Electrode Posicion

ELECTRODEPOSICIN Cu/Au

Procesos Electrometalrgicos

ELECTRODEPOSICIN DE METALES

Proceso de electrodeposicin de metales

- Proceso electroqumico ms utilizado en la industria, tanto por su inters terico como tecnolgico.

- Consiste en la descarga de un metal sobre un electrodo llamado CTODO en contacto con una solucin (electrolito), conteniendo iones de ese metal y en otro electrodo llamado NODO se produce la disolucin parcial del metal.

- Los procesos de electrodeposicin de metales no son espontneos y necesitan un aporte de energa elctrica para ser forzados a ocurrir, por lo cual se estudian las celdas electrolticas. La FUENTE DE ENERGIA ELECTRICA debe proporcionar corriente continua o directa (DC) a la celda, permitiendo el flujo forzado de electrones entre el nodo y el ctodo dnde son consumidos. En forma simple, la fuente de energa acta como bomba impulsora de electrones que fluyen por los conductores y los electrodos.

POTENCIALES Metales que se recuperan por Electrobtencin


Al aplicar un potencial a los

electrodos sumergidos en la

solucin los iones cargados

elctricamente se ponen en

marcha hacia uno de los dos

electrodo: los iones metlicos

cargados positivamente (cationes)

se dirigen hacia el electrodo negativo

(ctodo) y los iones cargados

negativamente (aniones) fluyen hacia

el electrodo positivo (nodo),


Por el paso de la corriente en los electrodos (+) y (-), se producen fenmenos de electroqumicos de:

- oxidacin en el NODO

- reduccin en el CTODO

(ambos ligados a una variacin del nmero de electrones)

Zn Zn2+ + 2 e

Zn2+ + 2 e Zn

En estos electrodos se producen una serie de fenmenos ms

complicados, ligados a la existencia de la doble capa elctrica, en el cual interviene la polarizacin, la sobretensin, la difusin, etc.


Principios de electroqumica - Reacciones qumicas: combinacin homognea de H2 con I2 o la combinacin heterognea de

H2 y O2 se producen como consecuencia de los choques de las molculas, dotadas de energa trmica. Durante ese breve espacio de tiempo en que permanecen juntas, modifican algunos de sus enlaces, los cuales adoptan una nueva distribucin.

- Reacciones electroqumicas: se producen dos reacciones parciales de transferencia de electrones, las cuales tienen lugar en interfaces separadas electrodo-electrolito, y son susceptibles de control elctrico.


Electrlisis y electrodos - Los fenmenos electroqumicos se producen de modo irreversible, siendo uno de ellos

la electrlisis, fenmeno en el que, por el paso de la corriente elctrica, se origina una reaccin qumica.

- En los electrodos donde se producen las reacciones, es necesario distinguir entre: electrodos polarizables y electrodos no polarizables.

Electrodos polarizables, son aquellos que presentan un gran impedimento a la transferencia de carga y para que ocurra una reaccin de electrodo a una velocidad apreciable es necesario aplicar una gran sobretensin o polarizacin


Electrodos no polarizables permiten fcilmente el paso de partculas cargadas a travs de la interfaz metal-electrlito, bastando la aplicacin de una pequea

sobretensin o polarizacin para que la reaccin ocurra a alta velocidad.


En los electrodos (positivo y negativo): Ocurren una serie de reacciones, cuya cintica es de mxima

importancia para conocer ms completamente el fenmeno de electrlisis. Estas reacciones son de diferentes tipos:

- Una deposicin de metal, por ejemplo: Cu2+ + 2 e Cu

- Un desprendimiento de gas: 2 H+ + 2 e H2 - Una reaccin de transferencia electrnica: Fe3+ + e- Fe2+

- Alguna reaccin compleja de oxidacin reduccin:

HOOC-COOH + 2 H+ + 2 e- CHO-COOH + H2O

Todas estas reacciones ocurren en interfaces metal-electrlito, y por consiguiente son reacciones catalticas heterogneas.


El mecanismo, de las reacciones de electrodo es complejo y consta de una serie de pasos y etapas:.

1. Etapa de reaccin qumica, que puede preceder o seguir a las reacciones de transferencia de carga, puede ocurrir en la masa (seno) del electrlito o en la interfaz.

2. Etapa de transporte de especies reaccionante .transporte de difusin.

3. Etapa de transferencia de carga a travs de la interfaz (doble capa elctrica)

4. Etapa de formacin de una fase o integracin, sea de nucleacin de un cristal o bien el crecimiento del mismo.


La doble capa elctrica

Distribucin de las cargas elctricas en la doble capa elctrica: (a) en la doble capa de Helmholtz; (b) en la doble capa difusa de Gouy y Chapman


Rendimiento de corriente

Durante la electrodeposicin de metales raras veces se alcanzan los equivalentes electroqumicos, debido a que junto con la deposicin del metal, se producen en el ctodo otros fenmenos (desprendimiento de hidrgeno, la formacin de hidrxidos, etc.),por lo que la cantidad de metal depositada suele ser casi siempre menor que la cantidad terica deducida de las leyes de Faraday.

