LA GRAN DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Y DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA

EXTRACCION POR SOLVENTES Y DEPOSICION ELECTROLITICA

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Y DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA

Con el objetivo de hacer un análisis de las corrientes principales de flujo y de los parámetros de operación de la planta, se ha dividido el proceso global en la diferentes operaciones unitarias enlazadas por una fase orgánica como son: extracción por solventes y deposiciones eléctrica.

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES.

Esta planta está diseñada para producir 40 toneladas por día de cobre catódico a partir de una solución denominada licor de lixiviación de bajo grado de cobre (concentración en gramos por litro). Brevemente la parte de extracción por solventes de la planta consiste en un sistema simple de mezclador-asentador.

El propósito de la planta de extracción por solventes, es extraer cobre en forma de un líquido orgánico  a partir de un licor de lixiviación. El cobre extraído es despojado del líquido orgánico  para formar un electrolito purificado que es transportado a las celdas de deposición electrolíticas, y así recuperar el cobre en forma metálica.

El licor agotado sobrante es re circulado al área de lixiviación para que disuelva mas cobre. La planta de extracción por solventes está compuesta de un grupo de mescladores-asentadores, donde las faces orgánicas y acuosas son mescladas y puesto que son  inmiscibles tienden a separarse en el separarse en el asentador, flotando la fase orgánica sobre la fase acuosa debido a su menor densidad.

El proceso de extracción por solventes consta de dos etapas de extracción en reside, una etapa de extracción es paralelo y una sola etapa de despojamiento. Denominadas de la siguiente manera:

Etapa de extracción numero 1 (E-1).

Etapa de extracción numero 2 (E-2).

Etapa de extracción en paralelo (ESP).

Etapa de despojamiento      (D-1).

Las etapas E-1 y E-2 forman dos unidades de extracción en serie.

La etapa ESP  constituye la etapa de extracción que se encuentra en paralelo con respecto al flujo.

Las etapas D-1 es la única etapa de despojamiento en este proceso en particular por lo que parte de este trabajo es hacer un análisis de las condiciones de operación actual para determinar posibles problemas ocasionados por la ineficiencia de la misma.

El liquido orgánico es una mezcla formada por el extractarte y LIX-622 disuelto en queroseno, el extractarte es patentado por HENKEL que teóricamente carga hasta 0.565 gr de cobre por cada 1% de reactivo en un litro de solución orgánica.

En ambas secciones de extracción en serie y despojamiento, los sistemas de mezclador-asentador han sido diseñados para que las fases orgánicas y acuosas fluyan en sentidos opuestos o a contra corriente, y únicamente  en la etapa de extracción en paralelo, las fases fluyen en el mismo sentido. (El flujo en contracorriente en general es más eficiente que los medios alternados de flujo).

Por lo que el líquido de lixiviación (alimentación) entra en la etapa E-1 y emerge como refinado  (licor agotado) en la etapa E-2. El líquido orgánico  semi-cargado fluye de la etapa ESP a E-2  y emerge en E-1 como liquido orgánico enriquecido (cargado). Por otra parte el  licor de lixiviación entra en ESP y emerge como refinado por el canal de solución acuosa del mismo mezclador-asentador. El orgánico enriquecido (cargado con los iones de cobre) es bombeado desde su tanque de almacenamiento a la etapa D-1 (despojamiento) en donde es despojado por un electrolito con alta concentración de acido sulfúrico (H2SO4). Posteriormente sale como orgánico despojado (descargado) para entrar en la etapa ESP donde emerge como orgánico semi-cargado para cerrar el ciclo de su recorrido; el cual enlaza las operaciones de extracción y despojamiento. Por otra parte el circuito del electrolito inicia desde el tanque de almacenamiento de electrolito descargado, el cual es bombeado a la etapa  de despojamiento (D-1) donde despoja del orgánico los iones de cobre disueltos en el, para emerger en el mismo mezclador-asentador como electrolito rico (en de cobre), ser almacenado y alimentado a las celdas de electrodeposición, donde saldrá como electrolito descargado y regresar al tanque de almacenamiento, para cerrar su ciclo.

En la figura 3, se muestran los principales detalles de las corrientes de flujo, reactores (tanques mezcladores-asentadores celdas de deposición eléctrica y tanque de almacenamiento  de las sustancias involucradas) en el sistema E.S.D.E.I.

[pic 1]

[pic 2]

Donde

1.- pila de recepción de licor de lixiviación.

