MXPA06001149A - Metodo y aparato para electroextraer cobre utilizando la reaccon anodica ferrosa/ferrica. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se relaciona generalmente, a un metodo y aparato para electroextraer metales, y mas particularmente a un metodo y aparato para electroextraer cobre utilizando la reaccion anodica ferrosa/ferrica. En general, el uso de un flujo a traves del anodo acoplado con un sistema de circulacion de electrolito efectivo permite la operacion eficiente y efectiva en costos de un sistema de electroextraccion de cobre que emplea la reaccion anodica ferrosa/ferrica en un voltaje de pila total menor a aproximadamente 1.5 V y en densidades de corriente mayores a aproximadamente 26 Amps por pie cuadrado (280 A/m2), y reduce la generacion de vapor acido. Ademas, el uso de tal sistema permite el uso de concentraciones de hierro ferroso bajas y velocidades de flujo de electrolito optimizadas cuando se comparan con los sistemas de la tecnica anterior mientras que se produce un producto de alta calidad comercialmente facil de vender (es decir, catodo de cobre Grado A LME o equivalente), lo cual es ventajoso.

Description

METODO Y APARATO PARA ELECTROEXTRAER COBRE UTILIZANDO LA REACCION ANODICA FERROSA/FERRICA Campo de la Invención La presente invención se relaciona, en general, a un método y aparato para electroextraer metales y más particularmente a un método y aparato para electroextraer cobre utilizando la reacción anódica ferrosa/férrica. Antecedentes de la Invención La eficiencia y efectividad en costo de la electroextracción de cobre es y por un largo tiempo ha sido importante para la competitividad de la industria del cobre nacional. La investigación pasada y los esfuerzos de desarrollo en esta área asi han sido enfocados -al menos en parte- en mecanismos para disminuir el requerimiento de energía total para electroextraer cobre, lo cual impacta directamente la efectividad en costo del proceso de electroextracción . La electroextracción de cobre convencional, en donde el cobre es enchapado a partir de un ánodo impuro a un cátodo sustancialmente puro con un electrolito acuoso, ocurre mediante las siguientes reacciones: Reacción del cátodo : Cu2+ + S042" + 2e~ ? Cu0 +S042_ (E° = +0.345 V) Reacción del ánodo : H20 ? ½ 02 + 2H+ +2e~ (E° = -1.230 V) Reacción de la celda total: Cu2+ + S042" + ¾0 ? Cu0 +2H+ + S02" + ½ 02 (E° = -0.855 V) La electroextracción de cobre convencional de acuerdo a las reacciones anteriores, sin embargo, exhibe varias áreas de mejora potencial para, entre otras cosas, economía mejorada, eficiencia incrementada y generación de vapor ácido reducida. Primero, en la electroextracción de cobre convencional, la descomposición de la reacción de agua en el ánodo produce gas de oxígeno (02) . Cuando las burbujas del gas de oxígeno liberadas rompen la superficie del baño de electrolito, ellas crean un vapor ácido. La reducción o eliminación del vapor ácido es deseable. Segundo, la descomposición de la reacción anódica de agua utilizada en la electroextracción de cobre convencional contribuye significantemente al voltaje de la celda o pila total por la vía del potencial de equilibrio de la reacción anódica y el sobrepotencial. La descomposición de la reacción anódica de agua exhibe un potencial estándar de 1.23 Voltios (V), el cual contribuye significantemente al voltaje total requerido para la electroextracción de cobre convencional. El voltaje de la celda completa típico es de aproximadamente 2.0 V. Una disminución en el potencial de equilibrio de la reacción anódica y/o sobrepotencial reduciría el voltaje de la celda y así conserva energía y disminuye los costos de operación totales de la operación de electroextracción.

Una manera que ha sido encontrada para reducir potencialmente el requerimiento de energía para la electroextraccion de cobre es usar la reacción anódica ferrosa/férrica, la cual ocurre por las siguientes reacciones : Reacción del cátodo: Cu2+ + S042" + 2e~ -» Cu0 +SO42" (E° = +0.345 V) Reacción del ánodo : 2Fe2+ ? 2Fe3+ +2e" (E° = -0.770 V) Reacción de la .celda total: Cu2+ + S042- + 2Fe2+ ? Cu0 +2Fe3+ + S042_ (E° = -0.425 V) El hierro férrico generado en el ánodo como un resultado de esta reacción de la celda total se puede reducir otra vez a hierro ferroso utilizando dióxido de azufre, como sigue: Reacción de la solución: 2Fe3+ + S02 +2¾0 ? 2Fe+ +4H+ + S042_ El uso de la reacción anódica ferrosa/férrica en las celdas de electroextraccion de cobre disminuye el consumo de energía de aquellas celdas como es comparada a las celdas de electroextraccion de cobre convencionales que emplean la descomposición de la reacción anódica de agua, puesto que la oxidación del hierro ferroso (Fe+) al hierro férrico (Fe3+) ocurre en un voltaje más bajo que lo es la descomposición del agua. Sin embargo, la reducción de voltaje máximo -y así la reducción de energía máxima- no puede ocurrir utilizando la reacción anódica ferrosa/férrica al menos que se logre el transporte efectivo del hierro ferroso y el hierro férrico a y de, respectivamente, el (los) ánodo (s) de la celda. Esto es debido a que la oxidación del hierro ferroso a hierro férrico en un electrolito de cobre es una reacción controlada por difusión. Este principio ha sido reconocido y aplicado por, entre otros, el U.S. Bureau of Mines Reno Research Center y Sandoval y colaboradores en la patente norteamericana No. 5,492,608, intitulada "Electrolyte Circulation Manifold for Copper Electrowinning Cells Wich Use the Ferrous/Ferric Anode Reaction . " Aunque, en general, el uso de la reacción anódica ferrosa/férrica en conexión con la electroextracción de cobre es conocido, un número de deficiencias son aparentes en la técnica anterior con respecto a la incrementación práctica de la reacción anódica ferrosa/férrica en los procesos de electroextracción de cobre. Por ejemplo, modalidades previas de la reacción anódica ferrosa/férrica en las operaciones de electroextracción de cobre en general han sido caracterizadas al operar limitaciones de densidad actuales, ampliamente como un resultado de la inhabilidad para obtener una proporción suficientemente alta de la difusión de hierro ferroso al ánodo y hierro férrico del ánodo. Establecido de otra manera, debido a que estas aplicaciones previas no han sido capaces de lograr el transporte óptimo de los iones ferrosos y férricos a y del (los) ánodo (s) en la celda electroquímica, las aplicaciones previas de la reacción anódica ferrosa/férrica han sido incapaces de costear la producción efectiva del cátodo de cobre en las celdas electroquímicas que emplean ampliamente características estructurales convencionales . Breve Descripción de la Invención La presente invención se relaciona a un proceso y aparato de electroextracción de cobre mejorado diseñado para dirigirse, entre otras cosas, a las deficiencias antes mencionadas en los sistemas de electroextracción de la técnica previa. El proceso y aparato mejorados divulgados en la presente logran un progreso en la técnica al proporcionar un sistema de electroextracción de cobre que, al utilizar la reacción anódica ferrosa/férrica en combinación con otros aspectos de la invención, permite el incremento significante en la eficiencia de la electroextracción, consumo de energía y reducción de la generación de vapor ácido como se compara a los procesos de electroextracción de cobre convencionales e intentos previos para aplicar la reacción anódica ferrosa/férrica a las operaciones de electroextracción de cobre. Como es utilizado en la presente, el término "reacción anódica alternativa" se refiere a la reacción anódica ferrosa/férrica y el término "proceso de reacción anódica alternativa" se refiere a cualquier proceso de electroextracción en el que se emplea la reacción anódica ferrosa/férrica . El aumento de la circulación de electrolito en la celda de electroextracción entre los electrodos facilita el transporte de los iones de cobre al cátodo, incrementa la proporción de difusión del hierro ferroso al ánodo y facilita el transporte de hierro férrico del ánodo. Más significantemente, conforme la proporción de difusión del hierro ferroso al ánodo se incrementa, el voltaje de la celda total en general disminuye, dando por resultado una disminución en la potencia requerida para la electroextracción del cobre utilizando un proceso.de reacción anódica alternativa. Mientras que la manera en la cual la presente invención se dirige a estas deficiencias y proporciona estas ventajas será discutida en mayor detalle enseguida, en general, el uso de un flujo a través del ánodo -acoplado con un sistema de circulación de electrolito efectivo- permite la eficiencia y operación efectiva en costos de un sistema de electroextracción de cobre que emplea la reacción anódica ferrosa/férrica en un voltaje de la celda total menor que aproximadamente 1.5 V y en densidades de corriente mayores que aproximadamente 280 A/m2 (aproximadamente 26 Amps por pie cuadrado) y reduce la generación de vapor ácido. Además, el uso de tal sistema permite el uso de concentraciones de hierro ferroso bajas y proporciones de flujo de electrolitos optimizadas como se compara a los sistemas de la técnica previa mientras que producen un producto de alta calidad, comercialmente fácil de vender (es decir, cátodo de cobre grado A LME o equivalente), el cual es ventajoso. De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, una celda electroquímica se configura tal que la electroextracción de cobre se puede lograr en un proceso de reacción anódica alternativa mientras que mantiene una densidad de corriente de mayor que aproximadamente 280 A/m2 (26 A/pie2) del cátodo activo. De acuerdo con otro aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, una celda electroquímica se configura tal que el voltaje de la celda se mantiene a menor que aproximadamente 1.5 V durante la operación de un proceso de reacción anódica alternativa. De acuerdo con un aspecto de todavía otra modalidad ejemplar de la