Pilas electrolíticas La Pila de Concentración • •
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Es aquella que contiene dos soluciones de distinta concentración (es decir, de diferente actividad) separadas por una pared porosa. po rosa. Un ejemplo típico es aquella que contiene dos soluciones de sulfato de cobre de diferente concentración. Los electrodos de cobre están sumergidos cada uno en una solución de sulfato de cobre. La tendencia del cobre es a ionizarse y pasar a la solución es mayor en la so lución de baja actividad
Una pila electroquímica transforma la energía liberada por una variación química o física en energía eléctrica. Una pila electroquímica es reversible si se satisfac e las siguientes condiciones:
a) hay equilibrio estable cuando ninguna corriente pasa a través de la pila. b) todos los procesos que ocurren en la pila son reversibles cuando el sentido de una corriente infinitesimal pasando a través de ella es reversible
Habitualmente la pila de Daniell se repres enta de la siguiente manera: Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
Las líneas verticales representan el límite de la fase. La convención usada para representar la pila de la manera escrita más arriba es que el electrodo negativo se escribe al lado izquierdo, mientras que el electrodo positivo se escribe al lado derecho. Cuando la reacción en una pila procede en dirección espontánea, ésta consiste en la disolución del cobre desde el electrodo hacia la solución más débil, depositándose ese cobre sobre el electrodo de la solución más fuerte.
La reacción global es equivalente a la transferencia de sulfato de cobre desde la solución más fuerte a la más débil.
De acuerdo a la convención para representar ésta pila, se tiene: Cu | CuSO4 (acuoso, Conc. C1) || CuSO4 (acuoso, Conc.C2) | Cu
Si la concentración C1 es menor que la C2, el electrodo de cobre de la izquierda es negativo. PROCESOS ELECTROLITICOS I
5.- Procesos Electrolíticos: El proceso de la electrólisis es la base de un gran número de procesos industriales muy importantes en la industria moderna. Entre ellos se tiene: Separación y obtención de productos químicos a partir de soluciones de ácidos, bases, sales, óxidos. Extracción y refinación de metales: Electrometalurgia Desengrasado electrolítico Decapado y Pulido Electrolítico Galvanostegia: Depósito y recubrimiento de metales Coloración Electrolítica. Purificación de efluentes. 5.1- Aspectos básicos en la Operación de una Planta Electrolítica 5.1.1 Parámetros Operacionales de Control de una Celda Electrolítica
La operación de un proceso electrolítico debe acompañarse por el control o conocimiento de cuatro parámetros operacionales que, de alguna forma, caracterizan el proceso; a saber:
Producción horaria Rendimiento o eficiencia de corriente Consumo específico de energía Rendimiento energético
5.1.2 Principales variables en una celda de electrólisis
Las principales variables de operación de una celda en un proceso de Electrobtención alimentada por un generador externo, son:
5.1.2.1 Variables de Electrodo
Material anódico y catódico Área superficial Geometría
5.1.2.2 Variables Inherentes a la Solución
Concentración de las especies electroactivas principales Concentración de impurezas en el baño pH de la solución Tipo de solvente Aditivos
Procesos Electrolíticos II
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Galvanostegia: Consiste en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de un objeto sumergido en una solución electrolítica. Entre los tipos de recubrimientos se tiene : Cobreado Niquelado Cromado Dorado Plateado Zincado Finalidad Decorativa. Aumentar la resistencia contra la corrosión. Mejorar el aspecto de los metales. Reparar artículos averiados. Recubrir un objeto pequeño con una capa gruesa hasta alcanzar la dimensión deseada. OPERACIONES EN PROCESOS DE RECUBRIMIENTOS METALICOS
Desbastado . Desengrasado (Desengrasado electroquímico.) Decapado electroquímico Pulido Electroquímico Secado. Desbastado :
Cuando el objeto es de reciente fabricación o fundición posee rebabas, escamas a veces costras , la operación que consiste en eliminar se le denomina desbastado. La operación se lleva a cabo según el estado físico de la pieza usando discos sólidos de distinto grano en un esmeril . Desengrasado
Esta operación consiste en eliminar ciertas películas de grasas , aceites , partículas, abrasividad de la superficie que se desea recubrir. El origen de estas películas pueden ser de grasa animales , vegetales y aceites minerales o operaciones anteriores o simple contacto manual.
Desengrasado químico
Este tipo de desengrasado se realiza por inmersión de la superficie metálica en solventes orgánicos como bencina , kerosén , petróleo , tolueno, tricloroetileno, tetracloruro de carbono . Es muy recomendable para una primera etapa de eliminación de las materias grasa y aceites . Desengrasado electroquímico
Mediante este procedimiento los objetos a tratar son suspendidos de las barras catódicas y son tratados en una solución electrolítica a través de la cual se produce en paso de la corriente eléctrica .
5.2 Electrometalurgia: obtención y refinación del metales Electrometalurgia:
La electrometalurgia es la rama de la metalurgia que trata la extracción y refinación de metales por el uso de corriente eléctrica, conocida como proceso electrolítico o electrólisis. Producción del Cobre:
La aplicación industrial masiva de la electricidad para la recuperación de metales no ferrosos por electro obtención se inició a comienzos del siglo XX. En 1912 se utilizó en la obtención de cobre, en Chuquicamata ( Chile) y desde esa fecha se aplica en procesos de minería extractiva. En 1968, por primera vez se aplica en la mina Bluebird, de Ranchers Corp. Arizona, la combinación de lixiviación de minerales, extracción por solventes y recuperación electrolítica de cátodos de cobre, (LIX-SX-EW) técnica que en la actualidad se aplica con gran éxito. El cobre se extrae ya sea desde las soluciones de lixiviación-extracción por solventes por electrólisis (electro obtención) o por refinación electrolítica (electro refinación) del cobre producido por los procesos pirometalúrgicos de fusión. En ambos casos el cátodo de cobre resultante es metal comercialmente puro que cumple con los requisitos necesarios. Probablemente el 80 a 90% de cobre en producido en el mundo es cobre electrolítico. Electrometalurgia: Generalidades del proceso de electro obtención de cobre
La electro obtención de cobre consiste en aplicar una corriente que circula de ánodo a cátodo a través de una solución de sulfato cúprico. El cobre se deposita sobre el cátodo y el agua se descompone sobre el ánodo, dando lugar a desprendimiento de oxígeno.
