácido conocido como neblina ácida.

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Objetivos

Objetivos específicos Comprender el proceso de la electro obtención.

Procesar diferentes cálculos asociados a la electro obtención.

Objetivos generales La experiencia de utilizar diversos equipos de trabajo (Rectificador y celda

electrolítica)

Superar obstáculos presentes en el laboratorio, con soluciones innovadoras para

lograr el objetivo de moler nuestro material.

Marco teórico

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Electro-obtención (EW): Consiste en la extracción de metales a partir de soluciones en

forma de depósitos de metálicos puros, densos y compactos o depósitos metálicos en

polvo (pulvi-electrometalurgia), o bien depósitos de compuestos metálicos (óxidos,

hidróxidos o sales). La solución electrolítica que contiene el cobre en forma de sulfato de

cobre (CuSO4) es llevada a las celdas de electro-obtención que son estanques

rectangulares, que tienen dispuestas en su interior y sumergidas en solución, unas placas

metálicas. Estas placas corresponden alternadamente a un ánodo y un cátodo. Los

ánodos son placas de plomo que hacen las veces de polo positivo, ya que por estos se

introduce la corriente eléctrica, en tanto que los cátodos son placas de acero inoxidable,

que corresponden al polo negativo, por donde sale la corriente.

Todas las placas están conectadas de manera de conformar un circuito por el que se

hace circular una corriente eléctrica continua de muy baja intensidad, la que entra por los

ánodos y sale por los cátodos.

El cobre en solución (catión, de carga positiva +2; Cu+2) es atraído por el polo negativo

representado por los cátodos, por lo que migra hacia estos pegándose partícula por

partícula en su superficie de forma metálica (carga cero).

Electrolito: Un electrolito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se

comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de

iones en solución, los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero

también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. En otras palabras es una

solución ácida de sulfato de cobre que contiene entre 40 y 50 (g/L) de Cu y 180 a 200

(g/L) de ácido.

Cátodo: Se denomina cátodo al electrodo negativo de una celda electrolítica hacia el que

se dirigen iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.

Ánodo: Es el electrodo de una celda electroquímica en donde se produce la reacción de

oxidación, en la celda es el polo positivo. Por tanto se denomina ánodo al electrodo

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positivo hacia donde se dirigen los iones negativos dentro del electrolito, que por esto

reciben el nombre de aniones.

Celdas Electrolíticas: Para realizar el proceso de electro-obtención se requiere de

instalaciones especializadas llamadas celdas electrolíticas equipadas con sistemas de

circuitos eléctricos para hacer circular una corriente eléctrica continua de baja intensidad

Reacciones proceso EW

Las reacciones presentes en la EO de cobre son:

Reacción anódica H2O = ½ O2 + 2 H+ + 2e

Reacción catódica Cu+2 + 2e = Cu o

Reacción global Cu+2 + H2O = Cu o + ½ O2 + 2 H+

En la forma molecular es:

CuSO4 + H2O = Cu + ½ O2 + H2SO4.

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En el laboratorio

Equipos, materiales y herramientas

Celda de electro obtención.

Cátodo de acero inoxidable

Ánodos de plomo.

Electrolito cargado de planta.

Rectificador (fuente de poder).

Medidores de voltaje e intensidad de corriente.

Bomba para recirculación del electrolito.

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ProcedimientoEn primera instancia se recibieron las indicaciones por parte del docente, para realizar la

experiencia del laboratorio con los mejores estándares de seguridad posibles en el uso de

los E.P.P adecuados.

La primera parte del laboratorio consistió en tomar las medidas del cátodo, primero se

calculó el volumen total de este para consiguiente medir el volumen útil, el cual es hasta

qué lugar llega el electrolito en el cátodo, para la ejecución de esta tarea se procedió a

utilizar los siguientes materiales como:

Regla.

Fig.1 Cátodo aluminio Fig.2 midiendo volumen útil

Luego de terminar la toma de medidas del cátodo el resultado fue el siguiente:

Volumen total cátodo 196,88 cm3

Volumen útil cátodo 188,471 cm3

Luego de esto se procedió a calcular la intensidad de corriente, donde se entregó la

densidad de corriente que es 250 (A/m2). Donde la fórmula es la siguiente:

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Calculo de la intensidad de corriente I

I = i * SDónde: i: densidad de corriente (A/m2)

S: superficie de las 2 caras del cátodo (m2)

Reemplazando:

I = i * S

Datos

i = 250 (A/m2)

S = 0,0616 (m2)

Resultado

I = 15 A

Dónde: i: densidad de corriente (A/m2)

S: superficie de las 2 caras del cátodo (m2)

Luego de determinar el resultado de la intensidad de corriente la cual fue de 16 amp, se

procedió a limpiar el cátodo con una solución llamada “Orfom”, para luego añadirle unos

topes plásticos denominados “Toper”.

