La electrodeposición del cobre es un proceso electrolítico que emplea electricidad para recuperar el cobre disuelto de la solución en forma de cobre depositado, también conocido como ‘cátodo’.
Cu2+(aq) + 2e- –>Cu(s) (E0 = +0.34V)
El cobre se disuelve fácilmente en ácidos, como el sulfúrico, nítrico y clorhídrico. La recuperación del cátodo de cobre a partir de soluciones ácidas de sulfato mediante electrodeposición es un proceso bien conocido y bastante directo que ha tenido uso comercial desde finales del siglo XIX.
La introducción de la tecnología de electrodeposición vortex de emew ha ampliado aún más los límites y las aplicaciones de la electrodeposición de cobre. Debido a su potencial de reducción positiva (E0 = + 0.34V), el cobre está bastante dispuesto a aceptar electrones cuando se aplica una corriente eléctrica. A la par de la alta transferencia de masa intrínseca de la electrodeposición emew, es posible la recuperación de cobre de alta pureza a partir de una baja concentración, de metales mezclados y de insumos contaminados.
Echemos un vistazo con mayor detalle de algunas aplicaciones comunes de la electrodeposición de cobre.
Electrodeposición de cobre para las refinerías de cobre
Las refinerías de cobre electrolítico tienen una necesidad inherente de controlar las concentraciones de cobre en el estanque de alimentación. El proceso de electrorrefinación del cobre implica un ánodo de cobre impuro y un cátodo inerte. Se aplica una corriente eléctrica a través del ánodo y el cátodo, lo que hace que el cobre se disuelva del ánodo para luego depositarse sobre el cátodo como cobre puro metálico. La disolución anódica de cobre es más rápida que la deposición catódica, lo que ocasiona un aumento general de la concentración de cobre disuelto conforme transcurre el tiempo. Con el fin de controlar la concentración de cobre en el electrolito dentro de un rango definido, las refinerías de cobre usan la electrodeposición. Asimismo, las impurezas presentes en el ánodo de cobre también se disolverán en el electrolito que se acumulará al paso del tiempo a menos que se les purgue. Esta ‘purga’ de impurezas tiene lugar en lo que se conoce como una celda ‘liberadora’. Estas celdas liberadoras son simplemente celdas de electrodeposición del cobre que están optimizadas en etapas para controlar la concentración de cobre y purgar las impurezas del electrolito de refinación para garantizar la producción de cátodo de cobre LME Grado A.
La electrodeposición convencional del cobre, aunque es la más frecuente, no e
s eficiente en el proceso de liberación, lo cual ocasiona:
– Cobre fuera de especificaciones que tiene que reciclarse, dando como resultado un alto capital de trabajo o de trabajo en progreso (WIP)
– Generación de una niebla de ácido cancerígeno y potencial para el letal gas arsano
– Formación de lodo de liberación o pastel de liberación
El uso de técnicas avanzadas de electrodeposición del cobre como emew, da como resultado ventajas significativas para los circuitos liberadores en la refinación del cobre, que incluyen:
– Producción de cátodo de cobre de alta pureza comercializable a partir de 1 g Cu/L
– Disminución significativa en la capital de trabajo o WIP
– Sin neblina ácida ni gases que escapen como el arsano, ya que las celdas emew son totalmente herméticas
– Mejor control de impurezas
– Beneficios de subproductos de la recuperación del cátodo de cobre
Las refinerías de cobre están aprovechando estas ventajas y están actualizando las celdas liberadoras de cobre convencionales con células liberadoras emew avanzadas. Un ejemplo reciente es Hindustan Copper Limited, una empresa del gobierno de la India que instaló emew para la recuperación de cobre y níquel de los flujos de purga de la refinería.
Electrodeposición de cobre para el reciclaje de metales no ferrosos
El reciclaje de metales se vuelve cada vez más importante desde el punto de vista de la sustentabilidad y de la economía. El reciclaje de metales emplea un 85% menos de energía por Kg de cobre producido en comparación con la producción primaria (como es el caso de la minería) y tiene menos impacto en el medio ambiente1. El reciclaje mundial de cobre ahorra 100 millones de MWh de energía eléctrica y 40 millones de toneladas de CO2 al año. Los procesadores y recicladores secundarios de metales están representando un papel protagónico al convertir los desechos y materiales al final de su vida útil en metales utilizables que se pueden reintroducir a la cadena de suministros.