Razn por la cual, se habla de un rendimiento de corriente catdico (R.C.C.), expresado por:

cantidad de metal depositada realmente (v. prctico)

R.C.C = ------------------------------------------------------------------ x 100

cantidad de metal calculada a partir del equivalente electroqumico


nmero de coulombios que depositan metal

R.C.C = ----------------------------------------------------------------x 100

nmero total de coulombios que pasan

Si se utiliza un nodo soluble (como es el caso de la mayora de los procesos de electrodeposicin de metales), existe tambin un rendimiento de corriente andico (R.C.A.), igualmente expresado por la siguiente relacin:

cantidad de metal disuelta realmente

R.C.A = --------------------------------------------------------------------------------------x 100

cantidad de metal calculada a partir del equiv. electroqumico

nmero de coulombios que disuelven metal

R.C.A = -------------------------------------------------------------- x 100

nmero total de coulombios que pasan

EQUIPO Y CIRCUITOS

Las principales instalaciones y componentes de EW pueden considerarse

las siguientes:

Celdas Circuito del Electrolito Circuito Elctrico Electrodos Gras para el Transporte de Ctodos Mquinas preparadoras de lminas iniciales ( plantas convencionales ) Equipo lavador de Ctodos Mquina lavadora y despegadora de planchas (plantas con ctodos permanentes)

CELDAS Las celdas son las unidades bsicas para la EW y debido a las caractersticas del proceso y sus limitaciones, se requiere disponer un alto nmero de ellas de acuerdo a la produccin deseada (alrededor de 1,2 celdas por una tonelada de ctodos por da). Convencionalmente, las celdas se han construido de hormign armado moldeado y revestidos interiormente con materiales plsticos. En los ltimos aos el empleo de las celdas polimricas se generaliza como equipo estndar en las nuevas instalaciones. Estas celdas son monolticas y para una capacidad de 60 ctodos miden 6,5 x 1,15 x 1,4 metros y una capacidad de 6 m3.

Como se dijo anteriormente las celdas estn construidas en concreto polmero (resina de vinilister con agregado de arena de slice inerte). Cada una est equipada con un tapn de drenaje ubicado en el fondo y en la parte lateral de la celda (en un extremo de la celda).

En una celda, nodos y ctodos se ubican alternadamente con una separacin de 2 a 4 cm aprox. Cada tomo tienen dos nodos vecinos y el nmero de ctodos vara por celda de 30 a 70.

Disposicin de ctodos y nodos en una celda

ctodo

nodo

CIRCUITO ELECTRICO

Los circuitos elctricos dentro de la

nave de electrodepositacin tiene

los siguientes componentes

fundamentales:

Grupo transformador- rectificador

Barras conductoras

Barras interceldas

Electrodos

La corriente continua necesaria en el proceso se

obtiene del rectificador de corriente alterna.

La corriente rectificada se conduce a las celdas

por las barras conductoras y posteriormente

avanza de celda en celda, las que estn

elctricamente conectadas en serie en el circuito.

Cada celda representa una resistencia

equivalente en serie de igual magnitud

Los ctodos y nodos en la celda estn

conectados en un arreglo en paralelo, de tal

manera que la corriente del circuito se distribuye

por la barra intercelda a cada electrodo.

La corriente de las barras interceldas se contactan

con los electrodos mediante las barras colgadoras

y suspensin.

La alimentacin de electrolito es en paralelo

El flujo de corriente entre los electrodos se lleva a cabo por el contacto que se realiza en la superficie de las celdas se desarrolla de la siguiente manera. Un extremo del electrodo hace contacto con la barra triangular de cobre mientras el otro extremo descansa sobre un material no conductor colocado entre las ranuras de cobre triangulares.

FLUJO DE CORRIENTE ENTRE ELECTRODOS

El flujo de electrones ingresa al sistema

por el nodo para luego desplazarse por

medio del electrolito hasta llegar al

ctodo.

EFICIENCIA DE CORRIENTE

Se define la eficiencia de corriente como la razn entre el depsito real del metal dividido

por el depsito terico del metal, segn el clculo proporcionado por la ley de Faraday:

Ec = Qr / Q x 100

donde:

Ec = eficiencia de corriente (%).

Q = masa terica de metal depositado (gramo).

Qr = masa real de metal depositado (gramo).

La masa real de metal a depositar Qr, est dada por la siguiente relacin:

Qr = Q x Ec / 100

equivalente a:

Qr = Ee x A x t x noC x Ec / 100

donde:

Qr = masa real de metal depositado (gramo).

Ee = equivalente electroqumico (gramo/ampere-hora).

A = corriente aplicada (amperes).

t = tiempo durante el cual se aplica corriente (hora).

noC = nmero de celdas electrolticas.

Ec = eficiencia de corriente (%).

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA EFICIENCIA DE CORRIENTE

Los factores que influyen en la obtencin de bajas eficiencias de corriente son los

siguientes:

1. Reacciones parasitarias catdicas.

2. Cortocircuitos.

3. Fugas de corriente.

4. Disolucin qumica del cobre depositado.

Reacciones qumicas paralelas o parsitas; entre las cuales la principal es la

reduccin de ion frrico a ferroso que se origina en el ctodo.

Prdidas de corriente debido a cortocircuitos entre nodo y ctodo, entre celda y

celda o cualquier camino que tomo la corriente distinto al de pasar a travs del

electrolito.

La Ley de Faraday se usa para calcular tericamente la cantidad de cobre que se depositara en una celda de electroobtencin. Se observa que esta en funcin de la corriente elctrica y su tiempo de aplicacin.Para una corriente de 1 ampere, alcanzara a 1.18 gramos/hora, si ahora consideramos 100 celdas en lugar de una, para las mismas condiciones de corriente, la masa terica de cobre depositado alcanza a 118 gramos/hora, pero el voltaje de celda aumenta 100 veces Sin embargo, en la realidad el paso de toda la corriente, no deposita el cobre deseado. Algunos iones H+ pueden ser neutralizados en el ctodo usando energa elctrica. Algo de energa elctrica tambin es consumida por la resistencia del electrolito al paso de la corriente o las corrientes parasitarias. El resultado es que toda la energa disponible para la celda de electroobtencin no se usa exclusivamente para depositar cobre sobre el ctodo.

