sábado, 16 de marzo de 2013

LA RECUPERACIÓN DE METALES



Plata recuperada


Recuperación de metales

Es posible, como se ha visto anteriormente, recuperar algunos metales directamente en proceso, mediante las técnicas que se proponen a continuación:

Recuperación electrolítica de metales

Los sistemas de recuperación electrolítica de metales, bien sea de aguas de enjuague como de baños  de proceso, son capaces de recuperar del orden del 90-95% de metal disuelto.  
Los  iones  metálicos  se  reducen  y  depositan  en  el  cátodo  de  la  célula electrolítica; a continuación, este material depositado debe ser sustraido del cátodo, bien sea  mecánicamente  o  químicamente,  para  posteriormente  ser  refinado,  reciclado  o eliminado. 

Excepto cromo, esta técnica permite en teoría  recuperar cualquier metal disuelto:  metales  preciosos,  níquel,  cobre,  zinc,  estaño,  cadmio,  etc.  
No  es  muy adecuada para la recuperación de metales en procesos químicos (electroless), debido a la fuerte presencia de metales complejados, agentes reductores y estabilizantes.

La recuperación por vía electrolítica es especialmente adecuada cuando la solución tiene altas Concentraciones, con niveles de conductividad elevados que facilitan el paso de la corriente eléctrica a  su través. 
Por este motivo, en ocasiones, si el metal en cuestión tiene un alto valor (p.e. el oro), es  recomendable concentrar la solución con algún sistema  como  la  evaporación,  las  resinas  de  intercambio  iónico,  etc.  También  es factible, en el caso de soluciones cianuradas poco conductoras, añadir sales de cianuros residuales que ayuden a incrementar la conductividad de la solución.

Como medidas básicas del diseño de un proceso de recuperación electrolítica de metales tenemos las siguientes:

Cátodo inerte con una elevada superficie o Distancia reducida entre cátodo y ánodo o Recirculación de la solución




Oro recuperado


Por todo ello, el sistema es empleado sobre todo, aunque no exclusivamente, para recuperar  metales  preciosos que operan a niveles de conductividad altos (como es el caso de la plata) y que facilitan la electrodeposición del metal. 
También se utiliza para recuperar otros metales con valor económico (especialmente, níquel y también cobre) 
Para  extraer  posteriormente  el  metal   depositado,   es  necesario  emplear  cátodos insolubles o del mismo metal a depositar. 
A la vez que  se  produce la reducción del metal, tiene lugar la oxidación de algún componente de la solución; esto se aprovecha para  eliminar,  por  ejemplo,  cianuros.  
En  soluciones  poco  conductoras,  suele  ser necesaria  la  introducción  de  un  sistema  por  lecho  fluidizado  para  aumentar  el rendimiento de la recuperación; en otros casos, es necesario aportar algún componente que aporte mayor conductividad al baño.

La presencia de otros metales no afecta a la recuperación. 
En muchos casos, se obtiene un metal recuperado que puede emplearse de nuevo en forma de ánodo. 
En otros casos, esto no es posible y debe enviarse externamente a su refinado.

La presencia de sustancias fuertemente oxidantes, tales como ácido nítrico o fluobórico, generalmente,  hacen  que  no  sea  factible  esta  técnica  de  recuperación,  debido  a  la reducción  de  la  vida  de  los  ánodos.  
La  presencia  de  ácido  clorhídrico  u  otros compuestos con iones cloruro tampoco son muy  adecuados debido a la formación de gas cloro en el ánodo. 
En estos casos, hay que prever un  sistema de extracción y tratamiento de gases adecuado.




Platino recuperado


La inversión  inicial  es  importante  y  habrá  que  evaluarla  en  función  del  metal  a recuperar; los principales costes de funcionamiento se basan en el personal, debido a la cierta  manipulación  que  requiere  el  sistema  entre  procesos  electrolíticos.  
El  coste energético no es significativo.

Resinas de intercambio iónico en recuperación de metales

Para soluciones muy diluidas con presencia de metales preciosos, se hace imprescindible la concentración previa del metal mediante el empleo de resinas de intercambio iónico.

En el  caso  de  utilizar  resinas  quelantes,  la  recuperación  del  metal  se  efectúa  por incineración de la resina. 
Por este motivo, suele tratarse de servicios externos a la propia empresa. 
La emisión de gases a  la atmósfera es importante y precisa de sistemas de tratamiento de gases contaminantes. 
La gestión  externa de esta resina debe siempre efectuarse a través de gestor autorizado, en forma de residuo peligroso.

Hay la posibilidad de utilizar alguna resina no quelante, y que puede regenerarse por la vía  tradicional  química;  en  estos  casos,  se  obtiene  un  eluato  de  regeneración  que contiene  el  metal  disuelto.  A   continuación,  se  precisa  su  recuperación  por  vía electrolítica, por ejemplo.