El reciclaje de metales no ferrosos generalmente involucra las 5 etapas siguientes:
– Recolección
– Proceso previo y clasificación
– Trituración y molienda
– Separación física
– Proceso de pirometalurgia o hidrometalurgia
Dependiendo de las instalaciones de reciclaje, estos pasos pueden ejecutarse en la misma ubicación o en varios lugares. Luego de que los materiales al final de la vida útil se hayan recolectado, clasificado, triturado y molido, los diversos componentes (vidrio, plásticos, ferrosos, no ferrosos) se pueden separar en función de las propiedades físicas, como la gravedad específica y el magnetismo. El cobre y las aleaciones de cobre terminarán en la fracción no ferrosa que puede refinarse en un horno (en el caso de la pirometalurgia) o disolverse en un electrolito conductor como ácido sulfúrico y electrodepositarse (en el caso de la hidrometalurgia).
Pueden usarse técnicas de lixiviación selectivas para separar los metales preciosos (oro, plata, platino, paladio, etc.), de los denominados metales base (cobre, níquel, estaño, etc.), en la fracción no ferrosa. Una combinación de electrodeposición directa y otros métodos hidrometalúrgicos tales como el intercambio iónico (IX) y la precipitación selectiva pueden usarse para separar y purificar los metales individuales. El cobre puede ser directamente electrodepositado mediante la electrodeposición emew a partir de un electrolito de ácido sulfúrico preparado con la fracción no ferrosa para producir cátodo de cobre puro.
Electrodeposición del cobre para la recuperación de desechos y tratamiento de aguas residuales
La mayoría de los gobiernos y sus instituciones reguladoras han definido límites para la descarga de desechos. Para cumplir con estos límites de descarga cada vez más estrictos, así como con los objetivos de sustentabilidad autoimpuestos, muchas empresas están instrumentando políticas de ‘cero descargas’. Esto significa que todos los desechos y aguas residuales generadas se reciclan internamente dentro de la operación donde se generan, o se procesan hasta que ya no sean dañinos. Desafortunadamente, esto puede dar como resultado subproductos complejos de baja ley que sean poco valiosos o que deban ser eliminados por un contratista de desechos. Los subproductos ‘poco valiosos’ a menudo son difíciles de reprocesar por medios convencionales y, por lo tanto, las opciones son limitadas.
Aquí es donde las tecnologías avanzadas como la electrodeposición emew pueden emplearse para recuperar metales como el cobre de aguas residuales y residuos de desecho. El cobre puede electrodepositarse directamente a partir de aguas residuales generadas en las instalaciones de proceso electrolítico, de fabricantes de semiconductores, refinerías, instalaciones de reciclaje, y similares. El resultado es la producción de un cátodo de cobre comercializable de alta pureza para compensar los costos del proceso, y una solución baja en cobre (<50ppm de cobre) que puede tratarse de forma rutinaria mediante una planta de tratamiento de aguas residuales de origen industrial (ETP) existente. En algunos casos, los ahorros de no tener que pagar por la eliminación de desechos peligrosos pueden amortizar un sistema local de electrodeposición de cobre en unos cuantos meses.
Los residuos de desecho, polvos de combustión, escorias, y similares, son a menudo mezclas complejas de metales de baja ley que pueden ser absorbidas en un electrolito conductor (como el ácido sulfúrico) de modo que el valor de los metales pueda recuperarse. Por ejemplo, los residuos de baja ley que contienen solo un pequeño porcentaje de cobre pueden procesarse posteriormente para la electrodeposición del cobre como un cátodo de alta pureza. Otros metales como oro, plata, plomo, estaño, cadmio y níquel también pueden recuperarse junto con el cobre mediante la electrodeposición o una combinación de técnicas hidrometalúrgicas.
Resumen
La electrodeposición de cobre ha evolucionado considerablemente desde su descubrimiento en 1807. Actualmente, la electrodeposición de cobre se usa en una variedad de aplicaciones, desde el control del cobre y de las impurezas en una refinería de cobre hasta la recuperación de cobre en niveles de hasta ppm en aguas residuales de semiconductores. Aunque las aplicaciones y los objetivos pueden ser vastos y variados, los fundamentos de la electrodeposición de cobre son los mismos, y los sistemas avanzados de electrodeposición, como emew, seguirán superando los límites de esta tecnología robusta.