COMO OCURRE LA DEPOSITACIN

Voltaje

Potencial de descomposicin para producir Cu0 0,92

Sobrevoltaje andico 0,6 1,0

Cada de voltaje en el electrolito (V = I x R) 0,05 0,1

Potencial en el ctodo debido al orgnico y a la

polarizacin

0,15 0,5

Conexiones en el nodo y ctodo, busbar (barra

colectora) y prdidas por conduccin

0,1

VOLTAJE TOTAL POR CELDA 1,85 2,65

CORTOCIRCUITOS

Un cortocircuito es una condicin fsica que hace que la corriente pase entre los electrodos

sin participar en las reacciones electrolticas.

Las caractersticas de los cortocircuitos son:

1. Voltajes bajos en las celdas.

2. Menor produccin de cobre, por una menor eficiencia de la corriente.

3. Calentamiento de las barras soporte de los electrodos por la alta corriente que fluye por

la va de menor resistencia del corte.

4. Calentamiento de la placa nodo, lo que lleva a una mayor produccin de xido de

plomo y a posible descascaramiento.

La presentacin de cortocircuitos entre nodos y ctodos en las celdas es una situacin indeseable para el proceso debido a que causa diversos efectos adversos como son los siguientes: Disminucin del voltaje en las celdas

Disminuye la produccin de cobre debido a la reduccin en la eficiencia de corriente. Favorece la corrosin, degradacin y deformacin de los nodos. Promueve la formacin de depsitos delgados, que causan problemas en la operacin de despegue en la mquina. La plancha andica se calienta y al calentarse aumenta la produccin de PbO2 y el riesgo de desprendimiento. Incrementa la contaminacin por plomo de los ctodos. Promueve la degradacin de materiales plsticos en contacto con los electrodos cortocircuitados.

EFECTOS Y CONTROL DE CORTOCIRCUITOS

El calentamiento de las barras se suspensin de los electrodos debido a la alta corriente, originadas por la baja resistencia de cortacircuito. El calentamiento aumenta la corrosin y en casos el derretimiento de las barras. Cuando se presenta un cortocircuito existe un alto amperaje (corriente (I)) y como el espacio entre los electrodos es nulo esto provoca un efecto trmico adverso, y tambin una disminucin del voltaje en la celda.

nodo Ctodo

+

-

Cortocircuito

RECALENTAMIENTO DE BARRASRECALENTAMIENTO DE BARRAS

Calentamiento de la barra

Placa doblada

Placas con Nodulos

El control de los cortocircuitos se realiza por inspeccin o deteccin y su pronta eliminacin para dejar la celda en operacin normal con corriente. La deteccin puede realizarse por varias tcnicas, basados ya sea en los efectos trmicos elctricos provocados por el cortocircuito.

Dentro de estas tcnicas se cuentan: Visual o al tacto. Por gaussimetro. Medicin voltaje de contacto. Medicin voltaje de par de electrodos. Medicin voltaje de celda con multi tester. Mtodos infrarrojos.

Spot 1

56,5

Spot 2

46,6

*>81,2C

*

Los mtodos de correccin para corregir los cortocircuitos son:

1. Quebrar los ndulos con una barra de acero inoxidable.

2. Enderezar o cambiar los electrodos doblados.

3. Volver a alinear los electrodos mal puestos.

4. Aislar los electrodos en corte.

PROBLEMA EN LA EVOLUCIN DE OXGENO LIBRE (neblina acida).

Durante el proceso de electrobtencin la evolucin de oxgeno libre produce problemas:

Las burbujas de gas producidas son muy pequeas y al elevarse a la superficie y reventar, la energa liberada expulsa gotas extremadamente finas de electrolito a la atmsfera lo que produce una neblina altamente corrosiva en cido sobre las celdas

Entre los efectos perjudiciales que causa la neblina cida se encuentran los siguientes:

Contaminacin del aire de la nave. Accin corrosiva hacia constituyentes de la instalacin. Ensuciamiento de contactos. Problemas de condiciones de trabajo.

Varias tcnicas se han aplicado para inhibir la formacin y accin de la neblina cida, como son las siguientes:

Formacin de capas de espuma.

Cubrir las celdas con lonas.

Ventilar la nave mediante corrientes forzadas de aire.

Utilizar capas de grnulos plsticos flotando en la superficie del electrolito.

Las dos ltimas tcnicas son las que mas se han desarrollado. Para minimizar este problema las celdas se cubre con 3 -4 capas de bolas de polipropileno de 15 a 20 mm. Estas capas flotan y as fomentas la coalescencia de las pequeas gotas y evitar la neblina cida. Otra ayuda para minimizar la neblina se tiene los ventiladores. Ellos crean una ventilacin de flujo cruzado con ello ayuda a mejorar la calidad del aire sobre las celdas donde se esta trabajando.

DESBORRE DE CELDAS

La contaminacin del ctodo con plomo u otros elementos producen una disminucin en la calidad qumica y fsica del producto final. Para evitar o disminuir los efectos de tales contaminaciones se realiza la operacin de desborre. Para ello se asla hidrulicamente y elctricamente las celdas a desborrar, utilizando una estructura que permita hacer puente entre dos celdas paralelas, denominado Marco circuitador.

