UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL CENTRO

DEL PER

FACULTAD INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES

ELECTRODEPOSICIN DEL COBRE EN PLACAS DE ZINC

ASIGNATURA: CINTICA DE PROCESOS METALRGICOS

DOCENTE: D.Sc. Manuel Rubn Guerreros Meza

ESTUDIANTES:

PEA ELME Loida

QUINTO GALVEZ Milagros

CUADROS URBANO Daniel

FERNANDEZ BALBIN Jazmn

CAMACLLANQUI CORAHUA, Ronald

CHAVEZ LANAZCA, Frits Ronald

LONDOA ZAVALA, Luis Gustavo

MAYHUA CAPCHA, Osterlin

FECHA: 13 de Noviembre de 2013

HUANCAYO-PERU

INTRODUCCION

La obtencin de cobre se realiza por diferentes mtodos, ya sea por flotacin de minerales sulfurados y lixiviacin de xidos, carbonatos y sulfatos de cobre. La produccin de cobre por procesos hidrometalrgicos se realiza por el proceso de cementacin con fierro, en este caso con zinc, o por electrodeposicin.

En ambos casos en necesario conocer la serie de las actividades de los metales y los potenciales de electrodo de los elementos metlicos. Dicha posicin empieza con los metales ms activos y tambin ms electronegativos y continan en orden decreciente de su actividad. El zinc est por encima del cobre en la serie electromotriz y por lo tanto el Zn (metal ms activo que Cu) desplaza o precipita al cobre de solucin acuosa.

Objetivos

Determinar la velocidad y la constante de cintica de cementacin del cobre.

Describir cmo influye el tiempo respecto a la variacin del peso y variacin de rea en una placa de cementacin de cobre.

Conocer y describir el proceso de cementacin.

Demostrar que en un proceso qumico se obtienen sustancias nuevas y al proceso qumico que ha tenido lugar se le denomina reaccin qumica.

MARCO TEORICO

La cementacin es la precipitacin de un metal desde una solucin acuosa, que se produce por efecto de la presencia de otro metal. En esteprocesoel metal precipitado usualmente se deposita o "cementa" sobre el metal aadido.

En general, mientras mayor sea el potencial de celda de la reaccin de cementacin, mayor ser la tendencia a precipitar impurezas, ya que stas se encontrarn comprendidas con mayorprobabilidad, en cierto rango de potenciales, por lo que se vern favorecidas para precipitar en conjunto.

En el caso de la cementacin decobremediante fierro, junto al cobre precipitan el plomo,estao, nquel y cobalto que se encuentran presentes en solucin, contaminando elproducto. De igual modo, cualquier impureza insoluble presente en el fierro, como los carburos, tambin contaminar el producto.

La cementacin en fase lquida presenta las siguientes ventajas:

La reaccin se produce con gran rapidez.

El precipitado puede separarse con facilidad sincontaminacin.

Se puede reciclar la solucin gastada final y proceder a devolverla a suestadoreducido anterior con algn otro proceso sencillo.

Presenta una graneconomade espacio y decostosde operacin.

Un metal de zinc se introduce en un recipiente que contiene unasolucinde sulfato de cobre, observando el color de lasolucina medida que trascurre el tiempo se ve que la misma es azul inicialmente y que la intensidad de este color se va atenuando con el tiempo. El zinc esmsreactivo que el cobre y desplaza al cobre delsulfatode cobre, es de hacer notar que estareaccinentrega calor, lareaccines exotrmica.Comment by ADMIN:

Zn(solido) + SO4Cu (solucin) ------> SO4Zn(solucin) + Cu (solido)

Solucinde sulfato de cobre de color azul ---->solucinde sulfato de zinc incolora

Zn 2e Zn2+

Cu2+ + 2e Cu

-------------------------------------------------------

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

El resultado final ser que el zinc metlico est recubierto por una capa de cobre.

