¿Puedo recuperar cobre de esto? La recuperación del cobre desde cero

Una pregunta que escuchamos de los clientes todos los días es, “¿Puedo recuperar (cobre u otros metales) de esto?” El material en cuestión puede ser, desechos concentrados, efluentes diluidos, minerales, concentrados, residuos, baños de galvanizado, corrientes de purga, etc. Parece una pregunta muy fácil y sencilla de responder, y en algunos casos eso es cierto. En otros casos, sin embargo, la respuesta es un poco más complicada y exige de cierta información adicional. Veamos más de cerca lo bueno, lo malo y lo feo cuando se trata de la pregunta común, “¿Puedo recuperar (cobre u otros metales) de esto?”

A menudo, las primeras preguntas que hago cuando un cliente se acerca a nosotros con una aplicación de recuperación de metal o de tratamiento de desechos son:

¿Cuáles son los metales que le interesa recuperar?

¿El metal o metales está(n)  disuelto(s) en la solución? En tal caso, ¿cuál es la matriz y el pH?

¿Cuál es la concentración del metal o metales que se busca(n) en la solución?

¿Hay otros metales o impurezas en solución?

¿Cuál es el rendimiento o la tasa de producción?

Vamos a dar un vistazo a cada una de estas preguntas para comprender por qué son tan importantes en la evaluación inicial de una aplicación de recuperación de metales o de tratamiento de desechos.

¿Cuáles son los metales que le interesa recuperar?

Esta pregunta es importante porque no todos los metales pueden ser recuperados por electrodeposición. La capacidad de recuperar los metales depende de sus respectivas posiciones en la serie electroquímica. La serie electroquímica organiza reacciones redox de acuerdo con sus potenciales estándar en relación con el ion hidrógeno (H+). Los metales más nobles como la plata y el cobre son buenos para aceptar electrones y, por lo tanto, son fáciles de electrodepositar. Los metales más reactivos, como el zinc, prefieren renunciar a sus electrones y, por lo tanto, son más complicados para la electrodeposición, si acaso se pueden electrodepositar. De hecho, cuanto más nobles sean los metales, más fácilmente se electrodepositarán, incluso en presencia de altas concentraciones de impurezas. Esto es particularmente importante para flujos complejos de metales mezclados. Un buen ejemplo es la electrodeposición de cobre en presencia de altas concentraciones de zinc. El cobre es mucho más noble que el zinc, por lo que puede electrodepositarse fácilmente del zinc (en condiciones favorables), incluso si este último tiene una concentración 10 veces mayor sin ninguna consecuencia en la pureza del cátodo de cobre producido. De manera similar, la plata puede eletrodepositarse a partir de una solución que contenga altas concentraciones de cobre sin ningún efecto sobre la pureza del depósito de plata. Sin embargo, no es así en el caso contrario. El zinc no puede electrodepositarse de manera selectiva  en presencia de un metal más noble como la plata o el cobre.

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¿El metal o metales está(n) disuelto(s) en la solución? En tal caso, ¿cuál es la matriz?

Los fluidos que presentan mayor facilidad para recuperar metales son aquellos que contienen metales ya disueltos, también conocidos como “lixiviados”. La electrodeposición se fundamenta en el principio de usar una corriente aplicada para obtener metales a partir de una solución electrolítica. Si el, o los metales ya están en solución, estamos mucho más cerca de poder obtenerlos de manera electrolítica de dicha solución. Si los metales aún no están disueltos en la solución, primero deben lixiviarse para ser recuperados mediante electrodeposición.

Ciertos metales se disolverán rápidamente en algunos electrolitos, mientras que en otros no. El ácido sulfúrico es ideal para lixiviar metales comunes como el cobre y el níquel, del cual pueden obtenerse estos metales por electrodeposición. Durante el proceso de electrodeposición, el ácido se regenera y puede reutilizarse en el proceso de lixiviación. El ácido nítrico es ideal para el refinado de la plata. Algunos lixiviantes como el ácido clorhídrico son excepcionalmente buenos para disolver los metales hacia la solución, pero presentan problemas durante la electrodeposición debido a la generación de cloro gaseoso que, además de ser corrosivo, también es tóxico y necesita de un equipo de limpieza especial para capturar el gas generado.

El uso de diferentes electrolitos para lixiviar diferentes metales puede emplearse a nuestro favor para el diseño de un proceso, ya que podemos lixiviar selectivamente algunos metales para que puedan electrodepositarse posteriormente, mientras que se dejan otros metales en el residuo de lixiviación. El residuo de lixiviación puede tratarse con diferentes electrolitos sucesivos para lixiviar diferentes metales que se quieran obtener, con la alternativa de venderse tal como están, o desecharse dependiendo de la composición.

