Aditivos catódicos en el proceso de electrometalurgia

Universidad Católica del Norte

Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas

Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas

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Aditivos Catódicos.    

Elías Flores H.

Felipe Romero A.

Misael García A.

Profesor Asignatura: Oscar Benavente.

.Antofagasta, Chile

17 de Noviembre de 2016

Resumen.

Dentro del proceso de electrometalurgia, toma un rol fundamental el proceso mediante el cual se generan los cátodos (EO, ER, entre otros). Debido a las modificaciones tanto químicas como físicas que se pueden generar en el proceso de producción del cátodo, las contribuirán a la disminución de nuestra calidad catódica y de esta manera perjudicaran la venta de estos. Es por esta razón, que es necesario la búsqueda de herramientas que permitan asegurar una buena calidad de cátodica, de tal manera que este no sea penalizado por su estado físico o por la albergación de posibles contaminantes como azufre u oxígeno. Es así como se da la existencia de los aditivos catódicos, los que contribuyen a la buena formación del cátodo, evitando problemas como la acumulación de azufre en el cátodo de cobre, la formación de posibles estrías u otros defectos físicos, debido a la generación de sobrepotenciales en algunos puntos del cátodo, lo que implicara una mayor depositación en aquellos puntos, generado a su vez una depositación irregular.  Dentro el marco de la experiencia realizada, se analizaron las distintas características de los aditivos catódicos mas utilizados en la actualidad, se compararon cada una de sus características, estableciéndose finalmente que el aditivo DXF-F7, cuenta con mejores cualidades que la goma Guar, debido a la posibilidad de generar cátodos de grado “A” por el mismo precio que la goma Guar. Además su fácil manejo, junto a su buena interacción con el electrolito, lo hace un aditivo bastante bien visto para las operaciones de EO, permitiendo disminuir las concentraciones de los contaminantes más comunes en el cátodo (Azufre y oxigeno) entre 28-35%  en el caso del azufre y un 80% para el oxígeno.

Índice.

Capítulo 1.- Introducción        6

1.1 Objetivos        6

1.1.1 Objetivo general        6

Capítulo 2.- Fundamentos teóricos        7

Capítulo 3.- Aditivos Catódicos.        11

3.1 Goma Guar (Guardum).        12

3.2 DXG-F7 (Dextrina)        16

Capítulo 4.- Análisis        23

Capítulo 5.- Conclusiones.        25

Capítulo 6.- Referencias.        26

Capítulo 6.- Anexos.        27

Índice de gráficos.

Gráfico N°1.  Efecto de la dosificación de Guartec en la suspensión de sólidos en electrolito (M.Gráceda, 2007)        15

Índice de ilustraciones.

Imagen N° 1.Unidad estructural básica del Guar-Galactomans. (M. Gráceda, 2007)        14

Imagen N° 2. Cátodo con y sin aditivo catódico.        16

Imagen N° 3. Deposito mediante la utilización de DXG F7.        18

Imagen N°4. Perfil de crecimiento del depósito de cobre catódico obtenido por microscopía metalográfica con diferentes concentraciones de PAM: (a) sin aditivo; (b) 3 mgl-1; (c) 4 mgl-1; (d) 5 mgl-1; (e) 6 mgl-1; (f) 7 mgl-1; (g) 8 mgl-1; (h) 9 mgl-1 y (i) 10 mgl-1        21

Imagen N° 5. Micrografías SEM de depósitos de cobre obtenidos a partir de un electrolito que contiene 30 g/L Cu 2+ y 100 g/L  H2SO4 que contiene varias concentraciones de aditivos: (a) 50 mg/L Tiourea, (b) 50 ml/L TI-85, (c) 50 mg/L  HCE (Extracto de castaño de indi as), (d) 10 mg/L  cola animal, (e) sin aditivos.        27

Nomenclatura.

EO:   Electroobtención.

ER: Electrorefinación.

PAM: Poliacrilamida no iónica.

