ES2238586T3 - Aditivos inhibidores del desprendimiento de hidrogeno para la electroextraccion de cinc. - Google Patents

Abstract

Método de electroextracción de cinc mejorada que comprende el paso de añadir un aditivo de una sal de cetilpiridinio a un electrólito de electroextracción de cinc.

Description

Aditivos inhibidores del desprendimiento de hidrógeno para la electroextracción de cinc.

Ámbito de la invención

La invención se refiere a aditivos para electroextracción de cinc que inhiben el desprendimiento de hidrógeno y/o mejoran el rendimiento de la corriente para la electrodeposición de cinc, y específicamente a aditivos basados en cetilpiridinio.

Antecedentes de la invención

Es de gran interés tecnológico y comercial mejorar el rendimiento energético del proceso de electroextracción de cinc mediante la inhibición de la reacción parásita de desprendimiento de hidrógeno que se produce paralelamente a la deposición del cinc. Una manera de minimizar el desprendimiento de hidrógeno catódico es la consistente en recurrir al uso de aditivos que son en general compuestos orgánicos que incrementan selectivamente el sobrepotencial de desprendimiento de hidrógeno. Mackinnon et al. (Journal of Applied Electrochemistry, Volumen 20, páginas 728-736, 1990) y Scott et al. (Journal of Applied Electrochemistry, Volumen 18, páginas 120-127, 1988) describen el uso de cola animal en combinación con antimonio para mejorar el actual rendimiento para la electroextracción de cinc en comparación con los electrólitos exentos de aditivos.

Hay necesidad de aditivos mejorados que minimicen el desprendimiento de hidrógeno durante la electroextracción de cinc, permitiendo al mismo tiempo lograr las mismas características funcionales o bien unas características funcionales mejoradas en comparación con los aditivos tradicionales.

Por consiguiente, es objeto de esta invención aportar aditivos mejorados para la electroextracción de cinc que minimicen el desprendimiento de hidrógeno permitiendo al mismo tiempo lograr unas características funcionales similares o mejoradas en comparación con los aditivos tradicionales.

Breve exposición de la invención

El cloruro de cetilpiridinio (CPC), que es una sal de cetilpiridinio, fue probado como aditivo en un proceso de electroextracción de cinc en dos composiciones distintas que constituían sendos electrólitos para la electroextracción de cinc: 1) con antimonio, y 2) con antimonio y cola.

El aditivo de CPC ejerció su influencia en grado sumo en presencia de la combinación con antimonio o con antimonio + cola, donde incrementó el rendimiento de la corriente en un 23,2% y en un 7,6%, respectivamente. Además, la presencia de CPC 0,05mM no incrementó el voltaje total de la célula.

Descripción detallada Métodos y Aparato

Células de ensayo comerciales realizadas en forma de vasos que contenían un electrólito de electroextracción comercial (licor) fueron conectadas a una fuente de energía y puestas en un baño de agua a 37ºC. Los ánodos y cátodos estaban hechos de plomo y aluminio, respectivamente. La hoja de datos de seguridad de los materiales que fue facilitada al laboratorio indicaba la composición siguiente para el electrólito: sulfato de cinc 28 - 34% en peso, sulfato de magnesio 9 - 15 g/l (gramos/litro) y manganeso 1,5 - 2,5 g/l.

Tras dejar que la temperatura en el interior de las células de ensayo alcanzase el deseado valor de 37ºC, fue aplicada por espacio de 4 o 20 horas a un electrólito no agitado una corriente constante de 0,045 A, que representa una densidad de corriente de electroextracción de 450 amperios/metro^{3}. Una vez concluido el experimento, el conjunto de electrodos fue retirado del vaso de vidrio y lavado con agua destilada, y el depósito del cátodo fue cuidadosamente retirado por raspado y pesado con una precisión de cuatro dígitos usando una balanza analítica Mettler AE 100 digital. Las células de ensayo fueron lavadas entre experimentos con agua destilada y acetona a fin de retirar las trazas de los aditivos orgánicos. Fueron también llevadas a cabo repeticiones, y fue calculada la desviación estándar.

El rendimiento de la corriente de electrodeposición de cinc fue calculado sobre la base de la ley de Faraday:

(1)CE(%)= \frac{z \cdot F \cdot m_{d}}{I \cdot t \cdot A_{Zn}} \cdot 100

donde:

CE - rendimiento de la corriente para la electrodeposición de Zn (%)

z - Nº de electrones intercambiados [= 2]

F - constante de Faraday [= 96485,3 coul. mol^{-1}]

m_{d} - cantidad de depósito de cinc (g)

I - intensidad de corriente aplicada [= 0,045 A]

t - tiempo (seg.)

A_{Zn} - peso atómico del cinc [= 65,39].

El cloruro de cetilpiridinio (CPC) (como p. ej. el de Sigma-Aldrich, EE.UU.) tenía la estructura siguiente:

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Ejemplo 1 Licor de electroextracción de cinc con antimonio presente

Fue añadido al electrólito de electroextracción de cinc antimonio (Sb) en una concentración de 0,04 mg/l (miligramos/litro) en forma de tartrato de antimonio y potasio. Fueron llevados a cabo ciclos tanto de cuatro como de veinte horas. Están resumidos en la Tabla 1 los resultados experimentales de los ciclos de cuatro horas.

