ES2952069T3 - Método para la deposición electrolítica una aleación de zinc-níquel usando un sistema de ánodo de membrana - Google Patents
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Abstract
La presente invención está relacionada con un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica de aleación de zinc-níquel, un método para la deposición electrolítica de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar usando un sistema de ánodo de membrana y el uso de un sistema de ánodo de membrana. para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar mediante dicho método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
d e s c r ip c ió n
Método para la deposición electrolítica una aleación de zinc-níquel usando un sistema de ánodo de membrana
Campo de la invención
El presente texto se refiere a un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica de aleaciones de zincníquel.
La presente invención está dirigida a un método para la deposición electrolítica de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar utilizando un sistema de ánodo de membrana, y el uso de un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar por dicho método.
Antecedentes de la invención
La deposición electroquímica de metales o aleaciones metálicas, denominadas recubrimientos, sobre otros metales o plásticos recubiertos de metal es una técnica establecida para mejorar, decorar y aumentar la resistencia de las superficies (Praktische Galvanotechnik, Eugen G. Leuze Verlag). La deposición electroquímica de metales o aleaciones de metales se lleva a cabo normalmente utilizando ánodos y cátodos que se sumergen en una celda de electrólisis llena de electrolito. Al aplicar un potencial eléctrico entre estos dos electrodos (ánodo y cátodo), se depositan metales o aleaciones metálicas sobre el sustrato (cátodo).
En algunos casos, esta construcción varía y se proporciona una celda de electrólisis en donde el electrolito se divide por medio de una membrana semipermeable en un compartimento de catolito (electrolito en el espacio del cátodo) y un compartimento de anolito (electrolito en el espacio del ánodo). El sustrato (cátodo) se sumerge en la presente memoria en el catolito que contiene los iones metálicos a depositar. Al aplicar un potencial eléctrico, la corriente fluye a través del anolito a través de la membrana hacia el catolito.
El documento US 2017/016137 A1 se refiere a un procesador de electrochapado para enchapar cobre en obleas, en donde un ánodo inerte en el recipiente tiene un alambre de ánodo dentro de un tubo de membrana de ánodo.
La publicación internacional WO 2004/013381 A2 describe un sistema de recubrimiento electroquímico para electrodeposición de cobre, comprendiendo el sistema una celda de recubrimiento, en donde la celda de recubrimiento generalmente incluye una membrana de intercambio iónico dispuesta entre un compartimento de anolito y un compartimento de catolito.
La publicación internacional WO 2009/124393 A1 se refiere a un proceso electroquímico para la recuperación de valores de hierro metálico y ácido sulfúrico a partir de desechos de sulfato ricos en hierro, residuos de minería y licores de decapado.
La publicación internacional WO 2004/059045 A2 se refiere a un ánodo utilizado para galvanoplastia que comprende un miembro básico y un escudo, en donde el escudo comprende preferiblemente una membrana.
El documento GB 2103658 A se refiere a un aparato electrolítico que comprende un cátodo y un ánodo con una membrana de intercambio iónico colocada entre ellos.
El documento DE 202015002289 U1 describe en un método para la deposición electrolítica de una aleación de zincníquel un sistema de ánodo que comprende una membrana.
El documento US2011031127 A1 (Hillebrand) describe un baño galvánico alcalino para galvanizar recubrimientos de zinc-níquel, que tiene un ánodo y un cátodo, en donde el ánodo está separado del electrolito alcalino por una membrana de intercambio iónico.
Sin embargo, en dichos "enfoques clásicos" para galvanizar recubrimientos de zinc-níquel, la distancia entre la membrana y el ánodo respectivo es grande para proporcionar suficiente volumen de anolito para asegurar un flujo de corriente suficiente. A menudo no está disponible un requisito de espacio tan grande para el compartimento de anolito. Además, requiere la provisión de un gran volumen de anolito, lo que genera un gran esfuerzo para el tratamiento posterior de las aguas residuales si el anolito tiene que ser reemplazado por razones de mantenimiento. El anolito es normalmente una disolución acuosa que contiene ciertas cantidades de ácido sulfúrico, en particular diez por ciento de ácido sulfúrico en agua.
