Problemas electro-metalúrgicos

Problemas.

1. Problema uno;

 una refinería eléctrica de cobre uso una densidad de corriente de 16 A/ft2 cada tanque contiene 31 ánodos y 30 cátodos, el área inmersa de cada cátodo (un lado) es de 37 por 38”, el voltaje por tanque es de 0.25 V (sistema múltiple), el espesor de los ánodos iniciales es de 1.3”, la eficiencia del amperaje de deposición es del 95%, la planta entera contiene 1600 tanques en operación, la resistividad del electrólito a la temperatura usada es de 1.65 Ω/cm3, los ánodos son retirados para fundirse con un espesor de 0.1”, la distancia entre ánodos y cátodos es de 2”.

El electrólito tiene a reconstruirse en cobre debido a la redisolución de una parte de cobre en el cátodo y la solución química de una cantidad correspondiente en el ánodo, este exceso es removido por cristalización de CuSO4 *5H2O, la cantidad de cobre contenida en este sulfato de cobre es igual al 2.5% de la producción total del cobre catódico.

Se pide:

1. Los amperios por tanque y la potencia en kilowatts requeridas para la operación de los tanques.
2. la proporción de esta potencia convertida en calor en él electrolito.
3. la producción total de la planta, por día en kilogramos.
4. El aumento en el espesor de cátodo por día.
5. Espesor del ánodo consumido.
6. Qué proporción del 5% de pérdida en la eficiencia de corriente es representada por la redisolución del cobre en el cátodo? (Asuma que una cantidad equivalente es disuelta químicamente en el ánodo)
7. Cuántos litros de ácido sulfúrico (gravedad especifica 1.84 y una concentración de 93.2%) deben de agregarse por día para mantener la acidez del electrodo.

Solución

1. Amperios por tanque y potencial (Kw)

[pic 1]

[pic 2]

Potencia ( watts) = (A) *  (V)

[pic 3]

1. La proporción de la potencia convertid en calo en el electrolito

[pic 4]

resistencia eléctrica por unidad de volumen=[pic 5]

resistencia eléctrica por unidad de área =Ω[pic 6]

[pic 7]

V = I*R

[pic 8]

1. Cálculo de la potencia convertida en calor a partir del voltaje Ω:

Potencia (W) = (A) * (V)

[pic 9]

3749.33 Kw ----------100%

2171.61 Kw--------- X

X= Porcentaje convertido en calor = 57.91%

1. Proporción de la planta por día en Kg

Cu2+ + 2e-=Cu0    [pic 10]

[pic 11]

1. Aumento de cátodo por espesor por dia

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

1. espesor consumido de ánodo.

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

1. Que proporción del 5 % de perdida en la eficiencia de corriente es representada por la redisolución del cobre en el catodo.

[pic 18]

Contenido de cobre en el sulfato 2.5%

[pic 19]

La relación cátodo ánodo es igual

[pic 20]

Usando una regla de 3 nos da:

[pic 21]

X=23.75 % de perdida

1. Cálculo de la cantidad de la cantidad de cobre contenido en el sulfato de cobre:

CuSO4 + H2O = Cu + H2SO4

FW CuSO4 = 159.54 g

FW Cu = 63.54 g

Fw H2SO4 = 98 g

[pic 22]

1. Problema dos;

Se quiere diseñar una planta de refinación electrolítica de cobre, teniendo como bases variables determinadas como pruebas de laboratorio. Se dispone de tanques que miden 480 cm de largo, por 120 cm de ancho y 127 cm de profundidad. Los tanques deben ser distribuidos en tres bloques, cada uno del cual está conectado a una moto generadora que proporciona 17200 A por circuito. La densidad de corriente reportada es de 200 A/m2. El voltaje por tanques de 0.269 voltios, del cual el 80% es usado para vencer la resistencia del electrolito. Se usa el sistema múltiple. La chatarra de ánodos es de 15%. Los que el peso de la placa inicial es de 6Kg. Los ánodos miden 98 cm por 96 cm y con un espesor de 4.3 cm.

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