Otra consideración es la conductividad de la solución de lixiviación. El proceso de electrodeposición implica la aplicación de una corriente continua. Si el electrolito tiene una alta conductividad, la resistencia de la solución será baja, lo que dará como resultado un voltaje de celda más bajo. Por otro lado, si el electrolito tiene una baja conductividad, la resistencia de la solución será alta, dando como resultado un alto voltaje de la celda. Esto es importante ya que un alto voltaje de la celda dará como resultado un mayor consumo de energía y un mayor costo de operación. En países con altos costos de energía, esto podría ser un factor decisivo respecto a la viabilidad del proyecto.

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¿Cuál es la concentración del metal o metales que se busca(n) en la solución?

Esta es una pregunta importante porque determina qué tipo de tecnología será necesaria para recuperar el metal que se busca. Las más altas concentraciones de metal, por encima de los 10 g/ L, son típicamente susceptibles obtenerse de manera electrolítica para producir una placa de metal de alta pureza. Las concentraciones más bajas de metal, a menudo en el rango de 1 a 5 g/ L, se pueden usar para producir un polvo electrolítico. Por debajo de 1 g/ L, se necesita un cátodo de alta área superficial para recuperar metales de baja concentración mediante la electrodeposición. En algunos casos, se puede usar una combinación de tecnologías de electrodeposición para recuperar, concentrar, obtener por galvanizado  o para pulir un electrolito con el fin de recuperar el metal que se busca. En otros casos, puede necesitarse de una concentración previa con intercambio iónico (IX) o extracción por solvente (SX) antes de la electrodeposición.

Otra consideración respecto a la concentración es la densidad de corriente que se puede usar y la eficiencia de corriente que puede esperarse. En un sentido muy general, entre mayor sea la concentración de metales en solución, menor será la densidad de corriente que será necesaria y mayor será la eficiencia de corriente. De manera similar, entre menor sea la concentración de metales en solución, mayor será la densidad de corriente necesaria y menor la eficiencia de la corriente.

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¿Hay otros metales o impurezas en solución?

Esta pregunta es importante por varias razones. En primer lugar, se relaciona nuevamente con la Serie electroquímica. Si hay impurezas en una solución que son menos reactivas que el metal que se busca, es posible que no se pueda recuperar sin hacerse cargo primero  de las impurezas. Las impurezas presentes en la solución, dependiendo de sus ubicaciones en la Serie Electroquímica respecto al ion del metal buscado y de sus respectivas concentraciones, pueden afectar la pureza del producto metálico. Una impureza de importancia crítica es el hierro. El hierro disuelto puede existir en los estados férrico (Fe3 +) o ferroso (Fe2 +). Cuando el férrico está presente en la solución y se aplica una corriente continua, éste se reducirá en el cátodo para obtener un depósito ferroso. Al mismo tiempo, el ion ferroso se oxida en el ánodo para producir un depósito férrico. Este par de oxidación-reducción (redox) no hace otra cosa que consumir corriente (p.ej., una eficiencia de corriente aparentemente menor), y también puede afectar la calidad del producto del cátodo. En la electrodeposición del cobre, por ejemplo, la concentración relativa de cobre con respecto al hierro es importante, ya que demasiado hierro en estado férrico puede afectar la eficiencia de la corriente y la pureza del cátodo de cobre que hace necesaria una etapa de tratamiento previo para eliminar el hierro antes de la electrodeposición.

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¿Cuál es el rendimiento o la tasa de producción?

Esta pregunta a la par de la concentración del metal o metales en solución nos permite estimar el tamaño del circuito de electrodeposición necesario para la aplicación de interés en particular. Algunos rendimientos pueden ser demasiado pequeños para ser económicamente viables usando las tecnologías disponibles. La comprensión temprana de los ejes rectores del proyecto, nos permite adaptar una solución a los requisitos singulares del Cliente y, en algunos casos, incluso sugerir enfoques alternativos que según nuestra experiencia, pueden dar como resultado un mayor rendimiento, una recuperación más rápida o un mayor impacto en el reporte de resultados del Cliente.

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¿Puedo recuperar cobre de esto?

Como podrá ver a partir del análisis anterior, hay muchos factores a considerar cuando se evalúa un material o fluido en particular para determinar si es posible recuperar cobre (o níquel, plata, estaño, oro, etc.). Entre más información pueda dar un Cliente en cada una de estos aspectos, más detallada será la respuesta que podamos darle a cambio. En algunos casos, un Cliente podría no tener todas las respuestas, por lo que daremos nuestro mejor esfuerzo para estimar o hacer recomendaciones a partir de nuestra experiencia. Después de una evaluación inicial exitosa, en la mayoría de los casos, recomendamos un programa de prueba básica de laboratorio para demostrar la recuperación de metales y confirmar los parámetros de operación. Con estos datos, podemos diseñar un sistema emew a gran escala para recuperar metales para que usted lo use en su aplicación de recuperación de metales o de tratamiento de desechos.

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