El documento describe el proceso de electroobtención de cobre. Este proceso involucra la reducción electroquímica de iones de cobre en el cátodo para producir cobre metálico, mientras que en el ánodo ocurre la descomposición del agua para generar oxígeno y ácido sulfúrico. Las reacciones en los electrodos permiten la transferencia de electrones a través del circuito eléctrico externo.

1. PROCESOS HIDROMETALURGICOSPROCESOS HIDROMETALURGICOS
Roberto Cortés DíazRoberto Cortés Díaz

2. OBJETIVO DEL CURSO
Describir el proceso general de una Planta
Hidrometalurgica, identificando las distintas
operaciones unitarias que intervienen en este
proceso señalando las variables más importantes y
relevantes de cada una de las operaciones.

3. TAREA DE
APRENDIZAJE
Nº 3
PROCESO DE ELECTROOBTENCIÓNPROCESO DE ELECTROOBTENCIÓN

4. Identificar y Describir la operación de
ELECTROOBTENCIÓN.
OBJETIVO DEL LA ACTIVIDAD

5. Proceso general
PROCESO COMPLETO

6. Los principales objetivos del proceso de electro-obtención, son los
siguientes:
•RECUPERAR EL COBRE DESDE UN ELECTROLITO EN LA FORMA DE CÁTODOS.
•OBTENER CÁTODOS DE ALTA PUREZA CON BUENA APARIENCIA FÍSICA.
•PRODUCIR CÁTODOS CON EL MENOR CONSUMO DE ENERGÍA Y COSTO
ASOCIADO.
OBJETIVO DE LA ELECTROOBTENCIÓN

7. Generalidades de la Electroobtención
El proceso de electro-obtención de cobre consiste básicamente en la transformación
electroquímica del cobre contenido en un electrolito a cobre metálico depositado en
un cátodo, mediante la utilización de energía eléctrica proveniente de una fuente
externa.

8. Generalidades de la Electroobtención
El proceso de electro obtención es de naturaleza electroquímica, se caracteriza por
presentar la realización simultánea de dos reacciones denominadas anódicas y
catódicas. En la primera sucede una transformación química de oxidación y se
liberan electrones, la reacción catódica involucra un proceso químico de reducción
con participación de los electrones liberados en el ánodo y que viajan por
conductores electrónicos que unen el cátodo con el ánodo.

9. En el cátodo el cobre iónico (Cu+2
) es reducido a cobre metálico (Cu0
) por los
electrones suplidos por la corriente y que torna de polaridad negativa a dicho
electrodo. En el electrodo positivo o ánodo se descompone agua generándose
oxigeno gaseoso que burbujea en la superficie del ánodo y además ácido sulfúrico
producto de una reacción de oxidación.
La capacidad de determinadas compuestos para aceptar y donar electrones hace
que puedan participar en las reacciones denominadas de oxidación-reducción.
Las reacciones de reducción-oxidación (también conocido como reacción redox)
son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce
entre un conjunto de especies químicas, uno oxidante y uno reductor (una forma
reducida y una forma oxidada respectivamente).
REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

10. El reductor es aquella especie química que tiende a ceder electrones de su
estructura química al medio, quedando con una carga positiva mayor a la que
tenía.
El oxidante es la especie que tiende a captar esos electrones, quedando con
carga positiva menor a la que tenía.
REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

11. REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
Cuando una especie química reductora cede electrones al medio se convierte
en una especie oxidada.
Cuando una especie capta electrones del medio se convierte en una especie
reducida forma un par redox con su precursor reducido.

12. REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
Vista microscópica del proceso de
oxidación-reducción cuando se
sumerge una barra de Zn en una
solución de Cu2. Observe la
decoloración de la solución

13. REACCIÓN DE REDUCCIÓN: Hay sustancias que pueden aceptar electrones;
son sustancias oxidadas que en las condiciones adecuadas se pueden reducir, y
por lo tanto transformarse en formas reducidas.
REACCIÓN DE OXIDACIÓN: Hay sustancias que pueden donar electrones ; son
sustancias reducidas que en las condiciones adecuadas se pueden oxidar, y por lo
tanto transformarse en formas oxidadas.
REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

14. Las reacciones químicas en las que se produce cambio en los estados de oxidación
de las especies que participan, conllevan el flujo de partículas cargadas y se pueden
emplear para generar corriente eléctrica. A la inversa, también se puede aplicar una
corriente generada para producir una reacción química de las características
anotadas en una dirección particular.
Electroquímica

15. CELDAS ELECTROQUÍMICAS
Los procesos electroquímicos, pueden ser clasificados en dos tipos según
sean o no espontáneos. Los primeros suceden en forma natural y la celda
se denomina galvánica o pila. Los no espontáneos se realizan por medio
de aplicación de corriente externa y se realizan en una celda llamada
electrolítica
Celda Espontánea Celda No Espontánea