El rendimiento de recuperación es muy alto (90-95%), sobretodo cuando se utilizan resinas quelantes.

Cuando  ello  suponga  facilitar  la  recuperación  de  metales,  se  recomienda  tratar  las emisiones   contaminantes   de   forma   separada.   
En   ciertos   casos,   las   mezclas   y contaminaciones cruzadas  entre procesos, dificulta o, incluso, impide la recuperación del metal en cuestión. 
Para evitar esta situación, allí donde no sea factible su correcta segregación,  es  posible  emplear  resinas  selectivas  (caso,  por  ejemplo,  de  algunos metales preciosos).

En instalaciones de fabricación de circuitos impresos, es factible recuperar el paladio y el cobre,  mediante el uso de resinas de intercambio específicas. 
Una vez regeneradas químicamente, el metal puede precipitarse por vía electrolítica o química.

La resina tiene un coste importante y, en el caso de su incineración, debe renovarse con cada ciclo.

En el caso de regeneración química, como ya se ha comentado, el eluato tiene una concentración salina importante.

Habitualmente, la gestión de la resina y la consecuente recuperación del metal, como decimos es efectuada por terceros, en instalaciones de tratamiento autorizadas.


Metales preciosos: oro y plata

La  electro-deposición  de  metales  preciosos  para  fines  decorativos  y  funcionales constituye una importante parte de la industria de tratamientos de superficie. 
Debido al elevado coste de los metales  preciosos, existe una amplia variedad de técnicas que permiten su conservación y recuperación.

Para el caso de oro, tenemos alternativas al proceso cianurado:




Platino


  Baño de sulfito de oro: 

Con un buen poder de penetración puede dorar partes complejas;   presenta   un  comportamiento  de  proceso  parecido  a  la  forma cianurada;  en  contrapartida,  las  soluciones  son  menos  estables,  con  lo  que requieren de mayor control y  mantenimiento; tiene aplicaciones claras en el campo   de   la   electrónica   aunque,   no   está   aún   plenamente   desarollado, presentando serios problemas de estabilidad a partir de cierta  temperatura de trabajo.

  Paladio: 

Este metal está sustituyendo el oro en algunas aplicaciones; su coste es inferior al del oro y, en algunos casos, sus propiedades finales superan a las del oro. 
Las soluciones de  paladio no son cianuradas y, principalmente, pueden contener amonio y aminas. 
El paladio puro es sensible al fenómeno del micro- cracking, siendo muy intolerable a las  contaminaciones inorgánicas. 
El coste total de la aplicación puede ser superior al del dorado.


Como técnicas de recuperación, debido al elevado coste económico del oro, es factible la inversión en equipos de elevado precio, que posibiliten un gran nivel de recuperación (vertido  cero);  entre  las  instalaciones  recomendables  tenemos,  recuperación  de  la solución procedente de las aguas de  enjuage mediante resinas de intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis y evaporación para concentrar el baño.

Los baños de plata contienen una concentración en cianuros (cianuro de potasio y plata y cianuro de  potasio) muy superior al caso del oro en este caso, la concentración en cianuro libre es muy elevada; por este motivo, además del interés en recuperar el metal, es importante reducir y reciclar el cianuro.

Las técnicas para recuperar buena parte de estos metales están ampliamente utilizadas y contrastadas; aunque el coste de algunas de estas técnicas puede ser alto, el precio del metal permite su  implantación  en muchos casos. 




Oro


Veamos las principales técnicas de recuperación:

  Recuperación electrolítica: 

Mediante la célula electrolítica, es posible reducir el metal plata en el cátodo y oxidar parte de los cianuros a ciannatos en el ánodo; esta aplicación puede emplearse sobre enjuagues estancos. 
Con esta técnica es factible recuperar más del 90% del metal plata del enjuague y oxidar un 50% del cianuro presente.

Recuperación mediante resinas de intercambio iónico y posterior electrolisis: 

Una manera muy empleada para eliminar y concentrar las sales de los enjuagues, consiste en utilizar una  resina de intercambio iónico aplicada a un enjuague estanco; el porcentaje de recuperación  de cianuro de plata en la resina puede alcanzar el 99%. 

En algunos casos, se utilizan resinas aniónicas quelantes que no permiten su regeneración química y deben ser incineradas  externamente para poder  recuperar  el  metal;  esta  práctica  es  poco  aconsejable  puesto  que  los niveles  de  contaminación  a  la  atmósfera  son  importantes  y  requieren  de instalaciones de post-combustión de los gases generados y filtrado final. Existe actualmente en el mercado una serie de resinas, igualmente de efectivas, que sí permiten su regeneración por vía  química (tiocianato de sodio o tiourea en medio ácido). 

