Actualmente, el 43% de la producción mundial de zinc se destina al proceso de galvanizado
por inmersión en caliente. Previamente a la introducción de las piezas en el baño de zinc
fundido, éstas necesitan una serie de tratamientos superficiales. Entre estos tratamientos
cabe destacar la etapa de decapado, que consiste en la inmersión de las piezas en un baño
de ácido clorhídrico para eliminar de su superficie cáscaras y restos de óxido, como la etapa
más contaminante del proceso de galvanizado, ya que los baños agotados de decapado
contienen elevadas concentraciones de ZnCl2 y FeCl2 en HCl. En la presente Tesis Doctoral se
realiza un estudio en profundidad de la recuparación electroquímica del zinc, presentándola
como una alternativa limpia y eficaz en la que se pretende recuperar el componente de
mayor valor añadido, en su estado metálico, que podría ser directamente reintroducido en
el proceso de galvanizado de zinc por inmersión en caliente.
Previamente al uso de la electrólisis como tratamiento de los baños agotados de decapado
se realizó un estudio electroquímico de la disolución mediante la técnica de la voltametría
cíclica. Este estudio determinó que el zinc se deposita en masa a partir de -1V, situándose su
pico de reducción próximo a los -1.5V. Del análisis de las diferentes voltametrías cíclicas
realizadas se dedujo que la deposición del zinc es un proceso irreversible, controlado tanto
por la transferencia de materia como por la transferencia de carga, y transcurre mediante la
formación de una película de hidróxidos de zinc sobre la superficie del electrodo gracias a
aumentos locales del pH promovidos por la HER. También se determinó que el zinc y el
hierro se depositan siguiendo un proceso de co-deposición anómala que permite que el zinc
se deposite preferentemente al hierro sobre la superficie del electrodo, pues la película de
Zn(OH)2 inhibe la deposición del hierro. No obstante, la estabilidad de la película de Zn(OH)2
depende, en gran medida, de la relación existente entre las concentraciones de Zn y Fe, del
pH y de la intensidad aplicada.
A partir del estudio electroquímico se determinaron los potenciales e intensidades a aplicar
en el reactor electroquímico para los modos potenciostático y galvanostático de operación.
Del análisis de las diferentes figuras de mérito (X, ϕ, η y Es), se concluyó que debido a la
influencia del proceso HER (reacción de evolución del hidrógeno), el modo potenciostático
perdía la selectividad característica de este modo de operación. Así mismo, se determinó
que el cloro gas generado en el ánodo ataca a los depósitos de zinc provocando su
redisolución y que la presencia de hierro favorece dicha redisolución del zinc y también
disminuye el rendimiento eléctrico del proceso. Por otra parte, la co-deposición del zinc y el
hierro se detectó una vez la conversión del zinc sobrepasó el 50% y cuando el pH era mayor
o igual a 2.
Debido al efecto negativo de la presencia de cloro en las cercanías del cátodo, se decidió
usar un reactor electroquímico de membranas que actuaran como separador de ambos
compartimentos. El uso de una MIA (membrana de intercambio aniónico) evitó el
fenómeno de redisolución del zinc, mejorando los resultados obtenidos respecto a los
experimentos realizados en ausencia de separador. No obstante, esta membrana no
solucionó el problema de la co-deposición del hierro. Para evitar este fenómeno se decidió
cambiar la membrana y se pasó a utilizar una MIC (membrana de intercambio catiónico).
Gracias a esta nueva configuración se consiguió evitar la co-deposición del hierro aunque
empeoraron los resultados del proceso debido a la ausencia de zinc en la cámara catódica durante los primeros instantes de la electrólisis. Añadir zinc en la cámara catódica en los
experimentos con la MIC permitió la obtención de resultados similares a los obtenidos con
la MIA. De los estudios realizados sobre el reactor con la MIC en presencia de zinc en la
cámara catódica, se desprendió que elevadas intensidades favorecen los resultados
obtenidos para la recuperación del zinc pero permiten la co-deposición del hierro. Además,
de las curvas de polarización de la membrana se determinó que trabajar con intensidades
superiores a la límite provoca el ensuciamiento de la misma. No obstante, se encontraron
combinaciones de intensidad aplicada y concentración inicial de zinc en la cámara catódica
que permiten la obtención de un equilibrio entre la cantidad de zinc que pasa a través de la
MIC y la que se deposita sobre la superficie del cátodo, evitando además la co-deposición
del hierro. / Carrillo Abad, J. (2014). Estudio de la recuperación del zinc presente en los baños agotados de decapado procedentes de las industrias de galvanizado de zinc en caliente mediante técnicas electroquímicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39370
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/39370 |
| Date | 03 September 2014 |
| Creators | Carrillo Abad, Jorge |
| Contributors | García Gabaldón, Montserrat, Pérez Herranz, Valentín, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales - Departament d'Enginyeria Mecànica i de Materials |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Source | Riunet |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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