Factores que afectan la velocidad de cementacin.

1. La diferencia de potencial del par galvnico

Cuanto mayor es la diferencia de potencial del par galvnico, ms rpido es el proceso.

2. La concentracin del catin a cementar

Cuanto mayor es la concentracin del metal a cementar ms rpido es el proceso

3. La cantidad de oxgeno disuelta en el lixiviado

La reduccin efectiva que perseguimos obtener no se inicia hasta que no se consume todo el oxgeno disuelto

4. Naturaleza del depsito

5. Concentracin del metal noble sobre el depsito.

6. Temperatura

7. Interaccin partcula partcula

8. Agitacin

9. Cintica de reacciones laterales

10. Chatarra precipitante

Cementacin de cobre con chatarra de fierro

La cementacin del cobre con chatarra es una tcnica muy utilizada en laindustriaminera de mediana y pequeaescalapara recuperar el metal que se encuentra en lassolucionesacuosas ricas provenientes de la lixiviacin.

La implementacin deprocesosde sedimentacin requiere unainversinmenor a la requerida para lasplantastradicionales de SX (extraccin por solvente)-EW (electroobtencin). No obstante, el uso de SX-EW es en la actualidad una operacin muy utilizada, fundamentalmente porque no requiere de un proceso de fundicin de cementos.

Una vez obtenidas las soluciones de lixiviacin ricas en cobre, stas son sometidas al proceso de cementacin conhierrohaciendo uso de lastcnicasy alternativas que se indican a continuacin

DIFERENCIAS: CEMENTACIN Y ELECTRLISIS

- Las cementaciones conducen a la precipitacin de un metal con un elevado grado de impureza ya que precipitan sobre otro metal y por tanto quedan restos del mismo en el metal cementado.

Ello hace que el metal producido requiera despus un proceso adicional.

La parte positiva es que son muy baratas de realizar.

- La electrlisis permite la precipitacin de metales con un elevado grado de pureza.

Pero el consumo energtico es elevado

Para rentabilizarlo deben emplearse lixiviados muy concentrados y libres de posibles interferencias.

En estas condiciones son muy rentables ya que su productividad puede ser muy grande

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES USADOS

1. Balanza electrnica,flexometro

2. Fiolas de 1L,probeta

3. Embudos y la celda(La celda empleada para esta prctica, ser de un material polimrico)

4. Sulfato de cobre ,placa de zinc

5. Cronometro

PROCEDIMIENTO

Consideraciones a tener en cuenta:

Para esta prctica se tomara en cuenta que se est trabajando a temperatura ambiente.

La solucin de sulfato de cobre se prepara a una composicin de 45 g/L de CuSO4.

El zinc es ms activo que el cobre es por eso que desplaza al cobre haciendo reaccin de desplazamiento simple por la serie de actividad de los metales.

Hay que tener en cuenta el peso de la placa despus de cada tiempo de estar en contacto con la solucin (peso inicial antes de estar sumergido en la solucin, peso de la placa despus de 15 min de estar en contacto y asi hasta llegar a un tiempo de 90 min).

SECUENCIA

1. Conocer el volumen de sulfato de cobre que se le va a agregar a la celda tomando en cuenta el rea de la placa de zinc donde se va a depositar el cobre

a) Diseo de la celda

Volumen de solucin =1L de sulfato de cobre preparado a 45 g/L de CuSO4.

En la siguiente figura podemos apreciar mejor las consideraciones a tomarse en cuenta en el diseo de la celda :Dimensiones: Ancho = 10 cm Altura = 10cm Largo = 26cm.

PLACA DE ZINC

10*18.3*0.1

Area de cementacion : 4.6*18.3

18.3 cm

CINTA AISLANTE

5.4 cm

4.6 cm

18.3 cm

10 cm

SOLUCIN DE SULFATO DE COBRE

1 Litro a una concentracin 45g/L de CuSO4

5 Unidades de papel filtro

CALCULOS:

La ecuacin cintica del proceso de cementacin es de la forma:

-dC/dt = K C

Dnde: K= Constante Cintica del sistema. Resolviendo obtenemos el Modelo Cintico de la cementacin que nos permitir hacer el tratamiento de los datos experimentales.