Posteriormente, la plata puede ser  recuperada por electrolisis a partir  del  eluato  de  regeneración.  Debido  a  que  el  reactivo  utilizado  en  la regeneración  no  se  destruye  con  el  proceso  de  electrolisis,  puede  volver  a reutilizarse para un nuevo ciclo de regeneración.

  Electrodiálisis: 

Para la recuperación de arrastres, permite concentrar la sal con el metal precioso en cuestión.
La técnica también es  empleada  en  el  mantenimiento  (filtrado)  de  las  soluciones  del  proceso de anodizado.

  Ósmosis inversa: 

Al igual que en el caso anterior, permite la recuperación de las sales conteniendo el metal a partir de las aguas de recuperación.






Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay

LOS PROCESOS DE ANODIZADO final






Metalizado de plástico

Alrededor del 85% del recubrimiento de plástico se lleva sobre ABS (Acrilonitrilo- butadieno-estireno).

A  continuación,  se  describen  los  procesos  generales  que  engloban  el  metalizado plástico.

Lavado químico (etapa opcional): se lleva a cabo con detergentes alcalinos.


Sosa caústica 40 g/l
Carbonato sódico 25 g/l

Mordentado:  proceso  mediante  el  cuál  se  consiguen  pequeñas  porosidades  en  la superficie del  plástico que permiten el posterior recubrimiento metálico de la misma.

Para ello se utilizan soluciones oxidantes fuertes, en ocasiones con grandes contenidos en ácido crómico y ácido sulfúrico.


Ácido crómico 400 g/l
Ácido sulfúrico 400 g/l
Temperatura 60-70 ºC (5 -10 min)


Neutralizado: necesario para eliminar los restos de cromo hexavalente procedentes del mordentado.







Agente reductor de cromo hexavalente 2-4 g/l
Temperatura 25-35 ºC (1-3 min)


Catalizado: proceso previo a la etapa de recubrimiento. En general, los catalizadores
(activadores) son mezclas de ácidos fuertes con sales de estaño y paladio.


Ácidos fuertes: ácido clorhídrico37% 20-25 % vol
Sales de estaño 4-8 g/l
Sales de paladio 0.05-0.16 g/l
Temperatura 25-30 ºC (3-6  min)


Acelerado: proceso que se utiliza para eliminar el exceso de estaño. En este caso, se utilizan soluciones diluidas ácidas o alcalinas.


Ácidos orgánicos 50-60 g/l
Temperatura 54-60 ºC (2-3  min)


Recubrimiento (sin corriente eléctrica): 
deposición, preferentemente de níquel aunque también se utiliza cobre, necesaria para el posterior recubrimiento electrolítico.



Sulfato/ cloruro de níquel 15-30 g/l
Hipofosfito sódico 35-70 g/l
Ácidos orgánicos y estabilizantes 5-10 g/l
Temperatura 24-38 ºC (7-10min)


Recubrimiento (electrolítico): la pieza se recubre con cobre ácido, o un baño previo de flash de níquel, seguido de níquel  y, finalmente, de cromo.







A continuación, se detalla la composición del principal recubrimiento utilizado

Sulfato de cobre 180-250 g/l
Ácido sulfúrico 60-90 g/l
Cloruros 60-120 mg/l
Temperatura 25-30 ºC


A continuación se facilita un esquema con los procesos descritos:


  Molde ABS
Desengrase quimico
Mordentado
Neutralizado
Catalizado
Acelerado
Niquel Químico
Níquel electrolítico o pre cobre
Cobre ácido brillante

Niquel brillante      Niquel doble       Níquel Doble
          
          cromo               Microporoso  Cromo microfisurado                                                                                                                                                            
                                     Cromo


Anodizado de aluminio

El  anodizado  de  metales  es  un  proceso  de conversión  de  superficies,  por  vía electro-química, mediante el cual se produce la oxidación de la superficie del metal en cuestión. 
El aluminio (y sus aleaciones) es uno de los principales metales anodizados, formándose en su superficie óxido de aluminio (alúmina (Al2O3)).

En este caso, a diferencia del resto de procesos electroquímicos vistos hasta ahora, la superficie a tratar actúa como ánodo produciéndose su oxidación.

El anodizado  del  aluminio  se  lleva  a  cabo,  mayoritariamente  con  ácido  sulfúrico, aunque en ocasiones pueden utilizarse otro tipo de soluciones como el ácido fosfórico o crómico, siendo esta última aplicación cada vez menos utilizada y en aplicaciones muy concretas.







La capa de alúmina formada durante el proceso de anodizado puede colorearse con colorantes orgánicos o compuestos inorgánicos metálicos. 
Posteriormente, se somete a un proceso de sellado con el propósito de aumentar la resistencia a la corrosión y retener la coloración dada a la superficie.