Condiciones ptimas de la electroobtencin Las condiciones de operacin garantizan: Larga vida til del ctodo. Eficiencia operacional. Flexibilidad operacional. Facilidad en el desmonte del depsito de cobre. Pureza del depsito.

Las condiciones ptimas son las siguientes: Control de impureza Contenido de cobre Contenido de cido Contenido de cobalto Cloruros Orgnico Hierro Flujo a las celdas Reactivo Guartec Densidad de corriente Temperatura de la celda

Los iones parcialmente

neutralizados sobre la

superficie buscarn una

posicin estable donde

depositarse sobre la

superficie

.

genera un crecimiento

aleatorio de grano, situacin

que favorece la formacin de

huecos y como consecuencia

el atrapamiento de electrolito

e impurezas

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA CALIDAD DEL DEPOSITO

CATODICO

Alta densidad

De corriente

Hierro (< 1,5g/L) En la medida que aumenta el hierro en el electrolito,

disminuye la eficiencia de corriente y en cierto grado

mejora la calidad del ctodo.

Sin embargo, si el ctodo es de baja calidad el hierro

ser atrapado, lo que lleva a un aumento de las

impurezas del depsito.

Cuando se tiene altas concentraciones de hierro

disminuye la eficiencia de corriente y el deposito es

rugoso y se incrementa su oclusin en el deposito

El contenido de hierro en el electrolito debe mantenerse

al menos 20 veces ms alto que el del magnesio. Esto

asegurar que la unin Fe+3/Fe+2 estar sobre la unin

manganato/permanganato, suprimiendo la formacin

del premanganato.

A pesar que la electrlisis Fe+3/Fe+2 es parasitaria y

causa perdida de rendimiento de corriente, es menos

perjudicial que la formacin de permanganato.

Manganeso

El manganeso es probablemente el tercer

contaminante de inters del electrolito, algunas

referencias de inters son:

Un exceso de manganeso en el electrolito puede

provocar en la formacin de permanganato, al reducir

el manganato:

(MnO4)- + e- (MnO4)

-2

El permanganato es un fuerte oxidante que:

Atacar la capa de xido de plomo del nodo, provocando una aceleracin del consumo de nodo y

contaminacin por plomo del depsito de cobre.

Atacar la fase orgnica de extraccin por solvente, llevando a una rpida oxidacin y destruccin del

extractante.

Concentracin de cobalto (100/150ppm, 150 si el contenido de manganeso en el electrolito es alto) Si la concentracin de cobalto baja de 90 ppm, la capa de PbO2 en los nodos sea inestable, produciendo un aumento del sobrepotencial de evolucin del oxgeno del nodo con ello reduce la resistencia a la corrosin, provocando una mayor corrosin andica disminuyendo su vida til. Y una contaminacin por plomo al cobre catdico. Una adicin sobre los 155 ppm constituye un gasto de reactivo innecesario que aumenta el costo de produccin.

La disminucin del sobrepotencial es probablemente debido a la oxidacin de

Co2+ a Co 3+ y la subsiguiente reduccin de Co3+ por H2O.

Contenido de cobre (35/40 g/L) La planta jams debe operar con un contenido de cobre menor a 30 g/L en el electrolito a EW. Si el contenido baja de este valor la calidad de cobre catdico se deteriora y en consecuencia habr un mayor contenido de azufre en el depsito, esto es causado por un cambio en la distribucin y tamao de los cristales depositados. La presencia de ms de 50 g/L, puede provocar la formacin de cristales de cobre en las tuberas.

Cloro (menos de 30 ppm) Sin embargo, el Cl-, a una baja concentracin, tambin juega un rol de inhibidor, aumentando el sobrepotencial catdico y por esta va favorece la velocidad de nucleacin. El efecto ms negativo del cloro en las celdas de electro-obtencin de cobre es la corrosin por pitting de las placas de acero inoxidable, por rompimiento de su capa de pasivacin. La concentracin en el electrolito no debiera superar a 30 ppm. El cloro no se re-extrae y slo entran a la nave por arrastres de acuoso en orgnico. Debe chequearse constantemente el funcionamiento de los sistemas de coalescencia, pues el orgnico al poseer altos niveles de arrastres de acuoso, permite que stos se transfieran al electrolito en la etapa de stripping. Contenido de cido (150/180 g/L) La adicin de cido al circuito debe agregar en forma equivalente al equivalente de cido en la purga del electrolito. Si la concentracin sobrepasa los 180 g/L, la corrosin del nodo es mayor, y es necesario incrementar el agua en electrolito o reducir la adicin de cido. Si hay menos de 150 g/L, el cobre catdico depositado ser blando y difcil de desmontar. Tambin se reduce la conductividad del electrolito y por consiguiente aumenta el costo de la electricidad.

Orgnico (< 1ppm) El orgnico que est presente en el electrolito en

casa de celdas, puede afectar la distribucin del

depsito de los cristales de cobre por lo que resulta

un depsito quebradizo con mayor cantidad de

impurezas.

El orgnico se adhiere en la planchas de acero

inoxidable y el resultado ser una quemadura

orgnica que produce una pobre presencia de

ctodo de cobre.

PRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDASPRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDAS

PRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDASPRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDAS

Factores:

Tiempo de separacin de fases

Degradacin del orgnico

Velocidad de agitacin

Aumento de la viscosidad

Contaminacin del PLS con elementos tenso-activos u otros

Banda de orgnico pequea

Revisar la altura de vertedero si se hubieren desajustado

Concentracin de cido en etapa de lavado

Retiro de borras

Deben controlarse permanentemente los arrastres de acuoso en orgnico en extraccin por solventes.