invención, un proceso de reacción anódica alternativa se opera tal que la concentración de hierro en el electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 10 a aproximadamente 60 gramos por litro. De acuerdo con un aspecto de todavía otra modalidad ejemplar de la invención, un proceso de reacción anódica alternativa se opera tal que la temperatura se mantiene en aproximadamente 43 °C (aproximadamente 110°F) a aproximadamente 83°C (aproximadamente 180°F) . Estas y otras características y ventajas de la presente invención llegarán a ser aparentes por aquellos expertos en la técnica en una lectura de la siguiente descripción detallada cuando se toman en conjunción con las figuras de los dibujos, en donde hay mostradas y descritas varias modalidades ilustrativas de la invención. Breve Descripción de las Figuras de los Dibujos La materia sujeto de la presente invención se indica particularmente y se reivindica distintamente en la porción concluyente de la .especificación. Un entendimiento más completo de la presente invención, sin embargo, se puede obtener mejor al referirse a la descripción detallada y a las reivindicaciones cuando se consideran en relación con las figuras de los dibujos, en donde números similares denotan elementos similares y en donde: La FIG. 1 es un diagrama de flujo para un proceso de electroextracción de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La FIG. 2 ilustra una celda electroquímica configurada para operar de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; y La FIG. 3 ilustra un ejemplo de un flujo a través del ánodo con un ejemplo de un múltiple de inyección del electrolito en el ánodo de acuerdo con un aspecto de otra modalidad e emplar de la presente invención. La FIG. 4 ilustra todavía otro ejemplo de un flujo a través del ánodo con otro ejemplo de un múltiple de inyección del electrolito en el ánodo de acuerdo con un aspecto de otra modalidad ejemplar de la presente invención.

Descripción Detallada La presente invención exhibe progresos significantes sobre los procesos de la técnica previa, particularmente con respecto a la eficiencia del proceso, economía del proceso y reducción de la generación de vapor ácido. Por otra parte, los procesos de recuperación de cobre existentes que utilizan las secuencias del proceso de electroextraccion convencional pueden, en muchas instancias, fácilmente se retroajustan para explotar los muchos beneficios comerciales que la presente invención proporciona. Con referencia inicial a la FIG. 1, se proporciona un proceso de electroextraccion 100 que ilustra varios aspectos de una modalidad ejemplar de la invención. El proceso de electroextraccion 100 en general comprende una etapa de electroextraccion 101, una etapa de regeneración de hierro ferroso 103 y una etapa de remoción de ácido 105. El electrolito comercial rico en cobre 11 se introduce a la etapa de electroextraccion 101 para recuperar el cobre de la misma. La etapa de la electroextraccion 101 produce cobre del cátodo (corriente no mostrada) y una corriente de electrolito rica férrica 13. Al menos una porción de la corriente de electrolito rica férrica 13 se introduce en la etapa de regeneración de hierro ferroso 103 como corriente de regeneración de electrolito 15. La corriente de circulación del múltiple 16 comprende la porción de la corriente de electrolito rica férrica 13 que no se envía a la etapa de regeneración de hierro ferroso 103, así como a las corrientes de reciclado 12 y 14 de la etapa de regeneración de hierro ferroso 103 y la etapa de remoción de ácido 105, respectivamente, y sirve como un control de flujo y mecanismo de agitación de fluido de acuerdo con un aspecto de la invención discutida enseguida en la presente. Generalmente hablando, el incremento de la densidad de corriente de operación en una celda de electroextracción incrementa el voltaje de la celda. Esta demanda de voltaje incrementada se traduce en costos de energía incrementados para producir cobre, los cuales afectan la utilidad de la operación de la electroextracción. Por otra parte, otros ciertos parámetros en los procesos de reacción anódica alternativa, -tales, por ejemplo, temperatura y concentración " de hierro en el electrolito- se pueden controlar de una manera que mitiga el efecto de la densidad de corriente incrementada en el voltaje de la celda. Por ejemplo, conforme la temperatura del electrolito se incrementa, el voltaje de la celda tiende a disminuir. Similármente, conforme la concentración de hierro en el electrolito se incrementa, el voltaje tiende a disminuir en las celdas de electroextracción que emplean la reacción anódica alternativa. No obstante, se limita el efecto de mitigación de la temperatura incrementada y la concentración de hierro incrementada en el voltaje alto de la celda. En general, los procesos y sistemas configurados de acuerdo a varias modalidades de la presente invención permiten la utilización eficiente y efectiva en costos de la reacción anódica alternativa en la electroextracción de cobre en un voltaje de la celda de menor que aproximadamente 1.5 V y en densidades de corriente de mayor que aproximadamente 280 A/m2 (aproximadamente 26 A/pie2) . Además, el uso de tales procesos y/o sistemas reduce la generación de vapor ácido y permite el uso de concentraciones de hierro ferroso bajas en el electrolito y las proporciones de flujo de electrolito mejoradas, como se cdmpara a los sistemas de la técnica previa mientras que produce un producto de alta calidad, comercialmente fácil de vender. Mientras que varias configuraciones y combinaciones de ánodos y cátodos en la celda electroquímica se pueden utilizar efectivamente en conexión con varias modalidades de la invención, de preferencia un flujo a través del ánodo se utiliza y la circulación de electrolito se proporciona utilizando un múltiple de flujo de electrolito capaz de mantener satisfactoriamente el flujo y circulación de electrolito dentro de la celda de electroextracción. De acuerdo con otras modalidades ejemplares de la invención, un sistema para operar un proceso de reacción anódica alternativa incluye una celda electroquímica equipada con al menos un flujo a través del ánodo y al menos un cátodo en donde la celda se configura tal que el flujo y circulación de electrolito dentro de la celda permite a la celda ser operada venta osamente en un volta e de celda menor que aproximadamente 1.5 V y en una densidad de corriente de mayor que aproximadamente 26 A/pie2. Varios mecanismos se pueden utilizar de acuerdo con la presente invención para aumentar el flujo de electrolito, como se detalla en la presente. Por ejemplo, un múltiple de flujo de electrolito configurado para inyectar el electrolito en el ánodo se puede utilizar, asi como se exponen configuraciones de múltiple del tipo "estera de piso" y otros medios de circulación de flujo forzado. De acuerdo con varias modalidades de la invención, cualquier mecanismo de flujo que proporcione un flujo de electrolito efectivo para transportar hierro ferroso al ánodo, para transportar hierro férrico del ánodo y para transportar iones de cobre al cátodo tal que la celda de electroextracción se puede operar en un voltaje de celda menor que aproximadamente 1.5 V y en una densidad de corriente de mayor que aproximadamente 26 A/pie2, es adecuado. Estos y otros aspectos ejemplares de la presente invención se discuten en mayor detalle en la presente enseguida . De acuerdo con un aspecto de la invención, el hierro ferroso, por ejemplo en la forma de sulfato ferroso (FeS04) se adiciona al electrolito rico en cobre para ser sometido a la electroextracción, para causar que el par ferroso/férrico (Fe2+/Fe3+) llegue a ser la reacción anódica. Haciéndolo de esta manera, la reacción anódica ferrosa/férrica reemplaza la descomposición de la reacción anódica de agua, como es discutido anteriormente, debido a que no hay gas de oxigeno producido en la reacción anódica ferrosa/férrica, se elimina la generación de "vapor ácido" conforme a un resultado de las reacciones en la celda electroquímica. Además, debido a que el potencial de equilibrio del par Fe2+/Fe3+, (es decir, E° = -0.770 V) es menor que aquel para la descomposición del agua (es decir, E" = -1,230 V), el voltaje de la celda se disminuye, de esta manera disminuye el consumo de energía de la celda. Por otra parte, como se discute en mayor detalle enseguida en la presente, se aumenta la circulación de electrolito entre los electrodos que incrementa la proporción de difusión del hierro ferroso al ánodo. Conforme la proporción de difusión del hierro ferroso al ánodo se incrementa, el voltaje de la celda completo en general disminuye dando por resultado una disminución en la potencia requerida para la electroextraccion de cobre. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, un flujo a través del ánodo con un múltiple de inyección del electrolito se incorpora en la celda como se muestra en la FIG. 2. Como se utiliza en la presente, el término "flujo a través del ánodo" se refiere a cualquier ánodo configurado para permitir al electrolito pasar a través de él. Mientras que el flujo de fluido del múltiple proporciona movimiento del electrolito, un flujo a través del ánodo permite al electrolito en la celda electroquímica fluir a través del ánodo durante el proceso de electroextraccion. El uso de un flujo a través del ánodo con la inyección del electrolito del múltiple disminuye el voltaje de la celda en proporciones de flujo del electrolito más bajas, como se compara a la técnica previa y en las concentraciones de hierro del electrolito mas bajas como se compara a la técnica previa, a través de la difusión aumentada del hierro ferroso al ánodo. Los sistemas de la técnica previa, por ejemplo, dependen de un procedimiento "fuerza bruta" para incrementar la densidad de corriente en operaciones de electroextraccion, elevando la proporción de flujo del electrolito, temperatura del electrolito y concentración de hierro en el electrolito en sus intentos.

