Procesos electroquímicos en la Industria

Electroquímica Básica

Electrodos- Material.- Área superficial.

Solución (electrolito)- Concentración de especies electroactivas.- Solvente.

Variables externas- Temperatura.- Presión.

Variables eléctricas- Potencial.- Corriente

- Se centra en el diseño, caracterización y operación de componentes, montajes y procesos que impliquen la interconversión de energía química y eléctrica.- Su ámbito es la explotación práctica de una ciencia interdisciplinar mediante la aplicación de métodos ingenieriles.- La escala de operaciones va desde estudios en laboratorio con microelectrodos hasta procesos a escala total.

Energía Eléctrica↔ Energía Química

Electroquímica Básica

Electroquímica básica - Celdas Galvánicas: es un arreglo consistente en dos electrodos unidos externamente, sumergidos en un electrolito capaz de llevar a cabo una reacción química para producir una corriente eléctrica (celdas espontáneas).

Pila de Daniel

- Celda electrolítica: usa energía eléctrica provista externamente a la celda para que ocurra una reacción química. El proceso de llevar a cabo una reacción redox no espontánea por medio de energía eléctrica se llama electrólisis.

La naturaleza de los productos depende de las condiciones en que se lleve a cabo la electrólisis. Esta puede tener lugar en sales fundidas o en disoluciones acuosas de ácidos, bases y sales.

Electroquímica

Biología

Ingeniería

metalurgía

Propiedades de los materiales y su estabilidad.

Celdas de combustible

Equilibrio de membranas de la célula

Aplicaciones Industriales - Reactor electroquímico industrial es una celda electrolítica de gran capacidad, permite realizar la transformación de reactivos con un cambio en la energía del sistema. En términos generales, la forma del reactor depende del número de fases implicadas, así como de los requerimientos de energía ; mientras que el tamaño es función de la velocidad de reacción.

Dentro de los parámetros de desempeño mas importantes de las celdas electroquímicas están la conversión, la eficiencia de corriente, el rendimiento espacio-tiempo y el consumo de energía del proceso.

Aplicaciones Industriales Recubrimientos metálicos:

A través de la electrólisis, se hace posible poder depositar una capa fina de algún metal encima de otro. Dicho procedimiento de baño electrolítico posee numerosas aplicaciones, por ejemplo:

– Recubrir elementos metálicos como el oro o la plata (dorado y plateado), se suele utilizar para embellecer la parte externa de diferentes objetos.

– Recubrimientos con otros metales como pueden ser zinc, níquel o cromo entre otros, con el fin de proteger de la corrosión a distinto objetos de metal. Dichos procesos se conocen como cincado, niquelado, cromado o cobreado.

Aplicaciones Industriales Purificación electrolítica del Cu:

Su utilidad como conductor depende en gran medida de su grado de pureza.

El ánodo es una barra de cobre impuro y el cátodo es una lámina de cobre muy puro, sobre la que se depositará el cobre.

Las impurezas, no se descargan sobre el cátodo (Fe2+ o Zn2+ ) permaneciendo en disolución, mientras que metales nobles como Ag, Au o Pt caen al fondo del recipiente (barros anódicos).

Aplicaciones Industriales

El sodio metálico formado en los cátodos se encuentra líquido. Dado que el sodio metálico líquido es más ligero que el NaCl fundido, el sodio flota a la superficie y se recolecta. El gas cloro se forma en el ánodo y se recolecta en la parte superior.

Electrólisis del cloruro de sodio fundido (Celda de Downs)

Tratamiento de aguas residuales industriales

Industrial59%

Agrícola30%

Doméstico11%

Consumo total de agua en países desarrol-lados

Contaminación de los recursos hídricos disponibles.

El agua tiene un valor económico, social y ambiental.

No cabe duda que de que la industria es motor de crecimiento económico, y por lo tanto, clave del progreso social. Sin embargo, demasiado a menudo la necesidad de maximizar el proceso productivo excluye de la planificación la tercera pata del progreso, la protección del medio ambiente.

Tratamiento de aguas residuales industriales

Arsénicos y sus compuestosIndustrias del metal e instalaciones de calcinación y sinterización de minerales metálicos. Industria química inorgánica de base o fertilizantes. Producción de cemento y materiales cerámicos y Plantas de procesado de residuos peligrosos.

CianurosIndustrias del metal e instalaciones de calcinación y sinterización de minerales metálicos, y Industria Química Orgánica de base.

FenolesProductos químicos orgánicos de base, refinerías de petróleo y de gas. Industrias del metal e instalaciones de calcinación y sinterización de minerales metálicos.

Hidrocarburos aromáticos

Tratamiento de superficies con disolventes orgánicos policíclicos (PAH). Refinerías de petróleo y de gas. Industrias del metal e instalaciones de calcinación y sinterización de minerales metálicos, y Productos químicos orgánicos de base.

Tabla 1.- Contaminantes inorgánicos en agua clasificados por actividad.

