Ingeniera Civil Química / 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.

Ingeniero Civil Mecánico / Se aborda el desarrollo de la Industria de Ánodos de Plomo en Chile, desde la perspec-tiva de un emprendedor involucrado en el negocio desde su génesis hasta la fecha. Durante el periodo el suscrito, junto a otros emprendedores, ha contribuido a desarrollar la industria en Chile y en la región a través de múltiples actividades de Ingeniería. Inppamet Ltda. nace en 1987 a raíz de un proyecto donde la división Chuquicamata de CODELCO le adjudica un contrato para la provisión de 28.000 ánodos de Pb-Ca-Sn laminados, siendo el suscrito el líder del proyecto. A partir del año 1989 CODELCO Chuquicamata comenzó a mostrar una tendencia creciente hacia los ánodos laminados. Inppamet Ltda., reconoció en ello un negocio de gran potencial considerando las perspectivas cada vez más realistas de futuros proyectos que utilizarían el proceso SX-EW. En 1994 Inppamet Ltda. logra un acuerdo de asistencia técnica con RSR Corp. lo cual junto al constante desarrollo interno le ha permitido acceder a una alta participación del mercado mundial de ánodos de Pb-Ca-Sn. El modelo de negocios de la compañía ha evolucionado con las condiciones de merca-do para adaptarse a los cambios de estrategias de los consumidores y a las condicio-nes de entorno. No obstante ello, las componentes básicas del modelo incluyen los siguientes productos y servicios: Ánodos nuevos para proyectos iniciales y para reposición de inventarios. Provisión de fungibles y componentes para mantenimiento de ánodos en opera-ción. Servicios para instalación y mantenimiento de ánodos en faenas productivas. Los principales aspectos del proceso productivo de ánodos laminados de Pb son: i. Fundición de aleación para la plancha de plomo, ii. Laminación de planchas, iii. Prepa-ración de barras de Cu, iv. Dimensionado de planchas de Pb, v. Armado de ánodos, vi. Electro deposición de plomo (en unión barra cobre - plancha plomo) y vii. Verticalizado y embalaje. Consecuentemente, la planta productiva incluye las siguientes principales células de manufactura: i. Fundición de aleación, ii. Laminación, iii. Preparación de barras, iv. Dimensionado de planchas, v. Armado de ánodos, vi. Electrodepositación, vii. Verticalizado y embalaje y viii. Reciclado de materias primas. En un análisis crítico, a gran escala, del proceso y de las operaciones técnicas de la compañía, este trabajo aborda el desarrollo de las bases de un manual de operaciones y de calidad; a la luz de la experiencia acumulada en estos casi 30 años de operacio-nes, considerando las regulaciones vigentes que aplican a esta industria. A la fecha de emisión de este documento, el manual referido ha sido desarrollado internamente en la compañía y difundido ampliamente.

Magíster en Ciencias, Mención Física / En esta tesis se presenta el diseño e implementación de un sistema que permite preparar películas delgadas metálicas, mediante el método de evaporación por haz de electrones, controlando la temperatura de sustrato al momento de la evaporación en el rango de -190ºC a 450º C. Utilizando el sistema mencionado se fabricaron dos series de muestras de cobre depositadas sobre óxido de silicio. Una de estas series consiste en películas delgadas de cobre recubierto con óxido de titanio, mientras que la otra consiste de películas delgadas de cobre sin recubrir. Se utilizaron tres temperaturas de sustrato distintas al momento de la evaporación: -190ºC, 50º C y 180º C, mientras que el espesor depositado y la tasa de evaporación permanecieron constantes para todas las muestras. Por cada muestra se midió la resistividad como función del tiempo durante un mes desde el momento en que fueron expuestas al aire, mientras que para las películas sin recubrir se midió también su topografía mediante microscopía de fuerza atómica. En muestras con temperatura de sustrato de 50 ºC y 180 ºC la resistividad se mantiene constante en el tiempo, mientras que en muestras con temperatura de sustrato de -190ºC se observa una caída en la resistividad a partir de 4 días de estas expuestas al aire. En el caso de muestras con temperatura de sustrato de -190 C el recubrimiento con óxido de titanio disminuye la resistividad luego de expuesta al aire en comparación con la muestra no recubierta, mientras que en las muestras con temperatura de sustrato de 180 ºC el recubrimiento aumenta la resistividad. No se observa diferencia en el caso de muestras con temperatura de sustrato de 50 ºC. Al correlacionar el diámetro promedio de grano con la temperatura de sustrato en películas no recubiertas se observa que la disminución de la temperatura de sustrato al momento de la evaporación permite obtener un diámetro promedio de grano menor, mientras que al aumentar la temperatura de sustrato aumenta el diámetro promedio de grano.

