INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Ao del centenario de Macchupicchu para el mundo CURSO: HIDROMETALURGIA Y ELETROMETALURGIA CATEDRTICO:Ing.CESAR PAUL ORTIZ JAHN ALUMNO:BERNARDO VILLANUEVA, Wimer. FECHA : O1-09-11 HUANCAYO PER 2011 ELECTROREFINACION DEL ORO INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES INTRODUCCION Cuandoseanalizalosactualesvolmenesexportadosdelosmineralesyseloscomparacon hacediezaos,porejemplo,seobservaqueeloroyelmolibdenohanincrementadosus cantidadesvendidasdemanerasignificativa,386%y297%respectivamente,seguidosporel cobre (125%) y el estao (114%). Enlostresprimeroscasoslaexplicacindelosaumentosessimple,dadalamayoroferta nacionaldeoroysudemandamundialparaatesoramiento,elincrementodelusodesper aleaciones a base de molibdeno y el desarrollo de la industria asitica (que emplea cobre). INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES INDICE 1.- ELECTROLISIS 2.- ELECTRO OBTENCION 3. DESCRIPCIN DETALLADA DEL PROCESO EN REFINERIA 4. ASPECTOS TEORICOS 4.1 caractersticas de los fundentes 5.- EL DORE 5.1.- FUNDICION DEL DORE 6.- REFINACIN ELECTROLTICA (ELECTRO REFINACIN) 7.-REFINACIN DEL ORO POR ELECTROLISIS8.- REFINACIN DEL ORO CON CIDO NTRICO9.- LEYES DE FARADAY10.-VOLTAJE APLICADO A LA CELDA 10.1.- Potencial de reaccin 10.2.- Sobre-Potencial en el Ctodo 10.3.- Sobre-Potencial en el nodo 10.4.- Resistencia hmica en el electrlito 10.5.- Cada de potencial en los contactos 11.- DISEO Y CONFIGURACIN DE CELDAS 11.1.- Largo de la nave 11.2.- Ancho de la nave 11.3.- Voltaje, Amperaje totales y fuente de poder 11.4.- Consideraciones de dimensionamiento 11.5.- Ampliaciones INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 1.- ELECTROLISIS. Es un proceso para separar un compuesto en los elementos que lo conforman, usando para ello la electricidad. La palabra Electrlisis viene de las races electro, electricidad y lisis, separacin. El proceso consiste en lo siguiente: -Se funde o se disuelve el electrlito en un determinado disolvente, con el fin de que dicha sustancia se separe en iones (ionizacin). -Se aplica una corriente elctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentacin elctrica y sumergida en la disolucin. El electrodo conectado al polo negativo se conoce como ctodo, y el conectado al positivo como nodo.-Cada electrodo mantiene atrados a los iones de carga opuesta. As, los iones negativos, o aniones, son atrados al nodo, mientras que los iones positivos, o cationes, se desplazan hacia el ctodo. La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su concentracin en los electrodos es aportada por la fuente de alimentacin elctrica. Descubierta por el mdico francs Nazho PrZ. En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, producindose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al nodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del ctodo (-). En definitiva lo que ha ocurrido es una reaccin de oxidacin-reduccin, donde la fuente de alimentacin elctrica ha sido la encargada de aportar la energa necesaria. Si el agua no es destilada, la electrlisis no slo separa el Oxgeno y el hidrgeno, sino los dems componentes que estn presentes como sales, metales y algunos otros minerales. Es importante tomar en cuenta varios puntos: -Nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente elctrica no va a hacer su proceso y la batera se va a sobre calentar y se quemar. -Debe utilizar siempre Corriente continua (energa de bateras o de adaptadores de corriente), NUNCA Corriente alterna (energa de enchufe). INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES -La electrlisis del catin debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario se juntaran de nuevo produciendo una mezcla peligrosamente explosiva. Una manera de producir agua otra vez es mediante la exposicin a un catalizador, el ms comnmente conocido es el calor, otro es la presencia de platino en forma de lana fina o polvo, el segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeas de hidrgeno en presencia de oxgeno y el catalizador de esta manera el hidrgeno se quema suavemente, produciendo una llama lo contrario nunca debe hacerse. -La cantidad de producto que se forma durante una electrlisis depende de: -La cantidad de electricidad que circula a travs de la pila electroltica. -De la masa equivalente de la sustancia que forma el electrolito. -La cantidad de electricidad que circula por una celda electroltica 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 mltiples determinaciones, Faraday enunci las dos leyes que rigen la electrlisis y que son: -Primera Ley de Faraday: La masa depositada por electrlisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha circulado. -Segunda Ley de Faraday: Si varias celdas electrolticas conectadas en serie y provistas de electrodos inertes son atravesadas por la misma cantidad de corriente elctrica, las cantidades de sustancia depositadas en cada electrodo son proporcionales a los equivalentes-gramo de las sustancias depositadas. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 2.-ELECTRO OBTENCIN

