Laboratorio De Electrolisis 4p116n

LABORATORIO DE HIDROMETALÚRGIA RECUPERACIÓN DE COBRE POR MEDIO ELECTROLÍTICO

INTEGRANTES: JULIAN FARUK MONROY CAÑON DIRLEY SOLANLLY VELA CARMONA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA TUNJA 2014

LABORATORIO DE HIDROMETALÚRGIA RECUPERACIÓN DE COBRE POR MEDIO ELECTROLÍTICO

INTEGRANTES: JULIAN FARUK MONROY CAÑON 201120200 DIRLEY SOLANLLY VELA CARMONA 201120348

Presentado a: Ing. M.Sc. SARA MARIA BARROSO PINZÓN

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA TUNJA 2014

INTRODUCCIÓN

Electrolisis, parte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la conversión de la energía química en eléctrica y viceversa. En un sentido más amplio, la electrolisis es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes. La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en componentes cargados positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito (o compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado. La acción de una corriente sobre un electrólito puede entenderse con un ejemplo sencillo. Si el sulfato de cobre se disuelve en agua, se disocia en iones cobre positivos e iones sulfato negativos. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones cobre se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como elemento cobre. Los iones sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son inestables y combinan con el agua de la disolución formando ácido sulfúrico y oxígeno. Esta descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis. En todos los casos, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrólito sigue la ley descubierta por el químico físico británico Michael Faraday. Esta ley afirma que la cantidad de material depositada en cada electrodo es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el electrólito, y que la masa de los elementos transformados es proporcional a las masas equivalentes de los elementos, es decir, a sus masas atómicas divididas por sus valencias

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL 

Obtener cobre puro a través de la descomposición por electrolisis

OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

Construir una celda electrolítica Disociar el electrolito por medio de la corriente eléctrica en los iones que lo constituyen. Comprender el funcionamiento de cada uno de estos dispositivos y procesos.

MARCO TEÓRICO

La electrólisis consiste en la descomposición química de una sustancia por medio de la electricidad (electro = electricidad y lisis = destrucción). El paso de la corriente eléctrica a través de un electrólito (en disolución o fundido), nos demuestra que en el cátodo o polo negativo se reduce por ganancia, en cambio el ánodo o polo positivo entrega sus electrones oxidándose. En resumen, el proceso de electrólisis se caracteriza porque: a) Es un fenómeno redox no espontáneo producido por una corriente eléctrica b) La reducción se lleva a efecto en el polo negativo o cátodo y la oxidación en el ánodo o polo positivo. El proceso electrolítico se realiza debido a que, la corriente eléctrica circula desde el cátodo hacia el ánodo, siempre que entre ellos esté presente una sustancia conductora (electrólito). La cantidad de producto que se forma durante una electrólisis depende de los 2 factores siguientes: a) De la cantidad de electricidad que circula a través de la pila electrolítica. b) De la masa equivalente de la sustancia que forma el electrólito. La cantidad de electricidad que circula por una cuba electrolítica puede determinarse hallando el producto de la intensidad de la corriente, expresada en amperios por el tiempo transcurrido, expresado en segundos. Tras efectuar múltiples determinaciones, Faraday enunció las 2 leyes que rigen la electrólisis y que son las siguientes: a) Primera Ley de Faraday: La cantidad de sustancias que se depositan (o altera su número de oxidación) en un electrodo, es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el sistema. Lo anterior significa que a mayor Faraday mayor cantidad de sustancia depositada. Se denomina equivalente electroquímico de una sustancia a la masa en gramos de dicha sustancia depositada por el paso de un culombio. De acuerdo con esta definición podemos escribir la expresión:

m=

PIt n .96500

Donde: m : masa en gramos que se ha depositado P : peso atómico del elemento n : número de electrones intercambiados I : intensidad de la corriente expresada en amperios t : tiempo en segundos 96500 : factor de equivalencia entre el Faraday y el culombio, ya que 1F = 96500C. b) Segunda Ley de Faraday: La cantidad de diferentes sustancias depositadas o disueltas por una misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a sus respectivos pesos equivalentes. Por ejemplo, si la corriente eléctrica se hace pasar por una serie de celdas electrolíticas que contienen distintas sustancias, la cantidad de electricidad que circula a través de cada electrodo es la misma y las cantidades de elementos liberados son proporcionales a sus respectivos pesos equivalentes. Como la cantidad de electricidad en Coulomb es igual al producto de la intensidad de la corriente en ampere por el tiempo en segundos que ha pasado la corriente, combinando las dos leyes resulta que la masa de material depositado o disuelto en cada electrodo será igual a lo siguiente: m= Donde: I: ampere. t: tiempo en segundos. A: peso atómico. F: Faraday. n: valencia.

