Efecto del ion ferroso en la estructura cristalina de depósitos de cobre desde soluciones de electro obtención

Abstract

El cobre se presenta comúnmente en la corteza terrestre en forma de minerales sulfurados y oxidados. Los primeros son recuperados usando procesos pirometalúrgicos, mientras que los segundos son recuperados mediante procesos hidrometalúrgicos, obteniéndose en ambos casos cátodos de cobre con un 99,9% de pureza. Los procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos involucran una etapa final de electrorefinación y electroobtención, respectivamente. En ambos casos se recupera cobre (Cu2+(ac)) desde un electrolito ácido (H2SO4 (ac)) mediante la reacción: CU_((AC))^(2+)+2 E^-→ CU_((S))^0 la cual es promovida al aplicar corriente al sistema electroquímico que contiene dicha solución mediante una fuente de poder externa. Las densidades de corriente promedio aplicadas en estos procesos varían entre los 200 y los 350 A m-2. Mientras más alta sea la corriente aplicada o más alto sea el contenido de impurezas en el electrolito (como arsénico o hierro) se producen cátodos rugosos, opacos o nodulares. Con el fin de evitar esto las empresas utilizan aditivos y/o inhibidores que permiten operar a densidades de corrientes más elevadas con el fin elevar su producción diaria y contrarrestar el alto contenido de impurezas en sus procesos. Estos inhibidores actúan modificando la microestructura de los depósitos de cobre, ya sea, refinando los granos, nivelando la superficie o como abrillantadores. El objetivo de este estudio fue determinar el efecto del ion ferroso (Fe2+(ac)) como aditivo refinador de grano en un proceso de electrodeposición de cobre desde soluciones de electroobtención. Para ello se construyó un diagrama de Winand que permite evaluar cómo afecta en la morfología de los depósitos el grado de inhibición, definido como la concentración en el electrolito de una sustancia diferente al metal que se desea recuperar, y la variación en la densidad de corriente. Las concentraciones de Fe2+ empleadas fueron 1, 3 y 5 g l-1, mientras que las densidades de corriente aplicadas correspondieron a 200, 300 y 400 A m-2. El electrolito utilizado se compone de 40 g l-1 Cu2+ y 180 g l-1 de H2SO4 y se realizó la electrodeposición a una temperatura de 55°C. Para clasificar las microestructuras se utilizó la clasificación de Fischer, observadas por medio de microscopia óptica. Experimentalmente se pudo concluir que la concentración de ion ferroso y la variación en la densidad de corriente modifican la microestructura de depósitos de cobre respecto a los obtenidos en soluciones libres de hierro. Los depósitos se desarrollan con una estructura BR, donde el tamaño de grano disminuye conforme aumenta la concentración de Fe2+ y la densidad de corriente. El depósito obtenido a 5 g l-1 de Fe2+ y 300 A m-2, tuvo un resultado favorable en la disminución del tamaño y la cohesión de los granos respecto a los desarrollados a otras concentraciones de ion ferroso y densidades de corriente. Sin embargo, su microestructura es distante a las obtenidas con otros agentes aditivos usados actualmente, como cloruro o tiourea.