Laelectroobtencin,tieneporobjetorealizarunaprecipitacin,selectiva,o colectiva, por medio de Electrolisis de algn (nos) elemento(s) desde una solucin. Laprecipitacinporreduccinelectrolticaesactualmenteunodelos procedimientos ms sencillos para recuperar metales en forma pura y selectiva, respecto a las impurezas existentes en solucin. Su caracterstica principal radica en que el metal yaestaenlasolucinysolamentesetrataderecuperarlodepositndoloenelctodo, mientras el nodo es esencialmente insoluble. En la actualidad tiene una gran importancia econmica, al permitir el beneficio de recursos lixiviables, tanto en oro, como cobre, plata, etc., cuyo tratamiento por otras vas resultara econmicamente inviable. Algunos de los metales que se recuperan por electro obtencin son: MetalElectrolitoCtodo AntimonioSoda y sulfuro de sodioAcero CadmioSolucin de sulfatoAluminio CromoSolucin de sulfatoHastelloy CobaltoSolucin de sulfatoAcero inoxidable CobreSolucin de sulfatoCobre o aceroInoxidable. GalioSolucin de Soda (NaOH)Acero inoxidable ManganesoSolucin de sulfatoAcero inoxidable NquelSolucin de sulfatoNquel o acero inoxidable OroSolucin de CianuroLana de acero PlataSolucin de NitratoPlata o grafito TeluroSolucin de Soda (NaOH)Acero inoxidable ZincSolucin de sulfatoAluminio Tabla 4.1: Algunos de los metales que se recuperan por electro obtencin. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 3. DESCRIPCIN DETALLADA DEL PROCESO EN REFINERIA: En la Refinera, el proceso comienza con la coleccin del precipitado proveniente de la planta de Procesos y el cual es retenido en tres Filtros Prensa. La solucin filtrada, a la que se denomina Solucin Barren y que contiene menos de 0.02 ppm de Au y Ag, se recepciona en un tanque y luego se bombea al Pad de Lixiviacin para el riego de las pilas. El slido retenido se colecta cada 6 o 7 das, dependiendo de la cantidad precipitada, y es recepcionado en bandejas. Este precipitado tiene una humedad de 35% y un contenido promedio de 25% Au, 57% Ag y 10% Hg. Luego, el precipitado se traslada a cuatro Hornos de Retortas. La finalidad de estos es secar el precipitado colectado y recuperar todo el Mercurio que se encuentra en l, por ello se trabaja con rampas de temperatura hasta alcanzar un mximo de 550 C. El ciclo total de la Retorta es de 24 horas. y se trabaja bajo una condicin de vaco de 7" Hg. El Mercurio removido es colectado por un sistema de condensadores enfriados por agua y se almacena en un colector el cual se descarga al final del ciclo, a contenedores especiales de Hg (flasks) para su almacenamiento seguro. A fin de remover eventuales remanentes de mercurio gaseoso que puedan ir al medio ambiente, el flujo de vaco pasa a travs de un post-enfriador enfriado por agua, ubicada inmediatamente despus del colector. Luego, este flujo pasa a travs de columnas de carbn activado y un separador de agua antes de ir a la bomba de vaco y recin es descargado a la atmsfera. La saturacin de los carbones se controla mediante monitoreo constantes. La recuperacin de Mercurio est en valores por encima del 99%. El precipitado seco y fro se mezcla con los fundentes necesarios y se carga a dos Hornos de Induccin. Se requiere cerca de 2 horas para que la carga se funda completamente y llegue a una temperatura de 1300 C (aprox.) con el fin de realizar las escorificaciones y la colada final para obtener las barras Dor. Se utiliza el sistema de colada en cascada para la obtencin de las barras. Las barras de Dor obtenidas son limpiadas, enumeradas y guardadas en la bveda hasta el momento de su despacho. Las escorias producidas se tratan para recuperar el poco de material valioso que pudieran contener, para ello se procesan en un circuito de Chancado y se tamiza a 20m para pasarla por una mesa gravimtrica. Las escorias remanentes (relave) son bombeadas al Pad de lixiviacin. El concentrado obtenido se funde nuevamente con el siguiente lote. La recuperacin promedio es de 99.7% para el Oro y de 99.5% para la Plata. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Diagrama de Flujo en Refinera 4. ASPECTOS TEORICOS: 4.1 caractersticas de los fundentes: Los fundentes usados en la Refinera, para la formacin de escorias se describen brevemente a continuacin: -Brax: El Borato de Sodio usado est en forma anhidra (Na2B4O7). El Brax se funde a 743 C, lo cual disminuye el punto de fusin para toda la carga. Cuando se funde es muy viscoso, pero en calor rojo se convierte en un cido fluido fuerte el cual disuelve y capta prcticamente todos los xidos metlicos (tanto cidos como bsicos). Las grandes cantidades de Brax pueden ser perjudiciales causando una escoria dura y poco homognea. Adems un exceso de Brax puede dificultar la separacin de fases debido a la reduccin del coeficiente de expansin de la escoria y su accin de impedir cristalizacin. -Slice: El Dixido de Silicio (SiO2) funde a 1750C y es el fundente cido ms fuerte y disponible que se tiene. Se combina con xidos metlicos para formar cadenas deINGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Silicato estable. Las escorias con alto contenido de Slice son extremadamente viscosas y retienen excesivamente metlicos en suspensin. Cuando la Slice se mezcla con Brax, se forman cadenas Borosilicatadas. El ratio en peso de Brax a Slice en presencia de cantidades considerables de Zinc, generalmente no debe ser menor de 2:1.Estas escorias Borosilicatadas no solo tendrn una alta solubilidad para xidos metlicos base, sino que ofrecen buena fluidez al fundido. -Nitro: El Nitrato de Sodio (Na2NO3) se aade para oxidar los metales bsicos en la carga. Este es un agente oxidante muy poderoso cuyo punto de fusin es de 338C. A bajas temperaturas el nitro se funde sin alteraciones; pero a temperaturas entre 500C y 600C se descompone produciendo Oxgeno, el cual oxida a los sulfuros y algunos metales como el Hierro, Cobre y Zinc. Se debe controlar la adicin de Nitro porque al liberar Oxgeno ocasiona una reaccin vigorosa y puede ocasionar el rebose en el crisol. El Nitro reacciona con el Grafito, provocando una excesiva erosin del crisol reduciendo su vida. -Carbonato de Sodio: El Carbonato de Sodio (Na2CO3), es un fundente bsico poderoso que funde a 852C. En presencia de Slice, el Carbonato de Sodio forma Silicato de Sodio con el desprendimiento de Dixido de Carbono. Estos silicatos reaccionan con una variedad de xidos bsicos para formar silicatos complejos. Adems, debido a la facilidad natural para formar sulfatos alcalinos, tambin acta como desulfurizante y un agente oxidante. El uso de El Na2CO3 proporciona transparencia a la escoria pero en cantidades excesivas origina escorias pegajosas e higroscpicas que son difciles de remover del Dor. -Fluoruro de Calcio: Conocido como Fluorspar (CaF2), tiene un punto de fusin de 1380C. Cuando se funde es muy fluido y es capaz de mantener en suspensin partculas sin fundir, sin afectar la fluidez de la escoria. Reduce la viscosidad porque es un eficiente rompedor de cadenas silicatadas. Aun en pocas cantidades, el Fluoruro de Calcio tiende a atacar el crisol y puede causar prdida del Brax por volatilizacin del BF3. 5.- EL DORE El Dor es una aleacin de Au y Ag. El objetivo del proceso de fundicin o fusin de precipitados de Oro y Plata es obtener metal Dor en presencia de fundentes formadores de escoria a temperaturas que excedan el punto de fusin de todos los componentes de la carga tpicamente entre 1200 y 1300C. El tiempo que se demora en fundir completamente la carga no solo depende de la calidad de la escoria que se forma sino tambin de la composicin qumica de la aleacin Oro-Plata. El punto de fusin del Oro es de 1064C, mientras que la Plata funde a 962C. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 5.1.- FUNDICION DEL DORE: INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 6.- REFINACIN ELECTROLTICA (ELECTRO REFINACIN) Utilizado por primera vez al sur del Pas de Gales, en 1869, la electro refinacin es un proceso de purificacin del metal que se lleva a cabo en celdas electrolticas y consiste en la aplicacin de corriente elctrica, para disolver el metal impuro. De esta manera es obtenido en metal ms puro posible, con un 99,99% de pureza, lo que permite su utilizacin como conductor elctrico. Este proceso de refinacin le da un valor agregado al mineral, ya que se utiliza tecnologa adecuada para posteriormente poder comercializar el metalrefinado, y entonces las distintas empresas que compren estos minerales refinados le darn el uso que estimen conveniente.