Arrastres de acuoso en orgnico

AZUFRE

Temperatura del Agua de Lavado de Ctodos.

Debe ser la ms alta posible de tal modo de

retirar los restos de electrolito y sulfatos

cristalizados, que de permanecer en la

superficie, Si no se realiza ello se traduciran en

oxidaciones y presencia de azufre.

Deseablemente debe situarse en valores

superiores a 80 C para el lavado principal, lo

que lleva a recircular esa agua por

intercambiadores de calor.

CONTAMINANTES EN LOS CTODOS

Los parmetros operacionales que influyen en la calidad del

depsito catdico son los siguientes:

Concentracin de cobre en el electrolito.

Viscosidad del electrolito

Temperatura del electrolito.

Agitacin del electrolito.

Aditivos para depsito de grano liso

Las principales impurezas que aparecen en los ctodos

obtenidos por SX-EW, son las siguientes:

PLOMO

Uso de aisladores sobre los nodos para impedir el contacto con ctodos.

Limpiar las celdas y lavar nodos cada 3-6 meses. Detectar y eliminar prontamente los cortocircuitos. Mantener constante las condiciones de operacin. Mantener un nivel de cobalto mnimo de 100 ppm. Al energizar debe incrementarse gradualmente el amperaje.

AZUFRE

En el caso del azufre, se proponen las siguientes

medidas:

Realizar un lavado pronto y efectivo de los

ctodos cosechados.

Evitar la formacin de depsitos rugosos.

Mantener constantes las condiciones ptimas

de operacin.

Procesar un electrolito con bajo contenido de

orgnico atrapado y slidos

suspendidos.

Utilizar reactivo Guar y controlar sus niveles

FIERRO

Mantener los niveles de fierro en el electrolito bajo 2,5 g/l.

Asegurar la produccin de depsitos lisos y densos operando a condiciones

ptimas.

ADICION DE REACTIVOS

En el proceso de EW, con el propsito de lograr mejores resultados, se recurre a la

utilizacin de aditivos andico y catdico los cuales se agregan al electrolito para su accin

sobre la superficie de los electrodos.

Como aditivo andico se utiliza sulfato de cobalto (CoSO4), para aportar iones cobalto

que es el reactivo activo que acta sobre el material andico:

Reducen la corrosin del nodo y el desprendimiento de partculas de xido de plomo que pueden contaminar los ctodos.

Disminucin del sobrepotencial andico y el consiguiente efecto en el consumo de energa

Reactivo Guartec (150 a 250 g/ tonelada de cobre depositado)

Como aditivo catdico en las plantas de EW de cobre, se utilizan productos polmeros orgnicos derivados de la goma guar que es una resina producida por el fruto de la planta Guar de origen africano. El rol aditivo catdico es la de ayudar a obtener un depsito catdico suave, parejo y denso. Su accin inhibe:

El crecimiento nodular El atrapamiento de electrolito y de suspensiones slidas

por el depsito catdico.

Las tasas de adicin son especficas para cada planta. Cuando se agrega electrolito, este reactivo puede ayudar como agente suavizante para lograr un buen depsito de cobre a alta densidad de corriente y a baja temperatura del electrolito. Una adicin significativamente inferior a la cantidad requerida produce caractersticas de superficie no deseadas en el cobre depositado en los ctodos. Al agregar demasiada cantidad puede afectar la calidad de la superficie del ctodo y aumentar innecesariamente los costos de operacin.

La adicin de reactivos, debe y tiene que ser continua y constante segn los indicadores de la planta.

Se deben adicionar al estanque recirculador, NUNCA directo a las celdas.

Si no se adiciona cuando corresponde, se perder el inventario del reactivo en la planta y deber reponerse una mayor cantidad a la acostumbrada.

La adicin debe ser controlada y no de golpe pues de lo contrario, provocara una prdida del reactivo y puede traer como consecuencia un mal deposito catdico o efectos secundarios no deseados en la

nave.

La dosificacin de estos reactivos, generalmente est directamente

ligada a la densidad de corriente

Sulfato de Cobalto: entre 200 y 310 ppm.

Aditivos Guar: una regla en uso hoy es que sea igual a la densidad de corriente de trabajo

Sulfato Ferroso: Mantener potencial entre 650 y 790 mV o concentraciones de Fetotal en 1.0 y Fe+2 en 0.2 gpl.

Otros reactivos existentes, son considerados como complementarios a la operacin.

PARMETROS OPERACIONALES

Composicin del electrolito

El electrolito es el medio por el cual ingresa el cobre a la celda y se transporte como in cprico hacia el ctodo.

Concentracin de Cobre y cido

Clculo de cobre depositado: Para una nave electroltica est definida como:

P = A x 0,02844 x Ec x Nc x T

en donde:

P = peso de cobre depositado en kg/da.

A = amperaje.

Ec = eficiencia de corriente.

Nc = nmero de celdas.

T = tiempo en das.

La calidad de cobre depositado es funcin directa de la concentracin de cobre en

el electrolito.

A valores inferiores a 30 gr/lt, de cobre en el electrolito la calidad del depsito baja

notoriamente.

La concentracin de cobre que debe operarse en el circuito electroltico es la del

electrolito pobre, que para diseos es del orden de 30 - 40 gr/lt, valores que pueden

sustentar cualquier variacin producto de la extraccin.

La concentracin de cobre del electrolito cargado del orden de 45 - 55 gr/lt y es

balanceado automticamente de acuerdo al cobre extrado en la etapa de

extraccin.