Los intentos de la técnica previa, sin embargo, densidades de corriente máximas logradas de solamente hasta 26 ?/pie2, y aún cuando, los voltajes de la celda promedio fueron más arriba de 1.0 V. La utilización de un flujo a través del ánodo en combinación con la inyección efectiva del electrolito, sin embargo, los presentes inventores son capaces de operar los procesos de electroextracción en densidades de corriente de 26 A/pie2 y voltajes de celda de muy por debajo de 1.0 V, mientras que también disminuye dramáticamente la proporción de flujo del electrolito y la concentración de hierro del electrolito. La disminución de la concentración de hierro sin afectar adversamente la eficiencia o calidad de la operación de electroextracción es deseable económicamente, debido a que, haciendo eso disminuye los requerimientos del repuesto de hierro y disminuye la temperatura de saturación del sulfato del electrolito, y asi disminuye el costo de operación de la celda de electroextracción . De acuerdo con varios aspectos de las modalidades ejemplares de la invención, los múltiples de inyección del electrolito con la inyección de fondo, inyección lateral, y/o inyección en un ánodo se incorporan en la celda para aumentar la difusión de hierro ferroso. El EJEMPLO 1 en la presente demuestra la efectividad de un múltiple de inyección del electrolito en un ánodo para disminuir el voltaje de la celda . De acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención, se logra un voltaje de la celda total de menor o aproximadamente 1.5 V, de preferencia menor que aproximadamente 1.20 V o aproximadamente 1.25 V y más de preferencia menor que aproximadamente 0.9 V o aproximadamente 1.0 V. Generalmente hablando, conforme la densidad de corriente de operación en la celda electroquímica se incrementa, la proporción del enchapado del · cobre se incrementa. Establecido de otra manera, conforme la densidad de corriente de operación se incrementa, más cobre del cátodo se produce por un período de tiempo dado y el área de superficie activa del cátodo luego cuando una densidad de corriente de operación más baja se logra. Alternativamente, al incrementar la densidad de corriente de operación, la misma cantidad de cobre se puede producir en un período de tiempo dado, pero con un área de superficie del cátodo activa menor (es decir, cátodos más pocos o más pequeños, que corresponde a los costos de equipo capital más bajos y costos de operación más bajos) . Conforme la densidad de corriente se incrementa I utilizando la reacción anódica- ferrosa/férrica, el voltaje de la celda tiende a incrementarse debido en parte a la reducción de los iones ferrosos en la superficie del ánodo.

Esto se puede compensar al incrementar el transporte de los iones ferrosos al ánodo como la densidad de corriente se incrementa a fin de mantener un voltaje bajo de la celda. La técnica previa se limitó a densidades de corriente de 280 A/m2 (26 A/pie2) y abajo para la electroextracción de cobre utilizando la reacción anódica ferrosa/férrica en gran parte debido a las limitaciones de transporte del hierro ferroso. Establecido de otra manera, los intentos previos que incrementaron las proporciones de flujo e incrementaron la concentración de hierro en el electrolito logran densidades altas de corriente no fueron exitosos en disminuir el voltaje total de la celda. Varias modalidades de la presente invención tienen en cuenta la operación en las densidades de corriente arriba -y significantemente arriba- de 26 A/pie2 mientras que mantienen los voltajes de la celda menor que aproximadamente 1.5 V. Como será descrito en mayor detalle enseguida en la presente, las modalidades ejemplares de la presente invención permiten la operación de las celdas electroquímicas ¦ utilizando la reacción anódica ferrosa/férrica en densidades de corriente de aproximadamente 26 a aproximadamente 35 A/pie2 en el voltaje de la celda menor que aproximadamente 1.0 V, hasta aproximadamente 40 A/pie2 en voltajes de la celda menor que aproximadamente 1.25 V; y hasta aproximadamente 50 A/pie2 o mayor en los voltajes de la celda menor que aproximadamente 1.5 V. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención, se mantiene una densidad de corriente de aproximadamente 215 A/m2 a aproximadamente 538 A/m2 del cátodo activo (aproximadamente 20 a aproximadamente 50 amps por pie cuadrado) , de preferencia mayor que aproximadamente 280 A/m¿ (26 A/pie2) y más de preferencia mayor que aproximadamente 323 A/m2 (30 A/pie2) del cátodo activo. Debe ser reconocido, sin embargo, que la densidad de corriente operable máxima se logra de acuerdo con varias modalidades de la presente invención dependerá en la configuración especifica del aparato del proceso y asi una densidad de corriente de operación en exceso de 538 A/m2 (50 A/ft2} del cátodo activo se puede lograr de acuerdo con la presente invención. Una ventaja clara de los procesos configurados de acuerdo con varias modalidades de la presente invención es que una densidad de corriente más alta como es comparada a la técnica previa se puede lograr en el mismo voltaje de la celda cuando se utiliza un flujo a través del ánodo con inyección del electrolito del múltiple del flujo forzado. Por ejemplo, el U.S. Bureau of Mines, como es reportado en S . P. Sandoval y colaboradores "A Substituted Anode Reaction for Electrowinning Copper, " Proceedings of Copper 95-COBRE 95 Internatioinal Conference, v III, pp. 423-435 (1995), se logra una densidad de corriente de solo aproximadamente 258 A/m2 (aproximadamente 24.0 A/pie2) en una prueba experimental en donde la celda de electroextracción se operó continuamente durante 5 días con dos cátodos convencionales y tres ánodos convencionales (es decir ningún flujo a través de ánodos) y con un múltiple de circulación de inyección lateral. La proporción de flujo del electrolito fue de aproximadamente 0.24 gpm/pie2 y la temperatura del electrolito fue de aproximadamente 104°F. La concentración de hierro en el electrolito midió aproximadamente 28 g/L y el voltaje de la celda promedio sobre el periodo de prueba de 5 días fue de 0.94 V. Los resultados de la prueba experimental realizada de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, sin embargo, claramente demuestran los beneficios de la presente invención sobre la técnica previa. En tal prueba una densidad de corriente de aproximadamente 30 A/pie2 -veinti cinco por ciento mayor que la densidad de corriente lograda en la prueba del U.S. Bureau of Mines- se logró utilizando una celda de electroextracción con tres cátodos convencionales y cuatro flujos a través de los ánodos (en esta instancia, ánodos de malla de titanio con un recubrimiento de base de óxido de iridio) y con un múltiple de circulación de "estera de piso" de inyección de fondo. La concentración de hierro del electrolito, la proporción de flujo del electrolito, temperatura y voltaje de la celda fueron similares a aquellos empleados en la prueba del U.S. Bureau of Mines . La ilustración adicional de los beneficios de la presente invención, EJEMPLO 1 en la presente demuestran que los voltajes de la celda de aproximadamente 1.0 V y aproximadamente 1.25 V se pueden lograr en densidades de corriente de aproximadamente 377 A/m2 (35 A/pie2) y aproximadamente 430 A/m2 (40 A/pie2), respectivamente. En los procesos de electroextracción convencionales que utilizan la descomposición de la reacción del ánodo en agua, la mezcla del electrolito y el flujo del electrolito a través de la celda electroquímica se logra al circular el electrolito a través de la celda electromecánica y por la generación de burbujas de oxígeno en el ánodo, lo cual causa la agitación de la solución del electrolito conforme las burbujas del oxígeno se elevan a la superficie del electrolito de la celda. Sin embargo, debido a que la reacción anódica ferrosa/férrica no genera burbujas de oxígeno en el ánodo, la