16. CELDA GALVÁNICA
Es una celda que por medio de una reacción electroquímica espontánea
genera corriente o un flujo de electrones en el proceso galvánico la energía
química se transforma en energía eléctrica.
“La energía química se transforma en energía eléctrica”

17. P
L
O
M
O
+
Ánodo Cátodo
Bateríae e
(+)
CuSO4
H2O 1/2 O2 + 2H+ + 2e
(-)
Cu+2 + 2e Cu0
H2O Cu+2
O2
Neblina
CuSO4 2Cu+2 + SO4
-2
P
L
O
M
O
+
Ánodo Cátodo
Bateríae e
(+)
CuSO4
H2O 1/2 O2 + 2H+ + 2e
(-)
Cu+2 + 2e Cu0
H2O Cu+2
O2
Neblina
CuSO4 2Cu+2 + SO4
-2
En una celda electrolítica se realiza una reacción electroquímica no
espontánea debido a la aplicación de energía eléctrica proveniente de
una fuente.
CELDA ELECTROLÍTICA
“La energía eléctrica se transforma en energía química”

18. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Un proceso de naturaleza electroquímica, como lo es el de electroobtención del
cobre, se caracteriza por presentar la realización simultánea de dos reacciones
denominadas anódicas y catódicas.
Reacción catódica: El cobre esta en estado iónico en la solución pasará a estado
metálico, depositándose en el cátodo, bajo la siguiente ecuación química.
Cu+2
+ 2e-  Cuº Eº = 0.34V
Reacción Anódica: Es la descomposición iónica del agua dando como producto
hidrógeno y liberación de oxígeno al ambiente. La ecuación química de reacción es
la siguiente.
H2O  2H+
+ 1/202+ 2e- E = l.23V
El ánodo es una aleación inerte que no participa en la reacción, pero que actúa
solamente como soporte electrónico.

19. El circuito de una celda electroquímica, está compuesto fundamentalmente por
cuatro componentes:
ÁNODO: Material sólido conductor en cuya superficie se realiza un proceso de
oxidación con liberación de electrones.
Ejemplo: Zn Zn+2
+ 2 e
CÁTODO: Electrodo sólido conductor en cuya superficie se realiza un Proceso
de reducción con los electrones provenientes del ánodo.
Ejemplo: Cu+2
+ 2 e Cu
ELECTROLITO : Un medio acuoso, con iones que migran permitiendo el paso
de corriente entre los electrodos.
CONDUCTORES: Un medio sólido conductor de electrones, que permite el flujo
de ellos entre los electrodos.

20. En la electroobtención el cobre metálico se recupera por electrólisis a
partir de una solución altamente ácida de sulfato de cobre (CuSO4). El
proceso de electrólisis se logra haciendo pasar una corriente eléctrica
continua entre los electrodos (ánodos inertes pero conductivos, y
cátodos), los cuales están sumergidos en un electrolito rico en cobre
(CuSO4, H2SO4 y H2O).
El ánodo lleva carga eléctrica positiva y el cátodo, carga eléctrica
negativa. Los iones de cobre (Cu+2
) son reducidos, es decir neutralizados
en el cátodo por los electrones que fluyen por él, depositándose una capa
de cobre metálico sobre la superficie de la plancha madre de acero
inoxidable (cátodo permanente).
Las soluciones de lixiviación con ácido sulfúrico presentan normalmente
las siguientes especies iónicas en solución: Cu2+
, Fe+2
, Fe+3
, Al+3
, Mg2+
,
S04
-2
, H+
y otros
Reacciones Químicas que están involucradas
en el proceso

21. La reacción electrolítica en el cátodo es:
CuSO4 + H2O ===== Cu0
+ H2SO4 + ½ O2
corriente
Cu+2
+ SO4
-2
+ 2 e- → Cu0
+ SO4
-2
Donde (e-) denota un electrón, necesitándose dos para neutralizar un ión Cu+2
.
Sin embargo, la reacción en el ánodo es completamente diferente. El gas oxígeno
se forma en el ánodo inerte por la descomposición del agua. Los iones sulfato
(SO4
-2
) se neutralizan en el ánodo formando inmediatamente ácido sulfúrico
(H2SO4) y oxígeno (O2)
La reacción de descomposición electrolítica en el ánodo es:
H2O  2H+
+ ½O2 + 2e-
2H+
+ SO4
-2
 H2SO4
H2O + SO4
-2
 H2SO4 +½O2 + 2e-
El oxígeno producido en la reacción anterior escapa como gas en el ánodo.