Anodizado de aluminio con ácido sulfúrico

Las condiciones de trabajo en este tipo de anodizado son las siguientes:

Concentración ácido sulfúrico <200g/l ± 10 g/l
Aluminio                                 5-15 g/l
Cloruros                                 <100g/l
Temperatura                  <21ºC para 5,10 µm
                                 <20ºC para 15,20,25 µm
Corriente A/dm2    1.2-2.0 Amp/dm2 para 5,10 µm
                           1.4-2.0 Amp/dm2 para 15 µm
                           1.5-2.0 Amp/dm2 para 20,25 µm


En el anodizado duro, en el que se obtiene una capa de 25-150 µm (25-150 µm) (mayor protección), el intervalo de temperatura de trabajo es entre 0-5ºC. 
En estos casos la capa obtenida no se sella, simplemente se impregna con lubricantes.


Anodizado con ácido fosfórico

El  anodizado  con  ácido  fosfórico  se  utiliza  como  tratamiento  previo  a  posteriores recubrimientos.  Este tipo de anodizado aporta porosidad a la superficie, resistencia a la oxidación (hidratación) e incrementa la dureza.

Temperatura 10-20ºC
concentración  electrolito 100-150g/L
Tiempo El necesario según espesor


El anodizado con ácido fosfórico se utiliza en la industria aeronáutica.







Anodizado con ácido oxálico

Las condiciones de trabajo en este tipo de anodizado son las siguientes:

concentración ácido sulfúrico <200g/l ± 10 g/l
Aluminio                                   5-15 g/l
Ácido oxálico                           7-10 g/l
Temperatura                           <24 ºC


Anodizado de aluminio con ácido crómico

En estos casos las condiciones de trabajo son:

Voltaje Rampa de 0 a 40V
Temperatura 38-42 ºC
concentración electrolito 30-100 g/l
Grosor 2-5 µm


Coloración del anodizado del aluminio

En ocasiones el aluminio debe colorearse durante o después del anodizado. 

Encontramos los siguientes métodos de coloración:

1- Coloración por inmersión: 
la más utilizada con una ampliada gama de colores.


Colorantes 0,05-30g/l en función del color deseado








2- Coloración electrolítica: 
el anodizado se lleva a cabo en una solución de ácido que contiene sales de metal y se le aplica corriente alterna. 
Esto provoca que el metal penetre 1-5 µm en el interior del poro de la alúmina. 
Se obtiene el color característico del metal usado. 
El electrolito más usado hoy en día es a base de sulfato de estaño. 
Se utilizan también sales de níquel, de cobre y permanganato.


Sal de Níquel 5-8
Sal de cobre. 4-5
Sal de estaño 3-4


3- Coloración por interferencia: 
es una técnica especial basada en el principio de coloración  electrolítica, con una modificación previa de la capa anódica antes de la deposición electrolítica. 
El aspecto se produce por la interferencia de 2 capas finas: la capa de metal depositada electroquímicamente en el fondo de los poros y la interfase de óxido de aluminio modificada por debajo.

4- Coloración integral: 
En este caso el óxido de aluminio se colorea durante el proceso de anodizado debido a las características de la aleación de aluminio utilizada. 
Esta técnica está siendo totalmente reemplazada por la coloración electrolítica.







El anodizado con ácido sulfúrico va seguido, normalmente, de un sellado cuya función es mejorar la resistencia a la oxidación. 
El proceso consiste en el cierre de los poros formados durante el anodizado, por  transformación química del óxido mediante temperatura o la acción de sustancias químicas. 
A continuación se describen los métodos de sellado:

a- Sellado en caliente:

Sellado por termo-hidratación: se realiza con agua desmineralizada a una temperatura  superior a 96 ºC: los poros del óxido de aluminio se hidratan, formándose AlO(OH) (bohemita) y así produciéndose el cierre de éstos. 
El proceso consiste en sumergir las  piezas en agua desionizada durante 3-4 minutos por micra de grosor. 
El pH del baño es de 6-6.5 u.p.H, y puede contener aditivos antipolvo y reguladores de pH.
La termo-hidratación también puede realizarse con vapor de agua, siendo en este caso la temperatura mínima del vapor saturado.

b- Sellado a media temperatura:

La temperatura y el tiempo son inferiores a los del sellado caliente, la temperatura  está entre 60 y 85ºC, y el tiempo entre 2 a 5.5 minutos por micra. Están formulados con sales de níquel y aditivos orgánicos.

c- Sellado en frío:

Sellado por impregnación:

Primera fase: impregnación y cierre de los poros de la capa anódica por  reacción   entre  el  óxido  de  aluminio  y  un  baño  en  cuya composición  se  encuentran  níquel  y  fluoruros.  
La  temperatura  de trabajo es entre 25 y 30 ºC. 
El tiempo de tratamiento es de 0.8 a 1.2 minutos por micra, y el pH es de 6-6.5 u.p.H.

