Partes: 1, 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

Constituyente	I (g/l)	II (g/l)	III (g/l)
CUPROX Sosa cáustica Carbonato sódico Bisulfito sódico Sal seignette Humectante Inhibidor Ductilizante	37 12 16 0.5 37 3 0.05 3.5	40 12 16 0.5 37 3 0.05 3.5	48 15 16 0.5 37 3 0.05 3.5

CONDICIONES DE OPERACION

	CUPROX - I	CUPROX - II	CUPROX – III
Temperatura Densidad de corriente pH Agitación Por análisis: Cobre (g/l)	Ambiente 0.8 12.5 catódica 8.85	Ambiente 1.3 13 catódica 9.57	Ambiente 1.8 13.2 catódica 11.49

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

Constituyentes	I (g/l)	II (g/l)	III (g/l)
Hidróxido de sodio Hidróxido de calcio Carbonato sódico Trietanolamina inhibidor	20 20 - - 1%	20 - 20 - 1%	20 - - 20 1%

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

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Detlaf A. Glayman J. Hilly-Haussin Kutselningg A. Langford K. Lowhenheim Murppi J. Perry J.H. Harmon Ray Rodriguez J. Rubner J.

Manual de física, 1972 – URSS Manual para la protección de metales y galvanotecnia, 1962 – Barcelona Curso de metalurgia y Siderurgia, 1962, Barcelona Ensayo de recubrimientos metálicos, 1967 – Madrid Análisis de baños electrolíticos, 1963 – Madrid Electroplating, 1978 – USA Surface preparation and finishes for metals, 1971 – USA Manual del ingeniero químico, 1980 – México Process optimization, 1970 – USA Consideraciones teóricas para el estudio de correlación de parámetros en la refinación electrolítica del cobre, 1975 – Perú Galvanización, 1964 - Barcelona

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