En un enfoque alternativo al mismo, el documento US 2013/0264215 A1 (Umicore) describe un sistema de ánodo, que está configurado de tal manera que es adecuado para su uso en celdas de galvanoplastia para la deposición de recubrimientos electrolíticos como resultado de una simple inmersión en el catolito, en donde, después de la inmersión en el catolito, el catolito se separa del ánodo por una membrana polimérica hinchada que es permeable a cationes o aniones y la membrana polimérica está en contacto directo con el ánodo y no con el cátodo, en donde la membrana se fija sobre el ánodo por medio de soportes permeables a electrolitos y dispositivos de presión por mediante una estructura multijugador, que asegura un buen contacto de la membrana con el ánodo.
Dicho sistema alternativo, que funciona sin ningún espacio de anolito, ha intentado simplificar los sistemas de electrólisis de membrana existentes de manera que el sistema pueda implementarse directamente en las plantas existentes sin costosos trabajos de modificación. Por lo tanto, las membranas poliméricas utilizables deberían ser capaces de establecer un contacto directo con el ánodo idealmente sobre toda la superficie. Es importante que idealmente se establezca un contacto directo con el ánodo, es decir, preferiblemente no debe haber espacio entre la membrana y el material del ánodo. En el caso de una unión muy estrecha entre la membrana de polímero y el ánodo, se proporciona un flujo de corriente ventajoso, lo que da como resultado un voltaje de celda más bajo.
Sin embargo, la aplicabilidad industrial de un sistema de este tipo sin compartimento de anolito está muy limitada a procesos electrolíticos específicos a pequeña escala, como los baños de deposición de oro, que funcionan únicamente con 0,5 amperios durante 2 horas al día. Entonces, la difusión de iones a través de la membrana polimérica hinchada es suficiente. Pero, si la aplicación requiere tiempos de aplicación más prolongados, como en los procesos industriales de deposición de zinc-níquel (normalmente se requieren hasta 10000 amperios hora por día), una membrana de polímero hinchada sin compartimento de anolito no es capaz de proporcionar suficientes iones constantemente para mantener el proceso de deposición en marcha.
Objetivo de la presente invención
A la vista de la técnica anterior, era por tanto un objeto de la presente invención proporcionar un método para la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel, que no exhibiera las deficiencias antes mencionadas de los sistemas conocidos de la técnica anterior.
En particular, era un objeto de la presente invención proporcionar un método de deposición que sea capaz de depositar capas de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar mientras que al mismo tiempo se debe minimizar el volumen de anolito.
Además, era un objeto de la presente invención proporcionar un método de depósito en donde los enormes costes del tratamiento de aguas residuales se minimizaran o incluso idealmente se evitaran por completo.
Compendio de la invención
Estos objetos y también otros objetos que no se indican explícitamente pero que son inmediatamente derivables o discernibles de las conexiones tratadas en la presente memoria a modo de introducción se logran mediante un sistema de ánodo de membrana que tiene todas las características de la reivindicación 1, un método para la deposición electrolítica de una capa de aleación zinc-níquel sobre un sustrato a tratar utilizando un sistema de ánodo de membrana. Las modificaciones apropiadas de dicho método están protegidas en las reivindicaciones dependientes 2 a 6. Además, la reivindicación 7 reivindica el uso de dicho sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato que se va a tratar con dicho método.
El presente texto generalmente se refiere a un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel caracterizado por que el sistema comprende al menos un tanque de reacción, al menos una primera membrana, al menos un ánodo, al menos un cátodo, al menos un primer compartimento de anolito, y al menos un compartimento de catolito; en donde la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,5 mm a 5 mm, preferiblemente de 0,75 mm a 4 mm, y más preferiblemente de 1 mm a 3 mm.
El presente texto se refiere además a un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel que comprende
al menos un tanque de reacción,
al menos una primera membrana,
al menos un ánodo,
al menos un cátodo,
al menos un primer compartimento de anolito, y
al menos un compartimento de catolito;
en donde la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,5 mm a 5 mm,
caracterizado por que
el sistema de ánodo de membrana comprende además al menos una primera placa frontal no metálica que tiene una pluralidad de aberturas y al menos un contenedor no metálico, en donde dicha al menos primera placa frontal no
metálica y dicho contenedor no metálico forman junto con la al menos primera membrana, el ánodo y al menos el primer compartimento de anolito entre la primera membrana y el ánodo, al menos una unidad modular de ánodo de membrana de un lado, y
el ánodo puede retirarse o insertarse individualmente en la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado sin que toda la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado tenga que retirarse o insertarse en el tanque de reacción.
