Recuperación de níquel de procesos galvánicos

Recuperación de níquel de procesos galvánicos

Recuperación de níquel de procesos galvánicos
Texto traducido por EdiTecBa (www.editecba.com.ar) con autorización de
Gütling Wassertechnologie GmbH (www.guetling.com) - Fellbach, Alemania
Recuperación de níquel de procesos galvánicos
por G. Fischer
La deposición de níquel es uno de los procesos
galvánicos importantes para obtener recubrimientos
resistentes a la corrosión, decorativos y resistentes al
desgaste. Las capas dobles de níquel constituyen la
base ideal para piezas cromadas de acero fundido o
de fundición inyectada de cinc. Una recuperación del
níquel arrastrado desde los baños de proceso alivia
la carga sobre las instalaciones existentes de tratamiento de aguas residuales, reduce las emisiones y
la producción de lodos, y retorna el níquel o las sales
de níquel al proceso. El níquel ya no va a parar como
producto de desecho al vertedero de residuos, y la
observancia de las disposiciones que exigen bajos
contenidos de níquel en las aguas residuales no representa problema alguno y puede lograrse sin gasto
adicional. Experiencias de muchos años con los procesos descritos a continuación enseñaron que los
costos de operación (productos químicos, personal,
mantenimiento) se encuentran por debajo de los costos de un tratamiento correspondiente de aguas residuales, particularmente en el caso de equipos intercambiadores de iones.
La recuperación requiere tener en cuenta algunos
puntos importantes para el proceso de niquelado. Los
criterios se presentarán brevemente:
Los electrolitos de níquel contienen aditivos orgánicos que afectan la estructura cristalina, el comportamiento frente a la corrosión y propiedades mecánicas
tales como tensiones internas, dureza, resistencia y
ductilidad de las capas de níquel. Ello se debe a la influencia que estos aditivos orgánicos ejercen por adsorción, inhibición e integración parcial en la red metálica. Por otro lado, los productos de degradación de
estos compuestos orgánicos conducen, al aumentar
su concentración en el baño de níquel, a una desmejora de las propiedades deseadas, sobre todo a tensiones internas demasiado elevadas en el precipitado
y a una disminución de la ductilidad. Tal como lo
mostraron extensos estudios, frecuentemente no es
posible la remoción de los productos de degradación
orgánicos a través de una limpieza con carbón activado. En cualquier caso, un tratamiento con carbón activado supone considerables pérdidas de electrolito.
El rendimiento de corriente catódica de la deposición
de níquel varía en la práctica entre 95 y 97%. El rendimiento de corriente anódica para la disolución del
níquel es prácticamente del 100% en el baño de
Watts. Esto significa que se disuelve más níquel que
el que se deposita. Se podría emplear superficies
proporcionales como ánodos insolubles, pero esto fallaría por la generación de cloro y la oxidación de los
costosos aditivos del baño. El tratamiento convencional de aguas residuales prevé una neutralización de
las aguas residuales ácidas o alcalinas, o de los eluatos recogidos. La problemática reside en la precipitación insuficiente del níquel en el caso de que el pH se
encuentre entre 7 y 9; recién con un pH entre 10 y
11, la solubilidad es igual o menor que 1 mg/l. Las
condiciones empeoran por formadores de complejos
provenientes de otras aguas residuales, los cuales
forman complejos de níquel en la mezcla.
Ya la problemática de la precipitación de níquel exige
un tratamiento separado de las aguas de lavado que
contienen níquel. Con ello ya prácticamente está dado el primer paso para la recuperación del níquel.
Hoy en día se ofrecen a menudo soluciones y procesos que no eliminan el problema de las aguas
residuales. Tampoco puede verse que con estas soluciones y procesos se tenga en consideración el
balance de las sustancias orgánicas perturbadoras y
del níquel en el baño del proceso. La concentración
de las aguas de lavado del níquel por medio de evaporación u ósmosis inversa hace que, con el retorno
al baño de níquel, también retornen las sustancias
perturbadoras. Además, esta forma de recuperación
tendría como consecuencia un incremento permanente del contenido de níquel. Una posibilidad es
extraer el níquel de las aguas de lavado concentradas por medio de la separación electrolítica. Si esto ocurre en celdas de electrólisis, entonces el elevado contenido de cloro causará la formación de
cloro y problemas en los ánodos. Es posible realizar
una recuperación parcial sencilla mediante una celda
de electrólisis a tambor que tenga anolitos separados
y libres de cloruro (Figura 1).
Asimismo se analizaron las posibilidades de la recuperación del níquel mediante intercambiadores de
iones. En la regeneración del intercambiador se produce una solución que contiene ácido sulfúrico con
unos gramos de níquel por litro. Esta solución no
puede agregarse al baño ni someterse a una electrólisis para recuperar el níquel, dado que el rendimiento
de corriente de la separación de níquel es muy
reducido.