22. Reacciones de electro-obtención
Reacciones catódicas:
a) Cu2+
+ 2e-  Cu0
b) Fe+3
+ e-  Fe2+
c) ½ O2 + 2H+
+ 2e  H2O
Reacciones ánodicas:
a) H2O  ½ O2 + 2H+
+ 2e-
b) Fe+2
 Fe+3
+ e-
c) 2 Cl-
 Cl2 + 2e-
paso de corrosión de ánodo : Pb  Pb2+
+ 2e-
paso de aislamiento : Pb2+
+ H2S04  PbSO4 + 2H+
paso de oxidación :PbSO4 +2H20  PbO2 + SO4
-2
+ 4H+
+ 2e-
Hidrolisis :H20  2 H+
+ 1/2 02 + 2e-

23. Rectificador
(+) (-)
P
L
O
M
O
Ánodo
H2O 1/2 O2 + 2H+
+ 2e
O2
Neblina
Cátodo
Cu+2
+ 2e Cu0
Cu+2
Como ocurre la electrodepositación
CuSO4 + H2O + E.E Cu + H2SO4 + ½ O2

24. La depositación de cobre sobre una lamina de fierro se
produce por la reducción del ion Cu +2
a Cuº. La ecuación
que gobierna esta reacción es :
Cu+2
+ 2e  Cuº

25. En la lamina de plomo se produce la reacción de
descomposición del agua lo que se representa por la
ecuación :
H2O  ½ O 2 + 2H+
+ 2e

26. La descomposición del agua genera los dos electrones
necesarios para la reducción del ion Cu+2
, generando el
depósito de cobre sobre el cátodo.

27. Una celda electrolítica cuenta con cinco componentes básicos
COMPONENTES DE UNA CELDA
Ánodos
Electrodo positivo, que recibe el flujo de corriente desde el electrolito y los entrega
nuevamente a la fuente de corriente continua; la superficie de este electrodo se
caracteriza por ser deficitaria en electrones, lo que permite la realización de las
reacciones anódicas u oxidaciones de generación de ácido sulfúrico y liberación de
oxígeno.
Usualmente fabricados de aleación de Pb – Sb fundido y Pb - Ca - Sn laminados
en frío. Tiene un espesor de 6 y 9 mm
Los ánodos empleados en el proceso deben ser idealmente inertes químicamente,
o sea no presentar transformaciones que faciliten su corrosión o degradación.
Deben ser conductor electrónico y estar sometidos a condiciones oxidantes
electroquímicas por corrosión anódica y ambiente químico del electrolito ácido –
oxigenado en la vecindad de la superficie anódica.

28. CARACTERÍSTICA DEL ÁNODO
815 - 820 mm
1110-1130
mm
Composición:
Pb : 98.16 - 98.61 %
Ca : 0.04 - 0.08 %
Sn : 0,02 - 0,3 %
Al : 0.020 %
Ag : 0.002 %
Bi : 0.005 %
Espesor = 6 – 9 mm

29. Los ánodos tienen 6,35 mm y 9 mm de espesor y están hechos a partir
de una plancha laminada de aleación de plomo, calcio y estaño. La
barra es de cobre revestida con estaño en sus extremos.

30. La barra de suspensión es de cobre que en la zona de interfase y soldadura con
la placa está protegida con una funda de plomo aleado, para proteger de la
corrosión.

32. FORMACIÓN DE LA CAPA DE PbO2 (CAPA PASIVANTE)
Al polarizar positivamente el ánodo de plomo en un electrolito ácido, la
superficie se recubre con una película de PbSO4 y el electrodo es
pasivado, según la reacción:
Pb + SO4
-2
PbSO4 + 2 e
En la medida que el potencial del ánodo se incrementa, el sulfato de
plomo se transforma a PbO y a un potencial de alrededor de 1,65 V /
ENH se estabiliza finalmente como PbO2:
PbSO4 + 2H2O PbO2 + 4H+
+ SO4
-2
+ 2e
Este óxido tiene la cualidad de ser semiconductor electrónico y permite
la transferencia de electrones. Esta capa de PbO2, no debe degradarse
ni desprenderse, si se quieren obtener buenas respuestas del proceso.

34. El oxígeno liberado en la superficie del ánodo puede hacer que se
desprenda escamas de óxido de plomo, las cuales decantan como lodo no
soluble. Por lo cual se deberá sacar en intervalos periódicos mediante la
limpieza de las celdas.
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
PbO2
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O H2O
H20 2H+
+ ½O2

35. Desprendimiento de partículas desde la capa son causada por:
•Ánodos doblados raspados por las placas cátodo, cuando se cargan a las celdas.
•Placas cátodos dobladas que raspan los ánodos cuando se ponen en las celdas.
•El Manganeso que trae el electrolito de los estanques produce la generación de MnO2. El
MnO2 hace que la capa conductora de PbO2 se descascare.
•Si la temperatura del electrolito cae repentinamente, se producirá un descascaramiento de
la
capa de PbO2 con la consiguiente contaminación.
•Las altas densidades de corriente, que forman rápidamente la capa de PbO2 y mayores
velocidades de circulación del electrolito, que a su vez llevan a una mayor agitación inter
electrodos, tienen más probabilidades de causar condiciones de descascaramiento de los
ánodos.
•La electrólisis interrumpida en las celdas de electrodepositación, debido a una cosecha
“muerta” o a cortes de energía perturba el PbO2 y permite que esta capa se descascare.
•Si aumentan los niveles de ácido sulfúrico en el electrolito, se producirá un aumento en la
generación en la capa de PbO2, y por esto aumentará la posibilidad de descascaramiento.