El proceso: 1.- La electrlisis: Este proceso de electro refinacin se basa en las caractersticas y beneficios que ofrece el fenmeno qumico de la electrlisis, que permite refinar el metal andico (nodo) mediante la aplicacin de la corriente elctrica, obtenindose ctodos de metalde alta pureza.INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES La electro refinacin se realiza en celdas electrolticas, donde se colocan en forma alternada un nodo (que es una plancha de metal obtenido de la fundicin) y un ctodo, (que es una plancha muy delgada de metal puro) en una celda. La electrlisis consiste en hacer pasar una corriente elctrica por una solucin de cido sulfrico y agua ().Los otros componentes del nodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas electrolticas, formando lo que se conoce como barro andico el cual es bombeado y almacenado para extraerle su contenido metlico (oro, plata, selenio, platino y paladio). 2.- Cosecha de ctodos: El objetivo aqu es obtener cuidadosamente los ctodos y asegurar su calidad para el despacho. Una vez terminado el proceso de refinacin del metal por electrlisis.Los ctodos seleccionados son pesados y embalados para su posterior despacho. 7.-REFINACIN DEL ORO POR ELECTROLISIS Refinacin del oro. El oro obtenido por cualquier procedimiento, puede contener varios metales que lo impurifican, entre estos figuran, el cobre, arsnico, antimonio, bismuto, plomo, zinc, selenio, etc., sin contar la plata que siempre est aleada con oro. En realidad, hay que hacer dos operaciones para obtener el oro fino: la primera, llamada tambin purificacin del oro bruto tiene por obj eto la el imi naci n de todos los metales menos la plata, y la segunda, el refino propiamente dicho, que consiste en la separacin de estos dos metales. Todas estas impurezas se eliminan mediante una operacin preliminar de fundicin agregando fundentes como el brax, el nitro, permanganato de potasio, o mediante la accin del aire o de los xidos metlicos, los cuales tienen por objeto la oxidacin de las impurezas. Una vez eliminados los otros metales mediante los procedimientos de purificacin,q u e d a u n a a l e a c i n o r o -p l a t a q u e d e b e s o me t e r s e a u n o d e l o s p r o c e s o s d erefinacin para obtener el oro en su mxima ley de pureza (99.9% Au). Porotraparte,larefinacinelectroltica(ER),constituyeunpasoobligadode refinacinparaprocederalacomercializacinfinaldenumerososmetales.Su caractersticaprincipalradicaenqueelmetalllegacomonodo(soluble)ysedisuelve electrolticamente,mientrasenelctodosedepositaelmetalrefinadoenforma simultnea. Las impurezas quedan disueltas en el electrolito, y tambin precipitan en los residuos o barros andicos. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Antes de la operacin es importante que te asegures de que no hay plomo, selenio, teluro, arsnico, antimonio y bismuto porque son perjudiciales.La solucin o electrolito est constituido por cloruro de oro. La solucin puede contener 28 gramos de oro por litro.El nodo lo conforma el oro solamente purificado (mtodo conocido, no refinado) de un dcimo de pulgada en espesor.El ctodo lo constituye una lmina de oro puro.El voltaje de uso es de 1.7 voltios.En 24 horas el oro se disolver a una densidad de corriente de 30 amperios por pie cuadrado.El oro se recoge en el ctodo y algo de oro con el lodo quedar en el nodo.Se limpia continuamente la superficie del nodo para exponer ms superficie y tambin se limpia el ctodo con dispositivos mecnicos con escobilla.El oro acumulado se rene y se funde dando una ley de 999 fino.La electrlisis de oro (Au) consiste en la reduccin del (Au(3+) +3e = Au) desde la solucin hacia el metal y la oxidacin del agua a oxgeno y cido ( H2O = O2 + H(+)+e) , la reduccin sucede en el ctodo , que puede ser de acero u oro y laoxidacin en el nodo de