circulación de electrolito es la fuente primaria del mezclado en la celda electroquímica. Los presentes inventores han logrado un avance en la técnica al reconocer que una celda electroquímica configurada permite un incremento significante en el transporte de masa de las especies relevantes entre el ánodo (por ejemplo, iones ferrosos/férricos) y el cátodo (por ejemplo, iones de cobre) al aumentar las características del flujo y circulación de electrolito cuando sería ventajoso utilizar la reacción anódica alternativa. La circulación aumentada del electrolito entre los electrodos incrementa la proporción de los transportes de iones a y de la superficie del electrodo (por ejemplo, iones de cobre al cátodo, iones ferrosos al ánodo y iones férricos lejos del ánodo) y, como un resultado, en general disminuye el voltaje de la celda total. La disminución del voltaje de la celda da por resultado una disminución en la demanda de potencia- para la electroextracción. El aumento de la circulación de electrolito sin embargo, en general requiere un incremento en la demanda de potencia del sistema de bombeo del electrolito. Así, los objetivos de disminución del voltaje de la celda e incremento de la circulación de electrolito se balancean preferentemente. De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, el requerimiento de potencia total de la celda electroquímica se puede optimizar al minimizar la suma de potencia requerida para circular en el electrolito a través de la celda electroquímica y la potencia utilizada para electroextraer el cobre en el cátodo. Refiriéndose ahora a la FIG. 2, se proporciona una celda electroquímica 200 de acuerdo con varios aspectos de una modalidad ejemplar de la invención. La celda electroquímica 200 en general comprende una celda 21 a por lo menos un ánodo 23, a por lo menos un cátodo 25, y un múltiple de flujo del electrolito 27 que comprende una pluralidad de agujeros de inyección 29 distribuidos a lo largo de por lo menos una porción de la celda 21. De acuerdo con un aspecto de una modalidad de la invención, la celda electroquímica 200 comprende un aparato ejemplar para implementación de la etapa de electroextracción 101 del proceso de la electroextracción 100 ilustrado en la FIG. 1. Este y otros aspectos ejemplares se discuten en mayor detalle enseguida en la presente. De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la presente invención, el ánodo 23 se configura para permitir al electrolito fluir a través de él. Como se utiliza en la presente, el término "flujo a través del ánodo" se ¦ refiere a un ánodo así configurado, de acuerdo una modalidad de la invención. Cualquier flujo a través del ánodo ahora conocido o después ideado se puede utilizar de acuerdo con varios aspectos de la presente invención. Las configuraciones posibles incluyen, pero no se limitan a, lana o tela de metal, una estructura de metal porosa expandida, malla de metal, tiras de metal múltiples, alambres o varillas de metal múltiples, hojas de metal perforadas y los similares, o combinaciones de los mismos. Por otra parte, las configuraciones anódicas adecuadas no se limitan a las configuraciones planas, pero pueden incluir cualquier configuración geométrica multiplana adecuada. Mientras que no se desea que sea relacionada por cualquier teoría particular de operación, los ánodos asi confi'gurados permiten mejor transporte de hierro ferroso a la superficie anódica por oxidación y mejor transporte de hierro férrico lejos de la superficie del ánodo. En consecuencia, cualquier configuración que permite tal transporte está dentro del alcance de la presente invención. Los ánodos empleados en las operaciones de electroextraccion convencionales típicamente comprenden plomo o una aleación de plomo, tales como, por ejemplo, Pb-Sn-Ca. Una desventaja de tales ánodos es que, durante la operación de electroextraccion, pequeñas cantidades de plomo se liberan de la superficie del ánodo y causan finalmente la generación de sedimentos no deseables, "lodos", partículas suspendidas en el electrolito u otros productos de corrosión en la celda electroquímica y la contaminación del producto de cátodo de cobre. Por ejemplo, el cátodo de cobre producido' en operaciones que emplean un ánodo que contiene plomo típicamente comprende contaminante de plomo en un nivel de aproximadamente 1 ppm a aproximadamente 4 ppm. No obstante, los ánodos que contienen plomo tienen una vida útil típica limitada aproximadamente de cuatro a siete años. De acuerdo con un aspecto de la modalidad preferida de la presente invención, el ánodo está sustancialmente libre de plomo. Asi, se evita la generación de los sedimentos que contienen plomo, "lodos"-, particulados suspendidos en el electrolito u otros productos de corrosión y contaminación resultantes del cátodo de cobre con plomo a partir del ánodo. De preferencia, de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, el ánodo se forma de uno de los llamados metales de "válvula", que incluyen titanio (Ti) , tantalio (Ta) , zirconio (Zi) o niobio (Nb) . El ánodo también se puede formar de otros metales, tales como níquel, o una aleación de metal, mezcla intermétalica, o una cerámica o cermet que contienen uno o más metales de válvula. Por ejemplo, el titanio se puede alear con níquel (Ni), cobalto (Co) , hierro (Fe) , manganeso (Mn) o cobre (Cu) para formar un ánodo adecuado. De preferencia, el ánodo comprende titanio, debido a que, entre otras cosas, el titanio es duro y resistente a la corrosión. Los ánodos de titanio por ejemplo, cuando se utilizan de acuerdo con varios aspectos de las modalidades de la presente invención, potencialmente tienen vidas útiles hasta de quince años o más. El ánodo también puede comprender cualquier recubrimiento electroquímicamente activo. Los recubrimientos ejemplares incluyen aquellos proporcionados de platino, rutenio, iridio, u otros metales del grupo VIII, óxidos de metal del grupo VIII, o compuestos que comprenden metales del grupo VIII y óxidos y compuestos de titanio, molibdeno, tántalo, y/o mezclas y combinaciones de los mismos. El óxido de rutenio y el óxido de iridio son preferidos para usarlos como el recubrimiento electroquímicamente activo en ánodos de titanio cuando tales ánodos se emplean en conexión con varias modalidades de la presente invención. De acuerdo con una modalidad de la invención, el ánodo se forma de una malla de metal de titanio recubierta con un recubrimiento de óxido de base de iridio. En otra modalidad de la invención, el ánodo se forma de una malla de titanio recubierta con un recubrimiento de óxido de base de rutenio. Los ánodos adecuados para uso de acuerdo con varias modalidades de la invención están disponibles de una variedad de suministradores . Las operaciones de electroextracción de cobre convencionales usan ya sea una hoja de inicio de cobre o un "blanco" de acero inoxidable o .titanio como el cátodo. De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, el cátodo se configura como una hoja de metal. El cátodo se puede formar de cobre, de aleación de cobre, acero inoxidable, titanio u otro metal o combinación de metales y/u otros materiales. Como se ilustra en la FIG. 2 y como es bien conocido en la técnica en general el cátodo 25 típicamente se suspende de la parte superior de la celda electroquímica tal que una porción del cátodo se sumerge en el electrolito dentro de la celda y una porción (en general una porción relativamente pequeña, menor que aproximadamente veinte por ciento (20%) del área de la superficie total del cátodo permanece fuera del baño del electrolito. El área de la superficie total de la porción del cátodo que se sumerge en el electrolito durante la operación de la celda electroquímica es referida en la presente y en general en la literatura, como el .