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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO
ESTUDIOS CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL
NÚMERO 11-00065
MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA TINAS DE ELECTRODEPOSICION
OPCION I: TESIS PROFESIONAL
PARA OBTENER EL GRADO DE
INGENIERO EN MATERIALES
PRESENTAN:
SALAZAR GRANADOS IRMA ELENASEVILLA VALENZUELA GRECIA SARAHÍ
ASESOR: LÓPEZ NAVARRETE MIGUEL ÁNGEL
IRAPUATO, GTO. 2009.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA TINAS DE ELECTRODEPOSICIÓN
AGRADECIMIENTOS
RESUMEN
El propósito de este trabajo de investigación es presentar como se puede llevar
a cabo el control y mantenimiento de las tinas de electrodeposición utilizadas
para dar recubrimientos metálicos.
Buscando satisfacer las necesidades de sectores industriales donde se utilice
este proceso. De esta manera se muestra el favorecimiento que se obtiene al
utilizar un buen proceso de mantenimiento de tinas de electrodeposición y esto
se vera reflejado en la calidad del producto final, costo y tiempo
Se vera la forma en cómo afecta la corrosión, sus perdidas económicas que
esta provoca, cuales son los materiales que se ven afectados, como se puede
prevenir la corrosión, como mantener en buen estado las tinas de
electrodeposición. Para entender el proceso de electrodeposición es necesario
entender los términos de corrosión, galvanotecnia y electrodeposición.
La elaboración de este proyecto tiene la intención de brindar el apoyo necesario
proporcionando la información básica del cómo se pueden minimizar costos,
aprovechar de mejor manera y tratar las soluciones que utilizan las tinas de
electrodeposición; no tiene la intención de sustituir un concepto propio de
manejo de residuos específico por empresa; se pretende también dárle
tratamiento a las aguas residuales que se generan para una mejora a corto,
mediano y largo plazo, para una mejora ambiental por parte de las empresas de
este giro. Puesto que, a diferencia de otras industrias, en las empresas del giro
de la galvanotecnia el consumo de agua es considerable.
Con esta información y en colaboración con las autoridades, asociaciones,
empresas que manejan y reciclan residuos, se pueden sentar las bases para
elaborar soluciones integrales para evitar, minimizar o, en su caso, disponer
adecuadamente las cantidades de residuos generados, y en todo caso prevenir
la utilización de tanta agua dándole mantenimiento a las tinas, esto para que se
tenga un producto terminado de buena calidad
ÍNDICE TENTATIVOCapitulo 1
Capitulo 2 CORROSION
2.1 El control de la corrosión2.1.1 Recubrimientos Protectores2.1.2 Estado de la superficie a proteger2.1.3 Procedimientos de Aplicación 2.1.3.1 Procedimiento de Aplicación 2.1.3.2 Metalización de Proyección con Pistola 2.1.3.3 Electrolisis 2.1.3.4 Tratamientos Termoquímicos de Difusión 2.1.3.5 Placado
Capitulo 3 ELECTRODEPOSICION, PROCESO DE GALVANOTECNIA
3.1 Electrodeposición3.2 Galvanotecnia 3.2.1 Mantenimiento 3.2.2 Instalación Principal 3.2.3 Electrolimpieza (limpieza electrolítica) 3.2.3.1 Desengrase 3.2.3.2 Enjuague 3.2.3.3 Decapado acido 3.2.4 Baño de níquel decorativo 3.2.4.1 Aditivos para Depósitos Brillante 3.2.4.1.1 Abrillantadores Secundarios 3.2.5 Baño de latonado Decorativo
Capitulo 4 ANALISIS QUIMICOS DE SOLUCIONES DE ELECTRODEPOSICION
4.1 Determinación de cobre metálico 4.1.2 Determinación de hidróxido de potasio 4.1.3 Determinación de carbonatos 4.1.4 Determinación de cianuro de cinc 4.1.5 Determinación de cianuro de sodio libre 4.1.6 Determinación de níquel metálico 4.1.7 Determinación de cloruro de níquel 4.1.8 Determinación de acido bórico4.2 Preparación de soluciones empíricas
Capitulo 5 MONITOREO DE LAS TINAS
5.1 Mantenimiento y control para las tinas de latón5.2 Mantenimiento y control para las tinas de níquel5.3 Preparación electrolítica a baja densidad de corriente
Capitulo 6 AGUAS DE DESECHO (CONTROL Y TRATAMIENTO)
6.1 Desechos inorgánicos6.2 Requerimientos legales 6.2.1 Normas ECOL 6.2.2 Procedimientos de requerimientos legales 6.2.2.1 Inspección preliminar del procedimiento6.3 Clasificación de aguas de desecho para tratamiento6.4 Protección, segregación, y colección de agua de desecho6.5 Tratamientos requeridos6.6 Descripción del proceso de tratamiento de agua de desecho de la tina
Capitulo 7 RESULTADOS Y CONCLUSION
CAPITULO 8 CONCLUSIONES
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
FIGURASCAPITULO 3Fig. 3 Esquema de la tina de níquel
Fig. 3.1 Esquema del proceso “ZAMAK”
Fig. 3.2.2.1 Diagrama de la ubicación de las tinas
Fig. 3.2.2.2 Diagrama de las conexiones de las tinas al ratificador
Fig. 3.2.4.1 Diagrama de flujo de tratamientos de aguas residuales
CAPITULO 6Fig. 6.1 Proceso de mantenimiento
Fig. 6.2 Diagrama de la planta de aguas residuales
TABLASCAPITULO 3Tabla 3.2.3.1 Soluciones desengrasantes
Tabla 3.2.3.3.1 Composición de soluciones de decapado acido
CAPITULO 6Tabla 6.2.1.1 Límites máximos permisibles de contaminante (muestra los límites máximos permisibles industriales)
Tabla 6.2.1.2.1 Límites máximos permisibles de la industria de acabados metálicos
Tabla 6.2.1.3 Muestra los máximos contaminantes dentro del uso domestico
INTRODUCCIÓN
El problema que existe en el proceso de electrodeposición es la corrosión.
Aproximadamente un 25% de la producción anual de acero es destruido por la
corrosión.
Para varios de los países de que se dispone de datos, el costo de la corrosión
representa aproximadamente entre un 2% y un 4% del PNB.
En la industria enfocada en la electrodeposición al salir el producto final, si
este sale con una calidad ineficiente nuestro producto es rechazado, se tiene
que llevar acabo nuevamente el proceso y esto conlleva a que se requiera que
los trabajadores se expongan nuevamente a riesgos nocivos a la salud,
además de esto se incrementa la cantidad de residuos sólidos, líquidos y
gases.
El proceso de recubrimiento metálico en general, es muy poco efectivo ya que
solo una cantidad de las sustancias utilizadas en este se deposita en la pieza
hasta un 90% de las sustancias pueden evacuarse a través de aguas residuales.
La extracción indiscriminada de la materia prima es una consecuencia de la
mala producción, ya que la calidad de vida del producto final es deficiente.
La corrosión causa grandes pérdidas a la economía de los países, por eso es
fundamental combatirla por medio de procesos cada vez más rentables y
eficientes.
Se pueden aplicar procesos de minimización de residuos en esta actividad para
obtener beneficios directos como ahorro de costos, agua, energía y así
aumentar la calidad de los servicios y reducir los impactos del medio ambiente.
Es factible maquilar a las pequeñas empresas de nuestro entorno para que la
inversión y los costos de mantenimiento de estas instalaciones se beneficien y
se aprovechen sustantivamente.
OBJETIVO GENERALEl objetivo general de este trabajo es Mantener en estado optimo las tinas de
electrodeposición dentro de una empresa de recubrimientos metálicos
minimizando los factores de corrosión contaminación y económicos.
OBJETIVO PARTICULAR
DELIMITACIÓN
Se enfocara únicamente al mantenimiento preventivo de las tinas de
electrodeposición.
CAPITULO 1(ECONOMIA EN EL SECTOR DE LA GALVANOTECNIA)
CAPITULO 2 (CORROSIÓN)
CORROSIÓN.
La corrosión es definida como el deterioro de un material a consecuencia de un
ataque electroquímico por su entorno. de manera más general puede
entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su
forma más estable o de menor energía interna. siempre que la corrosión esté
originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene
lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en
contacto con el metal y las propiedades de los metales en cuestión. otros
materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
la corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la
que intervienen dos factores:
la pieza manufacturada
el ambiente
o por medio de una reacción electroquímica
los más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire,
como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el
cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos
los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes
(medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).
es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de
una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que
cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo,
procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza
pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo,
constituyen una cantidad importante. la corrosión es un campo de las ciencias
de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-
química).
La corrosión es, principalmente, un fenómeno electroquímico. una corriente de
electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un
punto y otro. cuando desde una especie química cede y migran electrones hacia
otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y
se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como un cátodo y
en ella se verifica la reducción.
para que esto ocurra entre las especies debe existir un diferencial
electroquímico, si separamos una especie y su semireacción se le denominará
semipar electroquímico, si juntamos ambos semipares se formará un par
electroquímico. cada semipar está asociado a un potencial de reducción
(antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). aquel metal
o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá
como una reducción y viceversa, aquel que exhiba un potencial de reducción
más negativo procederá como una oxidación.
para que haya corrosión electroquímica además del ánodo y el cátodo debe
haber un electrólito (por esta razón también se suele llamar corrosión húmeda),
la transmisión de cargas eléctricas es por electrones del ánodo al cátodo (por
medio del metal) y por iones en el electrólito.
este par de metales constituye la llamada pila galvánica, en donde la especie
que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo)
acepta electrones. al formarse la pila galvánica el cátodo se polariza
negativamente mientras el ánodo se polariza positivamente.
en un medio acuoso, la oxidación del medio se verifica mediante un electrodo
especial llamado electrodo orp que mide en milivoltios la conductancia del
medio.
la corrosión metálica química es por ataque directo del medio agresivo al metal,
oxidándolo y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la
formación del par galvánico
2.1EL CONTROL DE LA CORROSIÓN
Basicamente todos los métodos que existen para lograr controlar la corrosión
de los materiales metálicos, son intentos para interferir con el mecanismo de
corrosión, de tal manera que se pueda hacer que éste sea lo más ineficiente
posible. Por ejemplo, disminuyendo el flujo de electrones entre los
componentes metálicos de la celda de corrosión por el aumento de la
resistencia eléctrica del metal, de alguna manera disminuiría la corriente de
corrosión y, por tanto, la velocidad de corrosión. Esto no es practicable
generalmente, pero disminuir el flujo de corriente en el componente
electrolítico de la celda de corrosión produciría el mismo efecto, y esto sí es
practicable.
Dado que para que exista un proceso de corrosión, debe formarse una pila o
celda de corrosión y, por tanto, un ánodo, un cátodo, un conductor metálico y
una solución conductora, además de una diferencia de potencial entre los
electrodos o zonas anódicas y catódicas, la eliminación de alguno de los
componentes esenciales de la mencionada pila, podría llegar a detener el
proceso.
En la práctica, existen tres maneras de lograr lo anterior y por tanto de luchar
contra la corrosión:
1) Aislamiento eléctrico del material. Esto puede lograrse mediante el empleo
de pinturas o resinas, depósitos metálicos de espesor suficiente o por
aplicación de recubrimientos diversos.
De esta forma, se puede lograr aislar el metal del contacto directo con el
medio agresivo (agua, suelo y atmósfera por lo general).
2) Cambiando el sentido de la corriente en la pila de corrosión.
Conectando eléctricamente, por ejemplo, el acero con un metal más activo
(cinc o magnesio) podemos llegar a suprimir la corrosión del acero, ya que
dejará de actuar como ánodo y pasará a comportarse como cátodo, dejando el
papel de ánodo al metal más activo (cinc o magnesio).