Segunda  fase:  una  vez  sellado  y  lavado,  la  superficie  tratada  se sumerge en agua desionizada a 60ºC durante un tiempo de 0.8 a 1.2 minutos por micra.



image of: Square cuff in tangerine anodised aluminium



2.4.1.12 Electropulido

El electropulido es un método comúnmente usado para pulido, desbarbado y limpieza de los metales,  generalmente del acero, acero inoxidable, cobre y sus aleaciones y aluminio  y  sus  aleaciones.  Se  utiliza  en  diversos  campos  de  aplicación  (equipos quirúrgicos, alimentación, automóvil, etc.)

En el electropulido, al igual que en el proceso de anodizado, la pieza actúa como ánodo, por lo que su  superficie se disuelve de forma preferencial, consiguiéndose el brillo requerido.

En el proceso de electropulido se utilizan diferentes electrolitos,que acostumbran a ser una  mezcla  de  diferentes  ácidos.  Los  principales  ácidos  que  forman  parte  de  la composición de estos baños son:

PRODUCTO CONCENTRACIÓN
Ácido sulfúrico 800-900 g/l
Ácido fosfórico 800-900 g/l


Además, pueden contener otros ácidos, a concentraciones variables, como pueden ser:

PRODUCTO CONCENTRACIÓN
Ácido nítrico 50-80 g/l
Ácido crómico 20-30 g/l
Ácido cítrico 10-20 g/l
Componentes orgánicos 20-30 g/l







Condiciones:

Temperatura 80-90 ºc
Tiempo 2-3 min.
Densidad de corriente 10-50Amp/dm2


Pulido químico y electropulido del aluminio

El pulido químico del aluminio, se lleva a cabo con soluciones de mezcla de ácidos, siendo los más utilizados:


Ácido sulfúrico 0-100 g/l
Ácido fosfórico 400-600 g/l
Ácido nítrico 600-800 g/l
Temperatura >80 ºC


El electropulido del aluminio se realiza en las siguientes condiciones:


Ácido sulfúrico 60-100g/l
Ácido fosfórico 750-1275 g/l
Ácido crómico 600-800 g/l
Temperatura >80 ºC


Tratamiento de fleje en contínuo

El fleje de acero se emplea en diferentes aplicaciones industriales de mecanizado. 
Para darle  una  resistencia  a  la  corrosión  se  le  somete  a  un  proceso  de  tratamiento  de superficies que es el que se describe a continuación. 
En concreto, en este apartado, se efectúa un repaso de las principales etapas de metalizado electrolítico del fleje.







El proceso electrolítico de recubrimiento del fleje es fundamentalmente el mismo que el empleado en los procesos descritos hasta el momento, empleándose incluso soluciones químicas muy similares. 
También los pre-tratamientos del fleje tales como el desengrase y decapado son similares, así como los  pos-tratamientos como pasivados y fosfatados que  también  tienen  las  mismas  características  que  las  descritas  para  el  resto  de aplicaciones. 
De hecho, las únicas diferencias con el resto de procesos se basan en la maquinaria y en los equipos empleados para el tratamiento. 
Por ello, sólo se procederá a realizar  una  descripción  general  del  proceso,  ya  que  los  detalles  de  los  diferentes tratamientos están detallados en su apartado correspondiente.

En esencia, el proceso consiste en las siguientes etapas:


carga del fleje
pre-tratamientos desengrase y decapado
recubrimiento electrilitico estañado, cromado, zincado etc.
Pos-tratamientos Pasivado, Fosfatado, Abrillantado, etc.
Descarga del fleje



Pretratamientos

  Desengrase

La eliminación de restos de aceites y grasas, al igual que en el resto de casos vistos anteriormente,  se  efectúa  mediante  soluciones  acuosas,  en  combinación  o  no,  con procesos de desengrase  electrolítico. 
El proceso puede realizarse tanto por inmersión como por spray. Tales soluciones están compuestas habitualmente por hidróxido sódico, fosfatos, agentes humectantes y complejantes.

  Decapado

Mediante  este  proceso  se  consigue  eliminar  los  restos  de  óxido  presentes  en  la superficie del  fleje. Lo más habitual consiste en el empleo de soluciones ácidas que producen un ligero decapado de la superficie del metal. 
El proceso de decapado se lleva a cabo bien sea por inmersión, spray o, más a menudo, por vía electrolítica.







Recubrimiento electrolítico

Los metales más utilizados en el recubrimiento electrolítico del fleje de acero son:
estaño, cromo, zinc, cobre, plomo y sus aleaciones.

Para el proceso, se emplean tanto ánodos solubles como insolubles.


Pos-tratamientos

  Aplicación de aceite

En determinadas aplicaciones se lleva a cabo el recubrimiento de la superficie del fleje tratada con aceite para ofrecer una resistencia extra contra la corrosión a la superficie tratada, especialmente  cuando el recubrimiento se ha hecho mediante zincado. 
Este aceite también sirve como lubricante para minimizar la abrasión durante los procesos de mecanizado posteriores.