Por la ecuacin general que se verifica en la electroobtencin, a saber:

CuSO4 + H2O ===== Cu0 + O2 + H2O

se determina que por 1 kg de cobre depositado se producen 1,54 kg de cido

sulfrico.

La concentracin de cido en el electrolito se expresa como una funcin del cido

generado por el cobre depositado ms el cido libre que se denomina cido

equivalente, calculado de la siguiente manera:

H+ eq = Cu+2 x 1.54 + H+ libre

en donde:

H+ eq = cido equivalente en gr/lt.

Cu+2 = concentracin de cobre en el electrolito en gr/lt.

H+ = cido libre determinado por anlisis en gr/lt.

El electrolito alimentado como el saliente o pobre tenga altas contracciones en

cobre y su diferencia no sea superior a 10 g/l y comnmente alrededor de 5 g/l

Normalmente concentracin de cido vara de 140 - 170 g/l.

Por diseo de la planta el cido equivalente debe estar en el orden de 210 gr/lt de

acuerdo a: (ejemplo) (VALORES ESTIMATIVOS)

Electrolito Cu++ H+ libre H+ eq

Pobre

Rico

38

48,4

152

136

210

210

Balance bsico de cobre y acido

Balance de cobre: El balance de cobre est definido por las variables de diseo

de acuerdo a:

- Electrolito pobre = 38 gr/lt

- Electrolito rico = 48,4 gr/lt

Para esto se calcula el cobre extrado y de acuerdo a este valor del amperaje de

acuerdo a:

A = FSR x 24 x (CuSR - CuRF)

0,02844 x Nc x Ec

Si el valor de la concentracin del electrolito pobre es igual o menor a 38 gr/lt y el

amperaje calculado es mayor que el actual, el amperaje calculado debe ser

ajustado en el rectificador.

Si el valor de la concentracin del electrolito pobre es mayor a 38 gr/lt y el

amperaje calculado es mayor que el actual, no debe subirse el amperaje.

Balance de cido:

Cada vez que se analice el valor de cobre en el electrolito pobre, debe

analizarse tambin por su concentracin en cido libre y ajustarlo a un valor del

cido equivalente de 210 gr/lt de acuerdo a:

Fh+ = IEL x (210 - H+a) L/min

Dh+ x 1440

en donde:

Fh+ = flujo de cido

IEL = inventario de electrolito total en m3

H+a = concentracin de cido actual en gr/lt

Dh+ = densidad del cido sulfrico

Densidad de corriente (280 A/m2) El rango de operacin depende del cobre que llega a casa de celdas. Se vara cambiando la potencia del rectificador. A baja densidad de corriente (100 a 200 A/m2), se producen otros efectos en la calidad del ctodo (por ejemplo, baja temperatura, bajo contenido de cobre, etc.). El nivel ptimo es de 280 A/m2. A niveles de corriente de 280 a 300 A/m2, se puede obtener cobre catdico de buena calidad en condiciones constantes de operacin.

Temperatura de la celda (4550C) Es importante mantener la temperatura tan constante como sea posible para minimizar el desprendimiento de xido de plomo del nodo (45 +/- 2C). Una temperatura menor de 30C, puede dar como resultado un grano ms grueso y por consiguiente, un cobre catdico de menor calidad.

Flujo a las celdas

Mantener siempre el caudal del electrolito dentro de la celda tan alto como sea posible (de acuerdo al diseo 15 m3 /h/celda como mnimo). Si la solucin baja ms all de dicho nivel, la calidad del depsito catdico se puede deteriorar y hay ms posibilidad de que el electrolito disminuya a menos de 30 g/L.

Efectos de una corriente de alta densidad

Tres grandes efectos de una corriente de alta densidad sobre el cobre electrodepositado

son:

Apariencia: Una alta densidad de corriente (es decir, ms de 400 A/m2) produce un

depsito de cobre spero y ms nodular que puede provocar el aumento de cortocircuitos

en la celda.

Impurezas: Tambin se puede producir la oclusin de electrolitos e impurezas, con un

depsito ms spero y nodular es ms susceptible de presentar partculas de xido de

plomo y electrolito incrustadas en el depsito del ctodo.

Despegue: Una alta densidad de corriente promueve la depositacin de granos ms

grandes. Esto produce un depsito ms maleable que es difcil de desprender.

Las altas densidades de

corriente, tambin pueden

producir una estructura de

grano grueso y un ctodo

blando, difcil de

desprender.

MANEJO DE ELECTRODOS EN SERVICIO

Corrosin

Galvnica: Se produce una corrosin en la placa, debido al acoplamiento en la

celda galvnica del acero inoxidable y de los nodos de plomo.

Andica: se puede producir una corrosin grave por disolucin andica, cuando

la placa (ctodo) se carga como nodo en la celda.

Nivel de

electrolito

Banda de

acero disuelto

Contactos

La corrosin del recubrimiento de cobre de la barra soporte se produce en un

ambiente de electrodepositacin, si no se pone suficiente atencin a la limpieza

y a los buenos procedimientos operacionales.

La zona de contacto de la barra de soporte ha sido diseada para minimizar la

corrosin de esta barra.

Si el contacto de cobre est totalmente corrodo y ha quedado expuesto el acero

inoxidable, se formar una capa de xido en el acero inoxidable que no es

conductora.

Fluirn bajos niveles de corriente a este ctodo, debido a la mayor resistencia y

se producirn depsitos delgados de cobre

Mal alineado produce corrosin

MAL POSICIONAMIENTOMAL POSICIONAMIENTO

ALINEACION

Es necesario alinear las placas ctodos con los nodos de plomo, si se quiere

producir cobre elctricamente eficiente, puro y visualmente atractivo.