Este es el principio de la protección Catódica.
3) Polarización del mecanismo electroquímico.
Esto se puede lograr bien eliminando el oxígeno disuelto, bien mediante la
adición en el medio agresivo de ciertas sustancias llamadas inhibidores, las
cuales pueden llegar a polarizar uno de los electrodos de la pila de corrosión y
por lo tanto, llegar a detener o cuanto menos disminuir sus efectos. En la
práctica, lo anterior conlleva una modificación del entorno o medio ambiente,
al cual está expuesto el metal.
Veamos con un poco más de detalle, en qué consisten cada una de las tres
maneras propuestas de luchar contra la corrosión.
2.1.1 RECUBRIMIENTOS PROTECTORES
Estos recubrimientos se utilizan para aislar el metal del medio agresivo.
Veamos en primer lugar aquellos recubrimientos metálicos y no-metálicos que
se pueden aplicar al metal por proteger, sin una modificación notable de la
superficie metálica.
Recubrimientos no-metálicos: Podemos incluir dentro de éstos las pinturas,
barnices, lacas, resinas naturales o sintéticas. Grasas, ceras, aceites,
empleados durante el almacenamiento o transporte de materiales metálicos ya
manufacturados y que proporcionan una protección temporal.
Recubrimientos orgánicos de materiales plásticos: Esmaltes vitrificados
resistentes a la intemperie, al calor y a los ácidos.
Recubrimientos metálicos: Pueden lograrse recubrimientos metálicos
mediante la electrodeposición de metales como el níquel, cinc, cobre, cadmio,
estaño, cromo, etcétera.
Inmersión en metales fundidos: Cinc (galvanización en caliente), aluminio
(aluminizado), etc.
Proyección del metal fundido mediante una pistola atomizadora.
Metalizaciones al cinc, aluminio, estaño, plomo, etc.
Reducción química (sin paso de corriente): electroles. Por ese procedimiento
se pueden lograr depósitos de níquel, cobre, paladio, etc. Recubrimientos
formados por modificación química de la superficie del metal. Los llamados
recubrimientos de conversión consisten en el tratamiento de la superficie del
metal con la consiguiente modificación de la misma. Entre las modificaciones
químicas de la superficie del metal podemos distinguir tres tipos principales:
Recubrimientos de fosfato: El fosfatado se aplica principalmente al acero, pero
también puede realizarse sobre cinc y cadmio. Consiste en tratar al acero en
una solución diluida de fosfato de hierro, cinc o manganeso en ácido fosfórico
diluido. Los recubrimientos de fosfato proporcionan una protección limitada,
pero en cambio resultan ser una base excelente para la pintura posterior.
Recubrimiento de cromato. Se pueden efectuar sobre el aluminio y sus
aleaciones, magnesio y sus aleaciones, cadmio y cinc. Por lo general,
confieren un alto grado de resistencia a la corrosión y son una buena
preparación para la aplicación posterior de pintura.
Recubrimientos producidos por anodizado. El anodizado es un proceso
electrolítico en el cual el metal a tratar se hace anódico en un electrolito
conveniente, con el objeto de producir una capa de óxido en su superficie.
Este proceso se aplica a varios metales no-ferrosos, pero principalmente al
aluminio y a sus aleaciones. Proporciona una buena protección y también
resulta un buen tratamiento previo para la pintura posterior.
Podemos incluir también entre los recubrimientos con modificación de la
superficie del metal los procesos de cementación. En este proceso, se
convierte la superficie externa de la porción metálica que se quiere proteger,
en una aleación de alta resistencia a la corrosión. El proceso consiste en
calentar la superficie metálica en contacto con polvo de cinc (sherardizado),
polvo de aluminio (calorizado) o un compuesto gaseoso de cromo (cromizado).
Se obtienen capas de un considerable espesor.
2.1.2 Estado de la superficie a proteger. Preparación de la superficie
La limpieza y puesta a punto de la superficie del acero antes de la aplicación
de un recubrimiento metálico, son operaciones indispensables, sea cual sea el
procedimiento de aplicación escogido. De la calidad de la preparación de la
superficie dependerá la adherencia y, en consecuencia, la eficacia de la capa
protectora.
Según el estado actual de la superficie por proteger, más o menos oxidada, se
puede seleccionar el procedimiento mecánico de limpieza más adecuado,
desde el granallado, chorreado de arena, pasando por una limpieza química o
electroquímica, como los baños ácidos, con corriente eléctrica o sin ella.
La selección de un recubrimiento está en función de las dimensiones de los
objetos y de la extensión de la superficie que se quiere recubrir.
Los procedimientos que se aplican en recintos como hornos, cubas
electrolíticas o crisoles, sólo pueden utilizarse para aquellas piezas cuyas
dimensiones no están limitadas por su capacidad. Esto es válido para la
galvanización, electrólisis, tratamientos térmicos. Por el contrario, la
metalización con pistola permite efectuar recubrimientos metálicos
independientemente de las dimensiones de la pieza, en razón de la movilidad
del equipo.
Tanto la naturaleza como el espesor del metal protector son función de
muchos parámetros, entre los cuales uno de los más importantes es el precio.
Asimismo, es muy importante conocer con la mayor precisión posible el medio
ambiente al cual va a estar sometida la pieza. En lo que cierne a los medios
naturales, debe conocerse si es posible si se trata de una atmósfera exterior (y
en este caso es de mucha ayuda conocer el tipo de atmósfera: rural, urbana,
industrial, marina, etc.) o interior (climatizada, con calefacción, etc.).
Para los entornos diferentes a los naturales, es preciso conocer la mayor
información posible sobre la composición química del medio, impurezas
eventuales, estado físico, temperatura, etc. Por ejemplo, los recubrimientos de
cinc aguantan el contacto con soluciones de pH comprendido entre 6 y 11; los
recubrimientos de estaño son convenientes en contacto con ciertos productos
alimenticios, etc.
2.1.3 Procedimientos de aplicación
Los procedimientos más comúnmente empleados en la práctica para obtener
recubrimientos metálicos sobre el acero son:
- inmersión en un metal
- metalización por proyección con pistola
- electrólisis
- tratamientos termoquímicos de difusión
- placado
Los procedimientos de aplicación son de suma importancia en cuanto a la
eficacia de la protección contra la corrosión, pues tanto el espesor, porosidad,
como la naturaleza misma de las capas obtenidas son función del
procedimiento de aplicación. Así, por ejemplo, los recubrimientos electrolíticos
que tienen espesores de algunos micrones, se reservan generalmente para su
utilización en medio poco agresivo. En cambio, los recubrimientos obtenidos
por inmersión en un metal fundido tienen espesores mayores.
Los recubrimientos obtenidos mediante proyección permiten obtener
espesores más grandes y perfectamente controlables. Se utilizan
especialmente en condiciones severas de corrosión.
El placado del acero permite asociar a la calidad mecánica del soporte, la
resistencia a la corrosión del recubrimiento.
La selección entre los diferentes procedimientos de aplicación de los
recubrimientos metálicos se realiza, pues, siguiendo criterios tales como: el
espesor de protección, dimensión de las piezas, agresividad del medio,
duración prevista, etc. Muy brevemente vamos a describir cada uno de los
procedimientos citados.
2.1.3.1 Inmersión en un metal en fusión
Después de una adecuada preparación superficial (un decapado ácido por
ejemplo), las piezas de acero se sumergen momentáneamente en un baño de
un metal en fusión. Esta operación puede realizarse para una sola pieza o
para un conjunto, o también en continuo para productos siderúrgicos como
tuberías láminas, trefilados, etc. Tal técnica se utiliza habitualmente para los
recubrimientos de cinc (galvanización en caliente), aluminio (aluminizado),
estaño y plomo.
Después del enfriamiento, las piezas ya recubiertas pueden someterse a un
tratamiento complementario de pasivación en ciertos casos.
2.1.3.2 Metalización por proyección con pistola
Esta técnica consiste en proyectar sobre la superficie del acero, ya preparada
en unas condiciones especiales (por chorreado con arena o granallado), un
metal en estado de fusión por medio de una pistola.
El espesor del recubrimiento se puede controlar fácilmente por el operador y
puede variar según la naturaleza del metal proyectado y el resultado que se
espera obtener. La mayoría de los metales o aleaciones pueden aplicarse de
esta manera: cinc, aluminio, acero inoxidable, estaño, plomo, níquel, cobre,
etc.
2.1.3.3 Electrólisis
Después de una cuidadosa preparación superficial que incluye un decapado
ácido, seguido de neutralización y lavado, las piezas por tratar se sumergen
en soluciones que contienen sales de los metales a depositar. Las piezas se
colocan en posición catódica, conectadas al polo negativo de un generador.
Bajo la acción de la corriente eléctrica proporcionada por el generador, el
acero se recubre del metal contenido en el baño o bien puede ser
suministrado por un ánodo soluble del metal en cuestión.
Los metales corrientemente depositados por vía electroquímica son: cromo
cobre, níquel, cinc, cadmio y estaño. Los depósitos obtenidos son por lo
general de espesor pequeño (2 a 30 micrones).
2.1.3.4 Tratamientos termoquímicos de difusión
Los tratamientos termoquímicos de difusión, también conocidos como
cementación, consisten en colocar las piezas de acero a tratar en una mezcla
de polvo metálico y de enlazante (cemento) en un recinto a alta temperatura.
El metal protector (recubrimiento) se difunde superficialmente en el metal base
y forma una capa eficaz contra la corrosión. Los metales corrientemente
aplicados por este método son el cinc (sherardización) y el aluminio.
2.1.3.5 Placado
Después de un tratamiento superficial especial, la lámina del metal para
aplicar y el metal base se someten a un proceso de colaminación en caliente,
obteniéndose al final lámina de acero recubierta del metal aplicado. Este
proceso puede efectuarse sobre una o las dos caras de la lámina del acero. El
acero inoxidable, níquel, monel y el cobre se aplican comúnmente por esta
técnica.
CAPITULO 3
(ELECTRODEPOSICION, PROCESO DE GALVANOTECNIA)
3.1 ElectrodeposiciónProceso electro-químico donde se realiza un recubrimiento (normalmente
metálico) a una pieza con un sistema de ánodo y cátodo, sumergiendo dicha
pieza en un baño químico y aplicando cargas electricas debidamente calculadas
para cubrir o depositar una capa protectora o decorativa a la pieza.
se utiliza para proteger al material de la corrosión, mejorar las propiedades de la
superficie, o con efectos decorativos.
3.2 GALVANOTECNIALa galvanotecnia es un proceso electroquímico por el cual se deposita una capa
fina de metal sobre una base generalmente metálica.
Los objetos se galvanizan para evitar la corrosión, para obtener una superficie
dura o un acabado atractivo, para purificar metales (como en la refinación
electrolítica del cobre), para separar metales para el análisis cuantitativo o como
es el caso de la electrotipia, para reproducir un molde.
Los metales que se utilizan normalmente en galvanotecnia son: cadmio, cromo,
cobre, oro, níquel, plata y estaño.
Las cuberterías plateadas, los accesorios cromados de automóvil y los
recipientes de comida estañados son productos típicos de galvanotecnia.
En este proceso, el objeto que va a ser cubierto se coloca en una disolución
(baño) de una sal del metal recubridor, y se conecta a un terminal negativo de
una fuente de electricidad externa. Otro conductor, compuesto a menudo por el
metal recubridor, se conecta al terminal positivo de la fuente de electricidad.
Para el proceso es necesaria una corriente continua de bajo voltaje,
normalmente de 1 a 6 V. Cuando se pasa la corriente a través de la disolución,
los átomos del metal recubridor se depositan en el cátodo o electrodo negativo.