  Tratamientos de conversión de superficie

En determinados casos, es necesario un tratamiento con otro metal para ofrecer mayor resistencia a la corrosión; entre los procesos de conversión de superficies más utilizados encontramos el fosfatado y el pasivado crómico.

  Secado

Finalmente, es habitual un proceso final de secado con aire caliente.

Tratamientos químicos

Este tipo de tratamientos se basa en la presencia de metales auto-catalíticos que permiten la realización de la reacción.  
Las ventajas de estos procesos son las siguientes:

1- Siempre que se mantenga la agitación suficiente para asegurar el contacto con la totalidad de  la superficie a tratar, la deposición es uniforme en toda la superficie por compleja que ésta sea.
2- La  porosidad  del  acabado  es  menor  que  la  conseguida  con  la  deposición electrolítica del mismo metal.
3- El diseño de bastidores se simplifica.
4- Pueden recubrir superficies no conductoras (como plásticos).
5- El recubrimiento aporta propiedades químicas o físicas especiales puesto que es una aleación del metal y del compuesto formado con el agente reductor.
6- Los tratamientos químicos autocatalíticos normalmente generan más residuos que  el resto  de técnicas  de recubrimiento,  pero  la eficiencia  puede  variar significativamente según las instalaciones.

A continuación se describen los principales tratamientos químicos efectuados por el sector:


  • Niquelado
  • Cobreado
  • Fosfatado
  • Pavonado
  • Lacado.


Niquelado

Se utiliza en la fabricación de soportes de almacenamiento de datos, componentes para la industria química y petroquímica etc.

Las soluciones de níquel químico están compuestas por:


sulfato y cloruro de níquel 20-30g/l
agente reductor (hipofosfito de sodio) 20-40 g/l
agentes quelantes (ácidos orgánicos
carboxílicos) 10-50 g/l
Abrillantantes 1-5mg/l


Las características son las siguientes:

a- Uniformidad en el grosor de la capa depositada independientemente del tamaño y forma de las piezas a recubrir.
b- Permite un elevado control del grosor de recubrimiento.
c- Dureza del acabado de rango 350-750 Knoop.








  • Gran resistencia frente al desgaste y la abrasión.
  • Elevada resistencia a la corrosión.
  • Buena adherencia
  • Propiedades específicas como facilidad en soldadura, lubricidad y propiedades magnéticas.

Níquel autocatalítico en plásticos

Estas soluciones se utilizan para generar una primera capa metálica conductora en material plástico, previo al tratamiento electrolítico.

Las soluciones contienen:

Sulfato o cloruro de níquel 15-30g/l
agente reductor (hipofosfito de sodio) 35-70 g/l
ácidos orgánicos y estabilizantes 5-10 g/l


El uso de compuestos quelantes es opcional y su concentración variable.
Se utilizan soluciones tanto en medio ácido  (ácido sulfúrico a pH 3-6) como en medio alcalino  (hidróxido sódico o hidróxido de amonio a pH 8-10).


Cobreado

El cobreado autocatalítico es el proceso clave en la fabricación de circuitos impresos así como en la  metalización de plástico. Las principales características del recubrimiento son la uniformidad de las capas y la ductilidad con bajo estrés interno.

La solución contiene:

Cobre 2-5g/l
Hidróxido de sodio 15-20 g/l
Agents quelantes ( EDTA) 10-15 g/l
Tartratos 5-10 g/l
Agentes reductores (formaldehído) 3-50 g/l



Pavonado

El pavonado  consiste,  en  esencia,  en  la  oxidación  de  la  superficie  controlando  el proceso de tal  modo que se forme óxido férrico que, dada su compacidad, protege el hierro.

Esta oxidación se consigue químicamente y la composición del baño y las condiciones son las siguientes:

Tipo pavonado

Mezcla de nitratos de sodio y potasio,
dióxido de manganeso y sosa caústica
900 g/l
Temperatura 145 ºC


Fosfatado

La fosfatación es un pre-tratamiento que consiste en la formación de capas de fosfatos metálicos, amorfos o cristalinos, sobre las superficies de los metales, con el fín principal de conseguir dos objetivos:

1.- buena protección anticorrosiva y
2.- buena base de anclaje para los tratamientos posteriores (p. ej. pintura).

Principalmente el proceso de fosfatación se utiliza para el pre-tratamiento del hierro, el zinc y el aluminio. 
El fosfatado de las piezas puede llevarse a cabo por aspersión o por inmersión (spray), dependiendo del número, tamaño y forma de las piezas a pre-tratar.

Para conseguir una protección adicional contra la corrosión se utiliza habitualmente un pasivado  químico basado en componentes de Cr(VI) y/o Cr(III), así como Zr(IV). 
El enjuague final de las piezas debe ser realizado con agua desmineralizada de calidad.