Efectos en los bordes

Los traslapos estndar para los ctodos que se usan, cuando la alineacin en

celda es correcta son:

30 mm aprx en el lado.

50 mm aprx en el fondo.

Si la distancia a los bordes es superior a estos valores, se pueden producir

deposiciones delgadas, caf oscuro, y cuando se desprende el cobre, estas

deposiciones delgadas pueden quedar pegadas en la placa.

Si el traspaso es menos que estndar, se produce una deposicin nodular en una

regin de alta densidad de corriente.

Placa

La alineacin entre los nodos es importante para lograr una distribucin eficiente

de la corriente y para minimizar la creacin de cortocircuitos.

Un lavado eficiente de los contactos elimina el cido y sales evitando

La corrosin.

COMPORTAMIENTO DEL DESPRENDIMIENTO

El comportamiento del desprendimiento se relaciona ntimamente con varios

factores.

Los factores son:

1. Pelcula de xido en la placa.

2. Condicin de la superficie de la placa.

3. Comportamiento del depsito de cobre.

4. Electrolito.

5. Depsitos delgados.

6. Envoltura.

Comportamiento del depsito

de cobre

DESPRENDIMIENTO PREMATURO

El desprendimiento prematuro se produce cuando el ctodo de cobre se desprende

anticipadamente de la placa de acero inoxidable dentro de la celda antes que termine su

ciclo, es decir, siete das. Se produce, porque el peso del ctodo es mayor que la fuerza de

adherencia entre la placa y el cobre del ctodo.

Las causas de este desprendimiento son:

Superficie de la placa como espejo

Las superficies de la placa de acero inoxidable que tengan la apariencia de espejo distinta

al acabado 2B, sufrirn un desprendimiento prematuro en las celdas.

Baja densidad de la corriente

Cuando se opera con placas nuevas a una baja densidad de corriente, es decir, menos de

100 A/m2, existe tambin la posibilidad de desprendimiento prematuro.

Almacenamiento del electrolito

Placas que se almacenan en el electrolito y no se lavan en la mquina de despegue antes

de ser llevadas a la operacin, en algunos casos han sufrido este desprendimiento

prematuro.

LAVADO

Remocin de la sal

Una vez que los ctodos se han sacado de la celda, debe permitrseles gotear y secar por

aproximadamente un minuto sobre las celdas.

Las sales residuales precipitan sobre los ctodos despus del goteo-secado, y por lo tanto,

los ctodos deben lavarse antes del despegue para asegurar la pureza del ctodo.

La temperatura del agua de lavado debe ser tal, que debe retirar fcilmente las sales de

sulfato residuales.

La mejor forma de lavado es cuando los flujos de aspersin se colocan perpendicular al

ctodo.

Las bajas temperaturas en el electrolito (es decir, temperaturas menores que 30 C),

pueden provocar la precipitacin de sulfato sobre el ctodo.

Se debe dejar un periodo que gotee

INSPECCION

La inspeccin de los perfiles del borde se deben hacer cuando se desprende el cobre.

Pasadores inferiores quebrados

Pasadores superiores quebrados

MANTENCION DE LA PLACA

Las placas se pueden daar de muchas maneras. Cuando se desprende el

ctodo de cobre, el operador debe inspeccionar brevemente la placa para ver si

hay daos antes de devolverla al servicio.

Los posibles defectos incluyen:

Rayas o marcas profundas en la placa. Las manchas en la superficie de la placa, por transporte de orgnico al electrolito,

La corrosin galvnica leve puede producir una textura spera de la placa y a

dificultades en el despegue.

COBRE NO DESPEGADO

Depsitos delgados

Tcnicas manuales de despegue

Principio de operacin Puente gra

El puente gra se posiciona sobre la celda que se va a cosechar. Una vez que la gra est sobre la celda en la

posicin correcta, el Strongback de ctodos se baja hasta la parte superior de la celda de electroobtencin. Luego

los ctodos se recogen y se sacan de la celda. Finalmente la carga de ctodos se transfiere a la cadena de

recepcin de ctodos de la mquina despegadora.

El puente gra levanta las planchas madre despegadas desde la cadena de descarga de la mquina despegadora

y los regresa a la celda de electroobtencin desde donde se extrajeron, luego coloca las planchas madre en la

celda. El puente gra se mueve hacia la celda siguiente y repite el procedimiento o extrae otra carga desde la

misma celda. Al final del programa de cosecha del da, la gra se estaciona en su rea de estacionamiento

designada.

Siembra Cosecha Despegue

Placas con Bordes Defectuosos

Ctodos de Cobre

Placas de Acero Inox.

Proceso de Cosechas de Ctodos

La cosecha de ctodos en la casa de celdas de electroobtencin se realiza despus de 7 a 8 das de deposicin. Para la cosecha se utiliza un puente gra con una capacidad de 8,0 toneladas, y un Strongback (tren de ganchos). Mientras se extraen los ctodos se contina suministrando energa elctrica a cada celda; la densidad de corriente es un 50% ms alta durante este periodo, por lo que es importante minimizar el tiempo durante el cual se produce esta

alta densidad, para evitar un depsito rugoso, contaminado y frgil.

La cosecha de ctodos

La cosecha de ctodos se recomienda realizarla, de tal modo de mantener

un peso total de ~75 kilos, ~37,5 kilos por lado.