36. Los ánodos doblados dan por resultado:
• Ánodos que tocan a los cátodos durante la operación. Esto se conoce como
“cortocircuito” y produce una disminución de la producción y de eficiencia de
este momento.
• Contaminación del cátodo de cobre con plomo.
Ánodos doblados

38. El empleo de sulfato de cobalto disuelto en el electrolito, en una
concentración adecuada, disminuye la corrosión anódica y la cantidad de
partículas de compuestos de plomo suspendidas en el electrolito.
Adicionalmente la presencia de cobalto disminuye el consumo de energía ya
que decrece el sobrepotencial anódico.
Debido al desprendimiento de partículas del ánodo (descamación,
deconchamiento, abrasión) y precipitación de plomo, en el fondo de la celda se
acumulan lamas. Esta con lleva a la práctica operacional de lavar las celdas
periódicamente para su remoción.
Mayores niveles de concentración de ácido, temperatura y densidad de
corriente anódica aceleran la corrosión del ánodo

39. Evolución de oxigeno

40. Evolución de oxigeno

41. La tecnología ISA, utiliza una placa de acero inoxidable 316 L, de 3-3,3 mm de espesor con
terminación superficial tipo 2B y con alrededor de un metro cuadrado de superficie útil de
depositación por cara. La barra de suspensión es hueca de acero inoxidable 304 L, revestida
con cobre que además cubre la parte de soldadura entre la placa y la barra. Consta de dos
ventanas para permitir su levante por los ganchos del marco de la grúa y sus dos bordes
laterales están recubiertos con material plástico y el borde inferior con cera removible para
facilitar el despegue de las planchas de cobre.
La precisión de la dimensión y rigidez
de los lingotes de cátodos de acero
inoxidable permiten un espacio entre
los lingotes catódicos de 100 mm. La
rigidez del cátodo también produce un
número menor de cortocircuitos en las
celdas, lo que mejora el rendimiento
de corriente.

42. Material:
Acero Inoxidable 316 L SS
Composición:
Fe : 61.4 - 68.90 %
C : Hasta 0.030 %
Cr : 16.00 - 18.50 %
Mn: Hasta 2.00 %
Mo: 2.00 - 3.00 %
Ni : 10.00 - 14.00 %
1018mm
1232mm
Espesor = 3 – 3,3 mm
CARACTERÍSTICA DEL CÁTODO PERMANENTE
A= 4 m2
ventanas
Barra de acero
inoxidable 304 L
Recubierta de plástico
Cera removible

45. Electrolito
El electrolito constituye la materia prima abastecedora de cobre a la celda y es uno
de los componentes de mayor significación e influencia que afecta el desempeño
del proceso. Las características físico-químicas del electrolito afectan
significativamente las siguientes respuestas del proceso:
• La calidad física y química de los cátodos.
• La eficiencia de corriente
• El consumo específico de energía
Dentro de las características de mayor importancia de un electrolito se tienen las
siguientes:
• Alta concentración de cobre.
• Alta conductividad eléctrica.
• Baja viscosidad y densidad.
• Mínima presencia de impurezas solubles, insolubles y de orgánico atrapado.

46. Dentro de las características de mayor importancia de un electrolito se
tienen las siguientes:
• Composición química
• Cobre
• Ácido
• Impurezas solubles: Fierro Total, Fierro Ferroso, Cloruro, Manganeso.
• Sólidos suspendidos
• Orgánico atrapado
• Reactivo guar (aditivo catódico)
• Cobalto (aditivo anódico)
• Temperatura
• Flujo alimentación

47. MARCO DISTRIBUIDOR
El circuito hidráulico de la sección, presenta una configuración de alimentación en
paralelo a las celdas, con lo cual se permite operar a cada celda con un electrolito
de iguales características.
En las celdas, el electrolito se distribuye mediante un anillo de distribución ubicado
en el fondo de la celda permite una mayor hidrodinámica del electrolito, menores
gradientes y operar a mayores densidades de corriente sin disminuir la calidad
catódica.
Cada celda presenta un marco distribuidor colocado en la base de cada celda, es
una tubería de 3” de forma rectangular, perforada con 120 orificios de 6 mm de
diámetro, espaciados 101,6 mm en cada costado de la sección longitudinal de la
tubería, lo que permite una distribución uniforme del electrolito sobre las caras de
los cátodos suspendidos en la celda.
Una válvula manual de 3”, está conectada al marco distribuidor para permitir el
cierre del flujo durante el drenaje de la celda.
El flujo de electrolito alimentado a las celdas debe ser uniforme y homogéneo,
normalmente se diseña en el rango de 0.14 –0.20 m3
/ h / cátodo.