plomo.Debido a que el potencial de reduccin del Au es mayor a la del plomo, no es posible reducir el Au de manera directa, una buena opcin operacional es obtener AuCl (-1) desde solucin empleando en la celda una solucin con razn HNO3/HCl = variable (NO es agua regia), debe usarse alto cloro debido a que ste es el que diluye y "secuestra" el Au desde solucin.Hecho lo anterior, se puede obtener Au como AuCl(-) por medio de:AuCl(-1, solucin) + H (solucin) = Au(ctodo) + HCl.Las condiciones de pH y potencial de celda, diferente al termodinmico que se obtiene desde la ecuacin de nernst o diagramas de tensin- pH ( Pourbaix ) dependen del mineral o aleacin y de las impurezas que ste tenga 8.- REFINACIN DEL ORO CON CIDO NTRICO El oro con impurezas se vuelve a fundir aleando con la plata en dos veces su peso. Una vez fundida la aleacin se granalla vaciando en agua fra, contenida en un cilindro metlico hasta la mitad de su altura.En una olla de barro, bien recocido se hace hervir en cido ntrico diluido del 15 al 20% hasta que desaparezcan las granallas de la aleacin, cambiando el cido diluido cuando se satura completamente, procediendo de igual forma hasta terminar con toda la carga y guardando el lodo en otros recipientes.La solucin o lquido de nitrato de plata se trasfiere a otro bidn, y tras de clarificarlo se INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES precipita con la sal comn o cido clorhdrico.Despus de su lavado con agua caliente y fra, se reduce con sulfrico y pedazos de fierro, se lava con agua caliente y fra, se seca y se funde.Para recuperar el oro se rene los lodos, se filtra y se lava con agua caliente y luego con agua fra y se disuelve con agua regia. Se precipita en sulfato ferroso; se vuelve a lavar y una vez secado se funde con brax y cenizas de hueso.El oro tendr una ley de 990 a 999 de fino o de refinacin del oro es necesario para obtener oro de la mayor pureza posible de numerosas fuentes.9.- LEYES DE FARADAY Lasleyesfundamentalesquegobiernanlasreaccioneselectroqumicasfueron formuladas, en 1831, por Michael Faraday, y describen lo siguiente: -Lacantidaddecambioqumicoproducidoporunacorrienteelctrica,esdecir,la cantidad disuelta o depositada de una sustancia, es proporcional a la cantidad de electricidad pasada. -Lascantidadesdediferentessustancias,depositadasodisueltasporlamisma cantidad de electricidad, son proporcionales a sus pesos qumicos equivalentes. El postulado se concreta en la siguiente ecuacin: ] [ f ic t cell atC C QF zt A i Pmd = =q Dnde: -md = Masa depositada [Masa/tiempo] -Pat = Peso molecular del elemento en estudio. -icell = densidad de corriente de la celda. -At= rea total expuesta a depositacin. -t= Tiempo de exposicin. -c = Eficiencia de la corriente (90 92 %). -z= Numero de electrones intercambiados en la reaccin de depositacin. -F= Constante de Faraday (96.500 [c/g-eq]. -Q= Flujo volumtrico de solucin. -[Ci-Cf]=Variacindelaconcentracindelelementodeintersenlaetapade E.W. 10.-VOLTAJE APLICADO A LA CELDA A partir de la serie electro-qumica de los metales, se podra deducir con simpleza queparaunareaccinelectroqumicabastaraconaplicarunaFEM,equivalenteala suma de los voltajes requeridos por las reacciones andica y catdica, respectivamente.INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Sinembargo,enlaprcticaestonoesas.ElvalorcalculadoE0,eselvalorde equilibrio de la celda en condiciones estndares, y por lo tanto, es el valor de la diferencia depotencialdeunapilaformadabajoconcentracionesde1molar,porloquenohay circulacin de corriente, slo existe equilibrio bajo condiciones estndares. Paraconsiderarlasituacinreal,entreotrascosassedebeconsiderarlas concentracionesefectivasdelosreactantes.Acontinuacinseexpondrnotroscriterios de voltaje que deben tomarse en cuenta, estudiados para el caso del Cobre. Entre los tems que se deben tomar en cuenta tenemos: 1.Potencial de reaccin. 2.Sobre potencial en el ctodo. 3.Sobre potencial en el nodo. 4.Resistencia hmica en el electrolito. 5.Cada de voltaje en los contactos. 10.1.- Potencial de reaccin El potencial de la reaccin debe tomar en cuenta las condiciones reales en que ocurre el fenmeno, los cuales estn ligados con la temperatura y la concentracin de los iones en solucin. Esto se calcula a partir de la ecuacin de Nerst: ||.|