Se prefiere un sistema de ánodo de membrana del presente texto caracterizado por que la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,75 mm a 4 mm, preferiblemente de 1 mm a 3 mm.
Por lo tanto, es posible, de manera imprevisible, proporcionar un sistema de ánodo de membrana para la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel, que no presenta los inconvenientes mencionados anteriormente de los sistemas conocidos de la técnica anterior.
Además de esto, se proporciona un sistema de ánodo de membrana que es capaz de depositar capas de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar mientras que al mismo tiempo se minimiza el volumen de anolito.
Además, se proporciona un sistema de ánodo de membrana en donde se minimizan o incluso se evitan idealmente por completo los enormes costes del tratamiento de aguas residuales.
La disminución de la distancia entre la membrana y el ánodo respectivo, que define el volumen del compartimento del anolito, ofrece dichas ventajas citadas anteriormente sobre la técnica anterior citada, a saber, una gran reducción del volumen del anolito en sí mismo y, concluyendo por lo mismo, una gran reducción del volumen de anolito, que tiene que ser tratado en un aparato de tratamiento de aguas residuales dispuesto posteriormente.
Sorprendentemente, se descubrió que la reducción de la distancia a una distancia tan pequeña ofrece la ventaja adicional de que un sistema de ánodo de membrana de este tipo necesita mucho menos espacio de instalación en comparación con el "enfoque clásico" de Hillebrand, que comprende grandes cantidades de volumen de anolito en comparación con este.
En las aplicaciones a escala industrial, un volumen de anolito de Hillebrand a tratar en un aparato de tratamiento de aguas residuales dispuesto posteriormente se elige normalmente entre 1000 l y 3000 l para un proceso de deposición de zinc-níquel, mientras que el sistema de ánodo de membrana según el presente texto comprende un volumen de anolito a tratar en un aparato de tratamiento de aguas residuales dispuesto posteriormente de tan solo 100 l.
En las aplicaciones a escala industrial, en un sistema de ánodo de membrana Hillebrand, la distancia entre la membrana respectiva y el ánodo es de alrededor de 45 mm, mientras que la distancia en la presente memoria es mucho menor (5 mm como máximo).
Esto ofrece la ventaja adicional de que se pueden minimizar las dimensiones de todo el sistema de ánodo de membrana.
Descripción detallada del invento
Como se usa en la presente memoria, el término "sistema de ánodo de membrana", cuando se aplica para la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel de acuerdo con el presente texto, se refiere a un sistema que comprende al menos un tanque de reacción, al menos una membrana, al menos un ánodo y al menos un cátodo. Estas partes fundamentales de un sistema de este tipo siempre se utilizan en sistemas de deposición de aleaciones electrolíticas de zinc-níquel basadas en membranas.
En la presente memoria, la disposición de la membrana define las partes del tanque de reacción, que representan el compartimento de anolito y el compartimento de catolito. Esta nomenclatura se usa normalmente en la industria de galvanoplastia para un sistema basado en membranas que trabaja con ánodos y cátodos (más normalmente los sustratos a tratar).
Se ha encontrado que el presente concepto es adecuado (sistema de ánodo de membrana y el método inventivo para la deposición, ambos) para procesos de galvanizado en barril y en cremallera.
Como se usa en la presente memoria, el término "distancia", cuando se aplica a la deposición electrolítica de aleaciones de zinc-níquel, se refiere a la distancia entre el sitio de una superficie del ánodo y el sitio de una superficie dispuesta opuesta de una membrana que está más cerca.
En la presente memoria, es ventajoso hacer uso de ánodos planos, que están dispuestos de manera paralela a la membrana respectiva para proporcionar una distancia constante de la superficie respectiva del ánodo a la membrana respectiva.
En la presente memoria, es más ventajoso hacer uso de membranas planas, que están dispuestas de manera paralela al ánodo, preferiblemente a un ánodo plano, para proporcionar una distancia constante de la superficie respectiva del ánodo, preferiblemente de un ánodo plano, a la membrana respectiva, preferiblemente a la membrana plana.
