INTRODUCCIÓN

La electrólisis consiste en la descomposición química de una sustancia por medio de la

electricidad (electro = electricidad y lisis = destrucción). El paso de la corriente eléctrica

a través de un electrólito (en disolución o fundido), por ejemplo, NaCl fundido, nos

demuestra que en el cátodo o polo negativo el catión sodio (Na+) se reduce a Na0 por

ganancia, en cambio en el ánodo o polo positivo los aniones cloruro (Cl-) entregan sus

electrones oxidándose a Cl2 (gaseoso).

En resumen, el proceso de electrólisis se caracteriza porque:

a) Es un fenómeno redox no espontáneo producido por una corriente eléctrica

b) La reducción se lleva a efecto en el polo negativo o cátodo y la oxidación en el ánodo

o polo positivo.

El proceso electrolítico se realiza debido a que, la corriente eléctrica circula desde el

cátodo hacia el ánodo, siempre que entre ellos esté presente una sustancia conductora

(electrólito).

En algunas electrólisis, si el valor de la diferencia de potencial aplicada están sólo

ligeramente mayor que el calculado teóricamente, la reacción es lenta o no se produce,

por lo que resulta necesario aumentar el potencial aplicado. Este fenómeno se da, sobre

todo, cuando en algunos de los electrodos se produce algún desprendimiento gaseoso. El

potencial añadido en exceso en estos casos recibe el nombre de sobretensión.

La cantidad de producto que se forma durante una electrólisis depende de los 2 factores

siguientes:

a) De la cantidad de electricidad que circula a través de la pila electrolítica.

b) De la masa equivalente de la sustancia que forma el electrólito.

La cantidad de electricidad que circula por una cuba electrolítica puede determinarse

hallando el producto de la intensidad de la corriente, expresada en amperios por el

tiempo transcurrido, expresado en segundos. Es decir, Q (culombios) = I · t.

MARCO TEORICO

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL COBRE ELECTROLITICO

Proceso de obtención del producto

Mediante la electro refinación se transforman los ánodos (producidos en un

proceso de fundición previo) a cátodos de cobre electrolítico de alta pureza. Este

proceso de electro refinación se basa en las características y beneficios que ofrece

el fenómeno químico de la electrólisis, que permite refinar el cobre obtenido por

fundición (trabajando como ánodo) mediante la aplicación de la corriente

eléctrica, obteniéndose cobre electrolítico (cátodos de cobre de alta pureza

99,99%), los que son altamente valorados en el mercado.

La electro refinación se realiza en celdas electrolíticas, donde se colocan en forma

alternada ánodos (planchas de cobre fundido) y cátodos (son plancha muy delgada

de cobre puro). La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por

una solución de ácido sulfúrico diluido en agua (electrolito).

El ión sulfato de la solución comienza a atacar el ánodo de cobre formando una

solución de sulfato de cobre (CuSO4). Al aplicar una corriente eléctrica, los

componentes de la solución se cargan eléctricamente produciéndose una

disociación iónica en la que el anión sulfato (SO4-2) es atraído por el ánodo (+) y

el catión (Cu+2) es atraído por el cátodo (−).

El anión SO4-2 ataca al ánodo formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la

solución por efecto de la corriente eléctrica, liberando cobre como catión que

migra al cátodo, y se deposita en él. El ión sulfato liberado migra al ánodo y

vuelve a formar sulfato de cobre que va a la solución, recomenzando la reacción.

Este proceso se mantiene durante 20 días.

Los otros componentes del ánodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de

las celdas electrolíticas, formando lo que se conoce como barro anódico el cual es

bombeado y almacenado para extraerle su contenido metálico (oro, plata, selenio,

platino y paladio). El cobre refinado electrolíticamente te obtiene en cátodos. Los

ánodos de cobre, ya semi-refinados, con cerca de 99,6% de pureza, son la materia

prima del proceso de refinación electrolítica que permite su transformación en

cátodos de cobre con 99,99% de pureza. Un ánodo de cobre tiene unas

dimensiones aproximadas de 100x125 cm, un grosor de 5 cm y un peso

aproximado de 350 Kg. El cátodo de cobre constituye la materia prima idónea

para la producción de alambrón de cobre de altas especificaciones.

Es un producto, con un contenido superior al 99,99% de cobre. Su calidad está

dentro de la denominación Cu-CATH-01 bajo la norma EN1978/1998. Se

presenta en paquetes corrugados y flejes, cuya plancha tiene unas dimensiones de

980 x 930 mm y un grosor de 7 mm con un peso aproximado de 47 Kg. Su uso

fundamental es la producción de alambrón de cobre de alta calidad, aun que

también se utiliza para la elaboración de otros semi transformados de alta

exigencia. Entre otros usos, se encuentra su aplicación en galvanoplastia. En el

caso de barras elípticas de cobre fosforoso, utilizadas en los recubrimientos

electrolíticos de cobre ácido, el cátodo de cobre es adicionado con fósforo y

refilado para evitar su desgranado prematuro.

El mineral más frecuente empleado es el sulfuro, dado el bajo contenido de cobre

en los minerales (0.7-2.0%) es necesario proceder a concentrarlos. Un método de

concentración muy empleado es la flotación y también los medios densos. Según

este último, se tritura el mineral y se pone en una corriente turbulenta de agua en

la que el mineral, más denso, se deposita pronto, mientras las partes, más ligeras,

de la ganga son arrastradas. Pero cuando la densidad de los distintos componentes

no infiere mucho, la separación es mala y entonces se añade al agua un sólido

muy finamente pulverizado para elevar la densidad del medio hasta llevarla a un

valor intermedio entre los de las sustancias a separar.