Sin estar presente en el electrólito el aditivo de CPC, el Sb tenía un efecto perjudicial en el rendimiento de la corriente, es decir que el mismo era de entre un 65,1% (célula Nº 15) y un 74,7% (célula Nº 14). Por término medio, el rendimiento de la corriente sin estar presente el aditivo de CPC era de un 69,9%. La adición de CPC daba lugar a un mejoramiento del rendimiento de la corriente de un 23,2% por término medio, es decir que dicho rendimiento de la corriente pasaba de ser de un 69,9% a ser de un 93,1%.

TABLA 1 Efecto del CPC en el rendimiento de la corriente de electroextracción de cinc en el electrólito que contiene 0,04 mg/l de Sb (como tartrato de Sb)

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Está indicado en la Tabla 2 el efecto del CPC en un experimento de más larga duración (20 horas). Sin el aditivo de CPC, el rendimiento de la corriente de la célula Nº 15 era de tan sólo un 36,6%, mientras que al estar presente CPC 0,05mM el rendimiento de la corriente de electroextracción de cinc era de un 58,9%. Por consiguiente, con el aditivo de CPC el rendimiento de la corriente era más alto en un 22,3%.

TABLA 2 Efecto del CPC en el rendimiento de la corriente de electroextracción de cinc en el experimento de 20 horas con 0,04 mg/l de Sb en el electrólito

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Ejemplo 2 Licor de electroextracción de cinc con antimonio y cola

Fueron llevados a cabo experimentos similares a los del Ejemplo 1 con un electrólito que contenía 0,04 mg/l de Sb y 10 mg/l de cola (como p. ej. la "pearl glue" suministrada por la Hudson Industries, de Johnstown, New York). Fueron llevados a cabo ciclos de 4 y 20 horas. Está indicado en la Tabla 3 el efecto del aditivo de CPC en el rendimiento de la corriente de electroextracción de cinc en los ciclos de 4 horas.

La presencia de cola minimiza hasta cierto punto el efecto negativo del antimonio, proporcionando unos rendimientos de la corriente que están situados entre un 88,9% y un 90%. Sin embargo, la adición de CPC 0,05mM dio lugar a adicionales incrementos del rendimiento de la corriente, es decir que dicho rendimiento de la corriente pasó de ser de un 89,4% por término medio en ausencia de CPC a ser de un 97% en presencia de CPC (Tabla 3).

TABLA 3 Efecto del CPC en el rendimiento de la corriente de electroextracción de cinc en el electrólito que contiene 0,04 mg/l de Sb (como tartrato de Sb) + 10 mg/l de cola

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Los experimentos de 20 horas (Tabla 4) demostraron que el CPC en una concentración 0,05mM daba lugar a un incremento del rendimiento de la corriente de la célula Nº 16 haciendo que éste pasase de ser de un 77,2% a ser de un 87,3%.

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El voltaje de la célula es otro valor importante que debe ser tomado en consideración en el proceso de electroextracción. Un incremento del voltaje de la célula representa un incremento de la cantidad de energía que es necesaria, y por consiguiente un menor rendimiento del proceso de electroextracción. La Tabla 5 pone de manifiesto que el uso de CPC 0,05mM en conjunción con Sb y cola no indujo un incremento del voltaje de la célula.

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En consecuencia, si bien esta invención ha sido descrita haciendo referencia a realizaciones ilustrativas, esta descripción no deberá ser interpretada en un sentido limitativo. A la luz de esta descripción resultarán obvias para los expertos en la materia diversas modificaciones de las realizaciones ilustrativas, así como otras realizaciones de la invención. Se contempla por consiguiente que las reivindicaciones adjuntas englobarán todas aquellas modificaciones o realizaciones que quedan dentro del alcance de la invención.

Claims (9)

1. Método de electroextracción de cinc mejorada que comprende el paso de añadir un aditivo de una sal de cetilpiridinio a un electrólito de electroextracción de cinc.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha sal de cetilpiridinio es un halogenuro de cetilpiridinio.

3. Método según la reivindicación 2, en el que dicho halogenuro de cetilpiridinio es cloruro de cetilpiridinio.

4. Método según la reivindicación 3, en el que dicho cloruro de cetilpiridinio está en dicho licor de electroextracción de cinc en una concentración de 0,05 milimolar (mM).

5. Método según la reivindicación 1, en el que dicho electrólito de electroextracción de cinc contiene sulfato de cinc.

6. Método según la reivindicación 1, en el que dicho electrólito de electroextracción de cinc contiene antimonio.

7. Método según la reivindicación 1, en el que dicho electrólito de electroextracción de cinc contiene cola.

8. Método según la reivindicación 7, en el que dicha cola es cola animal.

9. Método según la reivindicación 8, en el que dicha cola animal es gelatina.