Cómo se utiliza el ánodo base de plomo en el proceso de electroobtención

¿Cómo se utiliza el ánodo base de plomo en el proceso de electroobtención?

La electroobtención es el proceso que más energía consume. El costo de la energía eléctrica para la electroobtención puede constituir hasta el 80% del costo total de energía de la recuperación de metales a partir de concentrados. Además, la electroobtención es también la etapa más crucial del proceso en relación con la calidad del producto final.

En la electroobtención, la contribución más significativa al consumo total de energía está directamente relacionada con los procesos en los ánodos, donde la corriente oxida el agua y produce oxígeno gaseoso. Este proceso requiere una sobretensión significativa y la contribución del potencial anódico a la tensión total de la celda está entre el 50 y el 70% en la electroobtención de zinc.

Además, la principal consecuencia de la reacción de evolución del oxígeno en el ánodo es la corrosión de los ánodos a base de plomo que se utilizan universalmente en tales operaciones. ¿Cómo se utiliza el ánodo base de plomo en el proceso de electroobtención? Inicialmente, se forma una capa no conductora de sulfato de plomo en la superficie del ánodo, seguida de la formación de óxidos hidratados de plomo y, finalmente, una capa conductora de dióxido de plomo que ayuda en la evolución del oxígeno. A medida que continúa la corrosión del sustrato, se desarrolla una tensión interna y puede producirse el agrietamiento de la capa interna protectora. El oxígeno evolucionado provoca la descamación del producto de corrosión del ánodo. Los iones de plomo disueltos y las partículas suspendidas de dióxido de plomo y sulfato contaminan el cobre y el zinc electrodepositados. Las especificaciones cada vez más estrictas para el plomo en los cátodos de cobre y zinc han puesto de relieve la importancia de minimizar y controlar la corrosión de los ánodos. El uso de un diafragma en la electroobtención de níquel y cobalto ayuda a minimizar este problema con estos metales.

A pesar de los altos potenciales operativos y la susceptibilidad a la corrosión, las aleaciones a base de plomo aún dominan las operaciones de electroobtención de metales básicos. Como el plomo puro es mecánicamente débil, el plomo debe alearse para mejorar sus propiedades mecánicas y de corrosión. Las aleaciones de plomo comunes incluyen ánodos de plomo-calcio-estaño (Pb-Ca-Sn) que se utilizan en la electroobtención de cobre y níquel, y ánodos de plomo-plata (Pb-Ag) utilizados en la producción de zinc. Se requiere una investigación y desarrollo significativos para mejorar el rendimiento de estas aleaciones en términos de sobrepotenciales reducidos y tasas de corrosión, los cuales son susceptibles a la presencia de otros iones metálicos en los electrolitos. Así, el manganeso se añade a los electrolitos de zinc y el cobalto a los electrolitos de cobre. En particular, el manganeso puede estar presente en los electrolitos de cobre y zinc como una impureza y los iones de manganeso a menudo se agregan a los electrolitos de zinc para reducir el potencial operativo y minimizar la corrosión de los ánodos. Sin embargo, también hay evidencia de que la presencia de bajas concentraciones de iones de manganeso puede aumentar la corrosión de los ánodos en las casas de tanques de cobre. Los mecanismos implicados en estos aparentes efectos contradictorios no se comprenden bien. Por lo tanto, la comprensión del papel del manganeso en las reacciones del ánodo en los ánodos de aleación de plomo podría ayudar en la optimización de los procesos de electroobtención tanto para el cobre como para el zinc, con una posible aplicación a la electroobtención de níquel.

Además de la reacción principal de la evolución del oxígeno, los iones de manganeso también pueden oxidarse en los ánodos de aleación de plomo, generando así especies solubles como los iones Mn3+ y MnO4- u óxidos insolubles como MnO2 y posiblemente MnOOH. La formación de capas de estos óxidos en la superficie del ánodo de plomo puede ayudar a minimizar la desintegración del ánodo y también modificar la cinética de la reacción de evolución del oxígeno. Sin embargo, las cantidades excesivas de incrustaciones de MnO2 tienden a desprenderse del ánodo, lo que provoca una mayor corrosión del ánodo de plomo subyacente. Además, los ánodos deben limpiarse periódicamente para eliminar el depósito que, de lo contrario, puede causar cortocircuitos entre el ánodo y el cátodo y aumentar el consumo de energía.