48. Marco distribuidor

52. EQUIPO Y CIRCUITOS
Las principales instalaciones y componentes de EW pueden considerarse
las siguientes:
• Celdas
• Circuito del Electrolito
• Circuito Eléctrico
• Electrodos
• Grúas para el Transporte de Cátodos
• Máquinas preparadoras de láminas iniciales ( plantas convencionales )
• Equipo lavador de Cátodos
• Máquina lavadora y despegadora de planchas (plantas con cátodos
permanentes)

53. Las celdas son las unidades básicas para la EW y debido a las
características del proceso y sus limitaciones, se requiere disponer un
alto número de ellas de acuerdo a la producción deseada (alrededor de
1,2 celdas por una tonelada de cátodos por día).

54. Convencionalmente, las celdas se han construido de hormigón armado
moldeado y revestidos interiormente con materiales plásticos. En los
últimos años el empleo de las celdas poliméricas se generaliza como
equipo estándar en las nuevas instalaciones. Estas celdas son
monolíticas y para una capacidad aproximada de 60 cátodos miden 6,5 x
1,15 x 1,4 metros y una capacidad de 6 m3
.

57. En una celda, ánodos y cátodos se ubican alternadamente con una
separación de 2 a 4 cm aprox. Cada átomo tienen dos ánodos vecinos y
el número de cátodos varía por celda de 30 a 70.

58. Disposición de cátodos y ánodos en una celda
cátodo
ánodo

59. Formación de cátodos y ánodos
En la celdas deberá tener siempre
al comienzo un ánodos.

61. • Grupo transformador- rectificador
• Barras conductoras
• Barras interceldas
• Electrodos
CIRCUITO ELECTRICO
Los circuitos eléctricos dentro de la nave de electrodepositación tiene los
siguientes componentes fundamentales:

62. La corriente continua necesaria en el proceso se obtiene del
rectificador de corriente alterna.
Corriente alterna Corriente continua

63. o
n
s
t
a
n
t
e
o
"
c
o
n
t
í
n
u
a
"
(
g
r
á
f
i
c
o
a
l
a
d
e
r
e
Corriente alterna

64. Corriente continua (rectificada)

65. La corriente rectificada se conduce a
las celdas por las barras
conductoras. Cada celda representa
una resistencia equivalente en serie
de igual magnitud.
La corriente de las barras interceldas
se contactan con los electrodos
mediante las barras colgadoras y
suspensión

66. y posteriormente avanza de celda en celda, las que están eléctricamente
conectadas en serie en el circuito.
Los cátodos y ánodos en la celda están conectados en un arreglo en paralelo,
de tal manera que la corriente del circuito se distribuye por la barra intercelda a
cada electrodo.
.

67. Grupos
Conectados en
Paralelo
RECTIFICADOR
ESQUEMA DE CONEXION
Celdas
Conectadas en
Serie
Celdas
Conectadas en
Serie

68. ESQUEMA DE CONEXION

69. ESQUEMA DE CELDAS
Barra
triangular
inter-celdas
para conexión
en serie entre
celdas
Ánodo
Cátodo
+
-

70. El flujo de corriente entre los electrodos se lleva a cabo por el contacto
que se realiza en la superficie de las celdas se desarrolla de la siguiente
manera. Un extremo del electrodo hace contacto con la barra triangular
de cobre mientras el otro extremo descansa sobre un material no
conductor colocado entre las ranuras de cobre triangulares.
FLUJO DE CORRIENTE ENTRE ELECTRODOS

71. La corriente ingresa al sistema por el cátodo para luego desplazarse por medio
del electrolito hasta llegar al anodo. Los electrones viajan del potencial negativo
al potencial positivo
Los electrones van de izquierda a derecha

72. El flujo de corriente va
desde los
rectificadores hacia los
cátodos, a través del
electrolito, y sigue
hasta llegar al ánodo.
Las barras de
suspensión de los
ánodos y cátodos
puentean las celdas.
Sin embargo, cada
barra de suspensión
descansa sobre un
soporte aislado, esto
fuerza a la corriente a
que fluya a través del
electrolito entre los
electrodos.
Flujo de corriente en las filas de las celdas

75. Conexión del circuito en anodos

80. Conexión del circuito en anodos

82. Contacto Ánodo- Cátodo

89. Efectos de Variables
Electrolito
A.1 Composición del Electrolito
El electrolito es el medio por el cual ingresa el cobre a la celda y se transporte
como ión cúprico hacia el cátodo.
A.1.1 Concentración de Cobre y Ácido
Una alta concentración de cobre en el electrolito, aunque inferior al límite de
solubilidad del sulfato de cobre, es necesario para obtener cátodos de alta
pureza., Permite operar a mayor densidad de corriente para lograr mayor
producción, y, es por esta razón, que tanto el electrolito alimentado como el
saliente o pobre tenga altas contracciones en cobre y su diferencia no sea
superior a 10 g/l y comúnmente al alrededor de 5 g/l . Los electrolitos
cargados presentan una concentración de 45 - 55 g/l , y los descargados que
retornan SX entre 35 - 45 g/l.
La concentración de ácido afecta principalmente al consumo de energía, ya que
favorece la conductividad del electrolito. Pero una acidez muy alta afecta la
corrosión del ánodo y calidad del cátodo. Normalmente concentración de
ácido varía de 140 - 170 g/l

