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Cementación del Cobre

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Proceso de cementación

• La cementación es la precipitación de un metal desde unasolución acuosa, que se produce por efecto de la presenciade otro metal. En este proceso el metal precipitadousualmente se deposita o "cementa" sobre el metal añadido.

•

El proceso se basa en el potencial de electrodo que tenganlos metales involucrados. El metal con potencial de electrodomás alto, tiene mayor tendencia a la oidación, y pasará a lasolución despla!ando al metal que tenga un menor potencialpositivo.

• Lo anterior ocurrirá de este modo siempre y cuando lassoluciones sean diluidas y el ión del metal no se encuentreformando compleo. Cuando #ay compleos involucrados, losdatos de potencial de electrodo pueden cambiardrásticamente.

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RECUPERACIÓN DE COBRE A PARTIR DESOLUCIONES DE LIXIVIACIÓN DILUIDAS:

CEMENTACIÓN Y EXTRACCIÓN CONDISOLVENTES.

• Las soluciones saturadas provenientes de lasoperaciones de liiviación son de dos tipos, deacuerdo a su contenido de cobre$

• a. Concentradas, contienen de %& a '& (g Cu)m% ,provenientes de la liiviación en tanque o poragitación. Estas soluciones contienen unaconcentración su*ciente para la separación porelectrólisis directa de cobre de alta pure!a.

•

. D!"#!das$ + a ' (g de cobre por m% , provenientesde liiviación in situ, pilas y terreros. Estas solucionesson demasiado diluidas en cobre para la separaciónpor electrólisis directa de cátodos de alta pure!a

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• Las soluciones con %& a '& (g deCobre)m% sólo necesitan unapuri*cación antes de la separación

por electrólisis.

• En general, para lograrlo, seprecipitan los iones frricos de

soluciones aereadas utili!ando calviva -burnt lime a un p/ % ó %.'

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• 0n problema más complicado es larecuperación efectiva del cobre a partir del tipodiluido de solución de liiviación original.

•

El mtodo importante de recuperación de cobrees la cementación sobre c#atarra de acero-unas %'& &&& toneladas de cobre anuales.

• Este mtodo es simple y efectivo, pero el cobre

obtenido es impuro y debe ser enviado a unainstalación pirometal1rgica para su fundición yre*nación.

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Ce%entac!&n

• La cementación del cobre en soluciónestá descrita por la reacción$

2e34 Cu54 6 Cu& 4 2e54

 – 2e3$ c#atarra de #ierro o retallas de*erro

 – Cu54$ cobre en solución como sulfato

 – Cu& $ Precipitado de cobre metálico

 – 2e54$ 2ierro en solución como sulfato

ferroso

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• 7demás del *erro, podr8an utili!arse otros metales para lacementación, por eemplo, el aluminio o el !inc pero a un costoconsiderablemente más alto.

• Por consiguiente, el *erro -como desperdicio de acero es el1nico medio de cementación práctico.

• Como se #ace en la industria del cobre, la solución de liiviaciónoriginal se #ace 9uir a travs de una pila de desperdicio deacero y el cobre precipita sobre las super*cies de #ierro.

• El precipitado de cobre se desprende en escamas o en forma depolvo, bao la in9uencia del 9uo de la solución, pero

invariablemente está contaminado con el *erro sobre el cualprecipita

• An'"!s!s T()!co$ :' a ;&< de Cu, &.5 a 5< de 2e, &.'< de =i>5,o8geno remanente.

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• La ventaa principal de lacementación es su sencille!.

• ?irtualmente se puede remover todoel cobre de la solución en una seriecorta de tanques o de canales decontacto.

• Contra esta sencille! se debeconsiderar el #ec#o de que elproducto de cobre se puri*cará

posteriormente.

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• El mtodo más com1n de tratamiento del cobre

cementado es por fundición en #ornos de fundición oconvertidores a partir de los cuales sigue la rutaestándar de electro re*nación de ánodos.

• >tro mtodo poco usado, es disolver el cobre

cementado en una solución acuosa básica y luegoreducirla con #idrógeno.

• La impure!a de #ierro precipita de la solución básicacomo #idróido frrico, mientras que el cobre esreducido por la reacción$

 /53 4 Cu54 6Cu& 4 5 /4

  El producto de esta reacción es cobre en polvo

-@+'&Am y de ;;.;< de pure!a

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Procesos *#(%!cos de "a ce%entac!&n

•

Cuando una pie!a de *erro metálico essumergida en una solución acuosa coniones cobre, el #ierro tiende a entrar ensolución mientras que el cobre metálico

tiende a precipitar.• La fuer!a motri! para el proceso es el

potencial electroqu8mico de la reacción.

•

Este potencial es la diferencia entre lospotenciales de media celda del cobre y del*erro, es decir

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• Estos potenciales están relacionados con lospotenciales electroqu8micos estándar y las

actividades de los iones en solución mediante laecuación de Bernst$

• - D temperatura, &F 2 D Constante de 2araday,;G '&& culombios por peso equivalente gramo, HD constante de los gases, :%.+IJoules)gmol3

de los cuales potenciales estándar de reducciónKibbsM=toc(#olm,+;5%N para el cobre y el #ierroson 4 &.%I y M &.I+ volts, respectivamente demanera que en trminos numricos, la ecuación

es$

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• La reacción procederá #asta que el potencial seaproime a cero volt, condición en la que losmetales y iones #an alcan!ado el equilibrio.

• La relación de equilibrio iónico puedecalcularse con la condición de & volt aplicada a laecuación. 7 5'&C la relación es +&5'.