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Fig.3 aplicación Orfom Fig.4 Encaje Toper

Una vez ejecutado el paso anterior se ingresa el cátodo a la celda de electro obtención

dejando un espacio entre este y el ánodo de 5,5 cm y se procede al encendido de la

máquina.

Fig.5 Ingreso cátodo a la celda de electro obtención.

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Una vez que la maquina fue activada se toman los datos del voltaje y el amperaje que

arroja el rectificador cada 5 minutos. Como no se contaba con demasiado tiempo solo se

tomó un tiempo de 35 minutos.

Registro voltaje y amperaje del rectificador

Tabla Registro Voltaje y Amperaje del Rectificador

Tiempo Voltaje Amperaje0 2,58 165 2,49 16,4

10 2,39 1615 2,32 1620 2,28 1625 2,26 1630 2,24 1635 2,24 16

Promedio 2,35 16,05

Al finalizar el tiempo se apaga el rectificador y se procede a retirar el cátodo de la celda y

se lleva a pesar dando un resultado de 3.236kg. Luego se retiran los topes plásticos

dando un peso de 0,126 kg. Con los datos de los pesos obtenidos se procedió a restar

del total los topes plásticos y el cátodo sin metal adherido dando como resultado 0,009 kg

o 9 gr de cobre.

Cátodo mas Cobre 3.236 KG- Cátodo Solo 3.101 KG- Topes 0.126 KG

Total 0.009 KG

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Fig.6 retiro Cátodo de la celda Fig.7 peso cátodo mas el metal

CálculosCálculo de la masa teórica, mf

mf = 1,18 * I * t

Dónde: I: intensidad de corriente (KA)

t: tiempo de electrolisis (Hr)

Reemplazando:

mf = 1,18 * 0,02 (KA)* 0,58 (Hr)

mf = 0,013688 (Kg) o 13,7 (gr)

Cálculo de la eficiencia de corriente, Ec

Ec = (mR / mf ) * 100

Dónde: mR : masa real de depositación (0,009 Kg)

mf : masa teórica de depositación (0,013688 Kg)

Reemplazando:

Ec = (0,009 / 0,0136) * 100

Ec = 66,7 %

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Cálculo del consumo de energía, W

W = 26,81 * (n / M) * (Vcelda / Ec) * 1000

Dónde: n: número de electrones que se intercambian (2 ē)

M: peso molecular del cobre 63,54 gr/mol

Vcelda: voltaje promedio de la celda, 2,1 (V)

Ec: Eficiencia de corriente

Reemplazando:

W = 26,81 * (2 / 63,54) * (2,1 / 0,6617) * 1000

W = 2678,16 (KW Hr /T)

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Conclusión

La experiencia de este último laboratorio fue bastante agradable al observar el proceso de

la electro obtención donde el cobre se depositaba en el cátodo de aluminio, generándose

así a una escala más pequeña sobre lo que ocurre en la grandes mineras las cuales usan

este método para obtener el metal de las rocas.

El Amper que se utilizó para realizar esta tarea no fue el adecuado para nuestro grupo ya

que se tomó la decisión de usar el Amper que le dio al grupo 1 que fue de 16 amp y no

los 15 amp de nuestro calculo, dando así errores en los cálculos obtenidos.

Como un consejo para el docente seria genial para las generaciones que vienen, que en

el primer laboratorio clasifiquen su muestra y trabajen con ella hasta la electro obtención.

Solo queda dar las gracias al profesor Luis Romero Inostroza por la dedicación a las

clases que impartía, seguir adelante aun cuando los equipos del laboratorio estaban en

malas condiciones y por la paciencia de repetir las instrucciones más de 3 veces a

nuestro grupo.

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Bibliografía

Guía Laboratorio de Metalurgia Extractiva. (Electro Obtención)

Luis Romero Inostroza.

aspectos preliminares de la evaluación y efecto de aditivos surfactantes en el

proceso de electro obtención de cobre

C. Vargas y P. Navarro

Universidad de Santiago de Chile (USACH), Facultad de Ingeniería. Departamento

de Ingeniería Metalúrgica.

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