Aplicaciones Industriales

Aplicaciones industriales de la electrólisis

La descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna.

Producción y Refinado de Metales

Soda Cáustica: la soda o sosa cáustica (un producto químico importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal común en agua. La reacción produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electrolítica produciendo sosa cáustica. El cloro obtenido se utiliza en la fabricación de pasta de madera y papel.

Horno Eléctrico: aplicación industrial importante de la electrólisis, que se utiliza para la producción de aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se deposita el metal electrolíticamente.

1- Aluminio: es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Es un metal poco electronegativo y extremamente reactivo. Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. La bauxita, un óxido de aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus compuestos.

Para la electrólisis del óxido de aluminio unido a la criolita (Na3Al F6) se emplean cubas de hierro recubiertas por carbón de retorta, que hace de cátodo y ánodos de grafito.

Primero se coloca en el interior de la cuba, criolita y se acercan los ánodos a las paredes de la cuba, de esta forma se genera un arco eléctrico (1000 C°) que funde la criolita. Se añade entonces el óxido de aluminio y comienza la electrólisis. El cátodo se va consumiendo durante el proceso y aluminio fundido se deposita en el fondo de la cuba donde se retira por un orificio lateral, ubicado en la parte inferior de la misma.

Anodo:

6O= + 3C → 3CO2 + 12e-

Cátodo:

4Al+++ + 12e- → 4Al°

Reacción global:

2AL2O3 ⇔ 4AL+++ + 6O=

Este proceso sigue siendo el método principal para la producción comercial de aluminio, aunque se están estudiando nuevos métodos. La pureza del producto se ha incrementado hasta un 99,5% de aluminio puro en un lingote comercialmente puro; posteriormente puede ser refinado hasta un 99,99 por ciento.

La producción mundial de aluminio ha experimentado un rápido crecimiento, aunque se estabilizó a partir de 1980. En 1900 esta producción era de 7.300 toneladas, en 1938 de 598.000 toneladas y en 1993 la producción estimada de aluminio primario era de unos 19 millones de toneladas.

2- Manganeso: El manganeso puro se obtiene por la combustión del dióxido de manganeso (pirolusita) con polvo de aluminio y por la electrólisis del sulfato de manganeso. Este metal no se da en la naturaleza en estado puro, pero se encuentra ampliamente distribuido en todo el mundo en forma de menas. Ocupa el lugar 12 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.

3- Sodio: Sólo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos como cloruro de sodio, y con menor frecuencia como carbonato de sodio y sulfato de sodio. El sodio comercial se prepara descomponiendo electrolíticamente cloruro de sodio fundido. El sodio ocupa el séptimo lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.

El método Downs para el refinado del sodio consta de un aparato que esta constituido por una caldera de hierro a,por cuya parte inferior entra un ánodo de grafito b. El cátodo C entra en la masa fundida de NaCl. Al circular una corriente por el cloruro de sodio fundido, se producen las siguientes reacciones.

Anodo:

2Cl‾ - 2e- → Cl2°

Cátodo:

2Na+ + 2e- → 2Na°

Reacción global:

2ClNa ⇔2Na+ + 2Cl‾

El sodio por su baja densidad,flota y se extrae por D mientras el cloro se desprende en E.

Refinado Electrolítico: estos métodos se utilizan para refinar el plomo, el estaño, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza.

1- Plomo: Una fuente importante de obtención de plomo son los materiales de desecho industriales, que se recuperan y funden. El plomo en bruto suele purificarse removiendo plomo fundido en presencia de aire. Los óxidos de las impurezas metálicas suben a la superficie y se eliminan. Los grados más puros de plomo se obtienen refinando electrolíticamente.

2- Estaño: El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre. El mineral principal del estaño es el SnO2 (casiterita). En la extracción de estaño,primero se muele y se lava el mineral para quitarle las impurezas, y luego se calcina para oxidar los sulfuros de hierro y de cobre. Después de un segundo lavado, se reduce el mineral con carbono en un horno de reverbero; el estaño fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques conocidos como estaño en lingotes. El metal obtenido se purifica por fusión, liberándolo de su principal impureza: el hierro, alcanza así una pureza del 90%. Luego se lo refina electrolíticamente.

3- Cobre: El cobre puede encontrarse en estado puro, frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas,aunque se han encontrado masas compactas de hasta 420 toneladas.. Este metal puede galvanizarse fácilmente como tal o como base para otros metales. El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. Las menas más importantes, las formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados se funden en un horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este cobre en bruto se purifica posteriormente por electrólisis, obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9 por ciento.

Para refinar el cobre bruto se emplea el método electrolítico. Se coloca al cobre bruto como ánodo, en una cuba electrolítica que contiene una solución de CuSO4. El sulfato cúprico se disocia de la siguiente forma:

CuSO4 ⇔ Cu++ + SO4=

El polo negativo o cátodo, esta constituido por láminas de cobre puro.

Al circular la corriente, los cationes cobre se dirigen al cátodo, donde se reducen, captando electrones y depositándose como cobre metálico,mientras los iones sulfato se dirigen al ánodo y reaccionan con el cobre impuro, formando sulfato

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