A continuación se describen los procesos de fosfatado más utilizados:







Fosfatado al hierro (amorfo)

Consiste en la deposición sobre las superficies metálicas de un recubrimiento amorfo, cuyo  constituyente principal es fosfato de hierro, el cual protegerá al metal de base contra la corrosión y permitirá un buén anclaje de los recubrimientos posteriores.

Las condiciones  oxidantes  necesarias  para  la  formación  de  la  capa  fosfática son proporcionadas ya sea por acelerantes inorgánicos u orgánicos, así como por el propio oxígeno atmosférico.

La fosfatación amorfa es el proceso adecuado cuando las consideraciones de coste son superiores  a las de protección anticorrosiva (p. ej. muebles metálicos).

En general, las condiciones de trabajo de los baños son las siguientes:

pH 4 - 6
Temperatura 40 - 60 ºC
Tiempo 1 - 3 minutos
Tipo de aplicación Aspersión o inmersión



Fosfatado al cinc (cristalino)

Consiste en la deposición sobre las superficies metálicas de un recubrimiento cristalino, cuyo constituyente principal es fosfato de zinc, el cual protegerá al metal de base contra la corrosión y permitirá un buén anclaje de los recubrimientos posteriores.

Constituyentes principales y funciones de un baño de fosfatación cristalina: 

Ácido fosfórico Ataque ácido.
Fosfato ácido de zinc Formación del recubrimiento. Oxidantes Aceleración del proceso.

En general, las condiciones de trabajo de los baños son las siguientes:

pH 2 - 3,5
Temperatura 30 - 60 ºC
Tiempo 1 - 5  minutos
(en función del tipo de aplicación y pieza)
Tipo de aplicación Aspersión o inmersión.







Otros tratamientos


Pasivado

Los pasivados se utilizan para aumentar la resistencia a la corrosión de la superficie recubierta  con  otro  metal  o  tratamiento,  siendo  los  más  habituales  los  descritos  a contiunación.

Pasivado crómico.

Existen diferentes tipos de baños de pasivado crómico en función de su composición, temperatura y pH. 
Los más frecuentes son los amarillos y los azules, teniendo menor relevancia los verdes y negros.

Es de especial interés para las piezas cincadas, puesto que aunque el material base esta óptimamente  protegido, el recubrimiento de cinc se oxida progresivamente al ser un metal poco noble. 
La utilización de pasivados crómicos o de otro tipo tiene lugar para piezas latonadas o niqueladas en bombo, puesto que en estas últimas, el revestimiento de bajo espesor suele ser poroso y poco resistente a la corrosión.

La mayoría de los pasivados crómicos (amarillo, verde y negro) trabajan en base ácido crómico. 
El pasivado azul está formulado con cromo trivalente.
Las composiciones de los diferentes pasivados son las siguientes: 

Pasivado azul
Cromo trivalente 0,5-2g/L
Fluoruros 2-7g/L


Pasivado verde

Cromo hexavalente 20-25g/L
Fosfatos 30-35g/L


Pasivado amarillo

Cromo hexavalente 3-5g/L
Sodio cloruro 0,5-2g/L


Pasivado negro

Cromo hexavalente 10-15g/L
Nitrato de plata 1-2g/L
Acido acético 10g/L


Sellado

El proceso de sellado  con silicatos y otras sustancias orgánicas en base acuosa se está aplicando para mejorar las propiedades anticorrosivas del pasivado crómico.


Silicatos 20-40g/L
Otras sustancias orgánicas 10-20g/L resinas acrilicas modificadas


Algunos baños pueden contener también níquel.


Fluoruro de níquel 20-30g/L


En ambos casos las condiciones de trabajo son:

Temperatura 20-60ºC
pH 9,5-10,5







Lacado electrolítico

El lacado se aplica para proteger y realzar acabados decorativos.
Las operaciones de lacado electrolítico en base acuosa de piezas metalizadas tienen una presencia   creciente  en  el  mercado  sobre  todo  como  protección  anticorrosiva  de acabados decorativos de  gran  valor añadido (plata, latón, oro) o como sustituto de revestimientos electrolíticos de alto coste o de gran dificultad técnica (oro, bronce).
Los baños de lacado exigen un alto grado de mantenimiento siendo necesaria al menos una ultrafiltración del baño para evitar la acumulación de ácidos orgánicos e impurezas metálicas.
Su composición y condicione de trabajo son las siguientes:


Polímeroacrílico,acrílico-uretano 10-15%
Disolventes orgánicos 5-15 %
Temperatura 25-30ºC
Voltaje 30-80 V (hasta 200V)