90. Efectos de Variables
A. Electrolito
A.1.2 Concentración de Impurezas
A.1.3 Temperatura
A.1.4 Flujo de Electrolito
B. Densidad de Corriente
C. Concentración y movimiento del electolito
D. Dosificación de Aditivos e Inhibidres.

91. VARIABLES Y EFECTOS
Las variables más importantes en el proceso de EW y que es necesario
controlar para obtener buenos resultados son:
1. Composición del electrolito
2. Densidad de corriente
3. Concentración y movimiento del electrolito.
4. Dosificación de aditivos e inhibidores
Composición del electrolito
El electrolito es el medio por el cual ingresa el cobre a la celda y se transporte
como ión cúprico hacia el cátodo.
.

92. La calidad de cobre depositado es función directa de la concentración de cobre en
el electrolito.
A valores inferiores a 30 gr/lt, de cobre en el electrolito la calidad del depósito baja
notoriamente.
La concentración de cobre que debe operarse en el circuito electrolítico es la del
electrolito pobre, que para diseños es del orden de 30 - 40 gr/lt, valores que pueden
sustentar cualquier variación producto de la extracción.
La concentración de cobre del electrolito cargado del orden de 45 - 55 gr/lt y es
balanceado automáticamente de acuerdo al cobre extraído en la etapa de
extracción.
Por la ecuación general que se verifica en la electroobtención, a saber:
CuSO4 + H2O ===== Cu0
+ ½ O2 + H2O
se determina que por 1 kg de cobre depositado se producen 1,54 kg de ácido
sulfúrico.

93. Temperatura y flujo del electrolito
La temperatura de operación está limitada al rango de 40 a 55 ºC, debido al
costo de calefacción del electrolito, pérdidas de agua por evaporación, mayor
efecto de la neblina ácida e incidencia de mayor corrosión en la planta.
Efectos positivos de la temperatura:
1. Mejora la conductividad del electrolito.
2. Baja la viscosidad.
3. Mejora la calidad del depósito.
4. Baja los contaminantes, especialmente el azufre.
5. Disminuye el potencial de la celda.
6. Debe ser mantenida entre los 42 - 45 oC.
El flujo del electrolito se opera de 100 -200 l/ min y en las celdas el electrolito se
alimenta en forma continua para mejorar la depositación y tener una
concentración homogénea.

94. Densidad de Corriente
Se define como la intensidad de corriente que fluye a través de un área
determinada de electrodos.
Dc = A Amp
Area m2
Los rangos de esta densidad de corriente, para cátodos permanentes varían
desde 250 - 300 Amp/m2.
Un aumento de densidad de corriente, produce un aumento en la eficiencia de
corriente pero deteriora la calidad del depósito y aumenta el potencial de la
celda. Un aumento en la densidad de corriente debe estar acompañado de un
aumento en los flujos de las celdas.

96. En el proceso de EW, los parámetros operacionales más importantes
que definen al proceso son los siguientes:
•Densidad de corriente.
•Composición del electrolito en cobre y ácido.
•Concentraciones de impurezas solubles e insolubles.
•Concentración de aditivos.
•Flujo de electrolito.
•Temperatura de electrolito.
•Espaciamiento ánodo / cátodo.
•Ciclo catódico.

97. Con el propósito de no afectar el desempeño normal del proceso, las diversas
variables deben mantenerse tan regulares como sea posible. Para ello, es
fundamental efectuar un control estricto sobre los límites y estabilidad de:
Concentraciones de: cobre, ácido, fierro total y cloruro.
Concentraciones de: orgánico atrapado y sólidos suspendido.
Concentraciones de aditivos.
Densidad de corriente o amperaje.
Flujo de electrolito.
Temperatura de entrada y salida del electrolito.
Espaciamiento, verticalidad y planimetría de los electrodos.
Detención y eliminación de cortocircuitos.
Distribución pareja de corriente en los electrodos

98. CORTOCIRCUITOS
Un cortocircuito es una condición física que hace que la corriente pase entre los
electrodos sin participar en las reacciones electrolíticas.
Las características de los cortocircuitos son:
1. Voltajes bajos en las celdas.
2. Menor producción de cobre, por una menor eficiencia de la corriente.
3. Calentamiento de las barras soporte de los electrodos por la alta corriente
que fluye por la vía de menor resistencia del corte.
4. Calentamiento de la placa ánodo, lo que lleva a una mayor producción de
óxido de plomo y a posible descascaramiento.

