LA TIOUREA (TU) EN LA ELECTROREFINACIÓN DE COBRE

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGICA LA TIOUREA (TU) EN LA ELECTROREFINACIÓN DE COBRE Profesor Dr. GERARDO CIFUENTES MOLINA

2 Desde el punto de vista de la electroquímica, el proceso central de una Refinería es la Electrólisis, que corresponde a la deposición selectiva de un metal proveniente de un ánodo y que se ha quedado disuelto en una solución mediante la aplicación de corriente eléctrica (DC). Para el cobre, las reacciones electroquímicas básicas involucradas son: Reacción anódica: Reacción catódica: Reacción neta: 2 Cuº Cu + impuro + 2 ( ) 2+ Cu + 2e Cuº ( puro) Cu º Cuº ( impuro) ( puro) e

3 ESQUEMA TEÓRICO DE LA ELECTRO REFINACIÓN E = E + η + η + I R + CELDA th a c e Pérdidas sistema

4 CALIDAD CATÓDICA

5 Elemento Cu O Ni Pb As Sb Se Fe Te S Bi Ag Au Anodo Comercial (%) 99,4-99,8 0,1-0,3 0-0,05 0-0,01 0-0,15 0-0,03 0-0,02 0,00-0, ,01 trazas-0, Cátodo Comercial Grado A (%) 99,999 (no incluido en análisis) trazas-0,0007 trazas-0,0005 trazas-0,0001 trazas-0,0002 trazas-0,0001 0,0002-0,0006 trazas 0,0001 0,0004-0,0007 trazas 0,0003 0,

6 Aditivos orgánicos en Electro refinación de Cobre La adición de agentes orgánicos al electrolito en la electro refinación de cobre sirve para proveer calidad en el depósito catódico por acción directa o indirecta. La adsorción de aditivos sobre los cátodos depende de la contaminación del depósito catódico, su naturaleza específica como tipo y concentración Cola, g/mol Tiourea (TU), 76,12 g/mol Avitone, a g/mol

7 Hay evidencias en la literatura, indicando que la cantidad de impurezas en la malla del metal depositado dependen grandemente de la estructura de la deposición del metal. Cuanto más densa es la estructura del metal depositado y la superficie del cátodo es más lisa, más baja es la cantidad de impurezas fijadas por adsorción o residuo electrolítico en la deposición del metal El énfasis en estos estudios está en la electrocristalización del cobre metálico y del efecto de varios parámetros electrolíticos en los mecanismos del crecimiento. Especial atención se dedica a los efectos de varios aditivos electrolíticos, tales como inhibidores, en la estructura del metal electrocristalizado

8 Todo aumento de sobretensión en los puntos que sobre salen del depósito con respecto al resto de la estructura, tiende a disminuir la intensidad excesiva y frenar el crecimiento desigual generando una nivelación del depósito Esquema gráfico simplificado de acción de la TU

9 Aguja Nueva aguja - Cátodo de cobre

10 Aspectos Cinéticos Etapa limitante: Transferencia de carga Ecuación de Butler Volmer: i= i0 exp Donde: α n F η R T (1 exp i 0 : Densidad de corriente de intercambio (A/m 2 ) n : Número de electrones transferidos por la reacción α : Parámetro cinético de la reacción (0<α<1) F : Constante de Faraday (96.500Coulombs/equiv) η : Sobrepotencial de celda (V) R : Constante universal de los gases T : Temperatura del electrólito (K). i n F D = δ Lim C o α) n F η R T Etapa limitante: Difusión de las especies electroactivas a través de la capa de Nerst, Ley de Fick En la práctica los procesos que ocurren, en general presentan un control mixto por activación-difusión.

11 Curva Cinética

12 Electro Cristalización Etapas presentes: Nucleación Crecimiento de cristales Ambas etapas son dependientes del sobrepotencial catódico: η c

13 Efectos en el depósito catódico: η c Se favorece la nucleación con formación de cristales pequeños η c Se favorece el crecimiento con formación de cristales grandes

14 Winnand Clasificación tipo de depósito en función de: i / o i / n+ y la intensidad de inhibición C M il

15 Tipología de cristales FI : Field oriented isolated crystals BR: Basis reproduction FT : Field oriented texture type UD: Unoriented dispersion type

16 Condiciones industriales Cola : g/ton Cu catódico Tiuourea: g/ton Cu catódico Avitone: 5-20 g/ton Cu catódico Concentración del orgánico en la solución electrolítica:? Estimaciones: 2-5 ppm

17 Métodos de análisis Cuantificación secuencial por voltametría: Eliminación de TU por oxidación con H 2 O 2 Eliminación de Cola por calentamiento a 90 ºC. Problemática: Uso de electrodos macizos

18 Métodos de análisis Cuantificación secuencial por polarografía: Eliminación de TU por oxidación con H 2 O 2 Eliminación de Cola por calentamiento a 90 ºC. Problemática: Tamaño de la gota de Hg

19 Tareas pendientes: Herramientas de análisis electroquímico: Sensores utilizando Np

20 Tareas pendientes: Herramientas de análisis electroquímico: Ensayos específicos

21 CONCLUSIONES ( )

22 FIN Gracias... Gracias