El mineral así enriquecido se mezcla con carbón y se pone en un horno de cuba

baja, en el que, de manera análoga al horno alto, se inyecta por debajo aire

caliente. En un horno se produce una tostación reductora. En la parte superior

del horno se seca primero por la acción de os gases calientes. Hacia la mitad del

horno se produce la reducción y se desprenden productos volátiles. En la parte

inferior se forma la llamada “mata bruta de cobre” y una escoria. En esta parte,

la temperatura es de 1400ºC y la mala bruta funde, lo mismo que los aditivos

funden con los formadores de escoria. El gas que sale del horno tiene una

potencia calorífica baja.

La mala contiene principalmente sulfuro de cobre (I), Cu2S. La escoria y la mata

se sangran por separado, y las escorias se utiliza para fabricar losas adoquines

para pavimentación. La mala fundida se lleva a un convertidor, en donde el

sulfuro de hierro presente se oxida en primer lugar formado (en presencia de

cuarzo) silicato de hierro:

4 FeS+7 O2→ 2 Fe2O3+4 S O2

2 Fe2O3 FeS+4Si O2→ 2Fe2 (O3 )3

El dióxido de azufre se evacua por succión y se conduce a una instalación de

ácido sulfúrico. El hierro del mineral, en forma de silicio se separa de la mata de

cobre. El sulfuro de cobre (I) se oxida ahora, en el segundo periodo de soplado,

de forma que se convierta en cobre metálico, pues el Cu2S se oxida a Cu2S por el

oxigeno del aire introducido y el oxido es reducido simultáneamente por el

sulfuro presente:

2 Cu2 S+3 O2→ 2 Cu2O+2S O 2

2 Cu2O+Cu2 S→ 6 Cu+SO 2

El convertidor contiene ahora tres diferentes fases: debajo, el cobre metálico, en

el centro una mata concentrada de cobre y, arriba, la escoria. Las dos partes que

contienen cobre se llaman, mientras la escoria se moldea para dar ladrillos.

El horno de llama es un horno de hogar bajo, como el SM. Se hace llegar al

hogar donde está el cobre negro el fuego procedente de un carbón de llama y se

sopla simultáneamente sobre el fundido aire y vapor de agua, para oxidar y

volatizar las impurezas (zinc, plomo, arsénico y antimonio).Removiendo el

fundido con ramas verdes con lo que pasa el vapor de agua de la madera al baño,

agitándolo y arrastrando el SO2 y reduciendo posteriormente con madera seca y

carbón de madera, se obtiene cobre más de 99% de Cu (“cobre blíster”).

Este cobre no se puede emplear para todos los usos. Sobre todo no es utilizable

en electrotecnia y para la fabricación de aparatos, por su baja resistencia a la

corrosión y es preciso purificarlo, lo que tiene lugar por electrólisis.

En un baño que contiene sulfato de cobre y ácido sulfúrico libre, se cuelga

cobre purísimo como cátodo (polo-) y placas de cobre blíster como ánodo y se

establece una diferencia de potencial de 0,3 voltios para una densidad de

corrientes de 200 amperios/m2. El cobre del ánodo se disuelve y llega al cátodo,

donde se deposita como cobre purísimo. El cobre electrolítico llega a un grado

de 99.99%.

Las pequeñas cantidades de impureza contenidas en el cobre blíster, sobre todo

metales nobles, no se disuelven a baja tensión y caen al fondo formando “barros

anódicos”. Estos barros, que contienen hasta 40% de plata se elaboran para

extraer los metales nobles. El cobre electrolítico no se emplea todavía, sino que

se funde de nuevo en placas u otras formas.

El método descrito es uno entre los diferentes métodos secos. También existen

varios métodos húmedos. El procedimiento elegido depende de la composición

del mineral y del tipo de ganga.

El cobre se separa de la disolución por electrolisis, empleando cátodos de cobre

purísimo. S e utilizan ánodos de plomo, que o se disuelven.

Existen minerales cuya ganga es soluble en ácido sulfúrico. En tales casos es

frecuente que se pueda disolver el cobre empleando amoniaco. Se forma una

disolución violeta de hidróxido de cobre tetraammina:

Cu (OH )2+4 N H 3 → Cu ( N H 3 )4 (OH )2

Si se hierve esta disolución se expulsa el amoniaco y precipita óxido de cobre

que puede reducirse fácilmente con carbono.

Finalmente, haremos una brece alusión al métodos, muy empleado, de tostación

en presencia de cloruro sódico. Este método se utiliza especialmente en el

tratamiento de las cenizas de tostación de piritas, que contienen muy poco cobre

(1%) y mucho hierro (55%).

En la tostación (6) las piritas de cobre con un contenido en Cu del 3 al 8% se

trituran a unos 2 mm, se mezclan con sal común y se tuestan a unos 350-400ºC.

El Na2SO4 que se forma de la sal común y los sulfuros tostados se extraen

lavando con agua y el residuo de tostación que queda se extrae con ácido diluido

(7) con lo que el Cu pasa a la disolución en forma de CuCl2, CuCl y

3CuO*CuCl2, mientras el Fe precipita como Fe2O3. Después de clarificar la

disolución el cobre se precipita por cementación mediante la introducción de

hierro metálico (residuos de chapa, esponja de hierro) (8). El contenido en el

cobre del “cobre de cementación” (9) puede oscilar entre 20 y 96%.