Capítulo 1.- Introducción

Dentro de la electrometalurgia, se encuentran procesos como la electroobtención o electrorefinación de Cobre, procesos que toman una connotación de real importancia, debido a que constituyen parte de los procesos finales para la obtención del cátodo de cobre, el que  posteriormente se  comercializa como tal. Es en relación a la calidad catódica,  es que se debe tener sumo cuidado a la hora de su producción debido a que el precio de este estará ampliamente marcado por dicha calidad. Es así como existe un conjunto de aditivos utilizados en lugares como  baños electrolíticos, los que representan un factor importante a tener en cuenta, dado que estos permiten controlar, entre algunos aspectos; La eficiencia en corriente del proceso y la calidad del electro depósito metálico. Además de estos, mejoran las propiedades morfológicas del electro deposito (rugosidad, brillo, porosidad), Todo orientado a que el  producto final presente una mejor calidad. [1]

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo general

Analizar las distintas características de los aditivos catódicos utilizados en el proceso de electrometalurgia.

1.1.1.1 Objetivos específicos

• Comparar los distintos tipos de aditivos catódicos utilizados en el proceso de electrometalurgia.
• .Mencionar los usos de los aditivos catódicos en el proceso de electrometalurgia.

Capítulo 2.- Fundamentos teóricos

Electrolisis: Son aquéllas reacciones  en las que se impone un potencial externo mayor que el potencial reversible de la celda. Su empleo más común es como transformador de sustancia utilizando energía eléctrica en el proceso. Esta conversión se realiza en el electrolito o en la superficie del conductor electrónico mediante transferencia de carga electrónica. Las transformaciones químicas en la electrolisis implican ganancia o pérdida de electrones.

La estequiometria que ocurre en esta clase de reacciones, obedece la Ley de Faraday, como se vio en la práctica pasada. Sin embargo, cuando muchas reacciones diferentes son posibles en un electrodo de la celda electrolítica, el proceso que tiene lugar estará determinado por el potencial del electrodo. Las reacciones que tienen lugar son aquellas que requieren una menor diferencia de potencial aplicada.

En el marco de la utilización de esta clase de reacción en procesos industriales comerciales se incluyen: electrorefinación (Cobre) y galvanización (Plata, oro, cromo). [4]

Celda electroquímica: En esta clase de celda, se considerará el cátodo siempre será el electrodo sobre el que se produce la reducción, mientras que en el ánodo estará ocurriendo la oxidación, cualquiera sea la celda. Los signos estarán determinados por la imposición externa del potencial, por lo que a diferencia de la celdas galvánicas, el cátodo tendrá polaridad negativa y  el ánodo positiva. Alternativamente, es útil recordar que una corriente será catódica cuando los electrones pasen del metal al electrolito, además por convención signo negativo, mientras que cuando los electrones fluyen del electrolito al metal, la corriente será anódica y positiva. [4]

Electroobtención: Proceso que consiste  en  aplicar  una  corriente  que  circula en el sentido de ánodo a cátodo, a través de una solución de sulfato cúprico. El cobre es depositado en el cátodo y la reacción de descomposición del agua se realiza en  ánodo, dando lugar a desprendimiento de oxígeno, con el objetivo de la obtención de cátodos con 99,99% de pureza. El proceso comienza cuando la solución procedente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para la formación de un electrolito rico que es  conducido a las celdas de electrodepositación de cobre. Los procesos a los que se somete la solución antes de entrar al proceso de electroobtención, se deben a   que esta   tiene   una   composición   compleja,   con   numerosas   impurezas,   cuyas concentraciones  varían  de  acuerdo  a  la  fuente  mineral  utilizada  y  a  los  procesos hidrometalúrgicos  a  que  es  sometida  antes  de  transformarse  en  el  electrolito  de electroobtención..[3]

Sobrepotencial: La generación de un sobrepotencial implica un apartamiento del estado de equilibrio. Para que se produzca la reacción electroquímica deben darse una serie de fenómenos que pueden agruparse en principio en cuatro categorías:

• Transferencia de carga (que involucra la reacción de transformación)
• Transferencia de masa hacia el electrodo y desde este mismo.
• Reacciones químicas previas o posteriores a la transferencia de carga.
• Fenómenos de superficie, donde se incluyen fenómenos de formación o ruptura de una red cristalina, formación de óxidos, formación de burbujas en desprendimientos de un gas.

Cada una de estas condiciones puede generar un sobrepotencial, originado de la irreversibilidad de la etapa considerada. El sobrepotencial total será la suma de todos estos. Cuidando una serie de parámetros experimentales o eligiendo con cuidado la reacción a realizar, se pueden disminuir los mismos hasta hacer despreciables la mayoría de los sobrepotenciales. [4]

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