Esos átomos son sustituidos en el baño por los del ánodo (electrodo positivo), si
está compuesto por el mismo metal.
Para asegurar una cohesión estrecha entre el objeto a ser recubierto y el
material recubridor, hay que limpiar el objeto a fondo, ya sea sumergiéndolo en
una disolución ácida o cáustica, o bien utilizándolo como ánodo en un baño
limpiador durante al menos un instante. Para eliminar irregularidades en las
depresiones de la placa y asegurar que la textura de su superficie es de buena
calidad y propicia para el refinado, hay que controlar cuidadosamente la
densidad de la intensidad de corriente (amperios por metro cuadrado de
superficie de cátodo) y la temperatura. Con frecuencia se añaden al baño ciertos
coloides o compuestos especiales para mejorar la uniformidad de la superficie
de la placa. A continuacion se muestra en la figura 1 el esquema del proceso
ZAMAK.
PRO
CES
O D
E EL
ECTR
OD
EPO
SIC
IÒN
DESENGRASE
DECAPADO ÀCIDO
NIQUEL
LATÒN
ENJUAGUE
COBRE STRIKE
COBRE ALCALINO
DESECHOS DE AGUAS
(Fig. 3.1)ESQUEMA DEL PROCESO DE ELECTRODEPOSICIÓN PARA ZAMAK
3.2.1 MANTENIMIENTO
El mantenimiento preventivo de los tanques en una instalación de
electrodeposición puede consistir en lavar periódicamente los líquidos y las
sales corrosivos que estén fuera de los tanques y de sus accesorios. Cuando
sea necesario una capa de pintura protectora debe aplicarse. El punto de falla
más frecuente en un tanque es el fondo. Deben tomarse precauciones cuando
se instala el tanque para renovar la protección del fondo siempre que esta
pudiera estar dañada mientras se esté moviendo de su posición. El espacio
para la circulación del aire debe estar provisto para usar soportes de ayuda
para iniciar el secado de la parte de abajo.
3.2.2 INSTALACIÓN PRINCIPAL
El espacio requerido en una instalación de electrodepósiton puede estar
gobernado por la profundidad del barril para depositar y el medio de transferirlo
de uno a otro tanque. Generalmente un sistema operado manualmente no
encontrará dificultades de espacio porque la altura del barril está limitada a la
longitud de las manos de un hombre y a menudo con una plataforma elevada
alrededor de los tanques en un espacio promedio de 2.4 a 2.5 m de altura es
suficiente. Por consiguiente, con unos mecanismos de transferencia mecánica
tales como una cadena con poleas ó una máquina totalmente automática
descendente para barriles pueden emplearse con ventajas y el espacio
requerido puede ser considerado como un factor limitante.
El determinar el espacio requerido por una instalación involucra la transferencia
mecánica de los barriles, por lo que las siguientes dimensiones deben
considerarse:
1) La distancia entre el piso ó nivel del pozo a la parte de abajo del tanque.
2) El espesor de la parte de abajo incluyendo el recubrimiento.
3) La distancia desde el fondo interior del tanque a la parte de abajo del barril
cuando está sumergido.
4) La altura del barril debajo de la parte más alta del tanque.
5) El espacio requerido desde la parte de abajo del barril encima de la parte alta
del filo del tanque durante el traslado (No menor de 5 cm).
6) La longitud vertical total del barril.
7) La profundidad del accesorio que soporta el barril.
8) La distancia vertical desde el accesorio a los medios de carga.
9) El peso total de los medios de carga y su estructura de soporte.
Cualquier incremento en la profundidad de inmersión de un barril debe ser
hacerse al doble para ayudar al espacio disponible cuando se diseñe el espacio
requerido, mientras todas las otras dimensiones permanezcan constantes.
Un pozo es utilizado frecuentemente para compensar el espacio limitante
disponible, consta de trabes, bordos y desagües en ambos lados. Diseños
menos elaborados son aceptables, especialmente cuando se operan de un sólo
lado únicamente. En tales casos, un desagüe puede ser adecuado pero las
trabes se recomiendan para prevenir que polvo y escombro caigan dentro del
pozo y obstruyan el desagüe. Se muestra en la figura 2 el diagrama de ubicacion
de las tinas.
Fig. 3.2.2.1 diagrama del proceso en la cual se permite ver la ubicación de las
tinas
Figura 3.2.2.2.diagrama de las conexiones de las tinas al rectificador.
3.2.3 ELECTROLIMPIEZA (LIMPIEZA ELECTROLÍTICA)
En la electrolimpieza de metales se usa una solución alcalina de limpieza como
solución base y una corriente eléctrica se pasa a través de esta solución usando
la pieza de trabajo ya sea como ánodo ó cátodo.
Aquí la limpieza consiste en la saponificación y emulsificación, aunado al efecto
de cepillado de las burbujas de gas (Hidrógeno u oxígeno) generados en el
ánodo ó en el cátodo.
El agua se descompone y forma hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.
La electrolimpieza es la manera más frecuentemente usada como operación de
limpieza antes de electrodepositar. El tanque está hecho generalmente de fierro
ó acero y el tanque mismo puede actuar como ánodo ó cátodo, en algunos
casos ó bien placas separadas de acero pueden utilizarse para tal efecto.
El baño se calienta ya sea por vapor, gas o electricidad.
Hay muchas formulaciones que pueden utilizarse para este tipo de limpieza,
algunas mejor aprovechadas para la limpieza anódica (invertida) y algunas más
apropiadas para la limpieza catódica (directa).
Algunas fórmulas se usan mejor para limpieza de “servicio pesado” sobre acero
y otras tienen solamente un mínimo efecto y son empleadas mayormente para
limpiar metales sensibles como zinc, latón y aluminio.
3.2.3.1 DesengraseEsta operación se realiza para quitar restos de grasa, aceites o suciedades que existen en las piezas, como producto de las operaciones de corte y se efectúa electrolíticamente o por inmersión de las piezas en soluciones alcalinas o disolventes orgánicos. Estas operaciones se llevan a cabo a temperaturas superiores a 60ºC. Otro método consiste en la aspersión de soluciones alcalinas calientes en las piezas. Las características del desengrasante, así como su forma de aplicación, dependen del metal base de la pieza.
3.2.3.2 Enjuague
Entre cada una de las etapas se hace necesario realizar un enjuague con agua limpia, bien sea por aspersión o por inmersión, para remover las trazas de soluciones que queden adheridas a la pieza, evitando así contaminar los baños de las etapas posteriores. En la tabla se muestra algunas Soluciones desengrasantes.
Tabla 3.2.3.2.1 soluciones desengrasantes1
3.2.3.3 DECAPADO ÁCIDO.
A menudo, las piezas de trabajo, y particularmente si están hechas de metal
ferroso, se encuentran en muy mal estado y oxidadas. Las piezas de trabajo
además de sucias de grasa y aceite estarán también mal lustradas y
descoloridas por la herrumbre.
Es el propósito del decapado ácido remover la herrumbre y las manchas que no
pueden removerse en un baño de limpieza alcalina.
En principio, el ácido presente en el baño de decapado, disuelve la herrumbre o
el óxido sin atacar al metal base: en la práctica, sin embargo, hay siempre un
ligero ataque sobre el metal limpio. Con sustancias conocidas como inhibidores,
presentes en el decapado, el ataque sobre el metal limpio es llevado al mínimo.
1 Fuente: Keneth, Graham. Manual de recubrimientos industriales
La composición de las soluciones de decapado químico se presenta en la tabla.
Tabla 3.2.3.3.1 composición de decapado químico(mg/l)
Antes de que cualquier metal pueda ser decapado o sumergido en un baño
ácido su superficie debe estar libre de polvo y grasa de cualquier tipo y por esta
razón siempre deberá estar la pieza de trabajo desengrasada y electrolimpiada
antes del baño ácido. La pieza de trabajo que esté grasosa o polvorienta no se
atacará uniformemente, ya que la grasa actúa para proteger la superficie del
ataque ácido.
Un segundo uso para el baño ácido o decapado es el ataque alrededor de la
superficie limpia para que así alguna capa que se vaya a depositar sobre la
superficie metálica tenga una mayor adherencia.
3.2.4 BAÑO DE NÍQUEL DECORATIVO
El baño tipo Watts es la base para aproximadamente todas las soluciones de
depósito de níquel, tanto brillante como semibrillante. Normalmente este baño
contiene de 240-370 gr/lt de sulfato de níquel, de 37.5-45 gr/lt de cloruro de
níquel y de 45-75 gr/lt de ácido bórico. El cambiar alguna variable de
composición en las soluciones produce marcados cambios en las propiedades
del depósito.
El propósito del sulfato de níquel es proveer metal (níquel). Aumentando la
concentración de níquel, se promueven más altas densidades de corriente;
también baja la resistividad del baño, lo cual reduce el costo de la energía y
mejora la distribución del depósito. Bajando el sulfato de níquel (y el % de níquel
metálico) se llega al efecto contrario.
Generalmente no es ventajoso incrementar el sulfato de níquel arriba de 375
gr/lt, ya que poco ó ningún cambio tiene lugar en el depósito. Cuando el sulfato
de níquel se reduce a menos de 240 gr/lt más bajas densidades de corriente
deben usarse y el níquel metálico se puede introducir en otra forma tal como
cloruro de níquel.
El cloruro de níquel se utiliza primeramente para reducir la polarización del
ánodo. Un baño Watts estándar contiene alrededor de 45-75 gr/lt de cloruro de
níquel. Cuando el cloruro se reduce de 22.5-30 gr/lt, la polarización del ánodo
ocurre.
Un marcado efecto se nota en el depósito cuando el cloruro de níquel se
incrementa alrededor de 90 gr/lt. Esta es la línea de demarcación entre las así
llamadas soluciones de bajo y alto cloruro. Arriba de 90 gr/lt, los cloruros ayudan
a la formación de depósitos brillantes, de grano fino a altas densidades de
corriente. También se produce corrosión anódica. Por tanto, las soluciones con
altos cloruros limitan severamente la selección de sistemas abrillantadores y
requieren bombas y filtros de materiales especiales para resistir el efecto
corrosivo. El plomo debe ser completamente removido.
Cuando la concentración de cloruro se incrementa la concentración de sulfato de
níquel se reduce proporcionalmente. (De hecho las soluciones de depósitos de
níquel “todo cloruro” se toma que contienen solamente cloruro de níquel y ácido
bórico, tales soluciones, por consiguiente no son usadas normalmente con
propósitos decorativos).
Un incremento en el contenido de cloruros reduce marcadamente los
requerimientos de potencia para el depósito.
El voltaje requerido para un baño alto en cloruros puede bajarse hasta la mitad
que para un baño bajo en cloruros (menor de 90 gr/lt). Por otra parte, el baño de
altos cloruros puede ser usado para operar a más altos amperajes sin un
aumento en el voltaje de la celda.
La corrosión del ánodo de níquel depende grandemente del contenido de cloruro
de un baño. La uniformidad de la corrosión no contribuye a la eficiencia del
ánodo, así baños tan bajos como 22.5 gr/lt tienen 100 % de eficiencia de ánodo
bajo condiciones de depósito. Arriba de 22.5 gr/lt de cloruros, la eficiencia del
ánodo cae rápidamente.
El ácido bórico se usa en la solución para la deposición de níquel para
propósitos de amortiguación normalmente, el efecto no es notado en altas
concentraciones (arriba de la saturación, alrededor de 45 gr/lt, dependiendo de
otras variables). Arriba de 30 gr/lt, por tanto condiciones notables aparecerán en
áreas de alta densidad de corriente; primero, el depósito se volverá ampuloso y
cuando el ácido bórico se encuentra de 15-22.5 gr/lt, el depósito puede resultar
quemado y craqueado.