ItA Fn

MATERIALES Y MÉTODOS

     

Vasos de precipitado Licor extraído de la lixiviación (filtrado) Ánodo (lamina de plomo) Cátodo (lamina de acero inoxidable) Fuente de voltaje Cables para fuentes de energía con caimanes

MÉTODO EXPERIMENTAL 

En un vaso de precipitado colocar el licor extraído de la lixiviación con agua, y en otro vaso el licor de la lixiviación con ácido.



En cada vaso colocar las láminas de plomo y de acero conectadas a los cables que vienen de la fuente de voltaje.



Se aplica un voltaje de 0.2 voltios y de deja reaccionar por dos días.



Al notar que la solución se torna incolora se comprueba que todo el cobre ya se recuperó y esta adherido a la lámina de acero inoxidable.



Se pesan las láminas y se calcula el pero final del metal recuperado.

ANALISIS DE RESULTADOS

Solución de Ácido Peso Peso Peso del Lámina Inicial Final Cu Solución de Agua Plomo 5,86 5,86 13,95 Peso Peso Peso del Acero 11,7 25,65 Lámina Inicial Final Cu Inox Plomo 16,63 16,63 13,59 Acero Al transcurrir los Inox 9,42 23,01 confirmar que si

dos se

días

se pudo presentó

recuperación de cobre en el cátodo y no fue necesario cambiar la laminilla para el ánodo ni para el cátodo. PREGUNTAS

1. ¿Consultar las reacciones que ocurrieron en los electrodos en el proceso realizado y explicar cada una de ellas?

Esta reacción de electrodo ha sido ampliamente estudiada por los distintos procesos en los cuales puede estar presente, corrosión, celdas de combustible, electrólisis de soluciones acuosas, etc. Por otra parte, las características del gas hidrógeno como combustible “limpio” motiva el constante desarrollo de materiales para catalizar esta reacción. Para el laboratorio que se desarrolló en la uptc las ecuaciones siguientes

fueron las

Electrólisis mediante el uso de H2SO4 Tres compuestos químicos de gran importancia, el H2SO4, el SO4= y el CuO H2 se obtienen a partir de la electrólisis de una solución acuosa concentrada de H2CuO4 . El hidrógeno se produce en el cátodo mediante la reacción: 2H2O + 2e-

H2(q)

+ 2OH-

SIMULTANEAMNETE EN EL ANODO DE PLOMO PRODUCIRA SE PRODUCIA

PbO2 + 4H+ +2e-

Pb++ + 2H20

MIENTRAS QUE EN EL CATODO CON ELECTRODO DE COBRE SE PRODUCIA

Cu++ + 2e-

Cu

LA SOLUCION DILUIDA ANTES DE EMPEZAR LA ELECTOLISIS ESTARA CONFORMADA POR

CuS04+ H2O

Cu++ + S04 = + H2

2. Que efecto tiene la electro-obtención sobre el electrolito? El efecto del proceso de Electro-obtención de cobre en el electrolito consiste en disminuir la concentración de cobre (que se deposita sobre los cátodos) y

aumentar la concentración de ácido. El producto final son cátodos de cobre de alta pureza (99,99%Cu). La electro obtención consiste en aplicar una corriente que circula de ánodo a cátodo a través de una solución de sulfato cúprico. El metal se deposita sobre el cátodo y el agua se descompone sobre el ánodo, dando lugar a desprendimiento de oxígeno. Los procesos a los que se somete la solución antes de entrar al proceso de electro obtención, se deben a que esta tiene una composición compleja, con numerosas impurezas, cuyas concentraciones varían de acuerdo a la fuente mineral utilizada y a los procesos hidrometalúrgicos a que es sometida antes de transformarse en el electrolito de electro obtención. El electrolito que ingresa a la nave de EW, proveniente de SX, presenta por lo general la siguiente composición química:

    

Cobre : 40 – 48 g/L Ácido : 140 – 180 g/L Fe total : 0,5 – 1,5 g/L Cloruro :  30 ppm Mn : 30 – 80 ppm

3. ¿Qué tipo de electrolito utilizaron para el proceso? Y por qué?