Figura 1: Celda Retrom de Gütling
El proceso de recuperación de níquel de la empresa
Gütling (RECON) trabaja según el principio de
precipitación, separación y redisolución por tratamiento separado de las aguas de lavado de níquel en
un equipo compacto. El níquel se recupera de forma
completa y, una vez finalizada la construcción del
equipo, se lo retorna al proceso como níquel anódico
(pellets). Por medio de un lavado sincronizado de
inmersión y rociado se reduce significativamente el
consumo de agua de lavado. El agua de lavado con
contenidos de níquel llega a una etapa de neutralización en la que tiene lugar una precipitación cuantitativa a pH 10-10,5 con hidróxido de sodio o con una
mezcla NaOH-Na2CO3. Luego de la neutralización, el
agua con el hidróxido de níquel precipitado llega a un
depósito decantador para la separación de los sólidos. Las aguas residuales libres de níquel, purificadas y con pH 10 se transportan en la neutralización
a las aguas generales de lavado para la corrección
del pH. Aproximadamente una vez por día se pone
en marcha la carga del filtro prensa, que se controla
por medio del presostato en el depósito de aire. La
torta se comprime hasta obtener un contenido de
sólidos de 25–30% y, luego de la apertura del filtro
prensa, se la descarga, a través de una tolva, a un
tanque de lixiviación.
Para la utilización de la torta de hidróxido de níquel
se dispone ahora de diferentes caminos que depen-
den de las condiciones del taller. El camino más
sencillo es la acumulación de la torta filtrante para
entregársela a una planta siderúrgica o a una empresa productora de sales de níquel. Sin embargo, la
ganancia a obtener es reducida en comparación con
la pureza y el contenido de níquel de la torta, que es
de aproximadamente 15%.
El segundo camino comprende la redisolución de la
torta para producir una solución de sulfato de níquel
con 50–80 g de níquel por litro. Esta solución se usa
para completar el baño de níquel. La redisolución
ocurre automáticamente trasegando la solución acidulada a través de la torta filtrante mediante una
bomba; en este proceso se controla el pH y la temperatura. Sin embargo, las diferencias de rendimiento
de corriente en el baño de níquel no permiten el
retorno completo del níquel en forma soluble de
manera que el excedente se recoge y se entrega
como torta de hidróxido de níquel.
Los productos de degradación orgánicos del baño de
níquel permanecen disueltos en las aguas residuales;
se los descarga junto con las aguas residuales.
Debido a la humedad residual de la torta filtrante
llegan a la solución de níquel recuperada cantidades
reducidas de las sustancias disueltas, cuya concentración es la de las aguas residuales. En el marco de
un proyecto de investigación patrocinado por el
Ministerio de Investigación y Tecnología Alemán se
realizaron y publicaron extensos estudios sobre la
eliminación de los productos de degradación orgánicos. Estos estudios mostraban que los productos de
degradación se eliminan en un 97-98%. Es por ello
entendible que el proceso se emplee también exitosamente en el área del niquelado doble.
Las sustancias no disueltas, p. ej. metales extraños
coprecipitados como hierro, cobre o cinc, sedimentan
con el hidróxido de níquel, quedan en la torta filtrante
y se las vuelve a poner en solución. Para su eliminación pueden emplearse los métodos conocidos en la
práctica, con oxidación del hierro bivalente y precipitación, o bien separación selectiva a baja densidad
de corriente, como ya de por sí se los aplica en los
baños de proceso.
La solución de sulfato de níquel, con 50–80 g de
níquel por litro, producida por la disolución de la torta
de hidróxido de níquel, ofrece naturalmente las condiciones ideales para la separación electrolítica (Celda
RetTrom) del níquel. Con ello se evita el excedente
de níquel disuelto y el balance de sustancias está
equilibrado nuevamente. Como ventaja adicional debe apreciarse que el ácido sulfúrico liberado en la
separación del níquel se reutiliza para disolver una
nueva torta de Ni(OH)2.
La deposición sobre láminas catódicas no representa
una solución satisfactoria, dado que el níquel se
agrieta y se desprende ya con un espesor de 1–2 mm
debido a sus tensiones y su dureza. Desprender el
níquel del cátodo y triturarlo cuesta mucho trabajo.
En vez de ello, la separación en pellets de níquel con
la Celda Retrom ha demostrado ser una solución muy
practicable. El tambor se encarga del movimiento y
del intercambio de solución, y las esferas niqueladas
desde un diámetro de 5-6 mm a uno de 10-12mm
(Figura 2) pueden pasarse fácilmente a las cestas de
ánodos.
La solución de sulfato de níquel sólo contiene
cantidades muy reducidas de cloruro. El recinto de
ánodos de la Celda Retrom se separa por membranas especiales y se lo llena con H2SO4 0,1 a 0,5
normal como anolito.
La recuperación de níquel mostrada se compone de
procesos sencillos y probados, y puede integrarse sin
gran desembolso en instalaciones existentes.
Figura 2: Pellets niquelados provenientes de la celda Retrom
Fellbach, 14 de febrero de 2007
Texto traducido por EdiTecBa (www.editecba.com.ar)
con autorización de
Gütling Wassertechnologie GmbH (www.guetling.com) – Fellbach, Alemania