Copper electrowinning in a moving-bed cell based on reactive electrodialysis

摘要

Una celda a escala laboratorio de electrodiálisis reactiva (EDR), de dos compartimientos con cátodo particulado móvil, se ha utilizado para electroobtener cobre. La reacción catódica fue la electrodeposición de cobre sobre un lecho de partículas de cobre que circulan dentro de un cilindro fijo por la acción de paletas rotatorias; la reacción anódica fue la oxidación de ión ferroso a ión férrico sobre un ánodo hecho de barras de grafito estáticas. El anolito (FeSO_4 + H_2SO_4 acuoso) y el catolito (CuSO_4 + H_2SO_4 acuoso) se mantienen separados por una membrana aniónica que impide el transporte de cationes entre los electrólitos. Se efectuaron experimentos para caracterizar el funcionamiento de la celda bajo varias condiciones. Al operar con 40 g/l Cu (II), I = 6 A, T = 50 ℃, 40 rpm de rotación de paletas y un caudal de recirculación de 990 ml/min, el consumo específico de energía (CEE) para la electroobtención de cobre fue de 2,25 kWh/kg. Una optimización de las dimensiones de la celda produjo una mejora del CEE a 1,55 kWh/kg, mientras que un aumento de temperatura de 50 a 56 ℃ (sin cambiar las dimensiones de la celda) produjo un CEE de 1,50 kWh/kg, que es 25 % menor que los valores convencionales para celdas de electroobtención de cobre. Se hizo una comparación entre el funcionamiento de esta celda y la de una celda tipo "jaula de ardilla" desarrollada anteriormente por los autores.%A two-compartment lab-scale reactive electrodialysis (RED) cell with a moving paniculate cathode has been used for copper electrowinning. The cathodic reaction was copper electrodeposition on a bed of copper particles forced to circulate inside a fixed cylindrical enclosure by the action of rotating paddles; the anodic reaction was ferrous to ferric ion oxidation on an anode made of static graphite bars. The anolyte (aqueous FeSO_4 + H_2SO_4) and catholyte (aqueous CuSO_2 + H_2SO_4) are kept separate by an anion membrane which prevents cation transport between the electrolytes. Experiments were carried out in order to characterize cell performance under various conditions. When operating with 40 g/L Cu (II), I = 6 A, T = 50℃, 40 rpm paddle rotation and 990 mL/min electrolyte recirculation flowrate, the specific energy consumption (SEC) for copper electrowinning was 2.25 kWh/kg. An optimization of cell dimensions gave an improved SEC of 1.55 kWh/kg whereas a temperature increase from 50 to 56℃ (without changing cell dimensions) produced a SEC of 1.50 kWh/kg, which is 25% lower than normal values for conventional copper electrowinning cells. A comparison was drawn between the performance of this cell and a squirrel-cage cell previously developed by the authors.