Tratamiento de aguas residuales industriales

Existen diversas técnicas de tratamiento de aguas residuales industriales que la ciencia y la tecnología ponen en manos de las empresas para que estas puedan cumplir en condiciones óptimas con los requerimientos del progreso económico, social y medioambiental.

Es posible emplear técnicas electroquímicas para reducir, transformar o incluso eliminar residuos tóxicos.

Tratamiento

Electrólisis Directa

Oxidación

Reducción

Electrólisis Indirecta

Electrocoagulación

Electroflotación

Electrofloculación

Contaminante ± ne- → Inerte

- Reacciones directas y Indirectas (iones cloruro, los cuales una vez oxidados en el ánodo a cloro gas/hipoclorito, incrementan la velocidad de los procesos de oxidación que pueden ocurrir en el reactor electroquímico).

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

- Electrooxidación o electrólisis directa anódica:

Puede producirse directamente como una transferencia de electrones en la superficie del electrodo o por la generación de un agente oxidante in-situ.

Usos: - La degradación de bifenilos policlorados (PCBs). - Generación de O3. - Destrucción de nitritos. - Eliminación de tensioactivos y tintes o colorantes. - Eliminación de sales.

Tratamiento de Cianuros: El ión cianuro es un residuo presente especialmente en efluentes de industrias dedicadas al electro-deposito de metales. El tratamiento electroquímico implica trabajar en soluciones alcalinas concentradas y usando como electrodos RuO2 + TiO2 con un deposito de PbO2 en su superficie. Se puede aumentar la conductividad de la solución añadiendo NaCl, lo que a su vez puede colaborar en la eliminación del cianuro al permitir un mecanismo indirecto de oxidación, por la acción del Cl2 formado.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

- Industrias químicas, petroquímicas y farmacéuticas.

- Óxidos metálicos y derivados de carbono.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

- Electroreducción o electrólisis directa catódica: Recuperación de metales de efluentes industriales. Se utilizan electrodos de carbón vítreo. Ventajas: - El metal se recupera en su forma de mayor valor. - No se necesitan agentes extras, el agua se puede reciclar.

- Se puede lograr la deposición selectiva de metales. - Se puede lograr deposición de algunas aleaciones. - Costo de operación bajos. - Uso simple y compacto.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

- Electrocoagulación:

La materia coloidal presente en el agua residual se agrupa con los iones provenientes de la disolución de un ánodo (ánodo de sacrificio), lo que posibilita su conversión en sólidos suspendidos.

Aplicación:- Aguas residuales

textiles.- Petroquímicas.- Aguas residuales

urbanas.- Industrias del papel.- Emulsiones de aceites.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales

- Electrodiálisis:

Se genera un campo eléctrico que favorece el movimiento de los iones, e incluso de partículas cargadas, hacia el electrodo de signo contrario. Este transporte se puede modificar si se incluyen en la celda membranas que permitan el paso selectivo de determinados iones.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de suelos contaminados

Dependiendo de la actividad humana, se pueden encontrar suelos con altos contenidos de compuestos orgánicos (pesticidas, por ejemplo) o inorgánicos (metales pesados, por ejemplo).

Los suelos contaminados pueden conducir a imprevisibles daños en la salud de los seres vivos, especialmente si se piensa en la cadena alimenticia que puede iniciarse en un vegetal creciendo en un medio contaminado, siendo ingerido por animales y posteriormente, el hombre, el cual se alimenta de esa carne y/o leche. Sin duda resulta un tema relevante para el cual se pueden emplear distintas herramientas de tratamiento. La electroquímica ofrece una alternativa de tratamiento con un proceso que se conoce como electroremediación.

Consiste en la aplicación de un gradiente de potencial entre hileras de electrodos colocadas en el suelo, bien directamente o bien en pozos de electrolito, como consecuencia ocurren diferentes procesos físicos o electroquímicos como electromigración, electroforesis, electroósmosis, electrolisis y calentamiento eléctrico.

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de suelos contaminados

Electroósmosis

Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de suelosElectrofitoremediación

- Asimilación de nutrientes.- Metales pesados.- Elevada efectividad.

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Barreras Contenedoras de Contaminación:

Cu, Pb, As, Zn, etcTNT, PAH, etc.

Aprovechamiento del calor:- Disolventes clorados y COV.- Bacterias termófilas.

Ventajas - Condiciones de operación ambiental.

- Compatibilidad ambiental: si se diseña adecuadamente el proceso electroquímico es posible convertir los compuestos tóxicos en productos de bajo, o nulo impacto ambiental.

- Posibilidad de regenerar ciertos agentes oxidantes y reductores en electrosíntesis por vía directa.

- Versatilidad de los equipos.

- Ausencia tanto de la utilización de reactivos (electrón) como de la presencia de fangos.

- Selectividad, pues controlar el potencial de electrodo permite seleccionar la reacción electroquímica dominante deseada.

- Tecnología segura ( no se almacenan reactivos tóxicos) .

Desventajas: - Costo: Si bien el tipo de instalación requerida implica una importante inversión económica, y un considerable uso de energía eléctrica; con el uso continuado del sistema es posible amortizar el mismo.

- Producir especies no deseadas.