SUBSTITUCIÓN DE CIANURO EN ALEACIONES LIBRES DE NÍQUEL
"Las aleaciones contenido cobre - estaño o cobre - estaño-zinc pueden sustituir el níquel en varios ramos de actuación, como en el campo de los accesorios metálicos en ropas (botones, cierres relámpago) y en conectores de alta frecuencia para comunicación móvil."
RESUMEN
Para la substitución del cianuro en aleaciones libres de níquel debido a los efectos nocivos del níquel y sus aleaciones. Hemos investigado alternativas para la substitución del níquel en baños galvánicos. Una de ellas es la utilización de baños con aleaciones cobre/estaño o cobre/estaño/
zinc. Sin embargo, la gran desventaja es la presencia de cianuro (producto tóxico y ecológicamente incorrecto) que actúa como agente de complejidad, permitiendo la deposición simultánea de los metales involucrados en estos electrólitos mejorando su estabilidad. Es posible visualizar las dificultades encontradas cuando pensamos en sustituir el cianuro en estas aleaciones. No obstante, ya existen algunos electrólitos de las aleaciones cobre-estaño o cobre-estaño-zinc sin cianuro, que es substituido por otros compuestos (difosfatos, ácidos inorgánicos o agentes quelantes). Asimismo, llevaremos algún tiempo para encontrar procesos que substituyan con el mismo desempeño que aquellos que contienen cianuro. Entre los procesos existentes, el electrólito que contiene ácidos inorgánicos es el que presenta mejor desempeño, tanto en términos ambientales y facilidad de trabajo, como en desempeño del proceso.
La introducción de la utilización de capas electrodepositadas de níquel se ha tornado cada vez más restricta en el medio galvánico. Las razones que llevan a esto son descriptas a continuación:
• el níquel causa alergias (alergias por contacto “tipo 4”);
• el níquel es magnético;
• el níquel y las sales de níquel son clasificados como tóxicos (irritantes para la piel o carcinogénicos, asignados en la clase 1).
Pensando en esto se han investigado posibles alternativas para la sustitución del níquel en baños galvánicos. Una posible alternativa para este proceso es sustituir el níquel por aleaciones que contengan cobre-estaño o cobre- estaño-zinc. Estas aleaciones pueden sustituir el níquel en varios ramos de actuación, como, por ejemplo: en el campo de los accesorios metálicos en ropas (botones, cierres relámpagos) y en conectores de alta frecuencia para comunicación móvil, entre otros.
Sin embargo, existe una desventaja en los procesos que utilizan las aleaciones de cobre-estaño o cobre-estaño-zinc, por la presencia de cianuro. El cianuro actúa como agente de complejidad, permitiendo que simultáneamente se produzca la deposición de los metales involucrados.
El cianuro es extremadamente tóxico, pudiendo llevar a la muerte cuando se produce la intoxicación por sus sales, soluciones y vapores en la forma de Hcn. De esta forma, toda empresa que trabaja con procesos cianhídricos debe tomar una serie de precauciones, como el uso correcto de los EPIs - Equipos de Protección Individual, además de los kits de seguridad necesarios para primeros auxilios. No podemos olvidar que el cianuro es restringido en diversos países, tanto para su uso, como en su transporte y su manipulación.
De esta forma, para que la substitución de los electrólitos de níquel sea efectuada de una forma eficaz, es preciso desarrollar procesos que involucren aleaciones de metales sin el uso de cianuro, dirigidos a los diferentes mercados de actuación. Este artículo brindará una visión general y actual en lo que concierne a la substitución del cianuro en los electrólitos para electrodeposición de aleaciones de cobre-estaño o cobre-estaño-zinc.
POSIBILIDADES ALTERNATIVAS
El cianuro actúa de dos maneras en los electrólitos conteniendo la aleación cobre-estaño o cobre-estaño-zinc: la primera función es unir los iones metálicos en complejos cianhídricos de metales solubles: como ejemplo, el ión cobre en la presencia de cianuro forma un complejo soluble en la forma de [cu(cn) 3 ] 2+ . La segunda función del cianuro es la de la deposición de condiciones en la influencia i . electrólito; en la presencia del cianuro ocurre la deposición simultánea de cobre y estaño, siendo que los dos metales son depositados al mismo tiempo y en la misma proporción, mejorando la estabilidad de la aleación depositada. De esta forma, es posible visualizar las dificultades encontradas cuando pensamos en sustituir el cianuro en estas aleaciones. Sin embargo, es posible encontrar algunos electrólitos de la aleación cobre-estaño o cobre-estaño-zinc sin cianuro.
El mismo acaba siendo substituido por otros compuestos, entre ellos los difosfatos, ácidos inorgánicos o agentes quelantes.
Abajo sigue una tabla ilustrando los ejemplos mencionados en el texto y las condiciones operacionales de uso.