área de superficie "activa" del cátodo. Esta es la porción del cátodo en la cual el cobre se enchapa mediante la electroextracción. De acuerdo con varias modalidades de la presente invención, el cátodo se puede configurar de cualquier manera ahora conocida o después ideada por el artesano experto. En ciertas modalidades de la presente invención, el efecto de la circulación de electrolito aumentado en la reacción del cátodo es promover la transferencia efectiva de iones de cobre. ? fin de promover un deposito del cátodo que es de alta calidad, el sistema de circulación de electrolito deberá promover una difusión efectiva de los iones de cobre a la superficie del cátodo. Cuando la proporción de la difusión de cobre se obstruye suficientemente, el patrón de crecimiento de cristal se puede cambiar a una estructura no favorable y puede dar por resultado una superficie del cátodo áspera. La aspereza del cátodo excesiva puede causar un incremento en porosidad que puede transportar el electrolito, y asi impurezas, en la superficie del cátodo. Una proporción de difusión efectiva de cobre es una que promueve el crecimiento de cristal favorable para cátodos de alta calidad lisos. La densidad de corriente más alta requiere una proporción más alta de transferencia de cobre a la superficie del cátodo. Para la producción de cátodos de alta calidad, comercialmente aceptables, la densidad de corriente práctica máxima se limita en parte por la proporción de difusión del cobre que promueve los patrones de crecimiento de cristal favorable. En la presente invención, el sistema de circulación de electrolito utilizado en la celda electroquímica facilita la transferencia iónica a o del ánodo es también efectivo en promover la difusión efectiva de los iones de cobre al cátodo. Por ejemplo, el uso del flujo a través del ánodo aumenta la transferencia de iones de cobre al cátodo de una manera similar a la transferencia de iones ferrosa/férrica a y a partir del ánodo. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, la concentración de cobre en el electrolito para la electroextracción se mantiene ventajosamente en un nivel de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 gramos por cobre del electrolito. De preferencia, la concentración de cobre se mantiene en un nivel de aproximadamente 30 a aproximadamente 50 g/L, y más de preferencia, de aproximadamente 40 a aproximadamente 45 g/L. Sin embargo, varios aspectos de la presente invención se pueden aplicar benéficamente a procesos que emplean concentraciones de cobre arriba y/o abajo de estos niveles. Generalmente hablando, cualquier sistema de bombeo, circulación, o agitación del electrolito para mantener el flujo y circulación satisfactoria del electrolito entre los electrodos en una celda electroquímica tal que las especificaciones del proceso descritas en la presente que son practicables se pueden utilizar de acuerdo con varias modalidades de la invención. La velocidad de la inyección del electrolito en la celda electroquímica puede ser variada al cambiar el tamaño y/o geometría de los agujeros a través de los cuales entra el electrolito a la celda electroquímica. Por ejemplo, con referencia a la FIG. 2 en donde el múltiple del flujo del electrolito 27 se configura como entubado o tubería dentro de la celda 21 que tiene los agujeros de inyección 29, si se disminuye el diámetro de los agujeros de inyección 29, la velocidad de inyección del electrolito se incrementa, dando por resultado, entre otras cosas, la agitación incrementada del electrolito. Por otra parte, el ángulo de la inyección del electrolito en la celda electroquímica relativo a las paredes de la celda y a los electrodos se puede configurar de cualquier manera deseada. Aunque una configuración de la inyección del electrolito aproximadamente vertical se ilustra en la FIG. 2 para' propósitos de referencia, son posibles cualquier número de configuraciones de agujeros de inyección diferentemente dirigidos y espaciados. Por ejemplo, aunque los agujeros de inyección representados en la FIG. 2 están aproximadamente paralelos uno de otro y similarmente dirigidos, las configuraciones que comprenden una pluralidad de corrientes de inyección de oposición o corrientes de inyección de intercepción pueden ser benéficas de acuerdo con varias modalidades de la invención. De acuerdo con una modalidad de la invención, el múltiple de flujo del electrolito comprende una entubación o tubería adecuadamente integrada con, unida a, o dentro de la estructura del ánodo, tal como, por ejemplo, insertada entre los lados de la malla de un flujo a través del ánodo ejemplar. Tal modalidad se ilustra, por ejemplo, en la FIG. 3, en donde el múltiple 31 se configura para inyectar el electrolito entre los lados de la malla 33 y 34 del ánodo 32. Todavía otra modalidad ejemplar se ilustra en la FIG. 4, en donde el múltiple 41 se configura para inyectar el electrolito entre los lados de la malla 43 y 44 del ánodo 42. El múltiple 41 incluye una pluralidad de tuberías o tubos interconectadas 45 que se extienden aproximadamente paralelas a los lados de la malla 43 y 44 del ánodo 42 y cada uno tiene un número de los agujeros 47 formados dentro para propósitos para inyectar el electrolito en el ánodo 42, de preferencia en corrientes que fluyen aproximadamente paralelas a los lados de la malla 43 y 44, como se indica en la FIG. 4. De acuerdo con otra modalidad de la invención, el múltiple de flujo del electrolito comprende un múltiple de tipo "estera de piso" expuesto, en general comprende un grupo de tuberías paralelas situadas longitudinalmente a lo largo del fondo de la celda. Los detalles de un múltiple ejemplar de tal configuración se divulgan en los Ejemplos en la presente . De acuerdo con todavía otra modalidad de la invención, la proporción de flujo alta y el múltiple de flujo del electrolito del flujo forzado se integra en o se une a las paredes laterales opuestas y/o al fondo de la celda electroquímica tal que, por ejemplo, las corrientes de inyección del electrolito se dirigen opuestamente y paralelas a los electrodos. Otras configuraciones son, por supuesto, posibles . De acuerdo con varias modalidades de la presente invención, es adecuada cualquier configuración de múltiple del flujo del electrolito que proporciona un flujo del electrolito efectiva para transportar- hierro ferroso al ánodo, para transportar hierro férrico a partir del ánodo, y para transportar iones de cobre al cátodo tal que la celda de la electroextracción se puede operar en un voltaje de celda menor que aproximadamente 1.5 V y en una densidad de corriente de mayor que aproximadamente 26 A/pie2. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención, la proporción del flujo de electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 4.0 L/min/m2 del cátodo activo (aproximadamente 0.1 galones por minuto por pie cuadrado) aproximadamente 4.0 L/min/m2 del cátodo activo (a aproximadamente 1.0 galones por minuto por pie cuadrado). De preferencia, la proporción del flujo del electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente .0 L/min/m2 del cátodo activo (a aproximadamente 0.1 galones por minuto por pie cuadrado) aproximadamente 10.0 L/min/m2 del cátodo activo (aproximadamente 0.25 galones por minuto por pie cuadrado). Se debe, reconocer, sin embargo, que la proporción del flujo del electrolito óptima operable útil de acuerdo con la presente invención dependerá en la configuración especifica del aparato del proceso y asi las proporciones de flujo en exceso de aproximadamente 40.0 L/min/m2 del cátodo activo (en exceso de aproximadamente 1.0 galones por minuto por pie cuadrado) o menor que aproximadamente 4.0 L/min/m' del cátodo activo (menor que aproximadamente 0.1 galones por minuto por pie cuadrado) puede ser óptimo de acuerdo con varias modalidades de la presente invención. En general, conforme la temperatura de operación de la celda electroquímica (por ejemplo, el electrolito) se incrementa, se puede lograr mejor enchapado al cátodo.