En la realización más preferida, una membrana plana está dispuesta de manera paralela a un ánodo plano, lo que lleva a una distancia constante entre las superficies respectivas de la membrana y el ánodo sobre todas las superficies respectivas de la membrana y el ánodo, que están dispuestas de forma opuesta unos contra otros.
Por supuesto, las variaciones de ánodos y membranas citadas anteriormente también son adecuadas y se proporcionan para todas las demás realizaciones de la presente invención, incluso cuando no se repiten explícitamente para cada realización adicional a continuación.
Según la descripción general del presente texto, el sistema de ánodo de membrana comprende además preferiblemente al menos una primera placa frontal no metálica que tiene una pluralidad de aberturas y al menos un contenedor no metálico, en donde dicha al menos primera placa frontal no metálica y dicho contenedor no metálico forman junto con la al menos primera membrana, el ánodo y el al menos primer compartimento de anolito entre la primera membrana y el ánodo, al menos una unidad modular de ánodo de membrana de un lado.
Se prefiere un sistema de ánodo de membrana del presente texto, en donde la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado proporciona al menos una primera encapsulación de al menos la primera membrana, el al menos primer compartimento de anolito y el ánodo encapsulando la al menos primera placa frontal no metálica con el contenedor no metálico; en donde la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado comprende además al menos un primer elemento de sellado, que está sellando dicho al menos primer encapsulado de dicha al menos primera placa frontal no metálica con dicho contenedor no metálico.
Esto ofrece la ventaja de que dicha unidad modular de ánodo de membrana de un lado proporciona un diseño muy compacto y facilita el trabajo de mantenimiento, como las sustituciones, retirando o insertando toda la unidad modular de ánodo de membrana de un lado desde o dentro del tanque de reacción.
Dicha unidad modular de ánodo de membrana de un lado se proporciona de tal manera que los iones pueden pasar a través de la pluralidad de aberturas de la al menos primera placa frontal no metálica, normalmente hecha de PP (polipropileno), para alcanzar la al menos primera membrana. y migrar a través de dicha al menos primera membrana para llegar al al menos primer compartimento de anolito; y viceversa.
En una realización preferida, el sistema de ánodo de membrana comprende además al menos una segunda placa frontal no metálica que tiene una pluralidad de aberturas, al menos una segunda membrana y al menos un segundo compartimento de anolito entre la al menos segunda membrana y el ánodo; en donde el ánodo comprende al menos un primer lado que comprende una primera superficie de ánodo y al menos un segundo lado que comprende una segunda superficie de ánodo, en donde el primer lado del ánodo está dispuesto de forma opuesta al segundo lado del ánodo; en donde en el primer lado del ánodo la al menos primera membrana y la al menos primera placa frontal no metálica están dispuestas de manera paralela a la superficie de dicho primer lado del ánodo mientras que en el segundo lado del ánodo al menos la segunda membrana y la al menos segunda placa frontal no metálica están dispuestas de manera paralela a la superficie de dicho segundo lado del ánodo; en donde la al menos primera y segunda membrana junto con la al menos primera y segunda placa frontal no metálica, el recipiente no metálico, el al menos primer y segundo compartimento de anolito y el ánodo forman juntos al menos un ánodo de membrana de dos lados unidad modular.
En una realización preferida de la misma, la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados proporciona al menos una primera encapsulación de la al menos primera membrana, el al menos primer compartimento de anolito y el ánodo encapsulando la al menos primera placa frontal no metálica con el contenedor no metálico; en donde la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados comprende además al menos un primer elemento de sellado, que está sellando dicho al menos primer encapsulado de dicha al menos primera placa frontal no metálica con dicho contenedor no metálico; y en donde la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados proporciona además al menos una segunda encapsulación de la al menos segunda membrana, el al menos segundo compartimento de anolito y el ánodo encapsulando la al menos segunda placa frontal no metálica con el contenedor no metálico; en donde la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados comprende además al menos un segundo elemento de sellado, que está sellando dicho al menos segundo encapsulado de dicha al menos segunda placa frontal no metálica con dicho contenedor no metálico.
Esto ofrece la ventaja de que dicha unidad modular de ánodo de membrana de dos lados proporciona un diseño muy compacto y facilita el trabajo de mantenimiento, como las sustituciones, retirando o insertando toda la unidad modular de ánodo de membrana de dos lados desde o dentro del tanque de reacción. Además de la unidad modular de ánodo de membrana de un lado descrita anteriormente, ofrece la ventaja adicional de que un diseño aún más compacto permite hacer uso de dos membranas que están en conjunto con una sola unidad modular de ánodo de membrana de dos lados, es decir, una en cada lado de la unidad modular de ánodo de membrana de dos lados. Esto reduce aún más los requisitos de espacio para dicho sistema al ahorrar un ánodo completo.
Según la descripción general del presente texto, el ánodo se puede retirar o insertar preferiblemente individualmente en la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado o la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados sin que la totalidad de la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado. o toda la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados debe retirarse o insertarse en el tanque de reacción.
En el sistema de ánodo de membrana del presente texto, el ánodo se puede quitar o insertar individualmente en la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado sin que toda la unidad modular de ánodo de membrana de al menos un lado tenga que quitarse o insertarse en el tanque de reacción.
Se prefiere un sistema de ánodo de membrana del presente texto caracterizado por que el ánodo puede retirarse o insertarse individualmente en la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados sin que toda la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados tenga que retirarse de o insertarse en el tanque de reacción. Esto se aplica a la unidad modular de ánodo de membrana de al menos dos lados.
En el contexto del presente texto, este "puede ser" indica que "está adaptado de tal manera que el ánodo se retira o se inserta individualmente en la [unidad modular respectiva]".
Una realización de este tipo ofrece una posibilidad facilitada de abrir un pequeño número de elementos de fijación, que están comprendidos en la presente memoria, como un pequeño número de tornillos, para retirar o insertar solo el ánodo. Esto permite un mantenimiento y sustitución mucho más fácil de los ánodos usados que estar forzados a quitar e insertar todo el sistema de ánodo de membrana, en particular la unidad modular de ánodo de membrana de uno o dos lados entera, desde o dentro del tanque de reacción.
En una realización, cada membrana no está en contacto directo con cada ánodo.
Los intervalos dados de la distancia entre la membrana y el ánodo según el presente texto e invención están limitados en el lado del límite inferior únicamente a circunstancias de construcción. A una cierta distancia (dada por el límite inferior de los intervalos declarados), será aún demasiado difícil asegurar una provisión de suficiente volumen de anolito entre la membrana y el ánodo para mantener el sistema en funcionamiento. Se debe mantener una pequeña película de líquido de anolito en la superficie del ánodo para que el proceso siga funcionando. Por tanto, esta realización expresa de nuevo que esta invención no se centra en proporcionar un ánodo de membrana de contacto directo como lo ofrece Umicore (véanse los antecedentes de la invención más arriba).
En una realización, cada membrana es una membrana de intercambio iónico de cationes y/o en donde cada ánodo es un ánodo insoluble, preferiblemente un ánodo de óxido metálico mixto recubierto con iridio.
Además, el objeto de la presente invención también se resuelve mediante un método para la deposición electrolítica de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar caracterizado por que el método utiliza al menos un sistema de ánodo de membrana que comprende
al menos un tanque de reacción,
al menos una primera membrana,
al menos un ánodo,
al menos un cátodo,
al menos un primer compartimento de anolito, y
al menos un compartimento de catolito;
caracterizado por que la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila entre 0,5 mm y 5 mm.
Lo mencionado anteriormente con respecto al sistema de ánodo de membrana del presente texto preferiblemente se aplica preferiblemente igualmente al método de la presente invención.
Se prefiere un método de la presente invención, en donde al menos la primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,75 mm a 4 mm, más preferiblemente de 1 mm a 3 mm.
Más preferido es un método de la presente invención, en donde el sistema de ánodo de membrana es el sistema de ánodo de membrana del presente texto, lo más preferiblemente como se define anteriormente como preferido.
Un método como el descrito anteriormente ofrece las ventajas descritas anteriormente para las diferentes realizaciones del respectivo sistema de ánodo de membrana. Además, dicho método permite la miniaturización de los equipos de apoyo, como las bombas, provocada por la gran disminución del volumen de anolito, que se define por la gran disminución de la distancia entre la membrana y el ánodo en comparación con la tecnología de Hillebrand.
En una realización preferida del método, el método comprende al menos un sistema de alimentación de anolito para controlar y/o regular al menos un flujo de volumen de anolito para proporcionar al menos un anolito al al menos primer compartimento de anolito o al al menos primero y segundo compartimentos de anolito del sistema de ánodo de membrana; en donde dicho sistema de alimentación de anolito comprende al menos un tanque de anolito, al menos
una bomba dosificadora y al menos una boquilla dosificadora; en donde el flujo de volumen de anolito va desde el tanque de anolito a la bomba dosificadora, luego a la boquilla dosificadora y luego al al menos primer compartimiento de anolito o al al menos primer y segundo compartimientos de anolito del sistema de ánodo de membrana.
Dicho sistema de alimentación de anolito ofrece la ventaja de que el tanque de anolito se puede elegir mucho más pequeño en comparación con la tecnología de Hillebrand debido al volumen de anolito muy reducido (consulte las explicaciones anteriores sobre el tratamiento de aguas residuales; alrededor de 100 I en lugar de 1000 l a 3000 l). Los clientes a menudo se ven obligados a cambiar todo el tanque de anolito una vez por semana. Esto destaca que una reducción de 1000 l o 3000 l a 100 l reduce en gran medida los costes de la química del anolito en sí, así como del tratamiento de aguas residuales necesario posteriormente en las instalaciones del cliente.
En una realización más preferida del método, el sistema de alimentación de anolito no usa medidores de flujo ni válvulas de bola para controlar y/o regular el flujo de volumen de anolito.
Esta realización más preferida ahorra costos para el cliente al evitar los costosos medidores de flujo y válvulas de bola. Las boquillas de dosificación proporcionan una presión de volumen de anolito alta y constante en las respectivas tuberías conductoras de anolito desde la bomba de dosificación hasta el compartimiento de anolito del sistema de ánodo de membrana, lo que permite un soporte constante y seguro de una pluralidad, preferiblemente hasta 100, sistemas de ánodo de membrana en un método de depósito electrolítico de zinc-níquel.
En una realización preferida del método, el flujo de volumen de anolito se controla y/o regula de tal manera que el sistema de alimentación de anolito es un sistema de circulación cerrado, en donde el flujo de volumen de anolito después de dejar nuevamente el al menos el primer compartimento de anolito o el al menos primero y segundo compartimentos de anolito del sistema de ánodo de membrana fluye de regreso al tanque de anolito inicial.
Dicho sistema de alimentación de anolito ofrece la ventaja de que un tratamiento de aguas residuales se vuelve irrelevante e insignificante, lo que ahorra un costo enorme en las instalaciones del cliente.
En una realización preferida del método, el anolito es un líquido acuoso, preferiblemente agua destilada pura.
Esta realización de la invención ofrece la ventaja de evitar el uso de productos químicos y utilizar en su lugar, en el caso ideal, agua destilada pura (tecnología verde). Dicho uso de agua destilada pura no se ha realizado hasta ahora porque la distancia entre la membrana y el ánodo siempre ha sido mucho mayor (alrededor de 50 mm en Hillebrand) o incluso menor (0 mm en Umicore). Si la distancia se elige por encima del límite superior dado en la reivindicación 1, la distancia es demasiado alta para hacer uso de agua destilada pura, que posee una conductividad eléctrica demasiado baja para poder iniciar el método de deposición electrolítica. La corriente inicial sería cercana a cero, lo que provocaría un fallo en la producción de suficientes iones de hidrógeno del agua. Esto destaca que los intervalos de distancia reivindicados en la reivindicación 1 no se eligen al azar, sino que son necesarios para este sistema y método.
En una realización preferida del método, el anolito está sustancialmente libre de cualquier ácido, preferiblemente completamente libre de ácidos, en particular libre de ácidos minerales, especialmente libre de ácido sulfúrico.
Los anolitos utilizados normalmente comprenden entre un 5 y un 10% de ácido sulfúrico en lugar de agua destilada pura. Muy a menudo, la mano de obra necesaria ya no está disponible en las instalaciones del cliente para cuidar la concentración de ácido sulfúrico en el anolito. A los clientes normalmente les gusta tener sistemas automatizados, que funcionan sin ningún requisito de mantenimiento, como agregar ácido sulfúrico de vez en cuando para mantener la concentración respectiva en el anolito en el intervalo requerido.
Además, un sistema de ánodo de membrana de este tipo se puede utilizar para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar mediante la ejecución de dicho método inventivo.