Un rango de pH de 2.7-4.5 es el acostumbrado. Dentro de este amplio rango, un
rango reducido de alrededor de 0.5 unidades sobre la escala de pH se
selecciona para soluciones individuales y así mantener un producto uniforme.
El pH óptimo depende del tipo de abrillantadores y la densidad de corriente.
Valores altos de pH favorecen la acción niveladora.
La eficiencia de cátodo se reduce cuando el pH cae a un valor de 2.6. A un pH
alto (alrededor de 5), las densidades de corriente que exceden a 5.38 amp/dm2
resultan en depósitos quemados.
Para prevenir los poros brillantes causados por la adherencia de burbujas
pequeñas de hidrógeno a la superficie depositada, agentes humectantes tales
como alcoholes sulfatados, se acostumbra adicionarlos a las soluciones de
deposición Watts de níquel. Los agentes humectantes eliminan la porosidad al
reducir la tensión superficial al punto en que las burbujas de hidrógeno no se
adherirán a las superficies que están siendo depositadas. Esto es, normalmente
logrado a alrededor de 30-40 dinas/cm2 arriba de este rango, la porosidad puede
todavía ocurrir.
Usando también muchos agentes humectantes se aumentan los costos, se
incrementan las espumas, y se complica la purificación del baño. Agentes
humectantes son también usados en soluciones de altos cloruros no
espumosos, que se recomiendan para baños agitados por aire.
La temperatura de operación de la mayor parte de las soluciones de níquel está
en el rango de 32-71 °C, pero un rango preferido es de 49-63 °C. A temperaturas
más bajas el depósito es de grano fino y muy duro, pero es menos dúctil. A
temperaturas menores a 37 °C, se pueden producir depósitos rugosos y
nodulares, sobre áreas de alta densidad de corriente.
Esto es cierto para la mayoría de las operaciones de deposición, y por tanto,
relativamente bajas densidades de corriente se requieren con baja temperatura.
En algunos casos a 54 °C, pudiera dificultarse pulir microrrugosidades
satisfactoriamente, para propósitos decorativos.
Para obtener electrodepósitos brillantes promedio de soluciones abrillantadoras
de níquel, todas las variables, incluyendo la temperatura deben mantenerse
constantes.
Esta clase de soluciones de deposición se pueden operadas en un rango de
temperatura de 49-68 °C.
Es conveniente operar a la más alta temperatura compatible con el proceso
particular que está siendo usado y la forma y tamaño del artículo que está
siendo depositado. Algunos tipos de soluciones abrillantadoras de níquel se
limitan de 52-63 °C.
El rango de brillantez en la escala de temperatura puede variar marcadamente
con los cambios en la densidad de corriente solitaria.
Los ánodos de níquel dan mejores resultados a densidades de corriente por
debajo de 2.15 amp/dm2. A densidad de corriente normal, un contenido de
cloruro de níquel de 37.5-45 gr/lt mantiene los ánodos en condición activa. Si se
requiere una alta densidad de corriente, el cloruro de níquel debe incrementarse
dependiendo del tipo de agentes orgánicos de adición en el baño.
Se requiere agitación en el depósito de níquel para surtir el consumo de la
película de níquel y ayudar a desalojar las burbujas de gas de la pieza de
trabajo. Un tipo de agitación por la parte de abajo del tanque de deposición por
medio de tubos perforados que se colocan y anclan de tal manera que las
burbujas de aire pasan a través de las superficies que están siendo depositadas
es lo más usual.
El tipo de agitación empleado es gobernado por el tamaño y la forma de la pieza
de trabajo y de la colocación de las piezas en el barril. En general, las partes
más complejas requieren mayor atención para la agitación.
Figuran 3.2.4.1 Esquema de una tina de Níquel
En resumen, los más comúnmente utilizados constituyentes básicos para la
deposición de níquel decorativo es el cloruro de níquel, sulfato de níquel y el
ácido bórico. El sulfato de níquel y el cloruro de níquel funcionan como fuentes
de níquel metálico y contribuyen a la conductividad de la solución; en suma el
cloruro de níquel provee iones cloruro para promover la eficiente corrosión
anódica. El ácido bórico sirve como buffer y también promueve la buena
adhesión de los depósitos y permite la operación a más altas densidades de
corriente.
Usando estos tres ingredientes básicos, un sin número de formulaciones de
baños son empleados para encontrar varios requerimientos, tales como la
velocidad de deposición y la respuesta a ciertos tipos y combinaciones de
aditivos.
3.2.4.1 ADITIVOS PARA DEPÓSITOS BRILLANTES
Para depósitos brillantes, una gran variedad de aditivos son usados,
generalmente en combinaciones altamente específicas. Su función es producir
un depósito brillante y dúctil, tanto como sea posible sobre un amplio rango de
densidades de corriente. Algunos se consumen muy lentamente durante la
electrólisis; otros, más rápidamente.
La nomenclatura de ellos, no está estandarizada, se usa con varios nombres la
misma sustancia, pero en general pueden clasificarse en abrillantadores
secundarios, auxiliares para abrillantadores secundarios y abrillantadores
primarios.
3.2.4.1.1 ABRILLANTADORES SECUNDARIOS:
Conocidos como abrillantadores de la primera clase, son conductores y
ductilizadores, son de naturales aromáticos, pero pueden ser también alifáticos
insaturados. Su función primaria es refinar la estructura del grano y proveer
depósitos con lustre aumentado en comparación con los baños que no contienen
aditivos, algunos ejemplos son: Sacarina, paratoluensulfonamida,
bencensulfonamida, bencenmonosulfato de sodio, ortosulfonbenzaldéhido de
sodio, 1,3,6 naftalentrisulfonato de sodio.
Sus concentraciones varían de 1-25 gr/lt.
3.2.5 BAÑO DE LATONADO DECORATIVO
El latón es una aleación formada por dos metales, cobre y zinc.
Por lo tanto, para efectuar un latonado sobre una pieza es necesario tener
presentes los metales anteriores en la solución electrolítica. El proceso está
basado en que si en una solución electrolítica que contenga diversos iones
metálicos se pasa a través de ella una corriente eléctrica, los iones metálicos
que sean más fáciles de reducirse a la forma metálica son los que depositarán
primero.
De acuerdo con la electronegatividad los elementos se clasificaron en una tabla
llamada Serie Electromotriz. En la cual se considera al hidrógeno como punto de
neutralidad. Los elementos colocados arriba del hidrógeno son considerados
más electronegativos y se les denominan metales menos nobles, debido a que
sus sales son fáciles de disolver, por lo tanto se ionizan rápidamente, una vez
que esto sucede es difícil reducirlos a la forma metálica. Los elementos situados
abajo del hidrógeno se consideran menos electronegativos asignándoles el
nombre de metales más nobles, por lo que sus sales son más difíciles de
disolver, consecuentemente no se ionizan fácilmente, una vez que se ionizan
son fácilmente reducidos a la forma metálica. Buscando en la serie electromotriz
los elementos que nos ocupan en el presente trabajo, o sea el cobre y el zinc,
tenemos:
El cobre presenta un potencial de +33 volts y el zinc de -76 volts. Por lo cual el
cobre es más noble que el zinc.
Supóngase una solución 1 N de sulfato de cobre y otra solución 1 N de sulfato
de zinc, ambas sales se ionizan con cierta dificultad y de manera especial la
primera.
Las reacciones de ionización son las siguientes:
CuSO4 -------------- Cu2+ + SO42-
ZnSO4 -------------- Zn2+ + SO42-
Si hacemos pasar una corriente eléctrica a través de solución, el depósito
observado será el cobre debido a que el cobre es más noble que el zinc, y sus
sales se reducen con más facilidad a la forma metálica que las del zinc, y
consecuentemente para que se deposite el zinc es necesario que se terminen
los iones cobre. Se podría pensar en disminuir la concentración de iones cobre y
aumentar la concentración del zinc, con el objeto de obtener un depósito de
latón. Este artificio no es conveniente porque aún así se depositaría primero el
cobre y al último el zinc. Se buscó un compuesto de cobre, el cual al disolverse
forme un complejo que inhiba la producción de iones cobre hasta cierta cantidad
hasta donde sea posible la aleación. El compuesto que cumplía con las
especificaciones antes mencionadas fue el cianuro de cobre que se solubiliza
con el cianuro de sodio formando un complejo, cuya estructura es la siguiente:
NaCN + CuCN -------------- Na2Cu (CN)3
Na2Cu (CN)3
-------------- 2 Na+ + Cu (CN)3 2- ión cuprocianuro
Este complejo se ioniza en iones sodio y iones cuprocianuro; este a su vez sufre
una segunda ionización como lo muestra la siguiente reacción:
Cu (CN)3 2- -------------- Cu+ + 3 CN-
De esta manera la cantidad de iones cobre es la necesaria para producir la
aleación. A la vez se ha aumentado la electronegatividad del cobre de + 33 volts
a -1 volts haciéndolo así menos noble que una simple sal de zinc. Si ahora se
usa una solución de sulfato de zinc con cianuro de cobre, el depósito en el
cátodo será de zinc y al último se depositaría el cobre; por consiguiente el uso de
una simple sal de zinc no es compatible, si usamos cianuro de cobre. Como en
el caso del cobre se buscó otro compuesto de zinc que al disolverse nos forme
un complejo que actué de la misma manera que el cobre. Este compuesto fue el
cianuro de zinc que se disocia de acuerdo con la siguiente reacción :
Na2Zn (CN)4
-------------- 2 Na+ + Zn (CN)4 2-
En esta forma se disminuye la electronegatividad del zinc de - 76 volts a - 1.2
volts. Como se podrá observar la electronegatividad de ambos compuestos es
casi semejante.
En conclusión se puede decir que usando cianuro de zinc y cianuro de cobre se
ha hecho fácil la reducción a la forma metálica tanto del zinc como del cobre.
En el proceso de latonado, la composición más recomendable para un baño es
la siguiente:
Cianuro de cobre 30 gr/lt.
Cianuro de zinc 9.6 gr/lt.
Cianuro de sodio 54.5 gr/lt.
Carbonato de sodio 16 gr/lt.
Hay 6 factores importantes que controlan el buen funcionamiento de un baño,
estos son:
1.- Densidad de corriente.
2.- pH.
3.- Temperatura.
4.- Agitación.
5.- Composición química.
6.- Concentración.
1.- Densidad de corriente.
Si se aumenta la densidad de corriente, generalmente se aumenta la cantidad
de zinc en el depósito, esto se explica porque se crea artificialmente una
escasez del metal más noble que es el cobre. También ocurre el fenómeno
contrario, al elevar la corriente eléctrica esto tiende a desocupar el metal más
noble (cobre) en una forma rápida en la vecindad del cátodo, dejando una alta
concentración del metal menos noble (zinc) y consecuentemente el depósito
será en mayor cantidad de éste último.
2.- pH.
Este factor debe ser observado frecuentemente. El rango de pH recomendado
fluctúa entre 10-11. Aumentando el pH del baño elevamos el porcentaje de zinc
en el depósito, debido a que el zinc está presente en el baño formando dos
complejos Na2Zn(CN)4 y Zn(CN)42-, y al elevar el pH éste hace conducir al zinc
de la forma menos ionizada a la más ionizada, permitiendo esto, una deposición
de zinc más rápida.
Na2Zn (CN)4
-------------- Zn (CN)4
2-
3.- Temperatura.
Aumentando la temperatura del baño se incrementa la cantidad del metal más
noble (cobre) y viceversa. Esto se debe a que al aumentar la temperatura se
incrementa la ionización del metal más noble (cobre) más rápidamente que el
metal menos noble (zinc). Por lo que en baños de cobrizado elevando la
temperatura aumentamos el depósito de cobre.
4.- Agitación.
