Los problemas de las aleaciones de plomo (ánodo de Pb-Ag) en la electroobtención de zinc

Los problemas de las aleaciones de plomo (ánodo de Pb-Ag) en la electroobtención de zinc

La producción electrolítica de zinc normalmente funciona a una densidad de corriente más alta (que el cobre) de aproximadamente 500 A m-2. Los ánodos de Pb-Ca-Sn no son adecuados para su uso a esta alta corriente, ya que provocarán un alto consumo de energía.

El estaño no se puede utilizar como elemento de aleación porque se disolverá en el electrolito y reducirá la eficiencia de la corriente del cátodo, además de contaminar el zinc del cátodo. En cambio, las aleaciones de plomo que contienen 0,45 a 1% de plata (ánodo de Pb-Ag) se han utilizado durante muchos años. La plata se alea con el ánodo de plomo para reducir la tasa de corrosión y mejorar la conductividad del ánodo. Además, la adición de plata también reduce el sobrepotencial de evolución del oxígeno en aproximadamente 120 mV en comparación con el plomo puro. Se puede formar una pequeña cantidad de óxido de plata en la superficie del ánodo además de los óxidos de plomo. Sin embargo, las pobres propiedades mecánicas son la desventaja de los ánodos de Pb-Ag, ya que son relativamente débiles y se doblan con bastante facilidad cuando son golpeados por las láminas del cátodo a medida que se retiran o insertan en las celdas. Por lo tanto, a veces se agrega calcio en una proporción de 0.05 a 0.08% a las aleaciones para mejorar las propiedades mecánicas.

Debido al alto costo del metal plateado, se han investigado otros elementos de aleación en un esfuerzo por reducir o reemplazar la plata. Por lo tanto, se ha descubierto que el cobalto es un aditivo potencial en las aleaciones de plomo, ya que puede mejorar la estabilidad de un ánodo de plomo. Sin embargo, los ánodos de Pb-Co no se han utilizado hasta la fecha en ninguna aplicación industrial debido a las dificultades para producir aleaciones de Pb-Co adecuadas. La adición de iones de cobalto al electrolito en la electroobtención de zinc no es ventajosa, ya que afectará negativamente la eficiencia de la corriente.

La formación de una densa capa protectora adherente de PbO2/MnO2 en la superficie del ánodo suele ser un proceso muy lento. Puede tomar de tres a seis meses para que el ánodo de superficie se establezca por completo. Se han desarrollado varios métodos diferentes de pretratamiento de superficies para ánodos de aleación de Pb-Ag y Pb-Ag-Ca para acelerar su formación, como la oxidación química en un electrolito KMnO4-H2SO4 a 70οC, el pretratamiento electroquímico KF, el arenado y el granallado. Todos los métodos tienen como objetivo rugosidad la superficie del ánodo para mejorar la generación de una capa de corrosión adherente dura en un tiempo relativamente corto.

Sin embargo, el método químico del permanganato es sensible a la velocidad de enfriamiento después del proceso de pretratamiento, que, si es demasiado rápido, puede causar grietas y curvaturas de la capa anódica. El proceso de preacondicionamiento electroquímico en soluciones que contienen fluoruro proporciona una resistencia adicional a la corrosión debido a la formación de la capa de difluoruro de plomo entre el sustrato de plomo y el recubrimiento de dióxido de plomo. El chorreado abrasivo y el granallado se llevan a cabo con arena de sílice relativamente gruesa, perlas de vidrio o acero a altas presiones superiores a 500 kPa. La capa de óxido adherente se forma poco después de la instalación y permanece intacta durante al menos dos meses, lo que permite que se forme una capa estable de PbO2-MnO2 debajo. El arenado es actualmente el método de preacondicionamiento más común, ya que el granallado con granalla de acero o perlas de vidrio puede provocar una deformación significativa de la superficie del ánodo de plomo y una deformación real de todo el ánodo si no se lleva a cabo con cuidado.