Introduccion

La precipitación por reducción electrolítica, comúnmente conocida como electroobtención o electrodepositación (EW), es actualmente uno de los procedimientos más sencillos para recuperar metales, en forma pura y selectiva, respecto a las impurezas existentes en la solución. Su característica principal radica en que el metal ya está en solución y solamente se trata de recuperarlo depositándolo en el cátodo, mientras el ánodo es esencialmente insoluble.

La aplicación industrial masiva de la electricidad para la recuperación de metales no ferrosos por electroobtención se inició a comienzos del siglo XX. En 1912 se utilizó en la obtención de cobre, en Chuquicamata y desde esa fecha se aplica en procesos de minería extractiva. En 1968, por primera vez se aplica en la mina Bluebird, de Ranchers Corp. Arizona, la combinación de lixiviación de minerales, extracción por solventes y recuperación electrolítica de cátodos de cobre, (LIX-SX-EW) técnica que en la actualidad se aplica con gran éxito.

El cobre se extrae ya sea desde las soluciones de lixiviación-extracción por solventes por electrólisis (electroobtención) o por refinación electrolítica (electrorefinación) del cobre producido por los procesos pirometalúrgicos de fusión. En ambos casos el cátodo de cobre resultante es metal comercialmente puro que cumple con los requisitos necesarios. Probablemente el 80 a 90% de cobre en producido en el mundo es cobre electrolítico.

El proceso de electroobtención de cobre constituye la etapa terminal del proceso de beneficio de “minerales oxidados y mixtos de cobre”. El cobre es depositado desde soluciones purificadas por medio de una electrólisis directa. El objetivo del proceso es producir cátodos de cobre de alta pureza. Para lograr este objetivo, la solución proveniente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para posteriormente ser conducida a una serie de celdas de electrodepositación donde se producen los cátodos de cobre con una pureza de 99,99%.

1.2 Conceptos Fundamentales

1.2.1 Celdas de electrólisis

Los procesos electrometalúrgicos tienen lugar en unidades llamadas CELDAS DE ELECTRÓLISIS, las cuales se agrupan para constituir la nave o planta electrolítica. Una celda de electrólisis está constituida por:

• La celda misma: Es un recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. En algunos casos, la celda puede ser constituida por dos mitades, conectadas entre sí por un puente salino.

• El electrolito: Un medio acuoso, que contiene los iones del metal a depositar y otros iones que migran permitiendo el paso de la corriente entre los electrodos.

• El ánodo: Material sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de oxidación con liberación de electrones.

Ejemplo: Zn => Zn+2 + 2 e-

• El cátodo: Electrodo sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de reducción con los electrones provenientes del ánodo.

Ejemplo: Cu+2 + 2 e- => Cu

Figura N° 1: Celda electrolítica, la energía eléctrica se transforma en energía química. Ejemplo: electrodepositación de cobre

Figura N° 2: Celda galvánica, la energía química se transforma en energía eléctrica. Ejemplo: Pila de Daniel (1830)

En resumen:

Veamos el siguiente video y comenta:

1. Material Audiovisual: “Pila daniell o celda galvánica”, disponible en: http://www.youtube.com/watch?v=mIVFJEL9qbQ (01´:33”)

Comenta: ¿Qué se entiende por proceso de oxidación y proceso de reducción? ¿Qué reacción se produce en el ánodo y en el cátodo de dicha celda?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Tarea: Investiga que diferencia existe entre la electroobtención y la electrorrefinación del cobre. ¿En qué procesos se utiliza uno u otro? ¿En Chile existen plantas de Electrorrefinación de cobre? ¿Cuáles?

Esta tarea debes entregarla, al instructor, al finalizar este módulo. Puedes realizar la investigación junto a un compañero del curso y debe ser escrita a mano. No olvidar poner una portada en donde indiques tu nombre, sección, fecha, especialidad y nombre del instructor, así como el nombre del módulo. Además, nunca olvides poner las referencias de donde obtuviste la información con la cual trabajaste.

1.2.2 Proceso electroquímico

Un proceso de naturaleza electro-química se caracteriza por presentar la realización simultánea de dos reacciones denominadas anódicas y catódicas. En la primera sucede una transformación química de oxidación y se liberan electrones. La reacción catódica involucra un proceso químico de reducción con participación de los electrones liberados en el ánodo y que viajan por CONDUCTORES ELECTRÓNICOS (cables) que unen el cátodo con el ánodo.

