PROBLEMAS ELECTROMETALURGIA

1. En una planta de tratamiento de mineral oxidado de cobre se lixivia en pilas,

obteniendo una solución de pH 1,9 y 2,1 g/L de Cu2+, 6 g/L Fe2+. El flujo de

solución obtenida es de 54,3 m3/h y el tratamiento posterior es un proceso de

Extracción por solvente (LIX 984N) y electroobtención de acuerdo al siguiente

diagrama:

LIXIVIACIÓN

EXTRACCIÓN

REEXTRACCIÓN

ESTANQUE DE

RECIRCULACIÓN

ELECTROOBTENCIÓN

Datos:

- Extracción: Razón de Fases (O/A): 0,8

Refino: 0,15 g/L Cu2+

- Reextracción: Razón de Fases (O/A): 8

Eficiencia de Reextracción: 98%

Solución Spent: 180 g/L Cu2+

La solución proveniente de SX se somete a electroobtención para recuperar el

cobre en solución. Se trabaja con una intensidad de corriente de 300 A/m2 y

temperatura de 40°C.

a) Determine las concentraciones de cobre de todos los flujos.

Solución

Haciendo un balance de cobre en la etapa de extracción:

(1.1)

Además, el porcentaje de reextracción (98%):

(1.2)

Las ecuaciones (1.1) y (1.2) forman un sistema de ecuaciones, resolviendo el

sistema se encuentra que la concentración de cobre en el orgánico cargado y

descargado es:

La razón de fases en reextracción (O/A) es:

El problema señala que en electroobtención se desea bajar el nivel de cobre del

elelctrolito rico a 28 (g/L), valor que corresponde a la concentración de cobre en el

electrolito pobre (Spent), luego haciendo un balance en la etapa de reextracción:

Se debe determinar además, la concentración de cobre que entra a

Electroobtención y que proviene del estanque de recirculación, entonces se hará

un balance de cobre en el estanque de recirculación, considerando que el flujo de

electrolito pobre es enviado en un 80% al estanque de recirculación y en un 20% a

reextracción.

Entonces, el flujo de acuoso que entra a electroobtención es:

Haciendo un balance de cobre en el estanque de recirculación:

Luego, la producción de cátodos de la planta de electroobtención, corresponde a

un balance de masa en electroobtención:

b) Calcule el tiempo de operación de las celdas si se desea bajar el nivel de

cobre a 28 g/L operando con una distribución electrónica de celdas en serie y

electrodos en paralelo en las celdas.

Datos en Electroobtención:

Superficie catódica global : 2 m2

Eficiencia de Corriente : 95%.

Cátodos por Celda : 13

Peso por cátodo : 100 Kg

Cosecha : 1/3

Solución

La producción de la planta por día es:

Además, se sabe que la densidad de corriente es de 300 (A/m2), la superficie

catódica efectiva es de 2 (m2/cátodo) y la eficiencia de corriente es 95%, entonces

la intensidad de corriente es de:

Usando la ley de Faraday es posible determinar el tiempo requerido para obtener

un cátodo de cierta masa, en este caso de 100 Kg.

La masa depositada es un cátodo de cobre, n corresponde a la cantidad de

electrones transferidos por las reacciones electroquímicas.

Entonces, el tiempo requerido para producir un cátodo de 100 (Kg) son 7 días y

que además determina el ciclo catódico.

El número de cátodos que se deben producir para una producción de

2.541,24(Kg/día):

El número de cátodos por celda es de 13, entonces el número de celdas virtuales

es de:

Se llaman celdas virtuales, porque cuando se realiza la cosecha no se obtienen

todos los cátodos de la celda, sino que se obtiene 1/3 de la celda, por tanto, el

número de celdas reales por día, está dada por:

El número de celdas en la nave de electroobtención es de:

- Calcule la cantidad de agua a reponer por día por la electroobtención.

Solución

Las reacciones que se producen en un proceso de electroobtención son las

siguientes:

Reacción Catódica

Reacción Anódica

Reacción global

El número de moles de agua depositados por día son:

La estequiometría determina que por cada mol de cobre depositado se consume

un mol de agua.

La masa de agua consumida por la reacción electroquímica corresponde a la

cantidad de agua que se debe reponer.

2. El flujo total de una planta de Electroobtención de cobre es 1.000 m3/día, el

Área total por cátodo es 1,9 m2. Si la concentración de entrada del electrólito a

celdas es 40 g/L y la concentración de salida es de 37,3 g/L, con un número de

cátodos por celda de 30 y la densidad de corriente de operación de 300 A/m2, con

una eficiencia de corriente de 92% y una disponibilidad de la planta de 98,5%.

Considerando F = 96.500 C/eq, PACu = 63,5 kg/kmol, tasa de evaporación de agua

de 5 cm3/hr, Peso por cátodo de 90 Kg y cosecha de 1/3

Calcule la producción anual, el número total de celdas de la planta, el flujo y

concentración de la solución avance de SX para mantener esta producción, la

cantidad de reposición de agua del sistema, la cantidad de oxígeno burbujeado y

ácido sulfúrico generado.

Solución

ESTANQUE DE

RECIRCULACIÓN

ELECTROOBTENCIÓN

Se supondrá que el flujo de electrolito pobre que entra al estanque de recirculación

es de 80% y que entra a reextracción es de un 20%, entonces haciendo un

balance en el estanque de recirculación:

Haciendo un balance de cobre en el estanque de recirculación:

Luego, la producción de cátodos de la planta de electroobtención, corresponde a

un balance de masa en electroobtención:

Se sabe que la disponibilidad de planta es de 98,5%, entonces el número de días

de operación en el año es de:

La producción anual está dada por:

Además, se sabe que la densidad de corriente es de 300 (A/m2), la superficie

catódica efectiva es de 1,9 (m2/cátodo) y la eficiencia de corriente es 92%,

entonces la intensidad de corriente es de:

Usando la ley de Faraday es posible determinar el tiempo requerido para obtener

un cátodo de cierta masa, en este caso de 90 Kg.

La masa depositada es un cátodo de cobre, n corresponde a la cantidad de

electrones transferidos por las reacciones electroquímicas.

Entonces, el tiempo requerido para producir un cátodo de 90 (Kg) son 6 días y que

además determina el ciclo catódico.

El número de cátodos que se deben producir para una producción de 2,7 (ton/día):

El número de cátodos por celda es de 30, entonces el número de celdas virtuales

es de:

Se llaman celdas virtuales, porque cuando se realiza la cosecha no se obtienen

todos los cátodos de la celda, sino que se obtiene 1/3 de la celda, por tanto, el

número de celdas reales por día, está dada por:

El número de celdas en la nave de electroobtención es de:

Las reacciones que se producen en un proceso de electroobtención son las

siguientes:

Reacción Catódica

Reacción Anódica

Reacción global

El número de moles de agua depositados por día son:

La estequiometría determina que por cada mol de cobre depositado se consume

un mol de agua.

Además, existe pérdida de agua por evaporación, siendo la tasa de evaporación

de 5 (cm3/h) y la densidad del agua de 1 (g/cm3), entonces:

La masa de agua consumida por la reacción electroquímica corresponde a la

cantidad de agua que se debe reponer.

La estequiometría determina que por cada mol de cobre depositado se burbujea

medio mol de oxígeno.

De la ecuación de los gases PV=nRT, se puede determinar el volumen de oxígeno

burbujeado, considerando que en EO se trabaja a 40°C (313°K) y que la presión

parcial de oxígeno es de 0,21 (atm)

La estequiometría determina que por cada mol de cobre depositado se produce un

mol de ácido sulfúrico.