UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Química e Ingeniería Química

Paper informativo. Física III

Obtención y Purificación electrolítica del Cobre

Profesor : Percy Paz Retuerto

Alumnos : Casas Rios, Ronald 13070105

Echevarria Urbizagastegui, Enzo 13070169

Lima-Perú

2015-0

Resumen

En el presente trabajo notaremos que minerales como el cobre que están vin-

culado en su mayor parte a minerales sulfurados y oxidados. Hablaremos so-

bre el sometimiento de varios procesos (chancado, molienda, flotación, fundi-

ción, refinación electrolítica) que son etapas del procesamiento del cobre desde

su extracción hasta su purificación electrolítica, que tienen como finalidad in-

crementar progresivamente la concentración, pureza y aumentar la calidad

de la refinación electrolítica, mediante la reducción esparcimiento entre elec-

trodos reduciendo impurezas que no se depositan en el fondo de la cel-

da(escoria) ,se consigue mejorar la calidad y apariencia del cobre electrolítico,

aparte de poder aumentar la eficiencia de corriente.

Finalmente, con el proceso electrolítico obtendremos el cobre con una pureza

de hasta 99.99%, esto se logra mediante el uso de ánodos y cátodos de cobre,

los cuales son electrodos activos en el proceso electrolítico, ya en la parte final

se muestra un esquema general de cómo se realiza la purificación del cobre.

INTRODUCCION

El desarrollo de la electroquímica se remonta al siglo XVII cuando en 1805

GROTHUSS explica el fenómeno de la descomposición de las soluciones me-

diante el uso de corriente eléctrica. Para el caso del agua, por ejemplo, nos

explica que en el polo negativo se desprendía oxígeno, mientras que en el polo

positivo, se desprendía hidrogeno, cuando al agua se le sometía a una dife-

rencia de voltaje.

Ya para 1834, un ingenioso Michael Faraday formula las leyes de dicho fenó-

meno, al cual llamo electrolisis. Faraday aporto de tal manera que su nomen-

clatura empleada en ese tiempo es usado hoy en día en la electroquímica. En

lugar de la palabra “polo”, creo la palabra electrodo, llamando así ánodo al po-

sitivo y cátodo al negativo. Acuño también el termino electrolito a toda sustan-

cia capaz de descomponerse bajo la acción de corriente eléctrica continua.

Finalmente, a los iones los clasifico en aniones y cationes, según migren hacia

el ánodo o el cátodo durante una electrolisis.

Ahora, se conoce como electrolisis a la descomposición de los electrolitos por

medio de la corriente eléctrica, lo cual genera una reacción REDOX no espon-

tanea, lo cual genera nuevas sustancias simples o compuestos.

Son muy importantes los métodos electrolíticos de obtención industrial de me-

tales de soluciones acuosas (Cu, Zn, Pb) o sales fundidas(Al, Mg), la produc-

ción de 𝐶𝑙₂ y NaOH de la sal común; y la oxidación y reducción de sustancias

orgánicas. Sabemos que las reacciones espontáneas van acompañadas de la

disminución en energía libre; no obstante, por vía electroquímica pueden reali-

zarse reacciones con aumento en el ΔG del sistema, siempre que se les pro-

porcione la energía requerida, siendo un caso la descomposición del agua a

temperatura ambiente.

Entonces, como vemos, la importancia de la electrolisis radica, primordialmen-

te, en su aplicación industrial, y en torno a ello es lo que radica el presente

trabajo. Dicho trabajo que tiene como objetivo ver una de las tantas aplicacio-

nes que tiene el vasto conocimiento de la electroquímica, la purificación del co-

bre.

Obtención y pre-refinación

del cobre

Todo el proceso de la refinación del cobre, empieza desde su ob-

tención, y la pre-refinación hasta el sometimiento de una corriente

eléctrica continua que nos ayuda-rá a realizar la electrorefinacion del cobre. Con el total refinamien-

to y purificaion, prácticamente al 100% el cobre obtendrá un mayor

valor agregado, y es de amplia aplicación.

En primer lugar, cabe destacar que el cobre se encuentra en la

corteza terrestre en forma de mi-nerales Sulfurados como calcopiri-ta (CuFeS2), bornita( Cu5FeS4) y

Calcosina (Cu2S), y se observa que el contenido del cobre en es-

tos minerales es bajo, alrededor de un 0.5%, en minas a cielo abierto, y hasta un 2% en minas

subterráneas. Y aunque también se encuentre asociado el cobre

con minerales oxidados que se encuentran en forma de roca, el ‘boom’ en la actualidad radica

principalmente en la obtención y purificación del cobre asociado a

minerales sulfurados.

Como segundo paso para la ob-tención del cobre, todo este cobre

en ‘bruto’ que se ha obtenido de la mina pasa a un proceso de chancado, etapa en la cual gran-

des máquina reducen las rocas a un tamaño uniforme de no ma s

de 1.2 cm, aproximadamente.

Una vez que ya el cobre en ‘bruto’ ha pasado por un proceso de chancado, este es sometido a mo-

lienda, para esto se debe superar el valor de Ϭy (Esfuerzo máximo

de comportamiento elástico del material). El material logra llegar

a unos 0.18 mm, con el que se forma una pulpa con agua y reac-

tivos que es llevada a flotación, en donde se obtiene cobre concetra-do.

Después, el proceso pasa a lo que

se llama flotación, y es en esta etapa donde se genrea espuma, cuyas burbujas atrapan el cobre y

otro minerales sulfurados conteni-dos en la pulpa. Luego de varios

ciclos, se recolecta y se seca esta espuma para obtener el concen-trado de cobre que continua su

purificación.