C = CO Exp (- Kt)

Aplicando la Ecuacin de Nernst para correlacionar el potencial de electrodo con la concentracin podemos tener la siguiente expresin para hacer las transformaciones del potencial en Concentraciones de los iones:

V= K * log C

Con la pendiente obtenida en el ajuste de ambas grficas, se puede obtener las constantes de velocidad, sustituyendo los datos en la ecuacin siguiente:

m = k*a/ 2.303

y=Ax+B

m=

0.04939317

A=

0.0175

B=

0.3543

m=k*a/2.303

k=m*303/a

k=

0.00062139

cm/min

Dnde:

m = La pendiente A= rea

TIEMPO

W

a Cemc.

a

L

e

A

V

Wf

Af

Vf

Wf/Af

A Cemt.

(min)

(gr)

(cm)

()

(cm)

(cm)

()

()

(gr)

()

()

(gr/)

()

0'

66.8

4.6

10.00

18.3

0.1

183.00

18.30

66.8

183.00

18.30

0.37

84.18

15'

66.8

4.6

10.00

18.3

0.1

183.00

18.30

72.8

183.03

18.49

0.40

84.18

30'

72.8

4.6

10.00

18.303

0.101

183.03

18.49

74.9

183.04

18.86

0.41

84.19

60'

74.4

4.6

10.00

18.304

0.103

183.04

18.85

77

183.06

19.59

0.42

84.20

90'

77

4.6

10.00

18.306

0.107

183.06

19.59

80.7

183.06

19.59

0.44

84.21

b) Sumergimos la placa de zinc en la solucin de sulfato de cobre

Para lo cual obtenemos los pesos despus de 15min, 30min, 45min, 60min, 90min

Resultados obtenidos

CONCLUSIONES

La constante cintica toma un valor de: 0.00062139cm/min tomada a partir de la grfica mientras que la velocidad cintica obtenida a partir de la formula correspondiente nos da:

Recomendaciones

Limpiar la placa de zinc antes de utilizar, previamente usar una lija para eliminar restos orgnicos o inorgnicos que perturben la deposicin del metal en ellos.

Ser muy cuidadoso al utilizar la balanza para pesar sustancias o cualquier cosa ya es muy sensible y podra reportar valores de peso incorrectos.

Ser paciente durante el experimento.

Agarrar la placa con pinzas o con una servilleta a la hora de manipularlos, para evitar que se contaminen se sustancias ajenas al experimento.

BIBLIOGRAFIA

- BROWN, T. CHEMISTRY the Central Science. Ed. Prentice-Hall 7th edicin, 1997. p.p 131, 723-761.

- DANIELS, F. PHYSICAL CHEMISTRY. Ed. John Wiley & Sons, Inc. 2nd edition, 1961. p.p 380-440.

- GLASSTONE, S. Tratado de QUMICA FSICA. Ed. Aguilar 7 edicin, 1976. p.p 909-922.

- GONZALEZ, C. Gua de Practicas del Laboratorio de Fsica General. Departamento de Fsica General, Escuela

Bsica, Facultad de Ingeniera, Indita, 1999. p.p 3-76.

REFERENCIAS ADICIONALES:

- Barrow, Gordon. Qumica Fsica.

- Castellan, Gilbert. Fsico-Qumica.

- Levine, I. Fsico-Qumica.

- Chang, R. Qumica General.

l0'15'30'60'90'0.365027322404371580.397749002895700140.40920017482517490.420627116792308520.44083906915765325velocidad cm2/min0'15'30'60'90'2.4418604651162792.11627906976744162.00232558139534821.86124031007751921.6604651162790693