Se denomina cementación, la precipitación de cobre de una disolución de sus

sales por acción de hierro metálico. El cobre es más noble que el hierro y por lo

tanto se descarga, mientras pasa a la disolución una cantidad equivalente de

hierro:

CuS O4+Fe → Cu+FeS O 4

En general, se llama cementación la precipitación de un metal más noble de

disoluciones de sus sales por otro menos noble. E l cobre de cementación se

purifica también por electrolisis.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL COBRE ELECTROLITICO

Depósito electrolítico:

En el depósito o baño electrolítico se deposita un baño de un metal sobre otro

metal por electrólisis. Este procedimiento se lleva a cabo por motivos

decorativos o para proteger de la corrosión al segundo metal. Los cubiertos de

baño de plata por ejemplo, consisten en una base de hierro con un recubrimiento

fino de plata metálica. En un proceso de depósito electrolítico el objeto a bañar

constituye el cátodo de la célula electroquímica. El electrólito contiene iones del

metal que constituyen el baño. Estos iones son atraídos hacia el cátodo, donde se

reducen a átomos metálicos.

El electrólito suele ser sulfato de cobre en el caso de un baño de cobre y

K(Ag(CN)2)(aq) en el caso de un baño de plata. La concentración de ión plata

libre en una disolución del ión complejo [Ag(CN)2] (aq) es muy pequeña y el

baño electrolítico en estas condiciones proporciona un depósito del metal

microcristalino y muy adherente. El cromado o baño de cromo es muy útil por su

resistencia a la corrosión, así como por su belleza con fines decorativos. El acero

puede cromarse mediante una disolución acuosa de CrO3 y H2SO4. Sin

embargo, el baño obtenido es fino, poroso y tiende a resquebrajarse. En la

práctica primero se baña el hacer con una capa fina de cobre o níquel y después

se aplica el baño de cromo. Las piezas de maquinarias pueden hacerse resistentes

al agua mediante un baño de cromo o cadmio. Algunos plásticos también pueden

bañarse, primero debe hacerse conductor al plástico recubriéndolo con polvo de

grafito. El proceso de reposo electrolíticos de cobre sobre plásticos ha sido

importante para mejorar la calidad de algunos circuitos microelectrónicas. Los

baños electrolíticos se utilizan, en el sentido literal del término, para hacer

dinero. La moneda americana de un centavo actual, sino que se hace bañando

con cobre un núcleo central de zinc y a continuación se graba esta pieza con

baño de cobre.

Electrosíntesis:

La electrosíntesis es un procedimiento para producir sustancias por medio de

reacciones de electrólisis. Resulta útil para algunas síntesis que requieren un

control cuidadoso de las condiciones de reacción. El dióxido de manganeso se

presenta en la naturaleza en forma pirolusita, pero el pequeño tamaño de los

cristales y las imperfecciones de la red hacen que este material no sea adecuado

para algunas aplicaciones modernas, como las baterías alcalinas. La

electrosíntesis de MnO2 se lleva a cabo en una disolución de MnSO4 en H2SO4

(aq). El MnO2(s) puro se forma por oxidación del Mn2+ sobre un electrodo

inerte (como el grafito). La reacción catódica es la reducción de H+ a H2(g) y la

reacción global es:

Mn2+ (aq) + 2H2O(l) --------> MnO2(s) + 2H+(aq) + H2(g)

Electrólisis de una disolución acuosa de cloruro de sodio: proceso cloro-sosa

Reacción global:

2Cl (aq) + 2H2O(l) ---------> 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g) Eº= -2,19 V

Cuando esta electrólisis se lleva a cabo a escala industrial se la denomina

proceso cloro-sosa atendiendo a los nombre de los productos principales cloro y

la sosa NaOH (aq). El proceso cloro-sosa es uno de los procesos electrolíticos

más importantes.

Galvanotecnia

Proceso electroquímico por el cual se deposita una capa fina de metal sobre una

base generalmente metálica. Los objetos se galvanizan para evitar la corrosión,

para obtener una superficie dura o un acabado atractivo, para purificar metales

(como en la refinación electrolítica del cobre), para separar metales para el

análisis cuantitativo o como es el caso de la electrotipia, para reproducir un

molde. Los metales que se utilizan normalmente en galvanotecnia son: cadmio,

cromo, cobre, oro, níquel, plata y estaño. Las cuberterías plateadas, los

accesorios cromados de automóvil y los recipientes de comida estañados son

productos típicos de galvanotecnia.

En este proceso, el objeto que va a ser cubierto se coloca en una disolución

(baño) de una sal del metal recubridor, y se conecta a un terminal negativo de

una fuente de electricidad externa. Otro conductor, compuesto a menudo por el

metal recubridor, se conecta al terminal positivo de la fuente de electricidad.

Para el proceso es necesaria una corriente continua de bajo voltaje, normalmente

de 1 a 6 V. Cuando se pasa la corriente a través de la disolución, los átomos del

metal recubridor se depositan en el cátodo o electrodo negativo. Esos átomos son

sustituidos en el baño por los del ánodo (electrodo positivo), si está compuesto

por el mismo metal, como es el caso del cobre y la plata. Si no es así, se

sustituyen añadiendo al baño periódicamente la sal correspondiente, como

ocurre con el oro y el cromo. En cualquier caso, se mantiene un equilibrio entre

el metal que sale y el metal que entra en la disolución hasta que el objeto está

galvanizado. Los materiales no conductores pueden ser galvanizados si se

cubren antes con un material conductor como el grafito. La cera o los diseños de

plástico para la electrotipia, y las matrices de los discos fonográficos se recubren

de esta manera.