Densidad de corriente 0.05-0.5 A/dm2


Lavado

La operación de lavado es fundamental en los procesos de recubrimiento galvánico para evitar  la  contaminación  cruzada  entre  baños  de  proceso  y  deterner  la acción  del electrolito  sobre  la  superficie  tratada.  
El  caudal  de  agua  necesario  para  efectuar correctamente el lavado de las superficies tratadas es un parámetro que, normalmente, determina las dimensiones de los sistemas de gestión y los tratamientos posteriores de las aguas residuales generadas. 
Este caudal depende de muchos factores y, en función del diseño de la planta galvánica, puede ser muy superior al mínimo necesario,  siendo este  hecho  muy  habitual.  
Por  tanto,  es  muy  importante  que  el  sistema  de  lavado escogido permita obtener la calidad de lavado necesaria con el mínimo consumo de agua, hecho que, por otro lado también implica una reducción del caudal de las aguas residuales.

El principal factor que influye en los caudales de lavado es el arrastre. 
Éste, por su lado, puede venir  condicionado por la forma y la rugosidad superficial de la pieza, por la viscosidad del proceso, etc.







Secado

Después de haber realizado el tratamiento superficial, las piezas deben secarse de modo rápido y eficaz para evitar la formación de manchas y una posible corrosión de  éstas. 
Los métodos más utilizados son el secado mediante agua o aire caliente.

En los procesos a tambor además del el secado mediante aire caliente también se utiliza la centrifugación, siempre que el proceso lo permita, siendo un tratamiento efectivo y energéticamente eficiente.

Secado mediante agua caliente.

El método  más  simple  de  secado es  mediante  la  inmersión  de  las piezas en  agua caliente. Las piezas se sumergen durante unos segundos en el agua y después se retiran y se secan en condiciones atmosféricas.

Este tipo de secado se utiliza normalmente en líneas manuales, por consiguiente en lineas de poca capacidad.

La temperatura del agua debe controlarse, en el secado piezas de plástico está limitada a 60ºC ya que estos componentes podrían deformarse. Las piezas cincadas y las pasivadas tampoco pueden superar los 60ºC para evitar la deshidratación del recubrimiento y la pérdida de protección contra la corrosión de la capa de pasivado. 
Las piezas cromadas pueden secarse hasta temperaturas de 90ºC.
Habitualmente, se utiliza agua desionizada para evitar la generación de manchas.

El inconveniente de este sistema de secado es la perdida de energía, es decir, la baja eficiencia energética

Secado mediante aire caliente

En líneas automáticas o manuales, a bastidor se utiliza más frecuentemente el secado mediante aire caliente. Los bastidores se introducen en una cuba al final de la línea de tratamiento, donde se somete al secado. 
La cuba tiene las mismas dimensiones que el resto de cubas del proceso, excepto en el  caso  de plantas maunales donde suele ser mayor. 
El aire caliente es regularmente recirculado desde la parte superior a la inferior de la cuba y a unas temperaturas de entre 60 y 80ºC. 
En la parte superior de la cuba hay fugas de aire caliente lo que hace que el proceso sea térmicamente ineficiente.

En grandes instalaciones, el aire normalmente es calentado mediante intercambiadores de calor de  vapor o de aceite. 
Existe también la alternativa del calentamiento directo mediante un quemador de  gas,  en el cual la llama calienta directamente el aire; esta técnica suele utilizarse en plantas de menor tamaño.







Sellado del aluminio anodizado

Tradicionalmente, el sellado del aluminio se viene realizando de tres formas:

  Sellado  en  caliente:  con  agua  a  96ºC  o  vapor  a  98ºC.  
Este  proceso requiere un alto consumo energético y, periódicamente, debe reemplazarse  con  agua  limpia  por  la  presencia  creciente  de  ciertos

Contaminantes (fosfatos, silicatos, etc.). 
Además, debido a que el tiempo de tratamiento es largo, retrasa en proceso de fabricación en su conjunto.
  Sellado  a  temperatura  media:  en  este  caso,  también  se  emplea  agua caliente pero  a 60-85ºC. Este proceso se emplea habitualmente tras la coloración  con  colorantes  orgánicos.  
Para  alcanzar  un  buen  nivel  de sellado,  este  sistema  contiene  sales   de  níquel  junto  con  aditivos orgánicos. En este caso, los tiempos de sellado son bastante inferiores (2- 2,5 minutos/µm). 
También debe procederse a su cambio periódico, con el inconveniente añadido de la presencia de un metal pesado tóxico como es el níquel.
  Sellado en frío: la temperatura del baño es de tan solo 25-32 ºC, aunque en su composición, el agua deionizada va aditivada con níquel, fluoruros y  otros  aditivos.   

El   tiempo  de  proceso  es  aún  inferior  (0,8-1,2 minutos/µm).  Su  cambio   periódica  genera  el  mismo  problema  de contaminación por metales pesados (Ni) que deben ser depurados en la lanta de tratamiento de tratamiento de aguas residuales.







Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay