ITMI961085A1 - Procedimento di elettrodeposizione con stabilizzazione e controllo della concentrazione del metallo da depositare nel bagno galvanico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Oggetto della presente invenzione è un procedimento di elettrodeposizione mediante dissoluzione di un anodo solubile, con stabilizzazione e controllo della concentrazione del metallo da depositare nel bagno galvanico durante la elettrodeposizione. Pure oggetto dell'invenzione è una apparecchiatura atta a realizzare la elettrodeposizione a concentrazione stabilizzata e controllata del metallo da depositare nel bagno.

Come è noto, nella elettrodeposizione l'oggetto da trattare, opportunamente preparato, viene connesso in modo da formare il catodo di una cella elettrolitica nella quale l'elettrolita (bagno galvanico) contiene ioni del metallo da depositare provenienti dalla dissoluzione di un sale del metallo stesso. Il passaggio di corrente continua provoca la scarica degli ioni e il deposito del metallo sul catodo. Il consumo del composto del metallo nella soluzione viene compensato dalla concomitante dissoluzione dell'anodo costituito da un pezzo o da una pluralità di pezzi dello stesso metallo. In condizioni ideali il peso del metallo depositato e quello del metallo disciolto sono uguali e proporzionali alla quantità di elettricità passata. In pratica però il rendimento anodico e quello catodico sono diversi dal valore teorico; quando il rendimento anodico è superiore a quello catodico, la soluzione si arricchisce del metallo in soluzione.

Si verifica così l'inconveniente che, con l'aumentare della concentrazione del metallo e quindi dei sali nel bagno, tendono a formarsi precipitati e fanghi che debbono essere eliminati e che costituiscono ostacolo al buon andamento del procedimento di elettrodeposizione.

Inoltre il continuo progressivo aumento della concentrazione del metallo nel bagno rappresenta una continua variazione di uno dei parametri fondamentali della elettrolisi e questo richiede una continua verifica e relativo aggiustamento degli altri parametri al fine di mantenere il più possibile costanti le condizioni globali della elettrodeposizione e le caratteristiche del prodotto depositato.

Il fenomeno dell'aumento della concentrazione del metallo nel bagno non può essere eliminato ad esempio diminuendo la superficie anodica rispetto a quella catodica in quanto ciò comporterebbe, secondo l'esperienza nota, delle anomalie (disuniformità) del deposito superficiale che non possono essere accettate.

Conseguentemente, negli impianti di elettrodeposizione, quando la concentrazione del metallo ha raggiunto il livello massimo compatibile coi prodotti di solubilità dei sali presenti nella soluzione, il bagno non può più essere utilizzato e quindi si procede alla eliminazione di una parte del bagno stesso con la conseguente necessità di provvedere alla sua rigenerazione e/o al suo smaltimento .

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento di elettrodeposizione dei metalli mediante dissoluzione di un anodo solubile costituito dal metallo da depositare, nel quale procedimento la concentrazione dell’elettrolita nel bagno venga stabilizzata e controllata durante la elettrodeposizione stessa, assicurando così la costanza delle condizioni di elettrodeposizione e della qualità e caratteristiche dello strato di metallo depositato catodicamente.

Altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un procedimento che consenta di eliminare o ridurre al minimo la precipitazione di sali nei bagni galvanici riducendo così la necessità di ricorrere a procedimenti di rigenerazione e/o smaltimento ed eliminando o riducendo sostanzialmente i relativi problemi di inquinamento .

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di consentire il riciclo diretto nel bagno di soluzioni concentrate, nei sali del bagno stesso, anche provenienti dal trattamento delle soluzioni di lavaggio dei manufatti.

Pure scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione un'apparecchiatura atta a realizzare il procedimento di elettrodeposizione con stabilizzazione e controllo della concentrazione del metallo da depositare nel bagno e che sia inoltre realizzabile anche in impianti galvanici preesistenti effettuando semplici ed economiche modifiche alle apparecchiature già installate.

Questi ed altri scopi ancora e relativi vantaggi che più chiaramente risulteranno dalla descrizione che segue, vengono raggiunti da un procedimento di elettrodeposizione con dissoluzione di un anodo costituito dal metallo da depositare reso solubile mediante passaggio di corrente anodica, il quale procedimento, secondo il presente trovato, è caratterizzato dal fatto che una aliquota di detta corrente anodica viene sottratta a detta dissoluzione dell'anodo ed impegnata per produrre e sviluppare ossigeno su apposito anodo insolubile, detta aliquota essendo regolata in funzione dell'andamento della concentrazione di detto metallo nel bagno galvanico durante detta elettrodeposizione.

Si è visto che regolando opportunamente l'aliquota di corrente anodica sottratta ed impiegata per formare ossigeno, si realizza il controllo della concentrazione del metallo da depositare e si ha una sensibile riduzione della formazione di fanghi e di precipitati nel bagno e le caratteristiche del deposito catodico risultano molto omogenee ed uniformi.

Secondo la presente invenzione, una apparecchiatura atta a realizzare detto procedimento di elettrodeposizione con stabilizzazione e controllo della concentrazione del metallo da depositare nel bagno galvanico, comprende :

- una usuale cella di elettrodeposizione provvista di uno' o più anodi solubili costituiti dal metallo da depositare immersi nel bagno galvanico costituito da una soluzione di sali dello stesso metallo e collegati ad una barra anodica,

- almeno una semicella anodica atta a sottrarre una aliquota di detta corrente anodica alla dissoluzione di detti anodi solubili e ad impegnarla per produrre e sviluppare ossigeno su almeno un anodo insolubile. Più particolarmente, detta semicella anodica comprende: - almeno un contenitore scatolare contenente un elettrolita in soluzione acquosa immerso in detto bagno galvanico e provvisto di un separatore iono-selettivo a membrana atto ad assicurare la continuità elettrolitica ma ad impedire il mescolamento tra detto elettrolita e detto bagno galvanico,

- almeno un anodo insolubile collegato a detta barra anodica e immerso in detto elettrolita contenuto in detto contenitore scatolare.

La aliquota di corrente anodica che viene impegnata per produrre ossigeno può essere variata a seconda delle necessità disponendo ad esempio nel bagno galvanico un diverso numero di semi-celle anodiche secondo il trovato; le semicelle anodiche possono poi essere provviste ciascuna di un numero diverso e variabile di anodi insolubili.

L'apparecchiatura secondo il trovato consente poi il vantaggioso riutilizzo di una certa quantità di metallo ricuperato sotto forma di sale, ad esempio dalle acque di lavaggio degli oggetti trattati; questi ultimi infatti, una volta terminata la elettrodeposizione, vengono estratti dai bagni galvanici impregnati del bagno stesso e quindi accompagnati da una certa quantità di sale che viene allontanato mediante lavaggio e che naturalmente finisce nelle acque di lavaggio creando problemi di inquinamento e/o di smaltimento. Secondo il trovato il sale ricuperato dalle acque di lavaggio in soluzione concentrata mediante noti procedimenti di evaporazione, elettrodialisi e simili, può essere re introdotto nel bagno galvanico semplicemente prov edendo ad attivare una o più semi-celle anodiche supplementari, predisposte appunto per svolgere questa funzione.

Tali anodi insolubili possono essere realizzati in piombo, oppure in carbone, oppure in titanio, a seconda del bagno galvanico impiegato e del metallo da depositare, e possono essere trattati superficialmente in vario modo e secondo modalità note per ridurre la sovratensione dell'ossigeno e facilitarne lo sviluppo. Il procedimento e l'apparecchiatura secondo il trovato possono essere vantaggiosamente impiegati per qualsiasi processo di elettrodeposizione galvanica, quale ramatura, nichelatura, ottonatura, zincatura, cadmiatura, stagnatura e cromatura. Il procedimento secondo il trovato si è rivelato particolarmente vantaggioso nella nichelatura: in questo caso l'anodo insolubile è costituito preferibilmente da un anodo in titanio e l'elettrolita acido contenuto nel contenitore scatolare è costituito da una soluzione acquosa di acido solforico. Il separatore iono-selettivo di cui è provvista la semicella anodica svolge anche la funzione di impedire il passaggio degli ioni C1-, normalmente presenti nei bagni galvanici di nichelatura, nell'elettrolita acido della semicella ed impedire cosi la formazione e lo sviluppo di cloro sull'anodo insolubile, che creerebbe gravi problemi di inquinamento e di sicurezza.

Come separatore iono-selettivo possono essere impiegati i tipi reperibili in commercio come membrane a scambio ionico e simili.

Ad esempio, il procedimento oggetto del presente trovato consente di realizzare il controllo e la stabilizzazione della concentrazione di Nichel nel bagno di deposito su valori di 24-26 BE' sostituendo il 10-30% di superficie anodica esistente (costituita dagli anodi solubili) con una equivalente superficie anodica costituita da un certo numero di semicelle anodiche.

