Cobreado alcalino exento de cianuro (página 2)

En estudios efectuados en un gabinete, se pudo hallar un
nuevo baño electrolítico sin sales de cianuro. Para
efectuar el estudio se consulto el libro de
Glayman, en donde todo baño electrolítico
posee:

1. Generador de metal
2. Sal exitadora
3. Sal conductora
4. Agente de adición

Por otro lado, los electrólitos de COBREADO
ALCALINO EXENTO DE CIANURO muestran grandes ventajas que ayudan
su proliferación en la práctica.

1. Alto rendimiento de corriente
2. Es un baño poco delicado, de fácil
   manejo
3. Económico y poco complicado en el tratamiento
   de aguas residuales (especialmente en el nuevo electrolito
   exento de cianuro – CUPROX).

Pero estoy convencido de que con el nuevo baño
alcalino exento de cianuro – CUPROX, se ha dado un paso
importante en dirección a la galvanotecnia no
tóxica.

Los resultados de la práctica con el electrolito
CUPROX – hacen suponer que en él se reúnen
todas las ventajas de los baños de alto contenido de
cianuro, como dispersión, alta velocidad de
deposición, utilización de bajas densidades de
corriente, bajo costo de
desintoxicación, entre otras.

INTRODUCCIÓN

La
protección del hierro frente
a la corrosión con películas de cobre, cinc,
níquel, cromo, etc., depositados electrolíticamente
gana cada día más importancia y ocupa siempre un
lugar preferente en el campo galvánico. Por ello se
considero de interés
volver al tema, orientado hacia los electrolitos modernos de
COBREADO ALCALINO EXENTO DE CIANURO – CUPROX, que
constituye en parte a la mejora del medio
ambiente.

El tema es todavía actual cuando existen
bastantes industrias que
próximamente han de plantearse la inversión en la necesaria estación
depuradora. Un análisis a tiempo con el
asesoramiento profesional correspondiente permitirá
reducir el tamaño y simplificación de las
estaciones depuradoras.

En cualquiera de estos
casos no podemos permanecer indiferentes, venimos obligados a
conocer y utilizar en un tiempo corto.

COBREADO
ALCALINO

El tipo de cobreado alcalino
exento de cianuro, origina críticas y discusiones sobre la
problemática de las aguas residuales aunque dicho
electrolito elimina el cianuro. Sin embargo en lo que sigue de
esta exposición
sobre el tipo de baño, se reconoce que este problema se
encuentra solucionado.

El presente estudio con la finalidad de eliminar en su
totalidad el cianuro en cualquiera de sus formas, consta de los
siguientes reactivos:

1. Como sal generadora de metal el
   CUPROX
2. Como sal exitadora el hidróxido de
   sodio
3. Como sal conductora el carbonato
   sódico
4. Como agente de adición el bisulfito de sodio,
   sal seignette, humectante, inhibidor, abrillantador
   (ductilizante), etc.

PROPIEDADES DEL ELECTROLITO
CUPROX

Las propiedades primarias de los
electrolitos de cobreado alcalino exento de cianuro, son el
rendimiento catódico de corriente, la velocidad de
deposición y la densidad de
corriente, y la capacidad de dispersión.

1. Se logra un rendimiento de corriente de casi el
   100%, los electrolitos alcalinos exento de cianuro pueden,
   cuando son realmente libres de complejos inestables,
   prepararse solamente con contenido de cobre entre 7 a 12 g/l,
   y por lo tanto no son mayormente aptos para la
   aplicación de altas densidades de
   corriente.

2. RENDIMIENTO CATODICO DE CORRIENTE

   De gran importancia práctica, la densidad de
   corriente aplicable y el rendimiento correlativo ósea
   la velocidad de deposición, estos datos se
   encuentran en la Tabla 2.

3. VELOCIDAD DE DEPOSICION

   Considerando que la densidad del cobre es de 8.95
   g/cc, es posible calcular la velocidad de penetración
   del proceso de
   la deposición, estos datos se encuentran en la Tabla
   3.