En la solución, no hay desplazamiento de electrones, sino que los iones se desplazan en la solución. Los aniones (-) van hacia el electrodo de carga positiva y los cationes (+) hacia el electrodo de carga negativa. El electrolito es un CONDUCTOR IÓNICO.

Los procesos electroquímicos pueden ser clasificados en dos tipos según sean o no espontáneos. Los primeros suceden en forma natural y la celda se denomina GALVÁNICA o PILA. Los no espontáneos se realizan por medio de la aplicación de corriente externa y se realizan en una celda llamada ELECTROLÍTICA. En las figuras N° 1 y N° 2, se ilustran ejemplos de procesos galvánicos y electrolíticos.

Los procesos de electrodepositación de metales no son espontáneos y necesitan un aporte de energía eléctrica para ser forzados a ocurrir, por lo cual se estudian las celdas electrolíticas en estos apuntes. La FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA debe proporcionar corriente continua o directa (DC) a la celda, permitiendo el flujo forzado de electrones entre el ánodo y el cátodo dónde son consumidos. En forma simple, la fuente de energía actúa como bomba impulsora de electrones que fluyen por los conductores y los electrodos.

1.2.3 Nociones básicas de electricidad

Antes de revisar el concepto de electroquímica es necesario estudiar algunas nociones básicas asociadas al concepto de electricidad, estas son; electrones, protones, corrientes eléctricas, entre otros.

Para conocer la electricidad, debe entender la materia y de qué está compuesta. En particular, se debe conocer algo sobre una carga eléctrica porque, en términos simples, la electricidad es un flujo de carga eléctrica. El electrón, que es una carga negativa, es el principal conductor de electricidad.

La materia es toda sustancia que posee una masa y ocupa espacio, por ejemplo, el agua, cobre y vidrio. La cantidad de materia más pequeña es llamada átomo.

Figura N° 3: El átomo y sus partes

Aunque el átomo es la pieza más pequeña que permanece como un elemento, contiene varias partes más pequeñas.

Estamos interesados sólo en tres partes – los electrones, protones y neutrones. La muestra cómo los protones y neutrones forman un núcleo alrededor del cual los electrones orbitan a alta velocidad.

Los electrones, que tienen una carga negativa, son atraídos a los protones con carga positiva. Pero debido a que orbitan a alta velocidad la fuerza de atracción es equilibrada por la fuerza centrífuga de los electrones en movimiento.

Vea la figura nuevamente y note que el signo negativo identifica al electrón y el signo positivo identifica al protón. El neutrón no tiene carga y se representa sólo con un círculo.

Hay números iguales de electrones y protones por lo que su carga eléctrica, negativa y positiva, se equilibran, esto es, el átomo en esta etapa es eléctricamente neutro porque las cargas negativa y positiva se cancelan.

1.2.4 Ley de cargas

¿Qué queremos decir con carga eléctrica? Una carga eléctrica es similar a un polo magnético – véase la figura N° 4 a continuación:

Figura N° 4: Ley de cargas

La figura N° 4 muestra que las cargas diferentes se atraen, tal como los polos magnéticos norte y sur se atraen uno al otro. De igual modo, en la figura se muestra que las cargas iguales se repelen.

Entonces, algunos conceptos básicos:

1. Protones: Son partículas que forman parte del núcleo del átomo.

2. Electrones: Son partículas que rodean el núcleo del átomo y crean fuerzas de atracción y de repulsión debido a que estas partículas atómicas tienen una carga eléctrica.

3. Carga eléctrica: Propiedad general de la materia que se puede medir, cuya unidad es el Coulomb (C).

4. Campo eléctrico: Se denomina al espacio alrededor de una carga eléctrica, en él se expresan las fuerzas de atracción o de repulsión, sobre otras cargas eléctricas en el espacio.

5. Electricidad: Fenómeno físico o propiedad general de la materia, que se origina a raíz de la interacción de las cargas eléctricas. Las cargas eléctricas se ubican en las partículas elementales que constituyen el átomo.

Los electrones

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