Mientras que no se desee ser unido por cualquier teoría particular, se cree que las temperaturas del electrolito elevadas proporcionan energía de reacción adicional y pueden proporcionar un aumento de reacción termodinámica que, en el voltaje de la celda constante, da por resultado la difusión de cobre aumentada en el electrolito conforme la temperatura se incrementa. Por otra parte, la temperatura incrementada también puede aumentar la difusión ferrosa y puede dar por resultado la reducción completa del voltaje de la celda, el cual a su vez da por resultado mayor eficiencia económica. El EJEMPLO 2 demuestra una disminución en el voltaje de la celda con el incremento de la temperatura del electrolito. Las celdas de electroextracción de cobre convencionales operan a una temperatura de aproximadamente 46°C a aproximadamente 52 °C (de aproximadamente 115°F a aproximadamente 125°F) . De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la presente invención, la celda electro}química se opera a una temperatura de aproximadamente 43°C a aproximadamente 83°C (de aproximadamente 110°F a aproximadamente 1180°F) . De preferencia, la celda electroquímica se opera a una temperatura arriba de a aproximadamente 46°C (aproximadamente 115 °F) o aproximadamente 48°C (aproximadamente 120°F) y de preferencia a una temperatura abajo de aproximadamente 60°C (aproximadamente 140°F) o aproximadamente 65°C (aproximadamente 150°F) . Sin embargo, en ciertas aplicaciones, las temperaturas en el intervalo de aproximadamente 68 °C (aproximadamente 155°F) a aproximadamente 7 °C (aproximadamente 165°F) pueden ser ventaj osas . Se debe reconocer, sin embargo, que mientras las temperaturas de operación más altas pueden ser benéficas para las razones perfiladas arriba, la operación a tales temperaturas más altas puede requerir el uso de materiales de construcción diseñados y seleccionados para soportar satisfactoriamente las condiciones de operación más rigurosas. Además, la operación a temperaturas más altas puede requerir demandas de energía incrementadas . La temperatura de operación de la celda electroquímica se puede controlar a través de cualquiera de uno o más de una variedad de medios bien conocidos en la técnica, que incluyen, por ejemplo, un elemento de calentamiento de inmersión, un dispositivo de calentamiento en línea (por ejemplo, un intercambiador de calor) , o el similar, de preferencia acoplados con uno o más medios de control de temperatura de realimentación para el eficiente control del proceso. Una superficie de enchapado lisa es óptima para la calidad y pureza del cátodo, debido a que la superficie del cátodo lisa es más densa y tiene muy pocas cavidades en las cuales el electrolito puede llegar a ser transportado, introduciendo de esta manera impurezas a la superficie. Aunque es preferible que la densidad de corriente y los parámetros de proporción del flujo del electrolito sea controlada tal que una superficie de enchapado del cátodo lisa se puede lograr, la operación de la celda electroquímica a una densidad de corriente alta puede no obstante tiende a dar por resultado una superficie del cátodo áspera. Así, de acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la presente invención, una cantidad efectiva de un reactivo de enchapado se adiciona a la corriente de electrolito para aumentar las características de enchapado -y así las características de superficie- del cátodo, dando por resultado una pureza de cátodo mejorada. Se puede utilizar cualquier reactivo de enchapado efectivo en mejorar las características de superficie del enchapado, es decir, uniformidad y porosidad del cátodo. Por ejemplo, los reactivos de enchapado adecuados (algunas veces llamados "agentes de alisamiento") pueden incluir tiourea, gomas de guar, almidones modificados, ácido poliacrílico, poliacrilato, iones de cloruro y/o combinaciones de los mismos pueden ser efectivos para este propósito. Cuando se utilizan, una concentración efectiva del reactivo de enchapado en el electrolito -o, establecido de otra manera, la cantidad efectiva del reactivo de enchapado requerido-invariablemente dependerá en la naturaleza del reactivo de enchapado particular empleado; sin embargo, la concentración del reactivo de enchapado en general estará en el intervalo de aproximadamente 20 gramos del reactivo de enchapado por tono del cobre enchapado a aproximadamente 1000 g/tonelada. Conforme el hierro ferroso se oxida en el ánodo en la celda electroquímica, la concentración de hierro ferroso en el electrolito se reduce naturalmente, mientras que la concentración de hierro férrico en el electrolito se incrementa naturalmente . De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, la concentración de hierro ferroso en el electrolito se controla mediante la adición del sulfato ferroso al electrolito. De acuerdo con otra modalidad de la invención la concentración de hierro ferroso en el electrolito se controla mediante la extracción de solución (SX) de hierro a partir de las soluciones de extracción del cobre. A fin de que el par ferroso/férrico mantenga una reacción anódica continua, el hierro férrico generado en el ánodo de preferencia se reduce otra vez a hierro ferroso para mantener una concentración ferrosa satisfactoria en el electrolito. Adicionalmente, la concentración de hierro férrico de preferencia se controla para lograr la eficiencia de corriente satisfactoria en la celda electroquímica. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, la concentración de hierro total en el electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 10 a aproximadamente 60 gramos de hierro por litro del electrolito. De preferencia, la concentración de hierro total en el electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 20 g/L a aproximadamente 40 g/L y más de preferencia de aproximadamente 25 g/L a aproximadamente 35 g/L. Se observa, sin embargo, que la concentración de hierro total en el electrolito puede variar de acuerdo con varias modalidades de la invención, como la concentración de hierro total es una función de solubilidad del hierro en el electrolito. La solubilidad de hierro en el electrolito varia con otros parámetros de proceso tales como, por ejemplo, concentración de ácido, concentración de cobre y temperatura. Como es explicada anteriormente en la presente, disminuye la concentración de hierro en el electrolito es en general deseable económicamente, debido a que haciendo eso disminuye los requerimientos de repuesto del hierro y disminuye la temperatura de saturación del sulfato del electrolito y asi disminuye el costo para operar la celda de electroextraccion. De acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención, la concentración de hierro férrico en el electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 10 gramos de hierro férrico por litro del electrolito. De preferencia, la concentración de hierro férrico en el electrolito se mantiene en un nivel de aproximadamente 1 g/L a aproximadamente 6 g/L y más de preferencia, de aproximadamente 2 g/L a aproximadamente 4 g/L. Refiriéndose otra vez a la FIG 1, de acuerdo con otro aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, la concentración de hierro férrico en el electrolito dentro de la celda electroquímica se controla al remover al menos una porción del electrolito de la celda electroquímica, por ejemplo, como se ilustra en la FIG. 1 como corriente de regeneración del electrolito 15 del proceso 100. De acuerdo con un aspecto de una modalidad ejemplar de la invención, el dióxido de azufre 17 se puede utilizar para reducir el hierro férrico en la corriente de regeneración del electrolito 15. Aunque la reducción del Fe3+ a Fe2+ en la corriente de la regeneración del electrolito 15 en la etapa de regeneración ferrosa 103 se puede lograr utilizando cualquier reactivo o método de reducción adecuado, el dióxido de azufre es particularmente atractivo como un agente de reducción para el Fe3+ debido a que está generalmente disponible de otras operaciones de procesamiento de cobre y debido a que el ácido sulfúrico se genera como un subproducto. En la reacción con el hierro férrico en un electrolito que contiene cobre, el dióxido de azufre se oxidiza, formando ácido sulfúrico. La reacción del dióxido de azufre con el hierro férrico produce dos moles de ácido sulfúrico para cada mol de cobre producido en la celda electroquímica, la cual es un mol más de ácido que se requiere típicamente para mantener el balance de ácido dentro del proceso de extracción del cobre total, cuando la extracción de solución (SX) se utiliza en conjunción con la electroextracción. El exceso de ácido sulfúrico se puede extraer del electrolito rico en ácido (ilustrado en la FIG. 1 ¦ como corriente 18) se genera en la etapa de regeneración ferrosa para uso en otras operaciones, tales como, por e emplo, operaciones de extracción. Con referencia a la FIG. 1, la corriente de electrolito rica en ácido 18 de la etapa de regeneración ferrosa 103 se puede regresar a la etapa de electroextracción 101 por vía de las corrientes de reciclado del electrolito 12 y 16, se puede introducir a la etapa de remoción del ácido 105 para procesamiento adicional, o se puede separar (como se muestra en la FIG. 1) tal que una porción de la corriente de electrolito rica en ácido 18 regresa a la etapa de electroextracción 101 y una porción continúa a la etapa de remoción de ácido 105. En la etapa de remoción de ácido 105, el exceso de ácido sulfúrico se extrae del electrolito rico en ácido y deja el proceso por vía de la corriente de ácido 19, para ser neutralizado o, de preferencia, utilizado en otras operaciones tales como, por ejemplo, una operación de extracción de cantidad. La corriente de electrolito de ácido reducida 14 luego se puede regresar a la etapa de electroextracción 101 por la via de la corriente de reciclado del electrolito 16, como se muestra en la FIG. 1. En resumen, la electroextracción de cobre que utiliza la reacción anódica ferrosa/férrica de acuerdo con una modalidad de la presente invención produce dos productos -cobre del cátodo y ácido sulfúrico. De acuerdo con otro aspecto de una modalidad ejemplar de la presente invención, el electrolito rico férrico se contacta con el dióxido de azufre en la presencia de un catalizador, tal como, por ejemplo, carbono activado fabricado de carbón bituminoso, u otro tipo de carbono con una superficie activa adecuada y estructura adecuada. La reacción del dióxido de azufre y hierro férrico se monitorea de preferencia tal que la concentración de hierro férrico y hierro ferroso en la corriente de electrolito rico en ácido producido en la etapa de regeneración ferrosa se puede controlar. De acuerdo con un aspecto de otra modalidad de la invención, dos o más sensores potenciales de oxidación -reducción (ORP) se utilizan- por lo menos un sensor ORP en la linea del electrolito rica férrica en la corriente superior del punto de inyección del dióxido de "azufre y por lo menos un sensor ORP de corriente inferior del punto de reacción catalítico en el electrolito de inclinación férrico. Las medidas ORP proporcionan una indicación de la relación férrica/ferrosa en la solución; sin embargo, las medidas exactas dependen en las condiciones de solución totales que pueden ser únicas para cualquier aplicación particular. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que cualquier número de métodos y/o aparatos se pueden utilizar para monitorear y controlar la relación férrica/ferrosa en la solución. El electrolito rico férrico contendrá de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 10 gramos por litro de hierro férrico y el electrolito de inclinación férrico contendrá hasta aproximadamente 6 gramos por litro de hierro férrico . Los siguientes- ejemplos ilustran pero no limitan, la presente invención. EJEMPLO 1| La TABLA 1 demuestra las ventajas de un flujo a través del ánodo con inyección del electrolito en un ánodo para lograr el voltaje de celda bajo. Un múltiple en el ánodo produce un voltaje de celda mas bajo en el mismo flujo o disminuye los requerimientos de flujo en la misma densidad de corriente contra la inyección de fondo. La TABLA 1 también demuestra que un voltaje de la celda abajo de 1.10 V se puede lograr en una densidad de corriente de aproximadamente 377 A/m2 (35 A/pie2) y un voltaje de celda abajo de 1.25 V se puede lograr en una densidad de corriente de aproximadamente 430 A/m2 (40 A/pie2) .