Al momento de levantar los ctodos de la celda estos deben ser lavados

cuidadosamente con agua caliente ~80 C y con alta presin ~80 psi.

En las operaciones de electrodepositacin, los ctodos se cosechan en vivo. Esto significa que uno de cada tres ctodos se saca de la celda para desprender el cobre mientras la energa electrolizante an acta sobre los otros ctodos de la celda.

Mientras los ctodos estn siendo cosechados, los otros ctodos estarn

operando a un 150% de la densidad de corriente diseada. Ejemplo: Si la densidad de corriente diseada es igual a 270 A/m2, los

electrodos que quedan operan a 3/2 x 270 = 405 A/m2.

COSECHA DE CATODOS

Un operador maneja el puente gra el cual tiene enganchado un Strongback de ctodos, ste extrae por tercio de los ctodos depositados en cada celda, otro operador manguerea los ctodos cosechados, luego los ctodos son transportados hacia la mquina despegadora de ctodos.

CONTROLES OPERACIONALES EN ELECTROOBTENCION

Preparacin reactivo andico:

La concentracin de cobalto en el electrolito debe estar en el orden de 110 ppm y

este anlisis debe efectuarse por lo menos una vez al da.

Si el sulfato de cobalto es un slido, el cobalto agregado como sal se calcula de

acuerdo a:

PSC = IEL x (110 - Co) Kg

210

en donde:

PSC = peso del sulfato de cobalto en kg

IEL = inventario de electrolito en m3

Co = anlisis de cobalto actual en ppm

El sulfato de cobalto es fcilmente soluble y puede agregarse sin problemas en

concentraciones del orden de 10 gr/lt.

Preparacin reactivo catdico:

El peso del reactivo catdico se calcula de acuerdo a:

PRC = (peso depositado da anterior) x 0,25 Kg

en donde:

PRC = peso reactivo catdico en kg

Asumiendo una dosificacin de 250 gr/ton Cu depositado.

El reactivo catdico debe ser preparado teniendo en cuenta la precaucin de no

formar grumos, dndole un tiempo de agitacin de por lo menos dos horas y

dosificando al sistema las 24 horas del da. La concentracin no debiera superar

en 0,2% P/V. El punto de adicin del reactivo debiera estar en la lnea de flujo de

electrolito de alimentacin a las celdas.

El proceso de despegue de ctodos se desarrolla en un equipo especfico que

sigue una secuencia de pasos una vez realizada la cosecha estos equipos son

automatizadas.

Estos equipos se ubican convencionalmente en el centro de la nave de

electroobtencin.

Existen en la actualidad dos tipos de maquinas despegadoras:

Despegadora en forma radial.

Despegadora en forma lineal.

PROCESO DEL DESPEGUE DE

CATODO

LINEAL

RADIAL

La mquina procesadora de ctodos se ubica convencionalmente en el centro de la nave electroltica, tiene como

misin efectuar las operaciones consecutivas de:

Lavado ctodos

Separacin

Inspeccin ptica

Muestreo

Corrugado

Desembalaje y Pesaje

Los equipos asociados al despegue de ctodos son:

1. Cadena de recepcin de ctodos.

2. Cmara de lavado de ctodos.

3. Transportadora transversal.

4. Despegadora de ctodos.

5. Transportadora de planchas de cobre.

6. Corrugadora de planchas de cobre.

7. Apiladora de planchas de cobre.

8. Pesado, etiquetado y enzunchado de paquete de

planchas de cobre.

9. Despacho de planchas de cobre.

10. Cadena de descarga de planchas madre.

11. Estacin de rechazo de planchas madre.

12. Unidad hidrulica de la mquina despegadora.

13. Sistema neumtico de la mquina despegadora.

14. Sistema de control elctrico de la mquina

despegadora.

MUESTREO

Las muestras de cobre catdicos son enviadas al laboratorio

para su posterior anlisis qumico.

La forma de envi se hace en bolsas selladas especiales que

contienen las virutas del metal recolectadas por cada cosecha.

30

La determinacin de la calidad fsica de los ctodos se realiza con un

sistema de clasificacin automtica desarrollada en conjunto con IM2

El muestreo de cdodos es automtico y permite las opciones de programar la frecuencia

de muestreo, malla de muestreo y el nmero de perforaciones en cada ctodo

muestreado. 32

MUESTREO

La mquina adems consta con operaciones que se realizan sobre las

planchas de cobre despegadas para entregar finalmente el paquete o fardo

de planchas de cobre catdico como producto final del proceso.

CORRUGADO DE CTODOS

36

Los ctodos despegados pasan a una estacin de corrugado, en donde son corrugados en secuencia

alternada.

Los ctodos que no cumplen con las especificaciones de calidad son

retirados en la estacin de rechazo.

ESTACION DE RECHAZO

38

APILAMIENTO

En esta etapa del proceso se debe certificar la

cantidad producto de una cosecha, dato que

sirve para calcular la eficiencia de corriente del

proceso de electro-obtencin.

Por lo cual la adecuada calibracin de este

equipo es de vital importancia para su

rendimiento y es responsabilidad del operador

mantener los equipos de pesaje en buen estado

de operacin y limpieza, ya que es el resultado

del trabajo en equipo el que se esta pesando.

VISTAS PLANTA DE ELECTRODEPOSICIN

PARMETROS DE OPERACIN:

Densidad de corriente: >350 Amp/m2

Tiempo de deposicin: 6 das

Produccin de ctodos: 250 tm/da

Calidad:

Azufre:

Electrode Posicion

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Transcript of Electrode Posicion