Estudio experimental de los parámetros que influyen en el equilibrio químico del electrolito del refino de cobre de Atlantic Copper

Résumé

El presente trabajo de investigación titulado “Estudio del equilibrio químico en el electrolito de refino de cobre”, llevado a cabo durante cuatro años, es el resultado de la colaboración entre Atlantic Copper SLU y la Universidad de Huelva. El trabajo se divide en tres líneas de investigación. En la primera de ellas se ha estudiado la estabilidad de As, Sb y Fe y sus estados de oxidación en el electrolito industrial de cobre de Atlantic Copper SLU. Para ello, se han considerado diferentes parámetros de conservación de la muestra como la dilución, acidificación, temperatura y periodo de almacenamiento. La determinación de las especies de As y Sb se ha llevado a cabo mediante el acoplamiento de cromatografía líquida de alta resolución, generación de hidruros y espectroscopía de fluorescencia atómica (HPLC-HG-AFS), mientras que las especies de Fe se han determinado mediante espectroscopía de absorción molecular en la zona del visible. Los resultados obtenidos indicaron que en el electrolito industrial la especie As(V) es mayoritaria frente a As(III), Sb(III) frente a Sb(V) y Fe(III) respecto a Fe(III) . Bajo las condiciones optimizadas de conservación, las especies de As y Sb fueron más estables que el Fe, el cual se debe analizar el primer día de la toma de muestra, mientras que el Sb y As pueden analizarse respectivamente durante los 15 o 28 días desde la toma de muestra sin que se produzcan cambios en los estados de oxidación ni en su contenido total. En la segunda línea de investigación se ha estudiado la eliminación de las especies de Sb del electrolito industrial de cobre a escala de laboratorio y en la planta industrial de Atlantic Copper SLU, mediante un pretratamiento basado en el empleo de virutas de cobre seguido de un tratamiento de eliminación en columnas de intercambio iónico. Además, se ha estudiado la evolución de las especies de Sb, As y Fe en el electrolito antes y después de la puesta en marcha de la planta industrial de eliminación de Sb/Bi, instalada en 2018. Tanto a escala de laboratorio como en la planta industrial, se consiguió eliminar cerca de la totalidad del Sb(III) en el electrolito industrial, y reducir a la mitad la concentración de Sb(V), sin afectar el contenido y los estados de oxidación del As y Fe. La entrada en funcionamiento de la planta industrial de eliminación de Sb/Bi ha supuesto una reducción del contenido de Sb en el electrolito de un 45%. En cuanto a la última línea de investigación, se han obtenido los diagramas de equilibrio de precipitación de BiAsO4 y SbAsO4 en electrolitos sintético e industrial. En el caso del BiAsO4, se han realizado experimentos de dopaje de Bi y As en el electrolito, basándose en la determinación de las concentraciones de estas impurezas en disolución del electrolito industrial mediante espectrometría de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-AES) y en cambios en la turbidez de los electrolitos sintético e industrial debido a la precipitación del BiAsO4. Además, se ha confirmado la composición química del precipitado formado mediante difracción de rayos x (DRX). De igual manera, en el caso de la línea de precipitación de SbAsO4, se han llevado a cabo experimentos de dopaje de Sb y As y medidas de turbidez en ambos electrolitos. Los diagramas de equilibrio de BiAsO4 y SbAsO4 han confirmado que el electrolito industrial es más estable que el electrolito sintético. Los resultados de dopado del electrolito industrial indicaron que el proceso de electrorrefino puede operar en condiciones sobresaturadas de Bi, As y Sb, respecto a la línea teórica de precipitación calculada a partir de parámetros termodinámicos. De esta manera, no se produce la precipitación y se asegura un correcto funcionamiento del proceso de electrorrefino.