99. RECALENTAMIENTO DE BARRASRECALENTAMIENTO DE BARRAS

100. Calentamiento de la barra

102. La presentación de cortocircuitos entre ánodos y cátodos en las celdas
es una situación indeseable para el proceso debido a que causa
diversos efectos adversos como son los siguientes:
EFECTOS Y CONTROL DE CORTOCIRCUITOS
eficiencia
de
corrie
nte.
Favorece
la
corros
ión,
degra
dación
y
defor
mació
n de
los
ánodo
s.

105. El calentamiento de las barras se suspensión de los electrodos debido a
la alta corriente, originadas por la baja resistencia de cortacircuito.
El calentamiento aumenta la corrosión y en casos el derretimiento de las
barras.
Cuando se presenta un cortocircuito existe un alto amperaje (corriente
(I)) y como el espacio entre los electrodos es nulo esto provoca un efecto
térmico adverso, y también una disminución del voltaje en la celda.
Ánodo
Cátodo
+
-
Cortocircuito

108. Los cortocircuitos que se producen en las celdas de acuerdo a su origen
se clasifican en dos tipos:
• Cortocircuitos por proximidad.
• Cortocircuitos por crecimiento nodular.
Los del primer tipo ocurren cuando los ánodos toman contacto directo
con los cátodos o quedan extremadamente cerca. Las causas
principales que provocan este tipo de cortocircuito son:
• Placas catódicas o anódicas dobladas.
• Electrodos excesivamente mal alineados.
• Electrodos fuera de la vertical.
• Placas anódicas desprendidas.
Los cortocircuitos por crecimiento nodular son provocados por el
crecimiento rápido y preferencial de nódulos, los que pueden crecer
hasta tocar el ánodo y provocar el cortocircuito. El aditivo catódico
inhibe este crecimiento nodular.

112. PLACA
DOBLADA
MALA
ALINEACION
PLACA
DESAPLOMADA
ANODO
DOBLADO
CORTES POR PROXIMIDAD

113. Placa doblada

114. Placas con Nodulos

115. CORTOCIRCUITO POR DEPOSICION

118. El control de los cortocircuitos se realiza por inspección o detección y su
pronta eliminación para dejar la celda en operación normal con
corriente.
La detección puede realizarse por varias técnicas, basados ya sea en los
efectos térmicos eléctricos provocados por el cortocircuito.
Dentro de estas técnicas se cuentan:
• Visual o al tacto.
• Por gaussiómetro.
• Medición voltaje de contacto.
• Medición voltaje de par de electrodos.
• Medición voltaje de celda con multi tester.
• Métodos infrarrojos.

123. Spot 1
56,5
Spot 2
46,6
*>81,2°C
*<40,0°C
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
75,0
80,0

126. Spot 1
70,0
*>93,1°C
*<19,5°C
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0

127. Los métodos de corrección para corregir los cortocircuitos son:
1. Quebrar los nódulos con una barra de acero inoxidable.
2. Enderezar o cambiar los electrodos doblados.
3. Volver a alinear los electrodos mal puestos.
4. Aislar los electrodos en corte.

128. ELECTRODOS FALTANTESELECTRODOS FALTANTES

129. MAL POSICIONAMIENTOMAL POSICIONAMIENTO

130. ESTADO DE BARRA DE ANODOS
FALTA DE ELECTRODO
ESTADO DE BARRA DE ANODOS
FALTA DE ELECTRODO

131. CONSUMO DE ENERGÍA Y FACTORES
La energía eléctrica que demanda el proceso de EW del cobre, normalmente
constituye el mayor ítem de los costos de operación debido a la cantidad que
se consume por unidad de cobre producido y al costo de dicha energía. De tal
manera, que en la operación del proceso debe tratarse de ahorrar el máximo
de energía y a utilizarla eficientemente
Dentro de los factores que afectan la eficiencia de corriente se tienen:
Reacciones parasitarias catódicas.
Cortocircuitos.
Fugas de corriente.
Disolución química del cobre depositado.

132. En las plantas de EW que procesan electrolitos provenientes de SX, se ha
incrementado la eficiencia de corriente a valores comprendidos normalmente
entre 87 a 94%.
Los factores más influyentes en el voltaje de celda son:
Densidad de corriente.
Sobrepotencial anódico.
Caída de tensión debido al electrolito.
Caída de tensión en los contactos.
Para reducir la caída de tensión que presentan los contactos de los electrodos
con la barra de distribución, es necesario mantener limpias las zonas de contacto
tanto del electrodo como de la barra de distribución. Esta limpieza también
permite conseguir una distribución uniforme de la corriente en los electrodos de la
celda