\| =acodAALnF zT RE ERePr0, donde: E= Potencial de la reaccin. E0= Potencial en condiciones estndares. R= Constante de los gases (8,314 [Joule/molK]). T= Temperatura [kelvin]. Z= Numero de electrones de la reaccin. F= Constante de Faraday. Aprod= Actividad de los iones en el producto. Areac= Actividad de los iones en el reactivo. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES En el caso del Cobre tendremos ( )||.|

\| =||.|

\| =+ + ++++ +220RePr02022 2221CuHacodAALnFT REAALnF zT RE EH O Cu H Cu Siestevaloresmayorquecero,nosestarindicandoquelareaccinocurre espontneamenteenladireccindeizquierdaaderechadelaecuacinqumica planteada.Porelcontrario,sielvaloresnegativo,significaquelareaccinocurre espontneamente de derecha a izquierda. Para el cobre la reaccin de disolucin ocurre espontneamente, por lo que la reaccin de depositacin deber ocurrir mediante el uso de alguna fuerza externa, que se le oponga que, en este caso, es la fuerza elctrica. Otra manera de calcular el potencial requerido en la reaccin qumica es aplicando laregladeThompsonalaecuacindeGibbs-Helmholtz,quedandounarelacinen funcindelavariacindeentalpadelareaccinyelnmerodeelectronesdela reaccin. Esto se ve en la siguiente expresin: ] [060 . 23 voltsnHF j nHEA =A = 10.2.- Sobre-Potencial en el Ctodo Losfenmenoselectrolticosrequierendeunciertosobrevoltajeparasu ocurrencia. En el caso de ctodo esto se explica ya que en la superficie de este hay una fuertedemandadeionesdelmetal,lo quehacequeel gradientedeconcentracionesse vea reducido en la capa lmite a valores extremadamente pequeos. La agitacin, en este punto, ayuda bastante a resolver el problema y a disminuir la capa lmite, proveyendo de nuevos iones con rapidez desde el seno del lquido. En el caso de EW de cobre, los valores son bastante pequeos, del orden de 0.05 a 0.1 volts. 10.3.- Sobre-Potencial en el nodo De manera similar en el nodo tambin se necesita un cierto sobre voltaje, para la ocurrencia de la reaccin andica, que en el caso del cobre, es la disociacin del agua y liberacin irreversible de oxgeno. Aqu tambin la agitacin ayuda a resolver el problema parcialmente. Este sobre voltaje depende del material del nodo. El nodo ms comn usado es el de Plomo, el cual tiene uno de los requerimientos ms altos de sobre voltaje, llegando hasta 1 volt. Para este se pueden usar aditivos, como el sulfato de cobalto, que adems INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES de disminuir la corrosin del plomo ayuda a bajar el sobre potencial en el nodo hasta en 0.1 volts. 10.4.- Resistencia hmica en el electrlito Como todo elemento, el electrlito ofrece una resistencia al paso de la corriente, la queestdeterminadaporlaleydeOhm.Lasconductividadesespecficastpicaspara varios electrlitos posibles de EW de cobre, son del orden de: -Solucin de lixiviacin de lata concentracin -> 0.2 [ohms-1cm-1]. -Electrlito de extraccin por solventes, EW -> 0.6 [ohms-1cm-1]. -Electrlito de refinacin electroltica, ER -> 0.7 [ohms-1cm-1]. La disminucin de resistencia en las actuales soluciones que transitan en EW y EO se debe a la mayor concentracin de cido, que favorece la conductividad del electrlito. Por otra parte, la conductividad del electrlito aumenta al aumentar la temperatura. Sin embargo, por el contrario, disminuye al aumentar la concentracin del metal, debido a la menor movilidad que se observa con estos