Si se hace uso de la agitación, el depósito tiende a ser rojizo, esto es debido a
que mayor cantidad de los iones metálicos más nobles (cobre) son acercados y
puestos en contacto con el cátodo y como son fáciles de reducir a la forma
metálica, por tanto se depositan con mayor rapidez.
5.- Composición química.
Es un control obvio que debe llevarse con el objeto de que estén en equilibrio las
sustancias constituyentes del baño para su buen funcionamiento.
6.- Concentración.
La concentración química es indispensable que se tenga en control, ya que en
soluciones muy concentradas, las sales se ionizan con más dificultad, y por tanto
su funcionamiento será pésimo.
Otro factor que se debe tomar en cuenta es el contenido de amoníaco, que a
veces hay que agregar con el objeto de llevar a un pH más alto, o en su defecto
de corregir la coloración del depósito. Si se aumenta el contenido de amoníaco
de un baño, se incrementa la cantidad de zinc en el depósito, debido a que el
amoníaco forma un complejo con el cobre muy difícil de ionizarse e inhibe de
esta manera su deposición. Además el amoníaco presenta otra propiedad que
es la de dar uniformidad en el color.
Las condiciones que dan mejores resultados para un buen latonado son :
a.- Trabajar a un pH de 10.5.
b.- Temperatura de 22 °C.
c.- Sin agitación.
d.- Densidad de corriente de 0.5 amp/dm2 y un voltaje de 2-3 volts.
Cianuro libre.
Si se incrementa la cantidad de cianuro libre en la solución aumentamos el zinc
en el depósito.
En la operación práctica de un baño es importante tener presentes los efectos
de las variables anteriores. Pero es más importante que se controlen las
condiciones de operación con la finalidad de no alterar más de una variable a la
vez.
Esto es debido a que algunas variables actúan en direcciones contrarias, por
ejemplo:
Supóngase que se está operando un baño de latonado en donde la guía es sólo
la coloración del depósito. El baño da un depósito de buen color marcando en
ese momento el voltímetro una lectura de 2 volts. Después de un período de
operación el depósito llega a hacerse rojizo. Se trabaja a temperatura ambiente,
por lo que se piensa que el zinc se ha agotado; y se decide añadir algo de
cianuro de zinc, disolviéndole en el baño, se pone a operar el baño; pero se
observa que el depósito está ahora más rojizo. La razón de esto es que algunas
variables han sido afectadas.
Es conveniente detenerse a pensar qué es lo que ha sucedido.
Al disolverse el cianuro de zinc dentro del baño ha tomado el cianuro libre
presente en el baño. Significando con esto que parte del cianuro libre que debe
existir se ha removido, y consecuentemente se depositará más cobre.
CAPITULO 4(ANÁLISIS QUÍMICOS DE LAS SOLUCIONES DE ELECTRODEPOSICIÓN)
4.1.1 DETERMINACIÓN DE COBRE METÁLICO
(Cobre Strike, cobre alcalino y latón)
Pipetear una muestra de 10 ml, pasarla a un matraz erlenmeyer de 500 ml, adicionar bajo la campana de extracción, 5 ml de ácido sulfúrico glacial y 3 ml de ácido nítrico concentrado, llevar a sequedad ( Si quedara un residuo negro o café obscuro, adicionar de 5 a 10 ml de ácido nítrico y llevar nuevamente a sequedad ); el residuo debe ser de color verdoso o azul. Dejar enfriar el residuo y adicionar 100 ml de agua destilada. Agregar hidróxido de amonio, hasta que la solución adquiera un color azul intenso.
Llevar a ebullición esta solución y dejar hervir por espacio de 5 a 10 minutos. (Si hay formación de precipitado de hidróxido de fierro, filtrar a través de papel filtro).Ajustar la solución a 125 ml aproximadamente, con agua destilada.
Dejar enfriar la solución y después adicionar de 5 a 10 ml de ácido acético y 20 ml de solución de yoduro de potasio al 30%.
Tapar el matraz y dejar reposar por 10 minutos al abrigo de la luz.Titular con solución valorada de tiosulfato de sodio 0.1 N, sirviendo como indicador solución de almidón al 1%; el vire es a color blanco lechoso.
Agregar 2 ml de solución de sulfocianuro de potasio al 2%, si regresa el color anterior adicionar tiosulfato de sodio hasta que vire nuevamente.
ml de tiosulfato de sodio x 0.895 = gr/l de CuCN
4.1.2 DETERMINACIÓN DE HIDRÓXIDO DE SODIO O POTASIO
( Cobre Strike, alcalino y latón)
Pipetear una muestra de 10 ml, pasarla a un matraz erlenmeyer de 250 ml, adicionar 10 gotas de indicador sulfo-orange (si al agregarlo la solución adquiere un color amarillo, no hay sosa o potasa), si el color es naranja, titular con solución valorada de ácido sulfúrico 0.94 N hasta vire a amarillo.
ml de ácido sulfúrico x 3.75 = gr/l de NaOH.ml de ácido sulfúrico x 3.75 x 1.4 = gr/l de KOH.
4.1-3 DETERMINACIÓN DE CARBONATOS
(Cobre strike, alcalino y latón)
Tomar 10 ml de muestra en un matraz erlenmeyer de 250 ml, adicionar 10 ml de agua destilada y calentar a ebullición, precipitar agregando 25 ml de nitrato de bario al 10 % y filtrar desechando el filtrado; transferir el precipitado con todo y el papel filtro al matraz original, adicionar 10 gotas de indicador anaranjado de metilo, agitar vigorosamente y titular con ácido clorhídrico 1.0 N hasta ligero tinte canela permanente.
ml de HCl x 5.814 = gr/l de Na2CO3
4.1.4 DETERMINACIÓN DE CIANURO DE ZINC
(Latón)
Pipetear una muestra de 5 ml, pasarla a un matraz erlenmeyer de 500 ml, adicionar 100 ml de agua, 15 ml de la solución buffer de cloruro de amonio y 2 ml de solución de cianuro de sodio al 10%. Adicionar una pequeña cantidad de indicador preparado de eriocromo negro T (200mg) y 10 ml de solución de formaldehído. Titular inmediatamente con solución valorada de EDTA 0.0575 hasta vire de morado o azul. (Titular rápido porque la reacción es reversible).
ml de EDTA x 0.75 = gr/l de Zn metálicogr/l de Zn metálico x 1.79 = gr/l de Zn(CN)2
4.1.5 DETERMINACIÓN DE CIANURO DE SODIO LIBRE
(Cobre strike y alcalino y latón)
Pipetear una muestra de 10 ml, pasarla a un matraz erlenmeyer de 250 ml, adicionar 50 ml de agua destilada y 1 ml de solución de yoduro de potasio al 10%. Titular con solución valorada de nitrato de plata 0.153 N hasta ligera opalescencia y turbidez.
ml de AgNO3 x 1.5 = gr/l de NaCN libre
4.1.6 DETERMINACIÖN DE NÏQUEL METALICO(Níquel)
Tomar 2 ml de muestra en un matraz erlenmeyer de 500 ml, adicionar 100 ml de agua destilada, 10 ml de hidróxido de amonio y un poco de indicador de muréxida (a que la solución quede de color sepia). Titular con solución valorada de EDTA 0.0575 M hasta obtener un vire a color morado.
ml de EDTA x 1.685 = gr/l de Níquel metálico total
4.1.7 DETERMINACIÓN DE CLORURO DE NÍQUEL(Níquel)
Tomar 5 ml de muestra en un matraz erlenmeyer de 500 ml, adicionar 75 ml de agua destilada y un poco de indicador para cloruros ( mezcla de dicromato de potasio y bicarbonato de sodio).Titular con solución valorada de nitrato de plata 0.153 N hasta obtener un vire color amarillo obscuro.
ml de AgNO3 x 3.63 = gr/l de cloruro de níquel.
gr/l de cloruro de níquel dividido entre 4 = gr/l que hay en el NiCl2 .Por lo tanto:
gr/l de Ni metálico total – gr/l en el NiCl = gr/l de Ni en NiSO4
Entonces:
gr/l de Ni en NiSO4 x 4.47 = gr/l de NiSO4
4.1.8 DETERMINACIÓN DE ÄCIDO BORICO(Níquel)
Tomar 5 ml de muestra en un matraz erlenmeyer de 250ml, adicionar indicador rojo de metilo aproximadamente 10 gotas, adicionar solución valorada de hidróxido de sodio 0.3 N hasta que la solución adquiera un color verde (no se toma en cuenta este volumen), adicionar gota a gota solución valorada de ácido sulfúrico 0.94 N hasta obtener un vire a color rojo (tampoco se toma en cuenta este volumen).
Adicionar aproximadamente 5 grs. de manitol y titular con solución valorada de hidróxido de sodio 0.3 N hasta obtener un vire color verde.
ml de NaOH x 3.7 = gr/l de H3BO3.
4.2 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES EMPÍRICAS
1.- SOLUCIÓN BUFFER (PARA ZINC)Disolver 53.5 grs. de cloruro de amonio Q. P. en 500 ml de agua destilada. Llevar a un matraz volumétrico de 1 lt. Adicionar 350 ml de hidróxido de amonio Q. P. Mezclar bien y llenar hasta el aforo.
2.- SOLUCIÓN DE CLORURO DE BARIO AL 30 %Pesar 30 grs. de cloruro de bario Q. P. y disolverlos en 100 ml de agua destilada.
3.- SOLUCIÓN DE YODURO DE POTASIO AL 30 %Pesar 30 grs. de yoduro de potasio Q. P. y disolverlos en 100 ml de agua destilada. 4.- SOLUCIÓN INDICADOR DE ALMIDÓN AL 1 %Disolver 1 gr. de almidón en 100 ml de agua destilada no muy caliente (para evitar grumos). Llevar a ebullición y mantener así más o menos dos minutos.
5.- SOLUCIÓN INDICADOR DE YODURO DE POTASIO AL 10 %Disolver 10 gr. de yoduro de potasio en 100 ml de agua destilada.
6.- SOLUCIÓN INDICADOR PARA CIANUROSDisolver 1 gr. de yoduro de potasio en 100 ml de agua destilada; adicionar 100 ml de hidróxido de amonio Q. P. y aforar a 1 lt. en un matraz volumétrico.
7.- SOLUCIÓN INDICADOR DE ROJO DE METILOPesar 100 mg. de indicador sólido y disolverlos perfectamente en 60 ml de alcohol etílico. Una vez disuelto, adicionar 40 ml de agua destilada.
8.- SOLUCIÓN INDICADOR DE NARANJA DE METILOPesar 0.1 gr. de indicador sólido y disolver 100 ml de agua destilada caliente.
9.- INDICADOR DE MURÉXIDAPesar 0.2 grs. de muréxida indicador y mezclar perfectamente con 100 grs. de cloruro de sodio, en un mortero.
10.- INDICADOR PARA CLORUROSMezclar en un mortero, 95 grs. de bicarbonato de sodio y 5 grs. de dicromato de potasio.
11.- INDICADOR DE ERIOCROMO NEGRO TMezclar en un mortero, 100 grs. de cloruro de sodio y 1 gr. de eriocromo negro T.
CAPITULO 5(MONITOREO DE LAS TINAS)
5.1 MANTENIMIENTO Y CONTROL PARA LA TINA DE LATÓN
DIARIO
- Checar el pH del baño
- Revisar los contactos eléctricos
- Checar los ánodos
- Remover la solución antes de realizar cada depósito
SEMANAL
- Realizar los análisis químicos y ajustar, si es necesario.
- Revisar el fondo de la tina y extraer los pedazos de ánodo de latón.
MENSUAL
- Filtre la solución a un tanque auxiliar; proceda a lavar la tina con el
propósito de eliminar las impurezas que se hayan acumulado y retorne la
solución del tanque auxiliar al tanque de trabajo.