Estas son as dos reacciones que se formaron en la lixiviación Con Agua: CuFeS2 + H2O = CuSO4 + Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O Con Ácido: CuFeS2 + 4H2SO4  CuSO4 + FeSO4 + 2S + 2SO2 +4H2O

Lo que quiere decir que el electrolito de la lixiviación de agua está compuesto por: CuSO4, SO2, H2O. El electrolito de la lixiviación de ácido sulfúrico está compuesto por: CuSO 4, 2S, 2SO2, 4H2O. Estos electrolitos se utilizaron por que fueron el resultado de la lixiviación del mineral de cobre.

4. ¿Qué utilidad tiene la electrolisis en la industria?



Recuperación de minerales complejos a gran escala como el oro el cromo el níquel y la plata



Mejor calidad en la producción de metal de interés con una pureza del 99%



En la galvanoplastia o recubrimientos superficiales como los rines de lujo de cromo.

5. ¿Qué cantidad de cobre recuperaron con electrolisis?, ¿explique si realmente vale la pena este proceso? Sumando el cobre de las dos pilas se recuperaron 27,54 g de Cu en total, este proceso es de gran utilidad para procesos en los que se utilizan grandes cantidades de materia prima para lograr una recuperación del mineral de interés que represente los gastos energéticos y de demás que se presentan a lo largo del proceso.

6. ¿Realizar un diagrama del montaje realizado por su grupo de practica?

En el montaje se puede observar el cátodo (-) y el ánodo (+) en el cátodo va la lámina de cobre y en el ánodo va la lámina de plomo.

7. ¿Qué composición tienen los lodos obtenidos en el proceso de lixiviación? Los lodos de la lixiviación del agua son: Fe 2(SO4)3 Los lodos de la lixiviación de ácido sulfúrico son: FeSO 4

CONCLUSIONES



Se obtuvo una solución de ácido sulfúrico y agua con un pH requerido sabiendo que la concentración del ácido no varía con el volumen, es muy importante tener en cuenta la concentración del ácido ya que es un factor que puede variar el pH en la solución.



La recuperación del cobre fue relativamente buena teniendo en cuenta que el metal obtenido no representa los gastos de energía durante el proceso lo que no quiere decir que este proceso no sea rentable pues hay un mejor aprovechamiento a nivel industrial.



En el proceso de extracción por vía hidrometalurgia como en cualquier proceso metalúrgico es de tener en cuenta las fases primarias de los procesos, desde la preparación mecánica del mineral pasando por el proceso de flotación, tostación, lixiviación hasta llegar a la electrolisis, en cada una de estar etapas se debe tener buena precisión así como ser exactos para obtener resultados óptimos.

BILIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA 

Alguacil, F. J. (1987). La extracción con disolventes aplicada a la hidrometalurgia del cobre. I: Reactivos específicos del cobre. Revista de metalurgia, 23(3), 172-188.



Beckel, R. (2000). El proceso siderometalúrgico de lixiviación en pilas y el desarrollo de la minería cuprífera en Chile. CEPAL.



Ballester, A., & Córdoba, E. (2005). Hidrometalurgia de la calcopirita. Hydrocopper, 2005, 19-41.



http://quimicaredox.blogspot.com/2007/11/objetivos.html



http://www.ing.unlp.edu.ar/quimica/QCACOR3.htm



http://docencia.udea.edu.co/cen/electroquimicaII/electrocatalisis/electrocata lisis_3.htm

ANEXOS

Solución de agua Solución de ácido Montaje para la electrolisis

Cobre obtenido de la solución de agua ácido

Cobre obtenido de la solución de