La presente invenzione viene descritta con riferimento alla allegata tavola di disegno, data a solo titolo illustrativo e non limitativo dell'ambito di protezione del trovato stesso, nella quale:

la figura 1 mostra, schematicamente in vista dall'alto una parte di una apparecchiatura o cella per elettrodeposizione galvanica secondo il trovato, mentre

la figura 2 mostra, sempre schematicamente, una sezione secondo A-A della apparecchiatura di figura 1.

Con riferimento a tali figure, la apparecchiatura per elettrodeposizione comprende un contenitore 1, contenente il bagno galvanico 2 costituito, ad esempio nel caso della nichelatura,; da una soluzione di NiS04 contenente cloruri, borati e gli altri normali costituenti del bagno secondo l'arte nota.

Alla barra catodica 3 sono collegati i catodi 4, 5, 6, 7 e 8 comprendenti i pezzi da ricoprire con nichel, mentre alla barra anodica 9 sono collegati gli anodi solubili 10, 11, 12 e 13, costituiti in questo caso da barre di nichel oppure da cestelli contenenti nichel in pezzi. Alla barra anodica 9 è poi collegata la semicella anodica 14 comprendente il contenitore scatolare 15 contenente l'elettrolita 16, costituito in questo caso ad esempio da una soluzione di H2S04; il contenitore scatolare 16 è chiuso dal separatore iono-selettivo 17 che assicura la separazione dell'elettrolita 16 dal bagno 2. Nell'elettrolita è immerso l'anodo insolubile 18 collegato alla barra anodica 9, sul quale si sviluppa l'ossigeno che viene eliminato attraverso il condotto 19. L'anodo insolubile può essere vantaggiosamente costituito da titanio trattato superficialmente per ridurre la sovratensione dell'ossigeno.

Naturalmente la semicella anodica secondo il trovato può essere sistemata nel modo più opportuno a seconda delle caratteristiche e dimensioni dei catodi, vale a dire degli oggetti da ricoprire per elettrodeposizione. Inoltre la semicella può essere introdotta con estrema facilità in apparecchiature di elettrodeposizione già preesistenti, senza dover effettuare complicate e/o costose operazioni di adattamento.

Le apparecchiature di elettrodeposizione possono poi essere provviste anche di più semicelle, opportunamente disposte tra gli anodi solubili, a seconda delle dimensioni e/o delle caratteristiche delle apparecchiature stesse. Così pure, ciascuna semicella può essere provvista di più anodi insolubili, di forma e dimensioni anche queste variabili a seconda del tipo di apparecchiatura che si intende realizzare.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di elettrodeposizione con dissoluzione di un anodo costituito dal metallo da depositare reso solubile mediante passaggio di corrente anodica, caratterizzato dal fatto che una aliquota di detta corrente anodica viene sottratta a detta dissoluzione dell'anodo ed impegnata per produrre e sviluppare ossigeno su apposito anodo insolubile, detta aliquota essendo regolata in funzione dell'andamento della concentrazione di detto metallo nel bagno galvanico durante detta elettrodeposizione.
2. 2. Apparecchiatura per realizzare un procedimento di elettrodeposizione con stabilizzazione e controllo della concentrazione del metallo da depositare nel bagno galvanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende: - una usuale cella di elettrodeposizione (1) provvista di uno o più anodi solubili (10, il, 12, 13) costituiti dal metallo da depositare immersi nel bagno galvanico (2) costituito da una soluzione di sali dello stesso metallo e collegati ad una barra anodica (9), - almeno una semicella anodica (14) atta a sottrarre una aliquota di detta corrente anodica alla dissoluzione di detti anodi solubili e ad impegnarla per produrre e sviluppare ossigeno su almeno un anodo insolubile (18).
3. 3. Apparecchiatura per realizzare un procedimento di elettrodeposizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta semicella anodica (14) comprende : - almeno un contenitore scatolare (15) contenente un elettrolita in soluzione acquosa (16) immerso in detto bagno galvanico (2) e provvisto di un separatore ionoselettivo (17) a membrana atto ad assicurare la continuità elettrolitica ma ad impedire il mescolamento tra detto elettrolita (16) e detto bagno galvanico (2), - almeno un anodo insolubile (18) collegato a detta barra anodica (9) e immerso in detto elettrolita (16) contenuto in detto contenitore scatolare (15).
4. 4. Apparechiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto anodo insolubile presente in detta semicella è realizzato in titanio eventualmente trattato superficialmente per ridurre la sovratensione dell'ossigeno e che detto elettrolita è costituito da una soluzione di acido solforico, detta semicella anodica così realizzata essendo particolarmente utilizzabile per la elettrodeposizione di nichel.