SEMIANUAL
- Agregue carbón activado al tanque de trabajo (5 gr/lt) y deje reposando
toda la noche. Conecte la bomba de filtración y una tela limpia para filtrar
agregando la cantidad suficiente de filtro-ayuda para que se retenga el
carbón en la tela; enjuague el filtro cuando observe que la solución ya no
se filtra adecuadamente y vuelva a colocar el filtro, repita la operación las
veces que sea necesario hasta que la solución quede libre de carbón.
- Lije las partes que se requieran.
- Retorne la solución al tanque de trabajo; realice los análisis químicos y
ajuste las composiciones.
RECOMENDACIONES
- No agregar exceso de NaCN porque hay mayor polarización anódica y
baja su eficiencia.
- Al filtrar cada vez permita que se asienten los lodos y extráigalos.
- Es conveniente que la solución esté arriba de los contactos anódicos.
- Colocar una placa alrededor de la tina ó solamente en las partes donde
se encuentran los ánodos para evitar que se acumule material anódico en
las paredes provocando que se gasten más rápidamente los ánodos y
que haya pérdidas de corriente en las tinas.
5.2 MANTENIMIENTO Y CONTROL PARA LA TINA DE NÍQUEL
DIARIO
- Checar la temperatura del baño
- Checar pH
- Revisar los contactos eléctricos
- Checar los ánodos
- Remover la solución antes de realizar cada depósito
- Revisar que la canastilla de polipropileno no tenga piezas caídas.
SEMANAL
- Realizar los análisis químicos y ajustar, si es necesario.
- Revisar el fondo de la tina y extraer las piezas caídas
- Revisar la tela que cubre las canastillas anódicas, si es necesario haga el
reemplazo correspondiente .
MENSUAL
- Filtre la solución a un tanque auxiliar; proceda a lavar la tina con el
propósito de eliminar las impurezas que se hayan acumulado y retorne la
solución del tanque auxiliar al tanque de trabajo.
5.3 DEPURACIÓN ELECTROLÍTICA A BAJA DENSIDAD DE CORRIENTE
El fin de este tratamiento es de eliminar del baño todo los metales extraños que
pudieren ser dañinos a la electrodeposición del níquel. Las impurezas metálicas
que comúnmente acompaña a las sales industriales empleadas en la
preparación de un baño para niquelado son: Cobre, zinc, cadmio, plomo, fierro,
cobalto, manganeso y aluminio. De éstos el aluminio se elimina fácilmente como
hidrato de pH arriba de 4.5; el plomo como sulfato de plomo, el manganeso es
prácticamente inerte, el fierro viene casi totalmente eliminado en el tratamiento
de preparación de la solución cuando se eleva el pH y se oxida con agua
oxigenada (Se forma hidrato férrico insoluble); el cobalto esta en porcentaje
insuficiente como para provocar problemas. Por otro lado, pequeñas cantidades
de cobre, zinc, cadmio y las trazas de otros elementos se separan fácilmente
con una lamina corrugada. La lamina puede estar en sentido horizontal o vertical
a la pared del fondo de la tina y preferiblemente en sentido vertical porque viene
facilitando la evolución del flujo de hidrogeno. Además la lamina debe hacerse
de modo que, vista en sección, forme un triángulo isósceles con la base menor
y, el vértice este del lado contrario de los ánodos. En línea de máximo el lado
debe ser igual a 10-12 cm, mientras que la base debe ser de 6 a 8 cm.
Se recomienda eliminar las impurezas de tipo orgánico (Arrastres de
detergentes, grasas, suciedad, restos de abrillantadores, etc.) adicionando de 3
a 5 gr/lt de carbón activado a fin de que las adsorba; para esto se necesita
elevar al pH de la solución hasta 4.5-5 con sosa cáustica o preferentemente con
carbonato de níquel, se agita adecuadamente y se deja reposar durante una
noche, al día siguiente se saca el carbón activado por medio de un filtro
empacado con ayuda-filtro y lavando continuamente hasta que ya no haya
carbón en las solución y posteriormente eliminar las impurezas metálicas.
Habiendo alcanzado el baño un valor de pH de 2.5 a 3 y manteniendo la
temperatura cercana a 30 grados centígrados, iniciar la depuración electrolítica
con una tensión medida dentro de la tina de 0.6 a 0.8 V que corresponderá a
una densidad de corriente de 0.2 a 0.4 amp/dm del cátodo corrugado.
Por las primeras diez horas mantener la tensión por debajo de 1V y el pH a 3;
agitar de cuando en cuando el liquido y mantener la filtración continua; el
movimiento del liquido renovando continuamente la concentración de la película
catódica acelera la depuración.
Transcurridas las primeras diez horas, elevar la tensión 1 a 1.2 y proseguir entre
10 horas. Finalmente Hacer una prueba y si el resultado fuera negativo o el
deposito fuera imperfecto, proseguir la electrólisis con tensión de 0.6 V por
cuatro horas y por otras cuatro a 1-1.2 V.
Finalmente el pH al valor descrito para el trabajo e iniciar la producción.
A fin de que la depuración electrolítica sea adecuada es necesario no transigir
los siguientes puntos:
a.- El pH del baño deberá estar debajo de 3.5.
b.- La temperatura del baño se mantendrá alrededor de 30 °C para evitar la
cristalización de la sal.
c.- Mantener el liquido en movimiento lento
d.- La lámina corrugada no deberá estar oxidada o engrasada antes de
introducirse al baño.
e.- La tensión no debe superar 1.2 V.
Durante la electrólisis, si ha aumentado el pH, en la zona interna de la placa se
deposita el cobre, mientras por el contrario, en la parte externa se deposita el
cadmio, zinc o el fierro. Cada zona corresponde a la superficie en la cual el
elemento se deposita.
CAPITULO 6AGUAS DE DESECHO (CONTROL Y TRATAMIENTO)
6.1.- DESECHOS INORGÁNICOS
Los gastos asociados con la descarga de las aguas de desecho implican un
costo, a veces alto e inevitable. Este aspecto merece la misma atención que
otros aspectos fundamentales del proceso. No hay escape de este problema.
Los valores estándares son estudiados y nombrados por las comisiones de agua
de los países respectivos, así como estados y municipios, pueden variar de una
localidad a otra y de una clasificación a otra de agua de uso, la diferencia entre
el estándar más estricto y el más liberal raramente es suficiente para influir en el
costo total de las aguas de desecho. Los distintos estándares de calidad son
más severos con respecto a todos los metales pesados, demandan la completa
remoción de todas los tóxicos, generalmente se imponen límites severos sobre
fosfatos y cuando la tecnología lo permite, puede extenderse a nitratos, cloruros
y sulfatos.
Se incrementa la atención sobre los límites de no degradación - no descargar de
alguna sustancia una concentración más grande que aquella a la cual la
sustancia existe en el agua que se está recibiendo.
Los límites de calidad de agua ya han sido establecidos.
Antiguamente, los costos de las aguas de desecho eran relativamente modestos
y generalmente limitados a:
(1) Costos del agua en sí;
(2) Costo de químicos perdidos dentro del agua de desecho;
(3) Ocasionalmente, el costo de destruir o remover los tóxicos más
espectaculares tales como el cianuro y el cromo hexavalente;
(4) El costo del drenaje municipal.
El cuadro ha cambiado drásticamente. Los costos de las aguas de desecho
ahora incluyen:
(1) Generalmente se ha incrementado el costo para el agua en sí, ya sea
comprada o producida.
(2) El costo de los procesos químicos perdidos en las aguas de desecho;
(3) Los costos sustanciales de inversión para las facilidades de control de agua
de desecho;
(4) El gasto de operación para el control de las aguas de desecho - químicos,
trabajo, potencia y mantenimiento.
(5) El costo de supervisión técnica práctica; y
(6) Donde estén situados, los sobreflujos para descargar aguas de desechos
tratadas al drenaje municipal, los estándares son sustancialmente los mismos
que aquellos para descargas directas a un arroyo.
La municipalidad también está sujeta a estrictos requerimientos de descarga y
por tanto, a aumento de costos. Los metales pesados infortunadamente, son
enemigos a procesos de tratamiento de aguas de drenaje, y las plantas
municipales de tratamientos ofrecen poco ó ninguna ayuda para este tipo de
agua de desecho.
En la planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en la ciudad de
Irapuato, Gto., se realizan los siguientes análisis rutinarios:
1.- Oxígeno disuelto
2.- Sólidos suspendidos
3.- Sólidos sedimentables
4.- Indice volumétrico de lodos
5.- sólidos suspendidos volátiles
6.- Estabilidad relativa ó prueba de putrescibilidad
Esta Planta se encuentra ubicada en la carretera a Pueblo Nuevo, Gto., recibe
las aguas negras originadas por:
1.- Desechos humanos y animales
2.- Desperdicios caseros
3.- Corrientes pluviales
4.- Infiltraciones de aguas subterráneas
5.- Desechos industriales (*)
(*) Desechos industriales
Los productos de los procesos fabriles son parte importante de las aguas negras
de una población y deben tomarse las precauciones necesarias para su
eliminación. Estos desechos varían grandemente por su tipo y volumen, por lo
que es necesario que aquellos que contienen agentes espumosos o
espumantes, detergentes y otras sustancias químicas tales como polisulfuros,
cianuros, metales pesados, ácidos, etc., reciban un tratamiento preliminar ó
eliminarse por medio de tratamientos especiales y por separado, para que no se
mezclen con las aguas negras de la comunidad.
6.2 REQUERIMIENTOS LEGALES
Los estándares de calidad de las aguas se han establecido para todas las aguas
interestatales y, lógicamente y subsecuentemente, para todas las aguas
intraestatales. Los estándares generalmente reconocen varias clasificaciones de
uso, tales como:
(1) Suministro de agua, ya sea doméstica ó industrial;
(2) Para recreación ya sea con total ó parcial contacto con el cuerpo.
(3) Para pescados, vida silvestre y vida acuática;
(4) Agricultura; y
(5) Usos comerciales y otros.
Las aguas bajo cada clasificación de usos son limitadas con respecto a:
(1) Contaminación bacteriológica;
(2) Oxígeno disuelto;
(3) Sólidos sedimentados, suspendidos y coloidales;
(4) Sólidos disueltos;
(5) Aceites y grasas;
(6) Desperdicios y otros materiales de origen inorgánico;
(7) Nutrientes;
(8) Sustancias que producen olor y sabor;
(9) H ó pH;
(10) Sustancias radiactivas;
(11) Temperatura; y
(12) Sustancias tóxicas y nocivas.
Los límites son varios para prescribir la calidad del agua en el punto de uso.
(1) Todos los estándares de calidad de agua especifican mínimas
condiciones aplicables a todas las aguas de todos los lugares y en todos
los tiempos.
Las aguas clasificadas para agua de suministro industrial tienen las condiciones
estándar más liberales de calidad, pero deben satisfacer las mínimas
condiciones y, adicionalmente, son limitadas a un mínimo de:
Oxígeno disuelto alrededor de 2.0 mg/lt
Rango de pH máximo 5-9
Temperatura de 32 a 35 °C
Sólidos disueltos máximo 750 mg/lt
6.2.1 Normas ECOL.
NOM-CCA-031-ECOL/1993.- límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales provenientes de la industria, actividades agroindustriales, de servicios y el tratamiento de aguas residuales a los sistemas de drenaje y alcantarillado urbano o municipal.
LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLESPARÁMETROS PROMEDIO DIARIO INSTANTÁNEOT (°C) 40 °CpH 6 a 9 6 a 9Sólidos sedimentables mg/l 5 10 Grasas y aceites 60 100Conductividad eléctrica micromhos/cm 5,000 8,000Aluminio mg/l 10 20Arsénico mg/l 0.5 1.0Cadmio mg/l 0.5 1.0Cianuros mg/l 1.0 2.0Cobre mg/l 5.0 10Cromo hexavalente mg/l 0.5 1.0Cromo total mg/l 2.5 5.0Fluoruros mg/l 3 6Mercurio mg/l 0.01 0.02Níquel mg/l 4 8Plata mg/l 1.0 2.0Plomo mg/l 1.0 2.0 Zinc mg/l 6 12Fenoles mg/l 5 10Sustancias activas al azul de metileno mg/l 30 60
Tabla 6.2.1.1 se muestra los limites maximos permisibles agroindustriales
Para fines de la presente norma se entenderá como límite máximo permisible promedio diario los valores, rangos y concentraciones que debe cumplir el responsable de la descarga, en función del análisis de muestras compuestas de las aguas residuales.
NOM-CCA-017-ECOL/1993.-(tabla 6.2.1.2)límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de acabados metálicos
LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLESPARÁMETROS PROMEDIO DIARIO INSTANTÁNEOpH 6 a 9 6 a 9Sólidos sedimentables mg/l 1 1.2 Sólidos suspendidos total mg/l 50 60 Grasas y aceites 20 30Cromo hexavalente mg/l 0.1 0.2Cromo total mg/l 1.0 1.2Cobre mg/l 0.5 2.5Níquel mg/l 1.0 1.2 Fierro mg/l 1.0 1.2 Zinc mg/l 1.0 1.2 Cianuros mg/l 0.1 0.2Cadmio mg/l 0.1 0.2Plomo mg/l 2.0 2.5Aluminio mg/l 2.0 2.5Bario mg/l 2.0 2.5Manganeso mg/l 2.0 2.5Plata mg/l 0.2 0.4Tabla 6.2.1.2 limites maximos permisibles de industria de acabados metalicos.
(6.2.1.3)Las aguas para uso doméstico tienen los más severos estándares de calidad.Máximo (mg/lt) Contaminante 0.05 As 1.0 Ba 0.01 Cd 0.05 Cr (VI) 1.0 Cr (III) 1.0 Cu 0.3-1.5 Fe 0.05 Pb 0.01 Se 0.05 Ag 5.0 Zn 0.025 CN - 125 Cl -
45 NO3-
125 SO4=
0.03-1.5 PO3=
Tabla 6.2.1.3 muestra maximos contaminantes dentro del uso domestico.
Sólidos disueltos
Al y Ni raramente son listados en los estándares de calidad de las aguas.
Las mínimas condiciones para todas las aguas efectivamente dictan la eliminación de estos metales.La significancia de los estándares de calidad de las aguas, para las descargas de aguas de desecho de electrodeposición y otras operaciones de acabados metálicos, es el problema.
Los estándares de por sí son académicos. Es de poca importancia en sí dentro de un límite específico es 0.02 ó 20 mg/lt; los grandes valores, en el lenguaje de los plaqueadores, son solamente de 20.25 mg/lt - no igual a el agua “ligeramente agria”.
Los rangos en electroplaqueado son de 0 a 0.2 mg/lt, lo cual es virtualmente nada.Valores de menos de 20 mg/lt prácticamente demandan la completa remoción y es más fácil tratar de removerlos totalmente, que estar dentro de 10 mg/lt , por ejemplo:La interpretación práctica de los límites impuestos por los varios estándares de calidad de aguas expresado simplemente es:
(1) Todas las sustancias tóxicas deben ser destruidas ó removidas, ó prevenir que lleguen a las aguas de desecho, en primer lugar;
(2) Todos los metales deben ser removidos del agua de desecho, ó prevenir que lleguen a ella.
Estos requerimientos se aplican independientemente de todo, ya sea que las aguas de desecho sean descargadas directamente a un agua corriente, ó a un colector municipal y un sistema de tratamiento. Todos los otros requerimientos deben ser cumplidos por la industria, para descarga directa, ó por el sistema de recepción municipal.
Pudiera pensarse que la dilución sería la solución al problema. Los estándares especifican concentraciones máximas en mg/lt, pero esta concentración se establece para un volumen fijado relativamente. Es en efecto un peso por unidad de tiempo límite y el parámetro de gobierno. Así que doblando el volumen se reduce el límite a la mitad, y viceversa.
Una ciudad del medio oeste de USA eliminó las confusiones al asignar a cada industria, su proporción máxima diaria de tóxicos y metales expresada en peso/día
6.2.2 PROCEDIMIENTOS DE REQUERIMIENTOS LEGALES
(1) Definición de todos los límites impuestos sobre las aguas de desecho (de descarga); ya sea expresadas en ppm ó en peso por unidad de tiempo.(2) Requerimientos para protección contra la pérdida accidental de varias sustancias.(3) Requerimientos operacionales de calificaciones personales, registros de flujo, pruebas de acción de rutina, y sumisión de reportes periódicos.(4) Requerimientos limitando ciertos tratamientos químicos. Por ejemplo, cilindros de 75 Kg de Cl2 (gas) ó SO2 pueden permitirse, pero cilindros de 1000 Kg son prohibidos.(5) Calificaciones personales para los diseñadores de trabajos de tratamiento.(6) Formato de algunas presentaciones requeridas.(7) Provisiones finales disponibles. El resultado final de todo este esfuerzo es una porción de desorden llamados lodos.
6.2.2.1INSPECCIÓN PRELIMINAR DEL PROCEDIMIENTO
La inspección preliminar debe examinar cada paso del proceso, específicamente:
(1) Identificar cada solución del proceso tabulando función, volumen, área superficial, temperatura, pérdida por evaporación, composición química, cuadro de basura.(2) Listar las estaciones de enjuague siguiendo cada solución del proceso y tabular el volumen del tanque, relación de enjuague, esté ó no medido el flujo, agitado con aire ó mecánicamente, superficie rociada, calidad química del agua de enjuague.(3) Identificar y estimar todos los orígenes de desechos de otros que no sean enjuagues y de basura.(4) Tabular la producción en términos de humedad total por cm 2 de área por hora-partes de superficie arriba del rack.(5) Estimar, computar y medir la solución de proceso de arrastres y relacionarlo al total de cm2/hr.(6) Computar las pérdidas de cada proceso químico y tabularlo en términos de peso o Kg por hora. Los valores valiosos deben checarse cuando se hace un análisis de aguas residuales.(7) Computar ó medir el enjuague efectivo de cada estación de enjuague y evaluar las concentraciones de los arrastres contra los niveles de tolerancia de la próxima solución de proceso corriente abajo.(8) Obtener ó preparar un plan dimensional general de la instalación.
Por ejemplo: El intercambio de ion para purificación y para recuperación, recuperación por evaporación ó concentración, diálisis y así sucesivamente (Para grandes instalaciones). Arriba de 200 cm2 de superficie de plaqueado por hora se considera una instalación pequeña ó media.Una regla para la recuperación es que debe exceder el nivel de gastos en 50% ó más para tratarse.
Los procesos potenciales de mejoramiento y reducción de aguas residuales incluyen:
(1) Un canal de desagüe en todos los puntos donde las gotas de solución se desechan.(2) Un mejor manejo.- Eliminar todo el goteo, goteras y derrames.(3) Apropiado manejo de los barriles para un mínimo de arrastres.(4) Máximo tiempo de goteo en la línea de operación, posiblemente con aire insuflado.(5) Porción de spray desionizado sobre la salida de los tanques calientes, volumen ajustado a la pérdida por evaporación. Esto es una recuperación modificada y, por tanto, el tanque de proceso debe protegerse por un spray
desionizado en la salida sobre el enjuague de adelante, para reducir las impurezas por el arrastre hacia dentro de las tinas. (6) No menos de dos tanques con contadores de flujo de enjuague en el sistema.(7) Cuando haya un atascamiento inevitable dentro del tanque de enjuague simple, se adiciona spray a la superficie para provocar un efecto parcial.(8) Nadie más que uno mismo puede reducir las pérdidas químicas y reducir el cociente de flujo de agua.
6.3 CLASIFICACIÓN DE AGUAS DE DESECHO PARA TRATAMIENTO
Se dividen en dos:
(1) Flujo continuo.- Todos los enjuagues obtenidos ya sea de celdas de conductividad controlada ó no. Esos desechos deben recibirse y tratarse continuamente. Se incluyen pequeños derrames y lavados. Goteras y goteo se supone que han sido eliminados.
(2) Aguas de desecho periódicas - Basura de la solución de proceso, agua residual de limpieza con filtro, aguas de desecho de regeneración de intercambio iónico, pérdidas accidentales. Las aguas de desecho muy concentradas ó que se relacionan con un alto flujo de las mismas, no pueden tratarse continuamente sino que se debe regular su salida en tanques de almacenaje. Obviamente no podemos tener en un mismo tanque, soluciones ácidas y alcalinas por las reacciones que pudieran ocurrir.
6.4 PROTECCIÓN, SEGREGACIÓN Y COLECCIÓN DE AGUAS DE DESECHO
Las aguas de enjuague se conducen para su tratamiento (ó para su recuperación) en una tubería ya sea por flujo de gravedad ó por un bombeo automático desde un receptor, el cual se encuentra más arriba que el nivel más alto del foso de protección. Todo lo que caiga del equipo que se pierda se lleva hacia el tratamiento ó recuperación por acción manual positiva. Las demás aguas se colectan en un pozo de donde se manipulan por medio de bomba. Para prevenir pérdidas por derrames se pueden recuperar por medio de un segundo tanque de sólo unos 3 cm.
El foso protector debe tener un volumen igual al 150 % del volumen del tanque de proceso mayor. Por ejemplo, los cianuros no pueden colectarse con soluciones ácidas y por tanto, si en básicas; puede el cianuro libre precipitarse con metales y removerse.
Aguas residuales con cromo hexavalente pueden combinarse pero no mezclarse con otras aguas de desecho hasta que se pase a cromo trivalente; así puede precipitarse y removerse ó mezclarse.
No debe mezclarse el cromo trivalente no precipitado con aguas residuales cianuradas con un pretratado. El posible y probable Cl2 pudiera oxidar al Cr y llevarlo a Cr (VI).Las emulsiones de tipo limpiadores antes de bombearse deben romperse.
Las soluciones de proceso extremadamente concentradas requieren especial atención. El ácido fosfórico del baño brillante en la anodización del aluminio es un ejemplo, el arrastre es relativamente alto y concentrado al 90 % ó más. En este caso, la destrucción no es el camino; por lo que es más conveniente la recuperación para su rehusó. Una respuesta se funda en que el H3PO4 (30-35 %) puede ser vendido a los productores de fertilizantes. El flujo del sistema de recuperación es controlado automáticamente por un simple controlador de gravedad específica al rango de salida del flujo deseado, usualmente de 30-35 % de concentración.
Algunas sustancias son tóxicas para los humanos a muy baja concentración - tales como cianuros, cromo hexavalente, arsénico ó fenol. Por tanto, un cianuro de cobre es tóxico, pero un cobre ácido no es tóxico, a veces el contenido de cobre es altamente tóxico para la vida acuática y debe ser removido completamente.
6.5 TRATAMIENTOS QUÍMICOS REQUERIDOS
El objetivo del tratamiento siempre debe tenerse en mente, es decir:(1) La destrucción o remoción de todos los tóxicos, generalmente con un procedimiento de pretratamiento;(2) La remoción de esencialmente todo el metal; y(3) Neutralización, generalmente inherente a la remoción del metal.