CONCLUSIONES:

En el depósito o baño electrolítico se deposita un baño de un metal sobre otro metal por

electrólisis. Este procedimiento se lleva a cabo por motivos decorativos o para proteger

de la corrosión al segundo metal. Los cubiertos de baño de plata por ejemplo, consisten

en una base de hierro con un recubrimiento fino de plata metálica. En un proceso de

depósito electrolítico el objeto a bañar constituye el cátodo de la célula electroquímica.

El electrólito contiene iones del metal que constituyen el baño. Estos iones son atraídos

hacia el cátodo, donde se reducen a átomos metálicos.

El electrólito suele ser sulfato de cobre en el caso de un baño de cobre y K(Ag(CN)2)

(aq) en el caso de un baño de plata. La concentración de ión plata libre en una

disolución del ión complejo [Ag(CN)2] (aq) es muy pequeña y el baño electrolítico en

estas condiciones proporciona un depósito del metal microcristalino y muy adherente.

El cromado o baño de cromo es muy útil por su resistencia a la corrosión, así como por

su belleza con fines decorativos. El acero puede cromarse mediante una disolución

acuosa de CrO3 y H2SO4. Sin embargo, el baño obtenido es fino, poroso y tiende a

resquebrajarse. En la práctica primero se baña el hacer con una capa fina de cobre o

níquel y después se aplica el baño de cromo. Las piezas de maquinarias pueden hacerse

resistentes al agua mediante un baño de cromo o cadmio. Algunos plásticos también

pueden bañarse, primero debe hacerse conductor al plástico recubriéndolo con polvo de

grafito. El proceso de reposo electrolíticos de cobre sobre plásticos ha sido importante

para mejorar la calidad de algunos circuitos microelectrónicas. Los baños electrolíticos

se utilizan, en el sentido literal del término, para hacer dinero. La moneda americana de

un centavo actual, sino que se hace bañando con cobre un núcleo central.

El cobre comercial se obtiene de diversos tipos cuyo grado se relaciona con su

composición química y su conductividad eléctrica, con sus métodos de refinación y con

los procedimientos de elaboración.

El cobre electrolítico ETP contiene entre un 0,02 y un 0,05% de Oxigeno, que se

combina con el cobre para dar Cu2O. Después de ser trabajado en caliente y recocido,

se mejora la resistencia mecánica. Se utiliza como conductor eléctrico y térmico.

El cobre desoxidado con Fósforo evita la producción del óxido de cuproso, mejorando

la ductibilidad y en la maleabilidad, a costa de perder conductividad eléctrica. El cobre

de alta conductividad OFHC se fabrica eliminando el oxígeno del cobre ETP bajo

atmosfera reductora controlada. Es mucho más caro muy empleado en electrónica.

El cobre arsenical contiene un 0,3% de Arsénico, el cual provoca una mejora en la

resistencia a la corrosión. Se utiliza en la fabricación de intercambiadores de calor. El

cobre de alta maquinabilidad posee pequeñas cantidades de Teluro, Azufre o plomo que

aumentan la maquinabilidad.

El cobre con plata aumenta notablemente la temperatura de recristalización del cobre,

evitando el ablandamiento durante la soldadura. El cobre con cadmio (hasta un 1%)

aumenta notablemente la resistencia a la tracción.

El cobre tiene muchos usos en forma de compuestos. El cobre se alea con el estaño, el

zinc y el níquel para formar bronces, latones, cuproníqueles y platas de níquel. También

se alea con el acero para mejorar la resistencia a la corrosión.

RECOMENDACIONES:

Para la optimización de los parámetros en la electrodeposición se recomienda el

análisis de los ánodos porque estos influyen en el depósito electrolito debido a su

corrosión, generando una contaminación en los cátodos, por ello se sugiere utilizar

ánodos de aleación Pb-Ca-Sn cuya principal característica es no contaminar el

electrolito.

Se recomienda realizar otra investigación considerando como variable independiente

en la electrodeposición, la temperatura debido a que mejora sustancialmente la

conductividad del electrolito, siendo preferible acercarse lo más posible a los 50 ºC,

debido a que en el trabajo no se controló la temperatura a la que se encontraba la

celda.

En la purificación se realiza la precipitación, para ello se recomienda el uso de un

filtro prensa que separar el precipitado de la solución reduciendo el tiempo de trabajo

empleado.

El precipitado que se ha generado en la purificación se recomienda realizar una

investigación para su tratamiento, recuperación y utilización.

En la acidificación del electrolito se recomienda trabajar a un pH superior a 0,8 para

evitar el desprendimiento de gas hidrogenó debido a una reacción simultánea.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

“El cobre. Metalurgia extractiva”. A.K.BISWAS Y W.G .DAVENPORT.

Editorial Limusa, 1993.

“Metalurgia extractiva: procesos de obtención”. JOSÉ SANCHO, LUIS FELIPE

VERDEJA Y ANTONIO BALLESTER. Editorial Síntesis, 2000.

INTRODUCCIÓN

El cobre es un pilar de la civilización estaba presente cuando la Edad de Piedra quedó

atrás, fue una herramienta importante para inventores, artesanos y artistas durante

milenios, sirvió para hacer realidad el vértigo del progreso durante los últimos dos

siglos, y es un elemento clave para el futuro de la humanidad. Los seres humanos de

comienzos del siglo XXI están en contacto permanente con el cobre, en sus casas, en

sus oficinas, en las calles, en los automóviles, cuando realizan acciones inherentes a la

vida moderna: prender la luz, hablar por teléfono o tomar agua en sus casas.