Para obtener cátodos de excelente calidad, la solución procedente de la etapa de lixiviación es purificada y concentrada en cobre en la planta de extracción por solventes, para luego ser conducido a las celdas de electrodepositación de cobre En la nave de electroobtención, las celdas electrolíticas se encuentran conectadas al rectificador de corriente mediante un enclavamiento eléctrico serie y los electrodos unipolares, en un enclavamiento eléctrico paralelo. La tecnología actual contempla el uso de cátodos permanentes de acero inoxidable 316L y ánodos laminados de una aleación de plomo (Pb-Ca-Sn). Composición general de la solución electrolítica: que se alimenta a las celdas proveniente de la lixiviación: Cobre : 40 – 48 g/L Ácido
: 140 – 180 g/L
Fe total
: 0,5 – 1,5 g/L
Cloruro
: 30 ppm
Mn
: 30 – 80 ppm
Además se adicionan aditivos para mejorar el depósito catódico (Guar)*, como también para disminuir la corrosión anódica (CoSO4*7H2O), los cuales se agregan en las siguientes concentraciones: Goma Guar : 100 – 300 (gr/ton Cu)
Sulfato de Cobalto
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100 – 200 (gr/ton Cu)
Corrosión Definición “Interacción físico-química entre un metal y su medio ambiente, que ocasiona modificaciones
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en las propiedades del metal y, a menudo, una degradación de las funciones del metal, del medio o del sistema técnico constituido por ambos.”
La fuerza impulsora que hace que los metales se corroan es una consecuencia natural de su inestabilidad en la forma metálica”
Por lo general, cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse Repercusión de la corrosión
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Factor seguridad: Fallas por corrosión de equipos o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida de vidas humanas
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Factor conservación: Las fuentes de los metales (minerales), reservas de aguas, etc. Son limitados. Factor económico: Gastos directos e indirectos ocasionados por la corrosión y por los métodos de prevención
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Factor económico Costos directos •
Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o de componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas, fondos de tanques de almacenamiento). Sobredimensionamiento y empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones especiales, inhibidores, etc.) Capacitación de personal en temas de corrosión. Pago a especialistas para evaluar daños por corrosión.
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Costos indirectos
Paralización de la actividad productiva para efectuar una reparación imprevista (Ejemplo: La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dólares, pero la paralización para efectuar la reparación representa unos US $ 20 000 /hora). Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.). Pérdida de eficiencia (transferencia de calor) o contaminación del producto.
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Clasificación
Naturaleza del medio y mecanismo de corrosión Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico: Se da en presencia de humedad. El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo. Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química. No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente seco (altas temperaturas).
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Corrosión uniforme
Es un ataque homogéneo Permite calcular la vida útil Produce un deterioro “aceptable”. La velocidad de corrosión es función de la naturaleza del metal, humedad, presencia de contaminantes
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Corrosión galvánica –
Dos metales disímiles se acoplan eléctricamente en un medio electrolítico.
Aluminio Aluminio Tornillo de latón
Metal corroído
Corrosión en Corrosión por hendidura
Se presenta en espacios confinados o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho. La hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. Empaquetaduras, empalmes, pernos... Su mecanismo es similar a la corrosión por picado.
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Corrosión por erosión
Se da cuando soluciones con rápido flujo desprenden capas adheridas y depósitos que protegen contra la corrosión Medios de alto flujo o turbulencia bombas, conductos turbinas Son susceptibles los aceros al carbono y aleaciones de Cu y Al Son resistentes: aleaciones de Ni y Ti.
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Corrosión por cavitación
Presiones estallar metal y los revestimientos protectores. Ocurren a altas velocidades de flujo y cambio brusco en la dirección del mismo. (Flujo turbulento) Cavitación
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Corrosión por grietas y por tensión
Es causada por los cambios en la acidez, agotamiento del oxígeno, iones disueltos y ausencia de un inhibidor. Corrosión bajo
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Corrosión selectiva
Es la remoción preferencial de uno o más metales de una aleación en un medio corrosivo, tal como la remoción del zinc del bronce (dezincación), lo que conlleva al debilitamiento de los metales y a fallas en las tuberías
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Corrosión por tuberculación
Los tubérculos son cúmulos de productos de corrosión y de depósitos que cubren las regiones localizadas de pérdida de metal. Pueden atacar tuberías, lo que trae como consecuencia la disminución del flujo.
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Corrosión biológica
La actividad metabólica de los microorganismos pueden provocar directa o indirectamente un deterioro del metal por procesos de corrosión. Las consecuencias de esta actividad pueden ser: Producir un ambiente corrosivo Crear celdas de concentración electrolítica en la superficie del metal Modificar la resistencia de las películas superficiales Tener influencia sobre el índice de reacción anódica o catódica Modificar la composición ambiental
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El tiempo más efectivo para prevenir la corrosión es durante el diseño Factores Condiciones del medio Aspectos físicos (Esfuerzos, soldadura, uso) Métodos de prevención de la corrosión Selección Material Método de prevención adecuado Factor económico •
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