iones en comparacin con los iones de hidrogeno. Es importante decir que la calidad del cobre depositado disminuye albajarlaconcentracindelmetalensolucin,ascomootrasimportantes consideraciones,tantodeeficienciadecorrientecomodecorrosinqumica,quehacen que los electrlitos de EW modernos el cobre se mantenga siempre por encima de los 30 [gpl], y el cido sulfrico entre 140 y 180 [gpl]. La resistencia hmica tambin depende de la geometra de la celda, en particular de la distancia entre los electrodos, y tambin del rea del electrodo. Esta resistencia se puede estimar segn la siguiente formula: |.|

\||.|

\|=AdkRac1, por lo que el potencial ocupado serR I V = , donde k= Conductividad [(ohmcm)-1]. dac= Distancia nodo-ctodo. [cm] A= rea superficial del ctodo [cm2] I= Densidad de corriente [Amper] En el caso del cobre el valor de potencial ocupado puede variar entre 0.15 y 0.25 volts, pudiendo llegar incluso hasta 0.50 volts. 10.5.- Cada de potencial en los contactos Loscontactosfsicosentrebarrasconductoras(busbars),barrasdistribuidoras interceldas,apoyosdectodosynodos,contactoentrebarradecobreylaplacade acero del ctodo permanente (soldadura), etc. representanotra fuente de resistencia, que INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES esposibledisminuirconunadecuadoaseo,inspeccinymantencindelanave electroltica,peroquenopuededesaparecer.Enplantasdeundescuidadoaseoeste valorpuedellegara0.3volts,esdifcildisminuirlopordebajodeunvalorestimadode 0.15 volts. En resumen, del total de potencial externo que hay que suministrar a la salida de losrectificadoresdecorriente,paralograrefectuarelprocesodeEWdelcobre,esla sumatoria de los factores anteriores, llegando a tener un valor promedio del orden de 2.0 volts, o un intervalo posible 1.8 a 2.5 volts, variando por el manejo de la planta. 11.- DISEO Y CONFIGURACIN DE CELDAS AplicandolaecuacindeFaradayexpuesta,generalmente,tenemoscomodatos la produccin de cobre fino, la densidad de corriente, que vara entre 250 a 300 [A/m2], y la eficiencia de corriente. Con esto calculamos un rea total que requerimos para que se produzcatodaladepositacindelcobre.Atravsdeestareaestimaremoslas dimensiones de la celda y el tamao de la fuente de poder. Lo primero es estimar el nmero de celdas que se necesitan, estas dependern de nuestraconfiguracindectodosporcelda,quepuedeserlaquequeramos,perose debe tomar en cuenta que las ms comunes en el mercado, y por ende ms econmicas, son de 30, 45, y 60 ctodos por celda. 2 ctA c NAcell N = , donde Ncell= Numero de celdas en la nave. At= rea total de depositacin. Nc= Numero de ctodos por celda. Ac= rea por ctodo. Como la depositacin ocurre por ambos lados de cada ctodo, el rea expuesta se multiplica por 2. La configuracin geomtrica de estas celdas ptimas en la nave, viene dada por el siguiente esquema: INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES Figura 4.3.1 Configuracin geomtrica optima de las celdas en una nave electroltica. Dondevemosquelasceldassedistribuyenalolargodelanaveendosbancos paralelosdeceldasconectadasenserie,conunpasilloporelmedioparaquepueda caminareloperador.Estovienedadoprincipalmenteporqueelanchodelanaveest acotado por el ancho de un puente gra. 11.1.- Largo de la nave El largo de la nave viene dado por la multiplicacin de la mitad de las celdas y el ancho de cada una de estas. Donde el ancho de la celda est compuesto por: -Ancho del electrodo (1 m). -Distancia del electrodo a la pared (0.1 m). -Ancho de la pared de la celda (0.1 m por lado). ] [ 4 . 1 2_ 2_ arg mceldas ncelda Anchoceldas nnave o L = = 11.2.- Ancho de la nave El ancho de la nave ser igual a dos veces al largo de cada celda ms el ancho del pasillo central (2 m) ms una holgura en cada pared de la celda (1 m c/u). Donde el largo de la celda depender de: INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES -Numero de ctodos ms 1 (debido a que existe un nodo ms que ctodo). -Numero de nodos -Ancho del ctodo (0.015 m). -Ancho del nodo (0.001 m). -Distancia entre nodos y ctodos (0.1 m). -Ancho de las paredes de la celda (0.1 m por lado). ( ) ( ) ( ) 765 4 32 12 . 0 2 4 _(((