• Esta relación etremadamente grande indica que lareacción de precipitación puede proceder #asta quecasi todos los iones cobre precipitan de la solución,lo cual está de acuerdo con la práctica de

cementación industrial seg1n la cual más del ;&<del cobre es retirado de las soluciones saturadasantes de que sean recicladas al circuito deliiviación.

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• La ecuación establece que + mol de *erro -''.:' (g debeprecipitar + mol de cobre -G%.'I (g, que equivale a &.::(g de #ierro por (g de cobre.

• En la operación industrial son necesarios +.' a 5.' (g de#ierro, en gran parte como consecuencia de las dosreacciones secundarias$

• El o8geno atmosfrico contribuye a que se consuma *erro

en eceso porque lo oida directamente o puede produciriones 2e%4 que consumen #ierro metálico seg1n la reacción.

• 7lguna parte del cobre tambin se puede oidar y disolvernuevamente, lo cual #ace necesaria una nuevaprecipitación.

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C!n+t!ca de "a ce%entac!&n• En la reacción de cementación se trans*eren

electrones entre el #ierro que se disuelve y el cobreque precipita.

• Esto #ace que el cobre se deposite en la super*ciedel *erro en ve! de permanecer en la solución.

•

Por consiguiente es necesario que las condiciones enel 9uo de 9uido y en la super*cie del #ierro sean lasadecuadas para que el precipitado sea fácil deseparar de la super*cie de ste.

• Parece no #aber una norma absoluta para la

obtención de un depósito granular denso, pero pareceque las altas velocidades del 9uo de la solución atravs del acero y los bordes pronunciados -aristasvivas dan el meor tipo de precipitación para su

colección y transporte.

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• Oonde$ es la concentración de cobre eng)l o g)m%, en la solución en el instante t , es elconstante de rapide! espec8*ca para el proceso deprecipitación de cobre, lo cual depende de

condiciones de 9uo y de temperatura está dadaen -m)s.

•  A, área de *erro epuesta en la solución -m5.

• 7s8 la rapide! de la precipitación de cobre es

proporcional a la concentración de cobre ensolución, el área de #ierro epuesta y la constantede rapide! especi*ca, por lo tanto la rapide! puedeaumentar al aumentar la temperatura y el grado

de agitación.

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T+cn!cas !nd#str!a"es de)rec!)!tac!&n de core

• El sistema de precipitación preferido y el más simple #a sido de canalabierto en el cual las soluciones provenientes de la liiviación decobre, saturadas 9uyen por gravedad a travs de un canal o serie decanales de madera o de concreto llenos con c#atarra de acero.

• Los canales var8an de las dimensiones considerablemente

dependiendo de la capacidad de la planta de proceso, ,-aco!/012$ forma l8nea recta o !igM!ag, pero la tcnica es lo mismoesencialmente en todos los casos.

• Los diseños de canal mas recientes, la c#atarra es mantenida sobreemparrillados de madera colocados sobre el fondo del canal dedonde puede ser recuperado leos de la c#atarra.

• La operación de los canales abiertos conlleva a un gasto de c#atarrade acero, #asta tres veces el #ierro estequiomtrico que en realidadse usa. 7demás de este gasto etra, la mano de obra empleada parareali!ar las adiciones de c#atarra y para recuperar el cobreprecipitado en sistemas de canal abierto es bastante considerable.

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• S)edden 3 co"aoradores en/0/ ,#an propuesto sistema deprecipitación compacto y dinámico que se#an propuesto y usado industrialmentecon meores resultados, posteriormente

en +;& ennecott, propuso un sistemagiratorio tipo cónico, llamandoposteriormente como el precipitadorKennecott , en el cual la solución de

liiviación saturada es for!ada #aciaarriba en un movimiento giratorio atravs de c#atarra desmenu!ado.K

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• El sistema de cono ennecott, consiste en un tanque demadera cil8ndrico, de G a m de alto, I a G m dediámetro, dentro del cual esta *o un cono de de aceroinoidable de I metros de altura, vrtice #acia abao.

•

El tercio superior del cono esta construido de tela deacero inoidable. La solución de liiviación saturada esintroducida con movimiento giratorio, #acia el interiordel cono mediante los anillos instalados en el interiordel cono situado a un tercio del fondo y a la mitad del

cono a travs de aberturas dirigidas lateralmente sobrelos anillos.

• La solución gira #acia arriba atraves del desperdicio deacero desmenu!ado y el cobre se precipita a medidaque #ay contacto.

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• La acción de movimiento giratoriodesprende el cobre precipitado de lassuper*cies del #ierro y las part8culas quedan

suspendidas en la solución y luego sontransportadas #acia arriba cerca de la partesuperior del cono donde, a medida quedisminuye la velocidad debido al

ensanc#amiento de sta #unden a travs dela porción de tela metálica y pasan #acia elárea de recolección en el fondo del tanque.

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• La cementación de cobre ocasionalmente se lleva acabo en soluciones de liiviación que contienen*nas part8culas sin disolver.

• Esta situación surge principalmente durante la

liiviación de restos de óidos provenientes de unaetapa de 9otación de sulfuros previa, es decirdurante el tratamiento de menas de sulfuro yóidos me!clados.

•

Qao estas condiciones es dif8cil separar laspart8culas de cobre recin precipitadasprovenientes de los sólidos sin disolver, pero esteproblema #a sido resuelta en parte con la 9otaciónde la pulpa despus de la precipitación.