   TABLA 2

   DENSIDAD DE CORRIENTE Y VELOCIDAD
   DE DEPOSICION

   BAÑO	Densidad de corriente (A/dm²)	Velocidad de deposición (g/cm²h)
   CUPROX – I CUPROX – II CUPROX – III	0.8 1.3 1.8	9.48 X 10-3 15.42 X 10-3 21.35 X 10-3

   TABLA 3

   DENSIDAD DE CORRIENTE Y VELOCIDAD
   DE PENETRACION

   Densidad de corriente (A/dm²)	Velocidad de penetración
   	cm/s	mm/h	μm/s
   0.8 1.3 1.8	2.94 x 10-7 4.73 x 10-7 6.62 x 10-7	10.59 x 10-3 17.22 x 10-3 23.85 x 10-3	2.9 x 10-3 4.7 x 10-3 6.6 x 10-3

4. VELOCIDAD DE PENETRACION
5. PODER DE DISPERSIÓN

Con dispersión se denomina las diferencias de
espesores de un recubrimiento galvánico sobre un objeto.
La dispersión de un baño galvánico es
tanto mejor cuanto más uniforme es el espesor del
depósito. Factor determinante para la dispersión
es la distribución primaria y secundaria de la
corriente. Si la distribución primaria depende
únicamente de factores geométricos, forma del
electrodo y distribución de la misma, como
también de las dimensiones del recipiente, entonces
todos los factores que influyen sobre la polarización
resultante, transforma la distribución primaria en una
distribución de corriente secundaria. La
polarización, es decir la resistencia que
se opone a la descarga del ion metálico y tiene que ser
vencida por una tensión aplicada exteriormente,
condicionada la dispersión de un electrolito de manera
considerable y será mayor cuanto mayor sea la
polarización que surge del aumento de densidad de
corriente.

La figura 1, muestra el
comportamiento de la curva de
polarización de los baños aquí
expuestos.

Según lo esperado, la
deposición de cobre alcalino exento de cianuro de
electrolito de alto contenido de CUPROX, se produce una fuerte
polarización, en baños de bajo contenido de
CUPROX la polarización es menor, disminuyendo con menor
contenido de sal de CUPROX y mayor contenido de
hidróxido.

Figura 1. Comportamiento de la
polarización catódica de baños de cobre
alcalino CUPROX, con relación a la densidad de
corriente.

PROPIEDADES DE LOS RECUBRIMIENTOS DE COBREADO
– CUPROX

Dado que los baños
de cobre ácido se distinguen marcadamente por sus
propiedades químicas y electroquímicas de los
electrolitos alcalinos, indistintamente los electrolitos exentos
de cianuro, cianurazos y acomplejantes, hay que calcular que los
depósitos tienen propiedades físicas distintas.
Evidentemente el brillo, la nivelación, la dureza, la
ductilidad, tensiones internas y otras propiedades de los
recubrimientos galvánicos están fuertemente
influenciados por los abrillantadores y su comportamiento con la
película catódica.

El efecto de estos agregados es
completamente distinto en un electrolito en el cual el metal
forma un ión complejo negativo, que en un electrolito en
el cual se encuentra como catión libre positivamente
cargado.

Esto se puede notar claramente en la
cristalización de los depósitos.

1. DUCTILIDAD

Una capa de metal depositado galvánicamente
debe ser lo más dúctil y libre de
tensiones.

Mediante la adición de abrillantadores con
contenido de Ductilizantes, se puede depositar capas con
tensiones de compresión.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
CRISTALIZACIÓN

Los factores que
influyen pueden tener sobre el tamaño, forma y
distribución de los cristales de un depósito
metálicos son:

1. La naturaleza, estructura
   cristalina y estado del
   metal de base, la limpieza y el grado de pulimentación
   ejerce un efecto decisivo sobre la estructura y adherencia
   del electro depósito.

   En la mayoría de los casos el depósito
   metálico copia la estructura del metal base (epitaxia)
   por ello es importante un buen grado de pulimentación
   y la ausencia total de capas de tales como óxidos,
   grasas,
   etc.

   La adherencia del metal depositado también se
   mejora con el grado de pulimentación y limpieza de
   superficies.

2. Estructura cristalina del metal base o
   sustrato

   Para la evaluación de la densidad de corriente
   se vario la concentración del generador de metal, tal
   como se explica en el capítulo de
   electrolito.