Tabla 1. Tipos de electrólitos alternativos de cobre-estaño y cobre-estaño-zinc
|
Difosfatos |
Agentes quelantes |
Ácidos |
concentración de cobre |
3 g/L |
0.5 g/l |
2 g/L |
concentración de estaño |
5 g/L |
5 g/L |
1 g/L |
Estabilizante |
- |
50 mL/L |
25 mL/L |
Pirofosfato de potasio |
200 g/L |
- |
- |
Ácido concentrado |
- |
- |
200 mL/L |
agentes de complejidad |
- |
400 mL/L |
- |
aditivos orgánicos |
70 mL/L |
10 mL/L |
15 mL/L |
Tabla 2. Condiciones Operacionales
|
Difosfatos |
Agentes quelantes |
Ácidos |
temperatura |
40°c |
50°c |
35°c |
Valor pH |
8,0 |
10,0 |
1,0 |
Densidad de corriente |
0,75 a/dm ² |
0,05 - 0,5
a/dm² |
0,1 - 0,5
a/dm² |
En relación a los procesos alternativos, aquellos que contienen ácidos inorgánicos y agentes quelantes son los más indicados, presentando un mejor desempeño dentro del proceso. Los procesos que contienen difosfato presentan algunas desventajas en relación a los otros procesos, dado que en este electrólito los iones cobre y estaño están en la forma bivalente (cu 2+ , Sn 2+) causando inestabilidad en el sistema, dado que el estaño tiende a oxidarse (Sn 2+ → Sn 4 ) y el cobre a reducirse (cu 2+ → cu + o cu 2+ → cu 0 ). Esto podrá pasar varias veces y el control del electrólito se volverá cada vez más difícil, teniendo como consecuencia la necesidad de substitución del mismo. Otra desventaja de este proceso es la uniformidad desfavorable de la aleación (cu, Sn, Zn) del electrólito en relación a la densidad de corriente, especialmente en tambor rotativo involucrando piezas pequeñas, llevando a una distribución desigual de la composición de la aleación.
ASPECTOS ECOLÓGICOS
A pesar que el uso, la manipulación y el tratamiento de agua que contiene cianuro son bien entendidos en el medio galvánico, esto no minimiza la toxicidad y el posible carácter nocivo para la vida humana y el medio ambiente si algún accidente ocurre con este compuesto. El cianuro puede presentar serios daños para la salud y la vida de los empleados. De esta forma, el desarrollo de electrólitos para la deposición de capas de la aleación de cobre-estaño o cobre-estaño-zinc sin utilización de cianuro se ha
mostrado muy importante, principalmente pensando en términos ecológicos.
Sin embargo, aún utilizando compuestos substitutos del cianuro, no debemos olvidar que los mismos deben ser tratados y descartados de forma correcta en el medio ambiente. Los agentes de complejidad o compuestos conteniendo fósforo, por ejemplo, pueden causar problemas complejos si las soluciones de descarte, así como el agua de descarte, no fueren tratadas de la manera correcta. Los agentes de complejidad cuando descartados en el medio ambiente pueden causar una redisolución de los metales pesados, pudiendo aumentar la concentración de estos metales en el medio en que fueron descartados. Así, los agentes de complejidad deben ser completamente destruidos utilizando, por ejemplo: el tratamiento por rayos ultravioleta. Los compuestos que contienen fósforo (pirofosfato, ácido fosfórico, difosfato), cuando descartados en el medio ambiente, pueden causar una fertilización desequilibrada en el medio donde fueron descartados, causando un crecimiento desenfrenado de algas que pueden comprometer el sistema acuático.
Desde el punto de vista ecológico y considerando las razones anteriores, la substitución de compuestos que contienen cianuro por aquellos que contienen fósforo o agentes de complejidad acaba siendo un poco más limitada en las empresas del sector galvánico, y los electrólitos a base de ácido inorgánico son la mejor alternativa para esta substitución.
CONCLUSIONES
Las áreas relacionadas con la investigación y el desarrollo en el área galvánica no deben enfocar apenas nuevos procesos o mejoría de procesos, sino también, ofrecer soporte a las empresas con informaciones actualizadas sobre restricciones,clasificaciones, problemas ambientales y medidas de protección de la salud, abarcando a todos los procesos que son utilizados en la actualidad. Aún pensando en investigación y desarrollo, lo más importante es encontrar soluciones y alternativas para problemas que involucran electrólitos utilizados actualmente.
En el caso de las aleaciones substitutas de níquel y electrólitos libres de cianuro, además nos llevará algún tiempo encontrar procesos que realmente puedan reemplazar con el mismo desempeño que aquellos que contienen cianuro. No obstante ello, tres diferentes tipos de procesos ya pueden ser considerados como alternativas. Pensando en las tres alternativas presentadas, y teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada proceso, podemos determinar que el electrólito conteniendo ácidos inorgánicos es el que presenta mejor desempeño entre los tres, tanto en términos ambientales,
Facilidad de trabajo, y desempeño del proceso.
En la tabla a continuación es posible verificar un indicativo de los pros y contras de cada proceso alternativo.
Tabla 3: Pros y contras de los procesos alternativos
|
Difosfato |
Agentes quelantes |
Ácidos |
Tiempo de vida del electrólito |
Bajo - medio |
Bajo - medio |
Bajo - medio |
Estabilidad del electrólito |
Baja |
Media |
media |
Distribución de la aleación |
Baja |
media |
media |
Distribución del color |
Baja |
media |
media |
tratamiento de agua de descarte |
Bueno |
Difícil |
Fácil |
Potencial de contaminación en el medio ambiente |
Alto |
Medio |
Bajo |
conclusión |
++ |
+ |
+++ |
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Dr. Klaus Leyendecker
Division Manager Base Metal Finishing
Umicore Galvanotechnik GmbH.
Traducción y adaptación por
Bruno Eduardo Padovan Chio
Umicore Brasil Ltda.
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