Fundamentos y Aplicaciones Clave de la Electroquímica Industrial

Separadores y Membranas Electroquímicas

Los separadores son componentes cruciales en sistemas electroquímicos. Se clasifican en:

• Porosos: Actúan como soporte o promotor.
• Microporosos: Presentan alta resistencia a la difusión y convección, y baja resistencia a la migración.

Propiedades Clave de los Separadores

Las propiedades deseables de los separadores incluyen:

• Alta conductividad.
• Baja difusión.
• Distribución uniforme de corriente.
• Estabilidad química, térmica y mecánica.
• Estructuras abiertas o cerradas.

Membranas de Intercambio Iónico

Las membranas de intercambio iónico son estructuras poliméricas entrecruzadas que incorporan grupos de intercambio iónico. Estos grupos poseen carga negativa en las membranas catiónicas y carga positiva en las aniónicas.

Grupos Funcionales Habituales:

• Catiónicas: SO₃⁻ y COO⁻.
• Aniónicas: NH₃⁺ y RNH₂⁺.

Es fundamental que los intersticios de la red estén embebidos en agua para su correcto funcionamiento.

Ejemplos de Membranas Catiónicas:

• Membrana Nafion.
• Membrana Asahi Chemical.

Las membranas bipolares se utilizan, por ejemplo, en la regeneración de ácidos.

Propiedades de las Membranas

Las propiedades que describen el comportamiento de una membrana son:

• Resistencia química, térmica, mecánica y eléctrica.
• Permeabilidad mecánica y osmótica.
• Conductividad eléctrica.
• Selectividad iónica.
• Números de transporte.

Las propiedades más relevantes para describir el comportamiento de una membrana son la selectividad y la resistencia eléctrica.

Es importante diferenciar entre membrana y diafragma en el contexto electroquímico.

Procesos Electroquímicos de Recubrimiento y Conversión

Procesos de Deposición Electroquímica

En los procesos de deposición electroquímica, la pieza se recubre con una o varias capas de recubrimientos metálicos. Los tipos de recubrimientos más comunes incluyen:

• Cobreado
• Niquelado
• Cromado
• Dorado
• Zincado

El objetivo principal es mejorar el aspecto del metal base y prevenir la oxidación de las superficies metálicas.

Procesos de Conversión Electroquímica

Los procesos de conversión electroquímica implican una modificación de la superficie de la pieza sin el aporte de otro metal.

Componentes de Instalaciones de Recubrimientos Metálicos

Ánodos

Los ánodos son conductores metálicos que están en contacto con la fuente eléctrica e inmersos en la solución electrolítica. Se clasifican en:

• Ánodos Solubles: Son el electrodo positivo que cede el metal a la solución electrolítica para su deposición sobre la pieza. Se corroen bajo la influencia de la corriente eléctrica.
• Ánodos Insolubles: Estos ánodos solo permiten la conducción eléctrica de la fuente a la solución, sin aportar material.

Celdas Electrolíticas

Las celdas electrolíticas actúan como contenedores de las soluciones electrolíticas.

Características de las Celdas Electrolíticas:

• Resistencia al ataque de las soluciones.
• Fuerza mecánica para soportar las cargas.
• El material de fabricación (aceros con diferentes recubrimientos de goma, acero inoxidable de diversas aleaciones, materiales plásticos) se determina por la solución electrolítica y la temperatura de uso.

Factores Clave en los Procesos de Recubrimientos Metálicos

Los principales factores que influyen en la calidad y características de los recubrimientos metálicos son:

• Densidad de Corriente: Su aumento conlleva a la disminución del tamaño del cristal, obteniéndose estructuras más finas. Si la densidad de corriente (i) es mayor que la densidad de corriente límite (iL), se pueden producir depósitos quebradizos.
• pH: Debe mantenerse en un rango óptimo. Por debajo de este rango, se pueden producir picaduras o ampollamiento; por encima, los depósitos pueden ser ásperos.
• Temperatura (Tª): Un aumento de la temperatura favorece la movilidad de los iones metálicos y la formación de depósitos brillantes y de grano fino.
• Concentración: La solución debe contener una concentración adecuada de iones a depositar y un número suficiente de moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente.
• Agitación: La agitación de la solución electrolítica es fundamental para asegurar una distribución uniforme de los iones y evitar el agotamiento local.

Tecnologías Basadas en la Electrólisis

La electrólisis es el fundamento de diversas tecnologías con aplicaciones industriales y ambientales:

• Electrocloración: Generación de ácido hipocloroso a partir de la electrólisis de cloruro de sodio (NaCl). Se emplea para desinfección y oxidación de iones como Fe²⁺, Mn²⁺, HS⁻ y CN⁻.
• Electrocoagulación-Flotación: Generación de coagulantes in situ, además de la producción de hidrógeno y oxígeno para la flotación de sólidos. Sus aplicaciones incluyen la eliminación de sólidos, compuestos orgánicos y la precipitación de metales, entre otros.
• Electrodescontaminación: Aprovecha la reducción catódica y la oxidación anódica para el tratamiento de compuestos tóxicos. Se utiliza fundamentalmente para el tratamiento de metales (como el cromo(VI)) y la oxidación/reducción de compuestos orgánicos.
• Electroflotación: Generación de hidrógeno y oxígeno mediante la electrólisis del agua. Se emplea para la separación de sólidos suspendidos y el tratamiento de emulsiones.
• Electrólisis (Recuperación de Metales): Proceso basado en la reducción catódica, utilizado para la recuperación o eliminación de metales disueltos.

Factores que Influyen en el Rendimiento de la Recuperación de Metales:

• Tipo de metal.
• Forma química del metal.
• Acidez del medio.
• Concentración.
• Presencia de impurezas que compitan con la deposición metálica.

Métodos Electroquímicos para la Destrucción de Contaminantes Orgánicos en Medio Acuoso

Los métodos electroquímicos para la destrucción de contaminantes orgánicos en medio acuoso incluyen:

• Electrólisis Directa: Los contaminantes reaccionan directamente en la superficie del electrodo.
• Electrólisis Indirecta: Se generan especies oxidantes o reductoras en el electrodo que luego reaccionan con los contaminantes en la solución.