Estudio del equilibrio químico del electrolito de la refinería de Codelco división VentanaS

Tesis (Ing. Civil Químico) -- Prof. guía: Adrián Rojo; prof. corref.: Alonso Jaques

En el presente trabajo se estudia el comportamiento de las principales impurezas que afectan la calidad de los cátodos de cobre, producidos en la Refinería Electrolítica de Codelco División Ventanas, las cuales son: calcio (Ca), antimonio (Sb) y bismuto (Bi). Estos elementos se acumulan durante el proceso de electrólisis y dado que poseen baja solubilidad en el electrolito, cuando alcanzan su nivel de saturación producen sólidos que se ocluyen mecánicamente al cátodo. Durante el año 2013, estudios indican que el Ca se ha encontrado saturado en el electrolito, provocando su depósito en el borde superior de los cátodos comerciales. Estos cátodos son sometidos a lavado químico antes de su comercialización, retrasando la preparación y poniendo en riesgo la entrega oportuna a los clientes. Para evitar esta situación, se propone implementar un proceso de descalcificación por precipitación de Ca a través del enfriamiento del electrolito, con el cual, experimentos realizados muestran que la mantención de éste a 20 [°C] durante 8 horas, produce la remoción de un 54% de Ca. Adicionalmente, con este proceso se remueve 26% de Sb y 42% de Bi. El proceso de descalcificación fue diseñado de acuerdo a los equipos disponibles en la Ex Planta de Tratamiento de Electrolito (PTE), con los cuales se puede llegar a procesar 182 [m3/día] de electrolito. Los resultados del balance dinámico realizado, indican que si el electrolito contiene inicialmente 0,70 [g/l] de Ca+2, en 120 días se puede alcanzar una concentración de equilibrio de 0,45 [g/l], nivel al cual ya no existe peligro de contaminación por saturación de Ca. Mediante el estudio económico se determinó que para la implementación del proceso se necesita una inversión cercana a USD 10.000 y que el costo operacional asciende a 37.000 [USD/mes]. Estos resultados indican que el proceso se justifica, considerando que un escenario factible sería perder el premio de cátodo Grado A y solo recibir el premio de cátodo estándar sobre la producción que presenta Ca, lo que significaría una pérdida aproximada de 44.000 [USD/mes]. Por otro lado, se identifica al Sb como el principal contribuyente a la formación de sólidos livianos de baja densidad específica y lenta sedimentación, que al adherirse al cátodo causan inestabilidad en la superficie, formando nódulos y deteriorando la calidad catódica. De acuerdo a lo observado en el diagrama de estabilidad arsénico-antimonio (As-Sb), se determina que Refinería Ventanas opera en la zona de sobresaturación del sistema, donde la precipitación desde el electrolito de SbAsO4 al barro anódico, es la causa de la contaminación de los cátodos de cobre. Por lo tanto, para operar en la zona óptima, esto es, As y Sb en solución, se propone aumentar el nivel de As a concentraciones entre 12 y 16 [g/l], a las cuales el Sb es deprimido en el electrolito a valores menores a 0,1 [g/l]. Para implementar esta propuesta, desde junio del 2013 se comienza a recircular polvos de la fundición o polvos PEPA (Polvos Electrofiltro Planta Ácido), los que poseen aproximadamente 11% de As, con los cuales se logró aumentar la concentración de As en el electrolito de 7,4 a 8,6 [g/l]. Sin embargo, debido a la lentitud del proceso y a que la concentración de As alcanzada durante este periodo no es suficiente para lograr el desplazamiento del equilibrio hacia la zona óptima de operación, se recomienda continuar con la recirculación de polvos.

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CONSULTE EN LINEA A TRAVES DE REPOSITORIO INSTITUCIONAL