Y ese contacto aumenta con el alumbramiento de nuevas tecnologías. La forma de

presentación más común del cobre en estado puro es como un metal rojizo. Pero

también tiene otras facetas: participa en unas 450 aleaciones. Y, por cierto, aparece

como componente de la naturaleza: el cobre es indispensable para la vida animal y

vegetal en la Tierra. En la tabla periódica de los elementos el cobre tiene su propio

símbolo: Cu. Su número atómico es 29, su masa atómica es 63,546, su punto de fusión

es de 1.083 grados centígrados, su punto de ebullición es de 2.567 grados centígrados, y

es definido como un metal de transición, no ferroso.

MARCO TEÓRICO

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE

Definición:

El cobre está presente en la corteza terrestre principalmente en forma de minerales

sulfurados como la calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y calcosina (Cu2S). El

contenido en cobre de estos minerales es bajo, alrededor de un 0.5% en minas a cielo

abierto y hasta un 2% en minas subterráneas.

El cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno como carbonatos,

óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración. Según sea la mena, el

proceso de extracción del cobre será diferente, así tenemos:

i. Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia)

ii. Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia)

Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas

Alrededor del 90% del cobre que se produce en el mundo proviene de los minerales de

sulfuro. La extracción tiene cuatro etapas:

i. Concentración por flotación

ii. Tostación

iii. Fusión de mata

iv. Afino

Concentración por flotación

Las concentraciones de cobre en las menas actuales son demasiado bajas por lo que la

fundición directa sería muy costosa. Ésta implicaría que se fundiesen enormes

cantidades de material sin valor que conllevarían un gran gasto energético y una gran

capacidad de horno. Por estas razones, hoy en día se recurre al aislamiento de los

minerales de cobre en forma de un concentrado. El método más efectivo de

concentración es la concentración por flotación, que requiere un proceso previo de

trituración y molienda.

Los principios en los que se basa el proceso de flotación son los siguientes:

Los minerales sulfurados normalmente se humedecen por el agua, pero

pueden ser acondicionados con reactivos que los volverán repelentes al

agua.

Esta hidrofobicidad puede ser creada en minerales específicos dentro de

una pulpa agua – mena.

Los choques entre las burbujas de aire y los minerales que se han hecho

hidrofóbicos conducirán a la unión entre las burbujas y dichos minerales

Las partículas de mineral no acondicionadas no se unirán a las burbujas de

aire.

Con todo esto conseguimos que los minerales de cobre se adhieran a las burbujas de

aire con las cuales se van a elevar hasta la superficie de la celda de flotación. El resto

de minerales (ganga) se quedan atrás y abandonan la celda a través de un sistema de

descarga.

Los reactivos que se utilizan para crear las superficies hidrofóbicas consisten en

moléculas heteropolares, es decir, moléculas que tienen un extremo polar cargado y un

extremo no polar (hidrocarburo). Estos reactivos tienen normalmente un grupo

portador de azufre en su extremo polar, el cual enlaza a los minerales de sulfuro pero

ignora las superficies de los óxidos. Lo reactivos de sulfuro más conocidos son los

xantatos de sodio y potasio, pero también se usan otras moléculas portadoras de azufre

como tionocarbonatos, ditiofosfatos y tiocarbanilida.

Tostación

La tostación es una oxidación parcial de los concentrados de sulfuro de cobre con aire

y la eliminación parcial del sulfuro en forma de SO2. Los objetivos de la tostación son

dos:

Utilizar el calor de la tostación para secar y calentar la carga antes de ser

introducida al horno de fundición.

Aumentar la concentración de cobre en el producto de fundición, es decir,

en la mata líquida.

La tostación se lleva a cabo entre 500 y 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de

lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas. El producto de la tostación es

una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante

el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire – concentrado.

Fusión de mata

El objetivo de la fundición de mata es formar dos fases líquidas inmiscibles: una fase

líquida de sulfuro (mata) que contiene todo el cobre de la carga y una fase líquida de

escoria sin cobre. La mata tiene un contenido en cobre de entre un 35 a un 65%. La

escoria fundida se desecha directamente o después de una etapa de recuperación de

cobre. La gran desventaja de este método es la contaminación de la atmósfera con el

gas SO2.

La fusión de mata se lleva a cabo al fundir la carga total del horno a una temperatura

aproximada de 1200ºC, normalmente con fundentes de sílice y carbonato de calcio.

Hoy en día la fundición se realiza de forma mayoritaria en hornos de reverbero aunque

todavía se utilizan altos hornos y hornos eléctricos.

La mata fundida resultante del proceso de fundición contiene cobre, hierro y azufre

como componentes principales y hasta un 3% de oxígeno disuelto. Además, contiene

cantidades menores de metales como As, Sb, Bi, Pb, Ni y metales preciosos.

Para eliminar el hierro, el azufre y otras impurezas, se pasa la mata por un convertidor

cilíndrico Pierce –Smith, revestido con refractario básico. En este convertidor se

produce la oxidación de la mata con oxígeno a una temperatura de 1200ºC. Al final del

proceso se obtiene un cobre metálico líquido no refinado con una pureza de entre un

98.5 a un 99.5%, denominado cobre blíster. Además de éste, también se produce la

escoria y grandes volúmenes de gases calientes que contienen entre un 5 a un 15% de

SO2. Las reacciones que se llevan a cabo son:

2FeS + 3O2 + SiO2 2FeO.SiO2 + 2SO2

Aire Fundente Escoria

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + O2 2Cu + SO2

Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2 Aire Cobre Blister

Afino

Finalmente, el cobre blíster se refina electroquímicamente para obtener cobre

catódico de una gran pureza, superior al 99.99%.

