Optimización de la calidad de cátodos de cobre obtenidos a altas densidades de corriente

Abstract

Existen muchas razones para que una Planta Electrolítica de Cobre, incremente la densidad de corriente a la que opera, una de ellas puede ser, aumentar su capacidad de producción, sin hacer crecer sus instalaciones físicas, debido a una disponibilidad mayor de cobre proveniente de lixiviación. En este contexto, si la densidad de corriente se incrementa desde los valores típicos de 250 A/m2, hasta más allá de los 400 A/m2, la calidad de los cátodos producidos se deteriora químicamente, con valores altos de plomo y azufre así como físicamente, presentando áreas con nódulos de cobre de tamaño mayor al permitido, lo cual supera los valores límites de los mercados internacionales. En este trabajo primero redefinimos los valores para los parámetros que se aplican en la operación, para luego incluir un nuevo factor para lograr una buena transferencia de masa, esto es la convección forzada lograda por la inyección de aire. Este trabajo se realizó por medio de diseños experimentales sucesivos en la Planta Piloto SX-EW de SMCV. El primer diseño usó como factores, densidad de corriente, flujo de electrolito y afinador de grano Guar. Aquí la calidad del cátodo se deteriora físicamente con la mayor densidad de corriente, el flujo de electrolito y el Guar, ayudan a mejorar la calidad, pero están limitados por factores propios de esta operación. En el segundo diseño experimental, se analizaron los factores Concentración de cobre, Temperatura del electrolito y Afinador de grano, Guar. En este caso se demostró que la concentración de cobre en el electrolito es muy importante y debe ser incrementada hasta 45 g/l. Por otro lado, la temperatura del electrolito también ayuda a mejorar la calidad catódica, pero un valor por encima de los 46 °C puede provocar corrosión anódica excesiva lo que contaminaría más los cátodos. El resultado de estos dos diseños, mostró que los factores o parámetros investigados logran paliar los defectos de calidad hasta que la densidad de corriente alcanza 375 A/m2, por encima de este valor es necesario mejorar la transferencia de masa de otro modo. Una prueba exploratoria adicional, demostró que una de las mejores y más prácticas formas de mejorar la transferencia de masa era vía convección forzada de cobre, provocada por la inyección directa de aire a la celda electrolítica. Con esto se logra provocar movimiento de los iones cobre, disminuir el espesor de la capa límite y mejorar el depósito de cobre. En el tercer diseño experimental, se corrieron pruebas teniendo como factores a la concentración de cobre, la inyección de aire y la densidad de corriente. Los resultados de estas pruebas muestran que la calidad del cátodo producido se mejoró enormemente, para 414 A/m2, y se logró obtener cátodos, en calidad química, con menos de 1 ppm de plomo y azufre por debajo de 6 ppm., y en calidad física con menos de 3% de área de rugosidad y grano de cobre depositado por debajo 5 mm de diámetro. Este trabajo demostró que se puede obtener cátodos de calidad grado AA o High grade, operando a más de 400 A/m2, mejorando la transferencia de masa de cobre, vía convección forzada provocada por inyección de aire.