Ingeniero Civil de Minas / El hidrógeno gaseoso se utiliza principalmente para la producción de amonio, materia prima fundamental para la fabricación de fertilizantes en la industria de la agricultura, lo que se relaciona directamente con la producción de alimento. Además de esto, el hidrógeno ha sido objeto de estudio como elemento transportador de energía, es decir, puede producirse y almacenarse para luego ser aprovechado en la generación de electricidad o de calor mediante celdas de combustible. Dichas celdas han sido de principal importancia para aplicaciones fuera de la red eléctrica, resolviendo así problemas de distribución de energía. El presente trabajo se enfoca en la investigación de la producción electrometalúrgica usando la técnica de electrodeposición con corriente pulsante de óxidos de renio, cobre y nanotubos de carbono sobre un sustrato de vidrio conductor de óxido de indio-estaño (ITO). El objetivo radica en la fabricación de un material electrocatalizador de la reacción de evolución de hidrógeno (REH), y para esto se estudian 4 sistemas diferentes: (a) ITO + Cu, (b) ITO + Re, (c) ITO + Re + Cu y (d) ITO + Re + Cu + Nanotubos de carbono. La primera etapa de investigación se desarrolló en base al proceso de electrodeposición de estos 4 sistemas, obteniendo así 2 tipos de depósitos usando condiciones experimentales diferentes: (i) Tipo A, donde se usó una corriente catódica de 10 A/m2, pH=5, agitación ultrasonido y tiempo de deposición de 5 min, y (ii) Tipo B, donde se aumentó tiempo de proceso a 20 min y se cambió a agitación magnética. La segunda etapa se enfocó en el análisis de la composición y morfología de los materiales, para esto se utilizaron las técnicas de caracterización de microscopía de barrido electrónico (SEM), espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS), difracción de rayos X en modo rasante (GI-XRD) y espectroscopía UV-Visible. Se evidenciaron diferencias importantes entre ambos tipos de depósitos, presentando en ambos casos una formación de cristales en el sustrato en lugar de una película continua. La tercera etapa consistió en el estudio electroquímico de los materiales tipo B y el cálculo de parámetros cinéticos de la reacción de evolución de hidrógeno. Destaca el electrodepósito ITO-Re con una densidad de corriente de intercambio de 1.47 A/m2, mientras que en el resto de los casos los valores fueron inferiores a 0.2 A/m2. Se encontró una baja concentración de Re en el material cuando hay presencia de Cu en el sistema, lo que refleja que la reducción del ion Cu+2 en la electrodeposición se ve favorecido frente a la reducción de ReO4-. Bajo las condiciones de trabajo de la presente investigación no se evidenció un efecto real de los nanotubos de carbono en la electrocatálisis de la REH.

La zona geográfica comprendida entre la frontera con Perú y la Cuarta Región se caracteriza por albergar al Desierto de Atacama, en donde destacan sus cielos claros e intensa radiación solar durante todo el año. Dentro de esta zona se encuentran también la mayor cantidad de faenas mineras de explotación y procesamiento de cobre, resultando de interés investigar la conveniencia de la utilización de la energía solar en los procesos productivos de esta industria. La presente investigación tiene como objetivo estudiar el desempeño de un campo de colectores de cilindro parabólico para producir calor en el proceso de electro-obtención de cobre, determinar con mayor precisión sus costos y beneficios, y establecer criterios de diseño que permitan un óptimo desempeño económico del sistema. Para lograr estos objetivos, se generó una plataforma de simulación en el software TRNSYS, lo que permitió realizar pruebas de operación y desempeño a distintas configuraciones de un campo de colectores solares, integrado al proceso de electroobtención de una planta cercana a la ciudad de Calama. Así, para cada configuración fue posible obtener, entre otros resultados relevantes, el calor útil, las pérdidas y el consumo anual de combustible y electricidad del sistema. Además, se estableció un escenario de precios representativo del estado actual de las tecnologías involucradas, de forma de transformar los resultados técnicos de las simulaciones en costos y beneficios económicos. Para el rango de tamaño en estudio -entre 5.000 y 10.000 m2 - se encontró que el campo solar es capaz de proporcionar hasta 90 TJ de calor útil anual, evitando emisiones de gases de efecto invernadero de hasta 8.000 TonCO2 eq/año. El análisis económico realizado mostró, que este sistema es rentable bajo el criterio del Valor Actual Neto (VAN) y una tasa de descuento de 10%. Además, se identificó la existencia de configuraciones que maximizan el VAN del proyecto, obteniéndose periodos de recuperación del capital de entre 3 y 4 años. Finalmente, un análisis de sensibilidad del VAN del proyecto, mostró que este sistema es rentable aun considerando el precio mínimo del diesel en los últimos 6 años.

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