Previamente a la refinación electroquímica es necesario llevar a cabo una

refinación térmica, para evitar así la formación de ampollas de SO2. Estas

ampollas se forman cuando solidifican pequeñas cantidades de azufre y fosforo

que todavía contiene el cobre blíster en forma residual. La aparición de

ampollas conllevaría a la debilitación de los ánodos y a la aparición de una

superficie áspera de espesor irregular.

La refinación térmica se lleva a cabo en hornos de refinación tipo giratorio que

se asemejan a los convertidores Pierce – Smith. La temperatura de operación

está entre los 1130º y los 1150ºC.

Una vez refinado térmicamente se realiza el afino electrolítico del cobre. Este

afino se puede realizar mediante electrorrefinación de los ánodos de cobre

impuro o mediante separación por electrolisis a partir de soluciones de

lixiviación. El primer método es el más utilizado, ocupando alrededor del 95%.

La electrorrefinación consiste en la disolución electroquímica del cobre de los

ánodos impuros y el depósito selectivo de este cobre disuelto en forma pura

sobre cátodos de cobre. Esta técnica tiene dos objetivos:

Eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas

del cobre, consiguiendo cobre con una pureza superior al 99.99% con

menos de un 0.004% de impurezas metálicas.

Separar las impurezas valiosas del cobre, que pueden ser recuperadas

después como subproductos metálicos.

Extracción de cobre a partir de las menas de óxido: hidrometalurgia:

Aunque el cobre se presenta más frecuentemente en la forma de sulfuros, también se

presenta en forma oxidada como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos,

particularmente en África. Estos minerales oxidados, cuando están presentes en

cantidad suficiente en la mena, puede ser reducidos directamente a cobre impuro en el

alto horno, como se hacía en el pasado. Pero en la actualidad las menas que se

explotan tienen una concentración muy baja de cobre, por lo que es necesario recurrir

a otras técnicas como la lixiviación mediante ácido sulfúrico seguida por la

precipitación o por la electrólisis del cobre de la solución.

PROCESOS ELECTROLITICOS

La electrólisis consiste en la descomposición química de una sustancia por medio de la

electricidad (electro = electricidad y lisis = destrucción). El paso de la corriente

eléctrica as través de un electrólito (en disolución o fundido), por ejemplo, NaCl

fundido, nos demuestra que en el cátodo o polo negativo el catión sodio (Na+) se

reduce a Na0 por ganancia, en cambio en el ánodo o polo positivo los aniones cloruro

(Cl-) entregan sus electrones oxidándose a Cl2 (gaseoso)

.

En resumen, el proceso de electrólisis se caracteriza porque:

a) Es un fenómeno redox no espontáneo producido por una corriente eléctrica

b) La reducción se lleva a efecto en el polo negativo o cátodo y la oxidación en el

ánodo o polo positivo.

El proceso electrolítico se realiza debido a que, la corriente eléctrica circula desde el

cátodo hacia el ánodo, siempre que entre ellos esté presente una sustancia conductora

(electrólito)

En algunas electrólisis, si el valor de la diferencia de potencial aplicada están sólo

ligeramente mayor que el calculado teóricamente, la reacción es lenta o no se produce,

por lo que resulta necesario aumentar el potencial aplicado. Este fenómeno se da,

sobre todo, cuando en algunos e los electrodos se produce algún desprendimiento

gaseoso. El potencial añadido en exceso en estos casos recibe el nombre de

sobretensión.

La cantidad de producto que se forma durante una electrólisis depende de los 2

factores siguientes:

a) De la cantidad de electricidad que circula a través de la pila electrolítica.

b) De la masa equivalente de la sustancia que forma el electrólito.

La cantidad de electricidad que circula por una cuba electrolítica puede determinarse

hallando el producto de la intensidad de la corriente, expresada en amperios por el

tiempo transcurrido, expresado en segundos. Es decir, Q (culombios) = I · t.

Tras efectuar múltiples determinaciones, Faraday enunció las 2 leyes que rigen la

electrólisis y que son las siguientes:

a) Primera Ley de Faraday: La cantidad de sustancias que se depositan (o altera su

número de oxidación) en un electrodo, es proporcional a la cantidad de electricidad

que pasa por el sistema.

Lo anterior significa que a mayor Faraday mayor cantidad de sustancia depositada.

Así, por ejemplo, para libera 96 gramos de oxígeno se necesitan 12 Faraday de

electricidad.

Se denomina equivalente electroquímico de una sustancia a la masa en gramos de

dicha sustancia depositada por el paso de un culombio.

De acuerdo con esta definición podemos escribir la expresión:

m =___PIt___

n · 96500

Donde:

m : masa en gramos que se ha depositado

P : peso atómico del elemento

n : número de electrones intercambiados

I : intensidad de la corriente expresada en amperios

t : tiempo en segundos

96500 : factor de equivalencia entre el Faraday y el culombio, ya que 1F = 96500C.

b) Segunda Ley de Faraday: La cantidad de diferentes sustancias depositadas o

disueltas por una misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a

sus respectivos pesos equivalentes.

Por ejemplo, si la corriente eléctrica se hace pasar por una serie de celdas

electrolíticas que contienen distintas sustancias, la cantidad de electricidad que circula

a través de cada electrodo es la misma y las cantidades de elementos liberados son

proporcionales a sus respectivos pesos equivalentes.

