Estudio de los factores que afectan el proceso de electrodepósito de oro y plata a partir de soluciones de tiourea en un reactor tipo filtro prensa - Poisot Díaz, María Elena (Universidad Autónoma Metropolitana, 2010)
En el presente trabajo se realizó un estudio termodinámico y electroquímico detallado, para analizar la forma en la que el electrodepósito de oro y plata se ve afectado por los siguientes factores: el sustrato sobre el que se realiza la reducción, el potencial al cual se efectúa el electrodepósito, la interferencia de impurezas presentes en solución, el régimen hidrodinámico que se desarrolla dentro del reactor electroquímico y el efecto de las reacciones parásitas (reducción de hidrógeno y oxígeno) sobre la eficiencia de corriente. Con el fin de determinar la factibilidad de logar la separación selectiva de oro y plata, en presencia de iones Pb(II), Cu(I), Fe(II) y Zn(II) como impurezas, en una primera fase, se construyeron diagramas termodinámicos, en los que se ubicó la ventana de potencial teórica donde es posible obtener un depósito de oro y plata, sin interferencia de las impurezas mencionadas y considerando la formación de la aleación de oro y plata (doré). Posteriormente, con estudios de microelectrólisis, se seleccionó el material del cátodo adecuado para la determinación del intervalo de potencial donde se efectúa el depósito selectivo de doré, mediante el análisis de la respuesta electroquímica que presenta una solución con 100 ppm Ag(I) en 0.2 M de tiourea a pH=2, sobre tres diferentes sustratos: titanio, acero inoxidable tipo 316 y carbón vítreo. En este trabajo se determinó que en el titanio se forma una capa de óxido pasiva, que inhibe el depósito de plata; mientras que el electrodepósito se lleva a cabo en el acero inoxidable y en el carbón vítreo. Debido a que la superficie de acero inoxidable presenta un proceso de oxidación-pasivación, en el intervalo de potencial en donde se lleva a cabo la redisolución de plata recién depositada; sólo el carbón vítreo fue útil para la determinación del intervalo de potencial en el que se obtiene el depósito selectivo de oro y plata. Posteriormente, se evaluó el efecto de impurezas metálicas en solución sobre el depósito de oro y plata, agregando 10 ppm de Pb(II) y Zn(II), 100 ppm Fe(II) y 200 ppm Cu(I) (cada especie por separado) a las soluciones de tiourea que contenían iones de oro y plata y empleando carbón vítreo como electrodo. En todos los casos, se observó que el depósito de oro y plata comienza en potenciales menos negativos que cuando únicamente se tiene oro y plata en solución, indicando que la presencia de impurezas favorece energéticamente el depósito de oro y plata. Así mismo, se determinó que no hay formación de co-depósitos de doré con las impurezas metálicas presentes en solución. Se determinó que el depósito de doré inicia en -0.210 V vs SHE cuando está libre de impurezas y cuando existe hierro(II) o cobre(I) en solución; mientras que cuando están presentes zinc(II) o plomo(II), el depósito de la aleación comienza en -0.135 y -0.160 V vs. SHE, respectivamente. Consecutivamente, se realizaron experimentos en un reactor tipo filtro prensa, en los que se validaron los resultados obtenidos en la etapa anterior, con la diferencia de que se utilizó grafito en lugar de carbón vítreo, por facilidad de manejo y aprovechando la similitud en las características electroquímicas de ambos materiales. Se encontró, que efectivamente, el depósito de doré inicia en -0.210 V y que la presencia de cualquier impureza metálica en solución disminuye la velocidad de depósito de doré; no obstante, la presencia de zinc(II) en solución eleva la eficiencia de corriente al 50% y la mantiene prácticamente constante. Sin embargo, desafortunadamente el empleo de grafito como cátodo requiere de un delicado manejo y además, de un pre-tratamiento para disminuir el potencial de celda. Con esto en mente, se hicieron macroelectrólisis en las que se comparó el comportamiento del depósito de oro y plata sobre grafito y sobre acero inoxidable 316, imponiendo el mismo potencial de reducción (-0.210 V). De estas pruebas se encontró que el depósito de metales preciosos (doré), se efectúa a velocidades de depósito más elevadas sobre grafito que sobre acero; sin embargo, la eficiencia de corriente se eleva entre un 20 y 30 % sobre acero, indicando que la reducción de protones (reacción secundaria) es mayormente favorecida sobre grafito. Finalmente, se evaluó el efecto de la reducción de hidrógeno y oxígeno (reacciones secundarias) sobre el electrodepósito de doré, debido a que las concentraciones de estas especies son del mismo orden de magnitud que la de oro y plata en solución. Se encontró que para un flujo laminar (Re = 1300), bajo potencial de depósito (Edep= -0.210 V vs SHE) y en ausencia de oxígeno, se inhibe prácticamente en su totalidad la reacción de reducción de protones. La eliminación de las reacciones parásitas es de suma importancia en la implementación del proceso a nivel industrial, constituyendo un factor muy importante en un futuro diseño del reactor electroquímico.