Las corridas de prueba A-F se realizaron utilizando una celda de electroextraccion de diseño estándar en general, que comprende tres cátodos convencionales de tamaño natural y cuatro flujos a través de ánodos de tamaño natural. Los cátodos se fabricaron de acero inoxidable 316 y cada uno tuvo una profundidad activa de 42.5 pulgadas y una anchura activa de 37.5 pulgadas (área de superficie activa total de 21.6 pie2 por cátodo). Cada ánodo tuvo una anchura activa de 35.5 pulgadas y una profundidad activa de 39.5 pulgadas y se fabricó de malla de titanio con un recubrimiento de base de óxido de iridio. Los ánodos utilizados de acuerdo con este EJEMPLO 1 se obtuvieron de epublic Anode Fabricators of Strongsville, Ohio, USA. La duración de la prueba fue de 5 días (las corridas de prueba excepto C, D, E y F, las cuales fueron pruebas de 60 minutos diseñadas para medir solamente el voltaje, en condiciones constantes), con operación de 24 horas continuas de la celda de electroextraccion en condiciones aproximadamente constantes . Las medidas de voltaje se tomaron una vez por día utilizando un medidor de voltaje manual y los voltajes se midieron de barra colectora a barra colectora. Los valores establecidos para el voltaje de celda promedio en la TABLA 1 representan los valores de voltaje promedio sobre el periodo de prueba de seis dias. Las medidas de flujo del electrolito se realizaron mediante un medidor de flujo electrónico continuo (Magmeter) , y todas las proporciones de flujo del electrolito en la TABLA 1 se muestran como galones por minuto del electrolito por pie cuadrado del área de enchapado del cátodo. El reactivo de enchapado utilizado en todas las corridas de prueba fue almidón modificado PD 4201, obtenido de Chemstar from Minneapolis, Minnesota. La concentración del reactivo del enchapado en el electrolito se mantuvo en el intervalo de 250-450 gramos por tonelada enchapada de cobre. La temperatura del electrolito se controló utilizando un calentador eléctrico automático (Chromalox) . La adición de hierro para el electrolito se realizó utilizando cristales de sulfato ferroso (18% de hierro) . Los ensayos de la concentración de hierro y cobre se realizaron utilizando pruebas de adsorción atómica estándares. La concentración de cobre en el electrolito se mantuvo en un nivel de aproximadamente 41-46 g/L utilizando extracción de solución. La concentración del ácido sulfúrico en el electrolito se mantuvo en un nivel de aproximadamente 150-160 g/L utilizando una unidad de extracción de ácido sulfúrico Eco-Tec (proceso.de retardación de ácido). La corriente para cada celda de extracción se ajustó utilizando un rectificador estándar. La densidad de corriente de operación para cada corrida de prueba se calculó al dividir los amperes totales en el ajuste del rectificador por el área de enchapado del cátodo total (es decir, 64.8 pie2) . La regeneración ferrosa se logró utilizando gas de dióxido de azufre, el cual se inyectó en una corriente de reciclaje del electrolito, luego se pasó a través de un lecho de carbono activado a fin de catalizar la reacción de reducción férrica. La reacción se controló utilizando sensores ORP, los cuales midieron el ORP en el intervalo de 390 a 410 mV (contra el empalme de referencia del cloruro de plata estándar) . Se inyectó dióxido de azufre suficiente en la corriente de reciclaje del electrolito tal que el ORP se mantuvo dentro del intervalo de 390 a 410 mV. La proporción de producción de cobre promedio para las corridas de prueba A y B, las cuales se operaron en una densidad de corriente de 30 A/pie2, fue 112 libras por día. El cátodo de cobre producido para la corridas de prueba A y B midieron menos de 0.3 ppm de plomo y menos de 5 ppm de azufre. La pureza del cobre no varia sobre todo de acuerdo a las condiciones de prueba especificas empleadas, los ensayos de cobre en las corridas de prueba C-F no se realizaron debido a que la duración de la prueba fue relativamente corta . Las corridas de prueba A, C, y E se realizaron utilizando una configuración del múltiple de inyección "estera de piso" de inyección de fondo. El múltiple de inyección de fondo incluyó once tuberías de PVC de 1" de diámetro configuradas para correr la longitud de la celda de electroextracción (es decir, aproximadamente perpendicular a las superficies activas de los electrodos. Cada una de las once tuberías colocadas en un agujero de diámetro de 3/16" en cada ranura del electrodo (es decir, había once agujeros aproximadamente espaciados igualmente dentro de cada ranura del electrodo) . Las corridas de prueba A, D, y F se realizaron utilizando una configuración del múltiple de inyección en un ánodo. El múltiple de inyección en un ánodo se configuró utilizando una línea de suministro de distribución adyacente a los electrodos, con líneas de suministro del electrolito directas que comprende una ramificación de tubos de polipropileno de 3/8" ID x 1/2" OD o 1/4" ID x 3/8" OD de la linea de suministro de distribución y que guía a cada ánodo. Cada línea de suministro del electrolito incluyó cinco tubos de goteo igualmente espaciados que se ramificaron a partir de la línea de suministro del electrolito y se colocaron para inyectar el electrolito directamente en el ánodo, entre las superficies de la malla del ánodo. Ninguna inyección del electrolito ocurrió directamente adyacente a los cátodos. TABLA 1 Prueba Densidad de Diseño del Conc. de Flujo del Temperatura Voltaje de Corriente Distribuidor Hierro del Electrolito, del la celda del Cátodo, del Múltiple Electrolito, gpm/pie2 Electrolito, Promedio, V A/pie2 del g/L °F Electrolito A 30 Inyección de 25.5 0.41 125 0.95 Fondo B 30 Inyección en 25.5 0-41 125 0.90 el Anodo C 35 Inyección de 28 0.66 125 1.02 Fondo D 35 Inyección en 28 0.24 125 1.10 el Anodo E 40 Inyección de 28 0.66 125 1.12 Fondo F 40 Inyección en 28 0.24 125 1.25 el Anodo EJEMPLO 2 La TABLA 2 demuestra que el incremento de la temperatura disminuye el voltaje de la celda. i Las corridas de la prueba A-C se utilizaron utilizando una celda de electroextracción de diseño estándar en general, comprende tres cátodos convencionales de tamaño natural y cuatro flujos a través de ánodos de tamaño natural. Los cátodos se construyeron de acero inoxidable 316 y cada uno tuvo una profundidad activa de 41.5 pulgadas y una anchura activa de 37.5 pulgadas (área de superficie activa total de 21.6 pies2 por cátodo). Cada ánodo tuvo una anchura activa de 35.5 pulgadas y una profundidad activa de 39.5 pulgadas y se construyeron de malla de titanio con un recubrimiento de base de óxido de iridio. Los ánodos utilizados de acuerdo con este EJEMPLO 2 se obtuvieron de Republic Anode Fabricators of Strongsville, Ohio, USA. La duración de la prueba fue de seis días, con operación de 24 horas continuas de la celda de electroextracción en condiciones aproximadamente constantes. Las medidas de voltaje se tomaron una vez por dia utilizando un medidor de voltaje manual y los voltajes se midieron de barra colectora a barra colectora. Los valores establecidos para el voltaje de la celda promedio en la TABLA 2 representan los valores de voltaje promedio sobre el periodo de prueba de seis dias. Las medidas de flujo del electrolito se realizaron mediante un medidor de flujo electrónico continuo (Magmeter) y todas las proporciones del flujo del electrolito de la TABLA 2 se muestran como galones por minuto del electrolito por pie cuadrado del área enchapada del cátodo. El reactivo del enchapado utilizado en todas las corridas de prueba fue el almidón modificado PD 4201, obtenido de Chemstar f om Minneapolis, Minnesota. La concentración del reactivo del enchapado en el electrolito se mantuvo en el intervalo de 250-450 gramos por tonelada enchapada de cobre . La temperatura del electrolito se controló utilizando un calentador eléctrico automático (Chromalox) . La adición de hierro al electrolito se realizó utilizando cristales de sulfato ferroso (18% de hierro) . Los ensayos de la concentración de cobre y hierro se realizaron utilizando pruebas de adsorción atómicas estándares. La concentración de cobre en el electrolito se mantuvo en un nivel de aproximadamente 41-46 g/L utilizando extracción de solución. La concentración del ácido sulfúrico con el electrolito se mantuvo en un nivel de aproximadamente 150-160 g/L utilizando una unidad de extracción de ácido sulfúrico Eco-Tec (proceso de retardación, de ácido) . La corriente para cada celda de electroextracción se ajustó utilizando un rectificador estándar. La densidad de corriente .de operación para cada corrida de prueba se calculó al dividir los amperes totales en el ajuste del rectificador por el área del enchapado del cátodo total (es decir, 64.8 pie2) . La regeneración ferrosa se logro utilizando gas de dióxido de azufre, el cual se inyectó en la corriente de reciclaje del electrolito, luego se pasó a través de un lecho de carbono activado a fin de catalizar la reacción de reducción férrica. La reacción se controló utilizando sensores ORP, los cuales midieron el ORP en el intervalo de 390 a 410 mV (contra el empalme de referencia del cloruro de plata estándar) . El dióxido de azufre