Como la cantidad de electricidad en Coulomb es igual al producto de la intensidad de

la corriente I en ampere por el tiempo t en segundos que ha pasado la corriente,

combinando las dos leyes resulta que la masa m de material depositado o disuelto en

cada electrodo será igual a lo siguiente:

m =___ItA___

Fn

Donde:

I: ampere.

t: tiempo en segundos.

A: peso atómico.

F: Faraday.

n: valencia.

Significado del número de Avogadro en la electrólisis:

La carga del electrón es 1.602x10-19 coulomb absolutos de electricidad. De aquí

96500/1.602x10-19= 6.02x1023 que es el número de electrones en 1 Faraday. En otras

palabras, 1 Faraday de electricidad está asociado con un número de Avogadro de

partículas de carga unitaria, correspondiente a la carga de un equivalente-gramo de

sustancia, que serán electrones que les falta si se trata de cationes o de electrones que

les sobre en cada caso de aniones.

Un Faraday es un número de Avogadro de electrones, de la misma manera que 1 mol

es número de Avogadro de moléculas. La determinación experimental del valor del

Faraday y la carga del electrón, proporcionó uno de los mejores métodos para

determinar el Número de Avogadro.

Aplicaciones de la electrólisis:

La separación de los elementos de los electrólitos (disueltos o fundidos) se utiliza

industrialmente para obtener gases puros como el hidrógeno y el oxígeno y obtener

metales refinados como el hierro, cobre, aluminio, magnesio, potasio, etc.

Otra aplicación importante se encuentra en la galvanoplastia y galvanostegia:

a) La galvanoplastia: Consiste en obtener copias metálicas de algunos objetos, con

huecos y relieves. Entre los productos que se pueden citar para esta técnica podríamos

señalar lozas y porcelanas.

b) La galvanostegia: Consiste en recubrir los metales de una capa metálica resistente

para darles un mejor aspecto o para aumentar su duración y resistencia a la corrosión.

Entre las aplicaciones podemos citar el galvanizado (cincado), cobreado, latonado,

plateado, dorado, etc.

El cobre electrolítico consiste en una placa de cobre catódico, en donde los iones Cu+

+ de una solución se han reducido y adherido al cátodo de una celda electrolítica. La

semirreacción del cobre catódico es:

Cu++ + 2e- (cátodo)---> Cu0

Galvanizado: Técnica electrolítica que se realiza con el fin de cubrir metales con una

capa de cinc. Por ejemplo, las planchas para techados de construcciones.

Cobreado: Técnica que se emplea para recubrir de cobre algunos objetos (se utiliza

CuSo4 como electrólito). El siguiente esquema ilustra un sistema de cobreado de una

cuchara:

Cobre electrolítico: el proceso de obtención del cobre electrolítico es una derivación de

la técnica de cobreado.

Afinación del cobre:

Los ánodos de cobre en bruto se suspenden en un baño de sulfato cúprico acidulado

con ácido sulfúrico. Los cátodos son láminas delgadas de cobre puro recubierto de

grafito, para que el metal depositado por la corriente eléctrica pueda separarse

después fácilmente; las láminas se suspenden alternativamente con los ánodos en el

mismo baño.

Cuando pasa la corriente, los iones cobre se descargan en el cátodo, que va

engrosando gradualmente por el metal puro adherido, a la vez que en el ánodo se

disuelve una cantidad equivalente de cobre, formando iones cúpricos. Si las impurezas

del cobre son de elementos más activos, situados encima de él en la serie electromotriz

de los metales, pasan a la disolución y quedan en ella. Si están por debajo del cobre en

dicha serie, no se disuelven, y caen al fondo del as cubas, debajo de los ánodos, como

barro anódico, del que se recuperan el oro, la plata y el platino, muchas veces en

cantidades suficientes para pagar el proceso de afinación.

Algunos ejemplos de electrólisis:

1. Electrólisis del Cloruro de Sodio fundido.

2. Electrólisis de una solución acuosa de Cloruro de Sodio.

3. Electrólisis de una solución acuosa de ácido sulfúrico.

Electrólisis de soluciones en agua:

a) Si el catión en un metal muy activo, como los del grupo alcalino (Na, K, Li, Cs), no

se deposita el catón durante la electrólisis y se libera hidrógeno en el cátodo (caso del

Cloruro de Sodio)

b) Si el catión es un metal como cobre, plata, oro, platino, aceptará electrones en el

cátodo y se depositará como metal libre.

c) Si el anión tiene sólo una atracción débil por los electrones: F, Cl, Br, I, los iones

pierden sus eletrones en el {ánodo como elementos libres (caso del Cloruro de Sodio).

d) Los aniones que tiene una atracción fuerte por los electrones, como el SO-2 y NO-,

no pierden sus electrones en el ánodo, y se libera oxígeno como consecuencia de la

reacción del agua (caso del ácido sulfúrico)

Procesos industriales de electrólisis:

La industria moderna no podría funcionar como lo hace hoy en día sin las reacciones

de electrólisis. Muchos elementos se producen casi exclusivamente por electrólisis, por

ejemplo, el aluminio, el magnesio, el cloro y el flúor. Entre los compuestos químicos

producidos por electrólisis están el NaOH, K2Cr2O7, KMnO4, Na2S2O8 y gran

número de compuestos orgánicos.

Afino electrolítico:

El afino electrolítico de metales, implica el depósito de metal puro en un cátodo, a

partir de una disolución conteniendo el ión metálico. El cobre que se obtiene por

tostación de sus minerales tiene bastante pureza para algunas aplicaciones como

tuberías, pero no las suficientes para aplicaciones que requieren una gran

conductividad eléctrica. Para estas últimas hace falta cobre con una pureza superior al

99,5%.