134. Un lavado eficiente de los contactos elimina el ácido y sales evitando
La corrosión.

138. Un lavado eficiente de los contactos elimina el ácido y sales evitando
La corrosión.

139. CONTAMINACIÓN CÁTODOS
Las principales impurezas que aparecen en los cátodos obtenidos por SX-
EW, son las siguientes:
Plomo
Azufre
Fierro
Los principales factores que influencian la contaminación de los cátodos se
agrupan en cuatro fuentes:
Ánodo
Electrolito
Depósito catódico
Factores operacionales
Dentro de las medidas para reducir la contaminación por plomo se tienen las
siguientes:
Uso de aisladores sobre los ánodos para impedir el contacto con cátodos.
Limpiar las celdas y lavar ánodos cada 3-6 meses.
Detectar y eliminar prontamente los cortocircuitos.
Mantener constante las condiciones de operación.
Mantener un nivel de cobalto mínimo de 100 ppm.
Al energizar debe incrementarse gradualmente el amperaje.

140. CONTAMINANTES EN LOS CÁTODOS
Dentro de las medidas para reducir la contaminación por plomo se tienen las
siguientes:
• Uso de aisladores sobre los ánodos para impedir el contacto con cátodos.
• Limpiar las celdas y lavar ánodos cada 3-6 meses.
• Detectar y eliminar prontamente los cortocircuitos.
• Mantener constante las condiciones de operación.
• Mantener un nivel de cobalto mínimo de 100 ppm.
• Al energizar debe incrementarse gradualmente el amperaje.

143. En el caso del azufre, se proponen las siguientes medidas:
• Realizar un lavado pronto y efectivo de los cátodos cosechados.
• Evitar la formación de depósitos rugosos.
• Mantener constantes las condiciones óptimas de operación.
• Procesar un electrolito con bajo contenido de orgánico atrapado y sólidos
suspendidos.
• Utilizar reactivo Guar y controlar sus niveles
Para el fierro,
• Mantener los niveles de fierro en el electrolito bajo 2,5 g/l.
• Asegurar la producción de depósitos lisos y densos operando a condiciones
óptimas.

148. PRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDASPRESENCIA DE ORGANICO EN LAS CELDAS

151. PROBLEMA EN LA EVOLUCIÓN DE OXÍGENO LIBRE (neblina acida).
Durante el proceso de electrobtención la evolución de oxígeno libre
produce problemas:
Las burbujas de gas producidas son muy pequeñas y al elevarse a la
superficie y reventar, la energía liberada expulsa gotas extremadamente
finas de electrolito a la atmósfera lo que produce una neblina altamente
corrosiva en ácido sobre las celdas
Entre los efectos perjudiciales que causa la neblina ácida se encuentran
los siguientes:
• Contaminación del aire de la nave.
• Acción corrosiva hacia constituyentes de la instalación.
• Ensuciamiento de contactos.
• Problemas de condiciones de trabajo.

152. Varias técnicas se han aplicado para inhibir la formación y acción de la
neblina ácida, como son las siguientes:
•Formación de capas de espuma.
•Cubrir las celdas con lonas.
•Ventilar la nave mediante corrientes forzadas de aire.
•Utilizar capas de gránulos plásticos flotando en la superficie del
electrolito.
Las dos últimas técnicas son las que mas se han desarrollado.
Para minimizar este problema las celdas se cubre con 3 -4 capas de
bolas de polipropileno de 15 a 20 mm. Estas capas flotan y así
fomentas la coalescencia de las pequeñas gotas y evitar la neblina
ácida.
Otra ayuda para minimizar la neblina se tiene los ventiladores. Ellos
crean una ventilación de flujo cruzado con ello ayuda a mejorar la
calidad del aire sobre las celdas donde se esta trabajando.

164. Condiciones óptimas de la electroobtención
Las condiciones de operación garantizan:
• Larga vida útil del cátodo.
• Eficiencia operacional.
• Flexibilidad operacional.
• Facilidad en el desmonte del depósito de cobre.
• Pureza del depósito.
Las condiciones óptimas son las siguientes:
• Control de impureza
• Contenido de cobre
• Contenido de ácido
• Contenido de cobalto
• Cloruros
• Orgánico
• Hierro
• Flujo a las celdas
• Reactivo Guartec
• Densidad de corriente
• Temperatura de la celda

165. Siembra Cosecha Despegue
Placas con Bordes Defectuosos
Cátodos de Cobre
Placas de Acero Inox.
Proceso de Cosechas de CátodosProceso de Cosechas de Cátodos

182. ESQUEMA GENERAL DE UNA
MAQUINA RADIAL
Cadena Espaciadora C-ES
Placas Madre PM Estación de Rechazo E-R
Transferencia
45 < ° T-R Corrugadora C
Cartuchera ( Plegadora )
Correa Alimentadora C-T Cámara Lavado C-L Carrusel C-R Etapa Apilado E-A
C-A Pliegue y
descarga
P-D
Pesaje
y carga Muestreador
P-CA E-M Transportadora
Despegue de Placas T
E-S
Martilleo F-D
Montacarga MO

187. Muchas gracias