suficiente se inyectó en la corriente del reciclado del electrolito tal que el ORP se mantuvo dentro del rango de 390 a 410 mV. La proporción de producción de cobre promedio para todas las corridas de prueba, las cuales se operaron en una densidad de corriente de 30 A/pie2, fue de 112 libras por dia. El cátodo de cobre producido para todas las corridas de prueba en general midieron menos de 0.3 ppm de plomo y menos de 5 ppm de azufre. La pureza del cobre total no varió de acuerdo a las condiciones de prueba especificas empleadas . Las corridas de prueba se realizaron utilizando una' configuración del múltiple de inyección "estera de piso" de inyección de fondo. El múltiple de inyección de fondo incluyó once tuberías de PVC de 1" de diámetro configuradas para correr la longitud de la celda de electroextracción (es decir, aproximadamente perpendicular a las superficies activas de los electrodos . Cada una de las once tuberías colocadas en un agujero de diámetro de 3/16" en cada ranura del electrodo (es decir, había once agujeros aproximadamente espaciados igualmente dentro de cada ranura del electrodo) . TABLA 2 Un método efectivo y eficiente para electroextraer cobre utilizando la reacción anódica de dióxido de azufre ferrosa/férrica ha sido presentado en la presente. Además, los presentes inventores han avanzado en la técnica de la hidrometalurgía de cobre al reconocer las ventajas de la utilización de la reacción anódica ferrosa/férrica en relación con el proceso de electroextracción de cobre y han desarrollado un sistema mejorado para utilizar la reacción anódica ferrosa/férrica para lograr .mayor eficiencia sobre los procesos de electroextraccion de cobre convencionales. La presente invención ha sido descrita en lo anterior con referencia a un número de modalidades ejemplares y ejemplos. Se debe apreciar que las modalidades particulares mostradas y descritas en la presente son ilustrativas de la invención y su mejor modo y no se proponen para limitar de ninguna manera el alcance de la invención como se expone en las reivindicaciones. Aquellos expertos en la técnica habiendo leído esta descripción reconocerán que cambios y modificaciones se pueden hacer para las modalidades ejemplares sin apartarse del alcance de la presente invención. Estos y otros cambios y modificaciones se proponen para ser incluidos dentro del alcance de la presente invención, como se expresa en las siguientes reivindicaciones .

J

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para electroextraer cobre, caracterizado porque comprende: proporcionar una celda electroquímica que comprende por lo menos un ánodo y por lo menos un cátodo, en donde el cátodo tiene un área de superficie activa; proporcionar un flujo del electrolito a través de la celda electroquímica, el electrolito que comprende cobre y hierro ferroso solubilizado; oxidizar por lo menos una porción del hierro ferroso solubilizado en el electrolito en el por lo menos un ánodo a partir del hierro ferroso a hierro férrico; remover por lo menos una porción del cobre del electrolito en el por lo menos un cátodo; y operar .la celda electroquímica en un voltaje de la celda y en una densidad de corriente, en donde el voltaje de la celda es menor que aproximadamente 1.5 Voltios y en donde la densidad de corriente es mayor que aproximadamente 280 amperes por metro cuadrado del cátodo activo.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa para proporcionar un flujo de electrolito a través de la celda electroquímica comprende proporcionar una proporción de flujo de electrolito de aproximadamente 4 a aproximadamente 40 litros por minuto por metro cuadrado del cátodo activo.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de oxidación comprende oxidar por lo menos una porción del hierro ferroso solubilizado en el electrolito en un ánodo que comprende una malla de titanio que tiene un recubrimiento electroquímicamente activo .
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa para proporcionar un flujo de electrolito comprende proporcionar un flujo de electrolito que tiene una concentración de hierro de aproximadamente 10 g/L a aproximadamente 60 g/L.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa para proporcionar un flujo del electrolito además comprende mantener la temperatura del electrolito en el intervalo de aproximadamente 43 °C a aproxim damente 820C .
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa para proporcionar un flujo del electrolito además comprende mantener la temperatura del electrolito abajo de aproximadamente 66°C.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: remover por lo menos una porción del hierro férrico de la celda electroquímica en una corriente de regeneración de electrolito; J reducir por lo menos una porción del hierro férrico en la corriente de regeneración de electrolito a hierro ferroso para formar una corriente de electrolito regenerada; y retornar por lo menos una porción de la corriente de electrolito regenerada a la celda electroquímica.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa para reducir por lo menos una porción del hierro férrico comprende poner en contacto el hierro férrico con un agente de reducción en la presencia de un catalizador.
9. 9. Un proceso para electroextraer cobre de una corriente de electrolito que contiene cobre y hierro ferroso, caracterizado porque comprende proporcionar una celda electroquímica que comprende por lo menos un ánodo y por lo menos un cátodo, en donde el hiero ferroso se oxida en el ánodo para formar hierro férrico y el cobre se enchapa en el cátodo y en donde el cátodo tiene un área de superficie activa, la mejora que comprende proporcionar al menos un flujo a través del ánodo y circular efectivamente el electrolito dentro de la celda electroquímica, tal que la operación de la celda electroquímica se puede conducir en un voltaje de celda de menos de aproximadamente 1.5 Voltios y una densidad de corriente en el exceso de 280 amperes por metro cuadrado del cátodo activo.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la mejora además comprende facilitar la circulación de electrolito efectiva al proporcionar un flujo del electrolito a través de la celda electroquímica en una proporción de flujo de aproximadamente 4 a aproximadamente 10 litros por minuto por metro cuadrado del cátodo activo.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la mejora además comprende remover por lo menos una porción del hierro férrico de la celda electroquímica en una corriente de regeneración de electrolito; reducir por lo menos una porción del hierro férrico de la corriente de regeneración de electrolito al hierro ferroso para formar una corriente de electrolito regenerada; y retornar por lo menos una porción de la corriente de electrolito regenerada a la celda electroquímica.
12. 12. Un sistema para electroextraer cobre de un electrolito que contiene cobre, caracterizado porque comprende : una corriente de electrolito, en donde la corriente de electrolito comprende cobre y hierro, y en donde la concentración de hierro en la corriente de electrolito es de aproximadamente 10 a aproximadamente 60 gramos por litro; una celda electroquímica, en donde la celda electroquímica comprende por lo menos un ánodo, por lo menos un cátodo, y un múltiple de flujo de electrolito, y en donde el por lo menos un ánodo comprende por lo menos un flujo a través del ánodo .
13. 13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente de electrolito comprende hierro ferroso y hierro férrico, y en donde la concentración de hierro férrico en la corriente de electrolito es de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 10 gramos por litro.
14. 14. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente de electrolito comprende hierro ferroso y hierro férrico, y en donde la concentración de hierro férrico en la corriente de electrolito es de aproximadamente 1 a aproximadamente 6 gramos por litro.
15. 15. El sistema de conformidad con. la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente de electrolito comprende hierro ferroso y hierro férrico y en donde la concentración de hierro férrico en la corriente de electrolito es -de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 gramos por litro .
16. 16. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende medios para reducir por lo menos una porción del hierro férrico en la corriente de electrolito · al hierro ferroso al poner en contacto el hierro férrico con el gas de dióxido de azufre en la presencia de un catalizador.
17. 17. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la celda electroquímica comprende por lo menos un ánodo que comprende una malla de metal que tiene un recubrimiento electroquímicamente activo.
18. 18. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la celda electroquímica comprende por lo menos un ánodo que comprende malla de titanio que tiene un recubrimiento basado en óxido de iridio.
19. 19. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la celda electroquímica comprende por lo menos un ánodo que comprende malla de titanio que tiene un recubrimiento basado en óxido de rutenio.