Luego se pasa a una purificación en base a la fundición del cobre. Una vez que se realiza la flota-

ción, servirá para transportarlo al lugar donde se realizará la fundi-

ción, aquí se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro, principalmente, mediante oxida-

ción en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1300°

C. Entonces, este proceso el Asu-fre se convertirá en SO2, mientra el cobre,el hierro y otras impure-

Mineral Sulfurado de Cobre

Mineral Oxidado de Cobre

zas, se depositan en la parte infe-

rior de la caldera de fundi-ción(esto debido a su mayor den-

sidad), este producto, denomina-do ‘mata de cobre’, contiene 62% de cobre, mientras que en la parte

superior se forma lo que se llama ‘escoria’( se deposita en la parte

superior debido a su bajo peso específico), esta ‘escoria’ se ex-trae del horno, y se elimina, ya

que su contenido es de apenas 0.8% de Cu y lo demas son impu-

rezas. Esta mata pasa luego a un con-

vertidor, esto para incrementar su pureza, donde se comete a una

gran oxidación en un proceso dis-continuo llamado“Batch”, consi-

guiendo un producto intermedio denominado blister con un conte-nido de cobre de 96-98% aprox.

Este producto se moldea en forma de ánodos y se envía a una refine-

ría electrolítica donde se obtendrá finalmente un cátodo de cobre. Las reacciones que ocurren en el

convertidor son:

2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + 2Cu2O 6Cu + SO2

Entonces, como vemos el azufre contenido en nuestra mezcla es

eliminada por oxidación, y los ga-ses que se producen y contienen

azufre( en este caso el SO2), cabe destacar que estas reacciones son exotermicas, por ende el conver-

tidor no necesitará de combustible.

Electroquímica del cobre

Como vimos anteriormente, el co-

bre el cual se va a tratar mediante electro refinación, es el llamado

‘Cobre Blíster’, este cobre impuro parcialmente, se ha convertido en

moldes en forma de ánodos, lo cual va a servir, valga la redun-dancia, como ánodos en el proce-

so electrolítico. Entonces la electro refinación va a consistir en el si-

guiente esquema: se pondrá en forma alternada un ánodo ( que es la plancha de cobre blíster), y

un cátodo( que es una plancha muy delgada de cobre puro, así

hasta completar 30 ánodos y 31 cátodos en cada celda.

Luego que ya se tiene lista las

planchas del ánodo y cátodo, se

va a hacer pasar una corriente

eléctrica continua, por una solu-

ción de CuSO4(aq) y H2SO4. Ahora,

el ácido sulfúrico agregado a

nuestra solución, es esencial, ya

que este ácido le dará el medio

necesario para que ocurra de ma-

nera eficiente nuestra electrolisis.

Dará un medio ácido a nuestra so-

lución, debido a las propiedades

oxidantes que el H2SO4 posee nos

ayudará en la oxidación del cobre

Convertidor

ya que como se sabe el H2SO4 es

un agente oxidante fuerte, ade-

más también el H2SO4 tiene como

propiedad química el conducir la

electricidad.

Tomando todas estas considera-

ciones, se procede a la electrolisis,

como mencionamos, se somete

esta solución a una corriente con-

tinua, durante casi 20 días. Al día

10 del proceso electrolítico, se van

extrayendo los cátodos y se re-

emplazan por otros y los ánodos

se dejan 10 días más y se reem-

plazan por otros. De esta manera,

al final del día 20, nuevamente se

extraen los cátodos y se renuevan

los ánodos.

Finalmente, los otros componen-

tes del ánodo que no se disuelven,

se depositan en el fondo de las

celdas electrolíticas, formando lo

que se conoce como ‘barro anódi-

co’ el cual se bombea y almacena

para extraerle su contenido metá-

lico (oro, plata, selenio, platino y

paladio)

Ya para terminar, se mostrará las

reacciones que ocurren en la cel-

da:

CÁTODO: Reducción

*Reducción del Cu2+ proveniente

del CuSO4:

Cu2+ + 2e- Cu

ÁNODO: Oxidación

*Aquí en el cátodo, las posibles

reacciones que pueden ocurrir

son:

2SO42- 2S2O4

2- + 2e-

2H2O O2(g) + 4H+ + 4e-

Cu(s) Cu2+ + 2e-

Así como vemos, la reacción que

finalmente ocurre es la oxidación

del Cu(s).

Y es este Cu del cátodo el cual po-

see una pureza del 99.99%.

Conclusiones

El pre-refinado al fuego es muy fácil, una vez adquirida la suficiente ex-

periencia, ya que este tiene muy alta pureza, con excepción de los pro-

blemas que causaría su alto contenido de agua libre.

Se Produce muy poca cantidad de escoria durante el proceso de pre-

refinado al fuego.

La pureza de los cátodos es de 99.99% de C.

La cantidad promedio de lodos anódicos producen expresando en por-

centaje de ánodos corroídos es de 21%.

En el proceso electrolítico, el ‘barro anódico’ no se desperdicia para na-

da, sino se aprovecha para la extracción de oro, plata, selenio, platino y

paladio

Lo que podemos afirmar de esta investigación es que hemos adquirido

una gran experiencia en esta rama de la ingeniería química; es decir la

pirometalurgia del cobre, mediante la refinación(al fuego y electrorefina-

ción ).

Bibliografía

Pons Muzzo. Fisicoquímica 6.ª Edición Ed. Universo, Lima, 1985.

Edward Palomino. Tesis en Ingeniería Química: Refinación del Cobre.

Antamina, 2004.

CodelcoEduca. Electrorefinación del cobre[en línea]. [Consulta:25 de

febrero del 2015]. Disponible en:

<https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_electrorr

efinacion.asp>