2.- etapas de extracciones serie número uno (E-1 y  E-2)

3.- etapa de extracción en paralelo (ESP)

4.- etapa de despojamiento (D-1)

5.- tanque de almacenamiento de orgánico cargado (TPO 6)

6.- celdas de deposición electrolítica de denominadas celdas iniciadoras (C.I.).

7.- tanque de almacenamiento de electrolito rico (TPO 8).

8.- tanque de almacenamiento de electrolito (TPO 9).

9.- tanque de almacenamiento de acido sulfúrico.

10.- celdas de deposición eléctrica, denominadas celdas comerciales (C2C)

2.1.2  deposición eléctrica

La planta de deposición electrolítica produce cobre metálico (cobre catódico CON 99.97%   de pureza) a partir de una solución electrolítica que contiene sulfuro de cobre (CuSO4), acido sulfúrico (H2SO4), agua (H2O), y otras impurezas, en un reactor llamado celda de electrodeposición o de deposición electrolítica, el cual tiene los mismos elementos que una celda electroquímica convencional (sitio anódico, sitio catódico, conductor  eléctrico, conductor iónico o electrolítico y fuente de energía externa) como se ilustra en la figura 4. El electrolito fluye continuamente en la celda donde se hace pasar una corriente que va desde un ánodo insoluble de plomo-calcio a un cátodo de acero inoxidable. En la superficie interracial entre el cátodo y el electrolito, ocurre la reacción de media celda catódica (reducción de los iones de cobre que se encontraban  en el electrolito a cobre metálico) para el cobre, que es depositado en la superficie de cátodo de acero inoxidable, formando una capa de cobre metálico, que  gradualmente aumenta su espesor y peso, en tanto que en el ánodo, el agua se oxida en iones hidrogeno (H+) y oxigeno gaseoso (O2).

Las ecuaciones siguientes muestran los procesos anódicos y catódicos para la deposición electrolítica del cobre.

Reacción de media celda para el proceso catódico de iones de cobre a cobre metálico.

Cu2++  2e-   → Cu (cobre metálico)   (2)

Eo  = + 0.34  v

Reacción de media celda para la oxidación de agua, con evolución de oxigeno gaseoso.

H2O  →  ½ O2 (g) + 2H+  +  2e-      (3)

Eo = +1.23 v

La reacción global de la celda queda de la siguiente manera:

Cu2+  +SO42-  + H2O  →       Cu (metálico) +  ½ O2 + 2H+ +  SO42-

Eo  =  -0.89  v

Teóricamente se producen 1.19 kg (2.6 libras) de cobre metálico por cada 1000 ampere-hora, sin embargo, como la eficiencia de diseño de la plantas es del 85%, para la misma cantidad de ampere-hora se producirán  solamente 1.0. kg de cobre metálico (2.2 libras)

Lo anterior se puede demostrar si aplicamos una de las leyes de faraday a la electrodeposición de cobre.  

W  =  EqIt/96500            (5)

Donde

W = peso de cobre que se electro deposita (gramos).

I  =  corriente, amperes.

Eq  = peso equivalente = peso atómico/valencia

T   = tiempo, segundos.

Ejemplo:

I   = 1000 amp.

t = 1 hora = 3600 seg.

Eq.   =  31.77

96500   =  constante  de faraday en (amp-seg)/eq

Si sustituimos estos calores en la ecuación (5),  obtenemos los gramos que teóricamente se electro depositan con las condiciones anteriormente definida.

W  = 1185.20gr  =  1.1852   kg

Este valor obtenido es muy aproximado al valor reportado en la operación de la planta D.S.D.E.1 (1.19 kg).

La eficiencia eléctrica o de corriente depende de parámetros tales como:

1.- densidad de corriente en amp/m2.

2.- temperatura del electrolito.

3.- concentración de cobre en el electrolito alimentado a la celda.

4.- concentración de acido sulfúrico  (H2SO4)  libre en el electrolito  alimentado a la celda.

5.- niveles de impurezas en el electrolito alimentado a la celda, tales como hierro, grasas, oxido de plomo, etc.

6.- cortos y falsos contactos entre el ánodo y el cátodo.

7.- numero de huecos en la celda (lugares vacios entre ánodo y ánodo).

8.- limpieza y estado  de operación de los puntos de contacto entre el conductor eléctrico de la celda y las barras de conducción metálicas  del ánodo y el cátodo.

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