   Tal como se visualiza en la figura 2, se
   evaluó la densidad de corriente, aplicando investigación de operaciones (programación lineal), teniendo como
   parámetros la polarización, la temperatura en función del tiempo, ya que al existir
   una polarización, el flujo de iones metálicos
   es deficiente.

   

   Figura 2. Comportamiento de la polarización
   en función del tiempo para cada densidad de corriente
   de los electrolitos.

3. Densidad de corriente

   Para la evaluación del baño
   electrolítico se vario la concentración del
   generador de metal en tres electrolitos
   diferentes:

   CUPROX – I 37 g/l

   CUPROX – II 40 g/l

   CUPROX – III 48 g/l

   Los tres baños se evaluaron para el
   funcionamiento adecuado a un rango de la densidad de
   corriente:

   CUPROX – I 0.8 A/dm²

   CUPROX – II 1.3 A/dm²

   CUPROX – III 1.8 A/dm²

   Tal como se ve en la figura 3, de menor a mayor
   consumo de
   CUPROX el electrolito se hace deficiente en lo que se refiere
   a la conductividad eléctrica, lo cual es muy
   fundamental para un proceso electrolítico.

   La concentración de CUPROX de cada
   electrolito se hallo estequiometriacamente en función
   a un litro de electrolito.

   La coloración del electrolito es azul,
   altamente estable.

   Al evaluar el electrolito se comprobó que la
   concentración optima es el electrolito con 37 g/l de
   contenido de CUPROX y una densidad de corriente de 0.8
   A/dm².

   

   Figura 3. Estabilidad del
   electrolito

4. Composición del electrolito

   Para la evaluación de la temperatura se
   trabajo
   con un rango de:

   1. Temperatura ambiente
   2. Temperatura en el rango de 30 a 40
      °C
   3. Temperatura en el rango de 50 a 60
      °C

   De lo cual se puede observar en la figura 4, que a
   temperatura elevada la densidad de corriente no es estable,
   más al contrario modifica las propiedades del
   depósito. A un determinado tiempo y a una temperatura
   ambiente
   la densidad de corriente es estable, por lo cual evaluando el
   sistema se
   comprobó que la temperatura optima es el medio
   ambiente.

5. Temperatura
6. Condiciones hidrodinámicas

La agitación del electrolito disminuye el
espesor de la capa difusional convectiva y conduce a que el
mismo sea uniforme, con lo cual se reduce el sobre potencial de
concentración.

Esto permite trabajar a mayores densidades de
corriente sin correr el riesgo de
obtener depósitos esponjosos.

Figura 4. Estabilidad de la temperatura
en función de la densidad de corriente con el
tiempo.

TABLA 5

COMPOSICIÓN DE LOS BAÑOS
DE COBREADO ALCALINO – CUPROX

CONDICIONES DE OPERACION

ANEXO

TRATAMIENTO DE SUPERFICIES DEL HIERRO
POR METODOS ELECTROLITICOS

Para el tratamiento previo de la superficie del hierro
donde se producirá el depósito comprende tres
etapas:

• Limpieza electrolítica
• Decapado electrolítico
• Pulido electrolítico

La etapa más importante es la limpieza
electrolítica.

1. LIMPIEZA ELECTROLÍTICA

Consiste en desengrasar la pieza sumergida en un
electrolito alcalino con paso de corriente
eléctrica, la pieza (objeto) puede estar conectado
como ánodo ó cátodo
(alternativamente).

Se prefiere el desengrase anódico, puesto que
en el cátodo se corre el grave riesgo de la fragilidad
del hidrógeno, debido al gran desprendimiento
de este gas.

Para el presente trabajo se utilizo los baños
siguientes:

TABLA 6

COMPOSICION DE LOS BAÑOS DE
LIMPIEZA ELECTROLITICA

OPTIMIZACION

La
optimización del proceso se realizo mediante la
aplicación de investigación de operaciones y
métodos
estadísticos.

1. Para la optimización de la densidad de
   corriente se aplico la
   investigación de operaciones, para tal caso se
   ubicaron dos puntos un máximo y un mínimo, para
   evaluarlo en dicho rango, se tuvo bastante en
   consideración la separación entre electrodos,
   la temperatura y el área del cátodo.