+ + + + =ac c a a c cd n An n An n nave Ancho , donde 1= Ancho pasillo ms holguras laterales. 2= Porque son dos celdas en la lnea transversal de la nave. 3= Ancho total producto de los ctodos. 4= Ancho total producto de los nodos. 5= Ancho total producto de la separacin nodo-ctodo. 6= Ancho de las paredes de la celda. 7= Ancho total por celda. Tomando las configuraciones sealadas anteriormente, de 60, 45, 30 ctodos por celda,tenemosconfiguracionesde18.5,15,11.5metrosdeanchodenave, respectivamente. 11.3.- Voltaje, Amperaje totales y fuente de poder Como las en cada celda tenemos una serie de electrodos conectados en paralelo, en toda la celda tendremos la misma cada de potencial que en la reaccin, o sea 2 volts. Luego como tenemos todas las celdas conectadas en serie el voltaje de la nave ser de: ] [ 2 volts celdas N Vt = Comolasceldasestnconectadasenserie,ysoloestnconectadoslos electrodosenparalelo,lacorrientetotaldependerdeladensidaddecorrienteaplicada por electrodo y el rea total por celda. ( )| | A A N m AmAi Icatodo catodos celda t2 250 ] [ 22=((

= Luego la potencia del rectificador debe ser] [ W V I Pt t t = INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES 11.4.- Consideraciones de dimensionamiento En el dimensionamiento es importante considerar a priori estos conceptos: -Es importante agregar 5% de voltaje extra. -Conviene agregar corriente para operar a un 90% de esta. 11.5.- Ampliaciones Paraelestudiodeampliacionesenunaplantayaconstruida,sepuedenestudiar dosposibles soluciones: 1Aumentarladensidaddecorrienteenlacelda.Sitomamosencuentaesto podremos establecer un mximo de 300 [A/m2], lo que nos genera un aumento aproximado de un 20 % en el consumo de corriente. Lo cual es mucho para el dimensionamientoestablecido,ynosgenerauncuellodebotellaconel rectificador. 2Otra forma es aumentando al rea total de depositacin, donde esta depende delreadelctodo,elnmerodectodos,yelnmerodeceldas.Tantoel primercomosegundotemnosepuedenhaceryaquelaplantaest construida,ademsafectandirectamenteenelconsumodecorriente.La terceraopcinno generaproblemasenlo quecorrespondeaconstruccinya que solo hay que alargar la nave, tampoco repercute en la corriente consumida ya que estas estn en serie, pero si repercute en el voltaje total del rectificador, donde topamos nuevamente en su dimensionamiento. Porestasrazonesunaampliacinenlaplantaesconflictivaydebetenerseen cuentadesdeantes,yaqueexisteungrancuellodebotellaenelrectificador dimensionado. Ejemplos de cuellos de botellas son: -Chancadorprimario. -Correas principales. -Tambor aglomerador. -Sistema de carguo principal. -Bombas principales. -Canaletas principales. -Circuito de extraccin por solventes (SX). -Puente gra (EW). -Equipo despegador de ctodos. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES CONCLUSION Los minerales representa la principal materia prima de gran importancia para la elaboracin de objetos y artculos en la vida cotidiana, los mismo al ser explotados generan ingresos al ser comercializados, pero igual su explotacin puede generar caos ecolgicos y agotamientos de los mismos a ser extrados masiva e indebidamente sin tomar en cuenta los diversos factores medio-ambientales. INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES BIBLIOGRAFIA -Cotton, F.A.; Wilkinson, G.; Murillo, C.A.; Bochman, M. Advanced Inorganic Chemistry, A comprehensive Text, 6th Ed., Wiley & Sons, 1999. -Holleman, A.F. & Wiberg, Egon. Inorganic Chemistry, Academic Press 2001. -Wulfsberg, G. Inorganic Chemistry, 1st Ed., University Science Books, 2000