* CIANUROS.- El más económico, simple y seguro proceso es la destrucción completa por clorinación alcalina. Químicamente se define como una oxidación, la reacción procede a través de varios tanques distintos. El cianato aparece en un tanque intermedio y se dice que es mucho menos tóxico que el cianuro en una proporción de 1 a 1000. Esto provoca que algunas personas dejen el tratamiento en este paso debido a que el cianato ni siquiera se menciona en las normas, pero no es seguro, ya que puede quedar cianuro remanente.
Sólo es recomendable la completa remoción.
Los reactivos requeridos son:
(1) Cl2 (g), Hipoclorito de sodio ó Ca(OCl)2; (2) Un hidróxido, generalmente de sodio ó calcio.
El resultado es que el cianuro se convierte al final en CO2 y N2 que no son peligrosos. + Destrucción con Cl2 y NaOH (Oxidación)
2 NaCN + 5 Cl2 + 12 NaOH 2 Na2CO3 + 10 NaCl + N2 + 6 H2O
+ Destrucción (Oxidación) con NaOCl y NaOH
2 NaCN + 5 NaOCl + 2 NaOH 2 Na2CO3 + 5 NaCl + N2 + H2O
No se usa Ca(OCl)2 y NaOH porque provocan un precipitado y aumentan la formación de lodos. Sólo cuando hay sedimentación de hidróxidos metálicos pudiera tomarse en cuenta, pero generalmente no es recomendable.
Muchas de las aguas de enjuague son aguas duras y por tanto, se incrementa la demanda de caústicos. Por cada 3,500 lt de aguas de desecho se adicionan 0.0025 Kg de NaOH por mg/lt del ión carbonato ácido.
Todas las cantidades son estequiométricas ó teóricas y deben ser ajustadas para la pureza.
Resumiendo se deben seguir los pasos que a continuación se dan:
(1) Calcular las cantidades básicas de químicos.(2) Deducir para tratamiento básico los químicos inherentemente presentes en las aguas de desecho.(3) Sumar los requerimientos para otras sustancias.4) Sumarlos y tomar de 5-10 % para obtener el rango de alimentación química, más convenientemente expresados en peso por hora o Kg/hr.Si se quiere reducir el tiempo a la mitad se duplica el flujo de químicos.
La selección de los tratamientos está entre el gas cloro y el hipoclorito de sodio, ambos usando también hidróxido sódico ó caústico.
Los costos de instalación para el gas cloro son grandes pero bajos sus costos de operación.
La clorinación alcalina propiamente se usa sólo para aguas de desecho con cianuros relativamente diluidas.
Aguas de desecho concentradas con cianuro pueden ser manejadas sólo si se adiciona muy lentamente la clorinación; ya que si se agrega rápidamente puede generar calor y reacciones peligrosas.
* CROMO (VI).- El tratamiento recomendado es la remoción de este material de la corriente de aguas de desecho. La reducción al estado trivalente en un medio y la subsecuente precipitación y remoción del hidróxido es el método más general. La precipitación final y la remoción es más eficientemente completada en combinación con otras aguas de desecho, sujeto a la restricción previamente mencionada de no ponerse en contacto con aguas de desecho con cianuro oxidado hasta que el Cr haya sido precipitado.
+ Usando SO2
2 CrO3 + 3 SO2 Cr2(SO4)3
+ Usando metabisulfito de sodio con H2SO4
4 CrO3 + 3 Na2S2O5 + 3 H2SO4 3 Na2SO4 + 2 Cr2(SO4)3 + 3 H2O
+ Usando bisulfito de sodio con ácido sulfúrico
4 CrO3 + 6 NaHSO3 + 3 H2SO4 3 Na2SO4 + 2 Cr2(SO4)3 + 6 H2O
+ Usando sulfito de sodio con H2SO4
2 CrO3 + 3 NaSO3 + 3 H2SO4 3 Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3 H2O + Usando sulfato ferroso con H2SO4
2 CrO3 + 6 FeSO4.7H2O + 6 H2SO4 3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 48 H2O
Tiene un costo del doble de los anteriores, pero a veces se usa porque hay en existencia ya que se emplea para el salmuereado.
fig.6.1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
dentro del proceso de galvanotecnia
NIQUELADOENJUAGUE 3
DESCARGA
DESECHOS ÁCIDOS
ENJUAGUE 2 RECUPERADOR
DESCARGA FINAL
ENJUAGUE 4 ACTIVADO
LATONADOENJUAGUE 1 DESCARGA
DESECHOS BÁSICOS CIANURADOS
RECUPERADORDESENGRASE
ENJUAGUE FINAL
Fig.6.2 diagrama de la planta de aguas residuales
NOTA IMPORTANTE:
ESTOS DISPOSITIVOS ES POSIBLE ADAPTARLOS CON COMPONENTES DEL EQUIPO QUE SE LISTA POSTERIORMENTE 6.6 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS DE DESECHO DE LA TINA DE LATONADO
1.- Se colectan todas las aguas de los enjuagues de tipo ácido en un foso de concreto y de los arrastres de las soluciones de decapado y de niquelado.
2.- Se realiza el mismo procedimiento con los enjuagues de tipo básico en otro foso de concreto, además de la solución de desengrase y de latonado.
3.- Se hace el análisis químico de la cantidad de cianuro presente por medio del siguiente procedimiento:a.- Se toma una muestra de 10 ml.b.- Se le añaden 50 ml de agua destilada y 1 ml de solución de KI al 10 %.c.- Se titula con solución de AgN03 0.153 N hasta ligera opalescencia.d.- Se multiplica el volumen gastado por 1.5 y el valor obtenido es en gr/lt de cianuro presente.e.- Se calcula la cantidad estequiométrica de hipoclorito de sodio necesario para destruir los cianuros.f.- Se agrega lentamente la solución de hipoclorito de sodio y se agita.g.- Se recomienda dejar en reposo durante 3 hrs.h.- Pasar la solución al foso de la descarga final.
+ Reacción con NaOCl y NaOH
2 NaCN + 5 NaOCl + 2 NaOH 2 Na2CO3 + 5 NaCl + N2 + H2O
CAPITULO 7(RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS)
CAPITULO 8(CONCLUSIONES)
ANEXOS
GLOSARIO
Electrólisis: Descomposición de una sustancia en iones por el paso de corriente
elèctrica.
Electrolito: Es un soluto en solución que al disociarse en iones parcial o
totalmente mejora la conductividad de la soluciòn.
Los solutos covalentes que forman soluciones moleculares no alcanzan a
conducir la corriente electrica, son no electrolitos .
La industrias electroquimicas pueden dividirse en varias clases:Naturaleza electroliticas,, electrolito fundido, electrotérmico,
Ferroaleaciones ,baterías.
(+)Anodo: entra la corriente, se produce la oxidación, pierde electrones , atrae a
los iones negativos
(-)Catodo: sale la corriente, hay reducción, gana electrones, atrae a los iones
positivos.
Unidades eléctricas:
Intensidad de corriente elèctrica(Ampere): cantidad de electrones que
circulan por un conductor en la unidad de tiempo.
I x t =Q(coulomb) R = V/I
Densidad de corriente elèctrica es el cociente entre la intensidad de corriente
que circula por un conductor y la sección de ese conductor. Amp/pie2
Coulomb: cantidad necesaria de electricidad para que se puede depositar o
liberar en el catodo la masa de un equivalente químico.
Es también la cantidad transportada en 1 seg a través de cualquier sección de
un circuito por una corriente de un ampere de intensidad.
Faradio: Cantidad necesaria para que se deposite o libere un eq-gr de una
sustancia
1 Faradio=96500 coulomb=1 mol de electrones.
Resistencia (Ohm): Oposiciòn al flujo de electrones característico de un
conductor.
Ohm la resistencia elèctrica entre 2 puntos de un conductor
Volt es la diferencia de potencial elèctrica entre 2 puntos de un conductor
que transporta corriente de intensidad constante de 1 Amp.
Conductividad equivalente:
Conductividad equivalente a 1 equivalente gramo conductividad especifica.
Celda Hull Cubetas de pequeña capacidad usada para el control de baños
galvánicos.
Eficiencia: es la cantidad real de corriente de una sustancia depositada
dividida por la cantidad teórica liberada de acuerdo a las leyes de Faraday.
Equivalente electroquímico:
Es el nùmero de gramos de dicha sustancia depositada por una cantidad de
electricidad de 1 columb a través del electrolito.
Línea de corriente: se presenta en la celda de Hull y es perpendicular a la
línea equipotencial
Línea de voltaje: línea equipotencial que se encuentra verticalmente en la celda
de Hull.
Sobrevoltaje: voltaje necesario debido a la producción de gas en el electrodo
atribuible a trabajo extra para liberar gas de una superficie.
Potencial de descomposición es el mínimo potencial requerido para la
descomposición de una mezcla en iones.
Conductancia eléctrica es el poder de conducir de un circuito ó sea el
reciproco de la resistencia eléctrica.
Tipos de polarización:
Por concentración: Cuando se agotan las sustancias que intervienen en la
electrólisis, esto se evita por agitación.
Por efecto iónico para conocer en qué condiciones vamos a almacenar una
sustancia química .(ácido).
Por resistencia ohmica: teoría evans pila completa.
Cual es la finalidad de usar aditivos cola thiorea en refinerías.
Se usa sustancia orgánicas como cola thiorrea como agentes que ayudan a una
mejor descomposición de la sustancia material en el ánodo de la celda
electrólitica .
Procesos electrolíticos:
En la descomposición de metales el electrolito es una solución que ha salido
del procesos de lixiviación usándose en esos casos ánodos insolubles en la
refinación electrolítica los ánodos solubles , estando formado por el metal que
se trata de refinar usándose un electrolito en una solución de sal del metal a
refinar cuyo radical ácido posee gran afinidad por ese metal.
Los electrodos van suspendidos en tanques cada uno de estos una celda donde
los ánodos y los cátodos están igual de espaciados esta distancia mínima
posible con la finalidad de reducir la resistencia que ofrece electrolito.
Electrorefinamiento: para recuperar metales preciosos contenidos en el metal
crudo
Electrodepocicion trata soluciones provenientes de la lixiviación tiene mas
ventajas produce un metal puero de grado electrolitico, regenera el solvente,
pero no es posible en todos los casos
Doble capa de Helmholtz
Funciona como un condensador y que forma en el electrodo una capa
interfacial entre el metal base y la solución facilitando el flujo de iones.
Voltaje de Rx: Es el voltaje necesario que se requiere para producir una rx
química.
Voltaje de polarización: cuando a través de la separación entre electrodo y
una disolución circula corriente intensa la diferencia de potencial entre una y
otra difiere del valor d equilibrio.
Efecto Joule: Es la cantidad de calor q se produce en al superficie de un
electrodo por efecto de la cantidad de corriente (intensidad).
Como se determina la resisitividad de una solución ionica liq: Esta
resistividad puede ser determinada usando una celda cubica de 1 cm de arista
en la cual 2 caras opuestas serán los electrodos.
El puente wheastone determina las resistencias desconocidas.
ACIDOS: Son sustancias q contienen H el cual al ser reemplazados por metales forman
las sales: son capaces de ser neutralizados por sales produciendo
sales .cuando se disuelven en agua se disocian con cierta amplitud produciendo
iones de H
Corriente directa:
En un circuito de CORRIENTE DIRECTA el potencial o fuerza electromotriz
(voltaje) se expresa en volts corresponde a la presión o dif de potencial : la
obstrucción de un cable del flujo es la resistencia de esa parte del circuito se
expresa en ohm.
la tasa de flujo de corriente se llama corriente o intensidad expresándose en
amperes (Amp)
Corriente es proporcional (I) = P/R= volts/ohm= ampere
Corriente alterna: Cuando la corriente altera pasa por un circuito la electricidad fluye 1° en una
dirección y después en otra el # de inversiones de dirección por seg es la
frecuencia
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
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•3) METAL´S FINISHING ISSUE BOOK,B