   Una vez hallado la estabilidad, se ubicaron dos
   puntos tal como se indica en la tabla.

   TABLA 7

   	I	II
   Intensidad (Amp) Distancia separación (m) Área del cátodo (dm²) Conductividad (mho-cm-1) Temperatura (°C)	0.1026 0.03 0.114 1.54 x 10-3 25	0.0769 0.04 0.114 1.54 x 10-3 25

   Graficando la tabla anterior, obtenemos dos
   inecuaciones para optimizar el proceso.

   

   

   La gráfica real de la optimización
   queda de la siguiente manera para luego establecer una
   correspondencia.

   

   El punto óptimo es:

   

   Hallando la densidad de corriente del punto
   óptimo:

   

2. DENSIDAD DE CORRIENTE

   Para la optimización de la temperatura se
   aplico la optimización logarítmica con la
   finalidad de no modificar las propiedades del
   depósito.

   TABLA 8

   T	J	Log T	Log J	(Log T)²	Log T*Log J
   24 30 35 42 47 50	0.8 0.8 0.9 1.3 1.5 1.8	1.3802 1.4771 1.5441 1.6232 1.6721 1.6990	-0.0969 -0.0696 -0.0458 +0.1139 +0.1761 +0.2553	1.9050 2.1819 2.3841 2.6349 2.7959 2.8865	-0.1337 -0.1431 -0.0707 +0.1849 +0.2945 +0.4338
   		9.3957	+0.3057	14.7883	+0.5655

   

   

    

3. TEMPERATURA
4. ESPESOR DE RECUBRIMIENTOS

1. El espesor del recubrimiento del cobreado alcalino
   exento de cianuro aumenta en función del tiempo, de
   acuerdo a la velocidad del depósito, para un segundo
   del proceso, el espesor de el recubrimiento es de 2.94 x 10-3
   micras, así mismo para la realización del
   presente estudio se hallo el equivalente
   electroquímico de el cobreado alcalino exento de
   cianuro:

   TABLA 9

   EQUIVALENTE ELECTROQUIMICO DEL
   COBREADO – CUPROX

   Electrolito	Equivalente electroquímico
   	mg/A*s	g/A*h
   Cobre (ácido) Cobre (cianurado) Cobre (CUPROX)	0.328 – 0.321	1.186 2.372 1.156

   Dicho equivalente electroquímico se hallo con
   la intensidad óptima.

   El equivalente electroquímico es fundamental
   para la aplicación de las leyes de
   Faraday.

2. TENSION SUPERFICIAL

La adición de compuestos inorgánicos en
el agua
disminuye la tensión superficial ampliamente. Los
detergentes disminuyen considerablemente la tensión
superficial en el rango de 25 a 35 dinas/cm.

La tensión superficial del electrolito exento
de cianuro se hallo teóricamente mediante datos
obtenidos en la práctica.

Es fundamental conocer la densidad del líquido,
siendo medido los grados Baumé del baño exento de
cianuro (9 °B). procesando estos datos se hallo que la
tensión superficial del baño es:

Dicha tensión superficial es fundamental ya que
se debe a la alta concentración de compuestos
alcalinos.

BIBLIOGRAFÍA

A mis padres

Mi agradecimiento por su

Entrega hacia mi
persona

AGRADECIMIENTO

A la realización de este libro han contribuido
directa o indirectamente muchas personas, alguno de los cuales
quisiera mencionar especialmente:

Mi agradecimiento al Ing. Leoncio Molina Vásquez,
al Técnico Sr. Samuel Cuchapari, por su perseverancia e
interés en el campo electroquímico y su entusiasmo
por incrementar la materia.

Al Ing. Francisco Gamarra, al Ing. Luís
Beltrán P. por la revisión detallada de las notas
de COBREADO ALCALINO EXENTO DE CIANURO.

Finalmente, deseo agradecer a la imprenta de la
Universidad
Nacional "Jorge Basadre Grohmann" de Tacna por los servicios
prestados.

SEVERO PALACIOS
C.

Autor:

Severo Palacios C.

Tacna – Perú, Marzo 87