La presente invención se refiere al uso de un sistema de ánodo de membrana que comprende
al menos un tanque de reacción,
al menos una primera membrana,
al menos un ánodo,
al menos un cátodo,
al menos un primer compartimento de anolito, y
al menos un compartimento de catolito
caracterizado por que la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,5 mm a 5 mm,
para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar mediante un método según la presente invención (preferiblemente como se define como preferido).
Lo mencionado anteriormente con respecto al sistema de ánodo de membrana del presente texto y el método de la presente invención preferiblemente se aplica igualmente al uso de la presente invención.
Se prefiere un uso de la presente invención, en donde al menos la primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila de 0,75 mm a 4 mm, más preferiblemente de 1 mm a 3 mm.
Más preferido es un uso de la presente invención, en donde el sistema de ánodo de membrana es el sistema de ánodo de membrana del presente texto, lo más preferiblemente el sistema de ánodo de membrana como se define anteriormente como el preferido.
Por lo tanto, la presente invención aborda el problema de minimizar el volumen requerido de anolito que conduce a un esfuerzo mínimo para el tratamiento de aguas residuales, idealmente incluso a evitar el tratamiento de aguas residuales totalmente, mientras que al mismo tiempo en una realización preferida de la presente invención se puede utilizar como anolito agua pura destilada sin ninguna cantidad de ácido sulfúrico, lo que nunca ha sido posible hasta ahora.
Si bien los principios de la invención se han explicado en relación con ciertas realizaciones particulares, y se proporcionan con fines ilustrativos, debe entenderse que varias modificaciones de la misma resultarán evidentes para los expertos en la materia al leer la memoria descriptiva. Por lo tanto, debe entenderse que la invención descrita en este documento está destinada a cubrir las modificaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. El alcance de la invención está limitado únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Método de deposición electrolítica de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar utilizando al menos un sistema de ánodo de membrana que comprende
- al menos un tanque de reacción,
- al menos una primera membrana,
- al menos un ánodo,
- al menos un cátodo,
- al menos un primer compartimento de anolito, y
- al menos un compartimento de catolito;
caracterizado por que la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila entre 0,5 mm y 5 mm.
2. Método según la reivindicación 1 caracterizado por que el método comprende al menos un sistema de alimentación de anolito para controlar y/o regular al menos un flujo de volumen de anolito para proporcionar al menos un anolito al al menos primer compartimento de anolito o al al menos primer y segundo compartimentos de anolito del sistema de ánodo de membrana; en donde dicho sistema de alimentación de anolito comprende al menos un tanque de anolito, al menos una bomba dosificadora y al menos una boquilla dosificadora; en donde el flujo de volumen de anolito va desde el tanque de anolito a la bomba dosificadora, luego a la boquilla dosificadora y luego al al menos primer compartimiento de anolito o al al menos primer y segundo compartimientos de anolito del sistema de ánodo de membrana.
3. Método según la reivindicación 2 caracterizado por que el sistema de alimentación de anolito no usa medidores de flujo y válvulas de bola para controlar y/o regular el flujo de volumen de anolito.
4. Método según la reivindicación 2 o 3 caracterizado por que el flujo de volumen de anolito se controla y/o regula de tal manera que el sistema de alimentación de anolito es un sistema de circulación cerrado, en donde el flujo de volumen de anolito después de dejar de nuevo el al menos primer compartimento de anolito o los al menos primer y segundo compartimentos de anolito del sistema de ánodo de membrana fluye de regreso al tanque de anolito inicial.
5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el anolito es un líquido acuoso, preferiblemente agua destilada pura.
6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por que el anolito está libre de cualquier ácido, preferiblemente completamente libre de ácidos, en particular libre de ácidos minerales, especialmente libre de ácido sulfúrico.
7. Uso de un sistema de ánodo de membrana que comprende
- al menos un tanque de reacción,
- al menos una primera membrana,
- al menos un ánodo,
- al menos un cátodo,
- al menos un primer compartimento de anolito, y
- al menos un compartimento de catolito
caracterizado por que la al menos primera membrana está dispuesta entre el ánodo y el cátodo, en donde la al menos primera membrana tiene una distancia al ánodo que oscila entre 0,5 mm y 5 mm, para la deposición electrolítica ácida o alcalina de una capa de aleación de zinc-níquel sobre un sustrato a tratar por un método según una de las reivindicaciones 1 a 6.
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