Se toma como ánodo un trozo de cobre impuro y como cátodo una lámina delgada de

cobre metálico puro. Durante la electrólisis el Cu2+ producido en el ánodo se desplaza

a través de una disolución de ácido sulfúrico y sulfato de cobre hasta el cátodo, donde

se reduce a Cu(s) el cátodo de cobre puro aumenta su tamaño, mientras que el trozo de

cobre impuro se consume.

Depósito electrolítico:

En el depósito o baño electrolítico se deposita un baño de un metal sobre otro metal

por electrólisis. Este procedimiento se lleva a cabo por motivos decorativos o para

proteger de la corrosión al segundo metal. Los cubiertos de baño de plata por ejemplo,

consisten en una base de hierro con un recubrimiento fino de plata metálica. En un

proceso de depósito electrolítico el objeto a bañar constituye el cátodo de la célula

electroquímica. El electrólito contiene iones del metal que constituyen el baño. Estos

iones son atraídos hacia el cátodo, donde se reducen a átomos metálicos.

El electrólito suele ser sulfato de cobre en el caso de un baño de cobre y K(Ag(CN)2)

(aq) en el caso de un baño de plata. La concentración de ión plata libre en una

disolución del ión complejo [Ag(CN)2] (aq) es muy pequeña y el baño electrolítico en

estas condiciones proporciona un depósito del metal microcristalino y muy adherente.

El cromado o baño de cromo es muy útil por su resistencia a la corrosión, así como por

su belleza con fines decorativos.

El acero puede cromarse mediante una disolución acuosa de CrO3 y H2SO4. Sin

embargo, el baño obtenido es fino, poroso y tiende a resquebrajarse. En la práctica

primero se baña el hacer con una capa fina de cobre o níquel y después se aplica el

baño de cromo. Las piezas de maquinarias pueden hacerse resistentes al agua

mediante un baño de cromo o cadmio.

Algunos plásticos también pueden bañarse, primero debe hacerse conductor al plástico

recubriéndolo con polvo de grafito. El proceso de reposo electrolíticos de cobre sobre

plásticos ha sido importante para mejorar la calidad de algunos circuitos

microelectrónicas. Los baños electrolíticos se utilizan, en el sentido literal del término,

para hacer dinero. La moneda americana de un centavo actual, sino que se hace

bañando con cobre un núcleo central de zinc y a continuación se graba esta pieza con

baño de cobre.

CONCLUSIONES:

El cobre es un metal de transición dúctil, maleable, no magnético y de un color café

rojizo brillante característico. Tiene la mayor conductividad eléctrica y térmica de

todas las sustancias excepto la plata, siendo su conductividad eléctrica del 94% de

ésta.

El símbolo del elemento químico Cobre es el Cu, con numero atómico 29. Posee una

masa atómica de 63,536 y cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras. A

temperatura ambiente, se encuentra en estado sólido, con un punto de fusión de 1083º y

de ebullición de 2580º C.

El cobre ocupa el lugar 15 en abundancia en los elementos de la corteza terrestre. No

suele encontrarse en estado puro, sino en sulfuros, carbonatos, óxidos y carbonatos,

siendo la principal fuente de obtención de cobre en el mundo la calcopirita (FeCuS2)

Es un material que no pierde sus propiedades mecánicas al reciclarlo. Unido a la

facilidad de recuperación del mismo, hace que una gran parte del cobre consumido a

nivel mundial proceda del reciclaje.

Posee una buena resistencia a la mayor parte de los fenómenos de corrosión, debido a

su alto potencial electroquímico. El cobre es atacado por los álcalis y por muchos de

los ácidos comunes. Es muy resistente a la corrosión causada por el aire y por el agua

salada. Al estar expuesto a la atmosfera, crea una capa superficial de color verdoso,

generalmente de carbonato de cobre, protegiéndolo.

El cobre es un metal muy blando y por ese motivo para aumentar su maquinabilidad se

suele alear débilmente con elementos como plomo y teluro. Puede vaciarse, estirarse,

obtenerse por extrusión, trabajarse en caliente y en frío, devanarse, conformarse a

martillo, punzonarse y soldarse con soldadura autógena, con soldadura con metal de

aporte y con soldadura fuerte. El cobre blando puede volverse más resistente por

trabajo en frío pero luego puede ablandarse de nuevo por recocido. No se presta a

ningún otro tipo de tratamiento térmico.

Al cobre se le considera un material blando. Posee un grado 3 en la escala de dureza

de Mohs. Tiene una resistencia del alambre de cobre estirado de unos 4200 kg/cm2, un

módulo de Young de 110-128 GPa y un módulo de elasticidad transversal de 63,4 GPa.

RECOMENDACIONES:

En la purificación se realiza la precipitación, para ello se recomienda el uso de un

filtro prensa que separar el precipitado de la solución reduciendo el tiempo de trabajo

empleado.

El precipitado que se ha generado en la purificación se recomienda realizar una

investigación para su tratamiento, recuperación y utilización.

En la acidificación del electrolito se recomienda trabajar a un pH superior a 0,8 para

evitar el desprendimiento de gas hidrogenó debido a una reacción simultánea.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

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investigación. ed. Cusco: UNSAAC: 2009.

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refinación de cobre en La Oroya. trabajo para optar el título de ingeniero

químico. 2007. Universidad Nacional del Centro del Perú. Huancayo.