ES2360020T3 - INSTALLATION AND PROCEDURE FOR THE ELECTROLYTIC TINTING OF STEEL BANDS USING AN INSOLUBLE ANODE. - Google Patents
INSTALLATION AND PROCEDURE FOR THE ELECTROLYTIC TINTING OF STEEL BANDS USING AN INSOLUBLE ANODE. Download PDFInfo
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Abstract
Description
La invención se refiere, de manera general, al estañado electrolítico de bandas de acero usando un ánodo insoluble, y más concretamente a un procedimiento de estañado electrolítico usando un ánodo insoluble y la instalación para su aplicación. The invention generally relates to electrolytic tin plating of steel bands using an insoluble anode, and more specifically to an electrolytic tin plating process using an insoluble anode and the installation for its application.
La ausencia de toxicidad del estaño y la excelente protección contra la corrosión que aporta el acero, condujeron desde hace tiempo a la utilización del acero blando estañado en el ámbito del embalaje alimentario donde se conoce bajo el nombre de “hojalata”. La fabricación de la hojalata se realiza generalmente a partir de bobinas (“coils”) de acero blando The absence of tin toxicity and the excellent corrosion protection provided by steel have long led to the use of tinned soft steel in the field of food packaging where it is known under the name of "tin". Tinplate is generally manufactured from soft steel coils (“coils”)
o ultra blando, que se someten previamente a una operación de laminado en caliente, seguida de una operación de laminado en frío. Al final de estas operaciones de laminado, se obtienen bandas de acero de algunas décimas de milímetros de espesor. Estas bandas son recocidas a continuación, pasadas después del recocido a un laminador en frío ("skin passées"), desengrasadas, decapadas después estañadas según un procedimiento de estañado electrolítico (o todavía "electro-estañado"). El estañado es seguido típicamente por operaciones de acabado tales como la refusión del revestimiento, la pasivación, y el aceitado. or ultra soft, which are previously subjected to a hot rolling operation, followed by a cold rolling operation. At the end of these rolling operations, steel bands of a few tenths of millimeters thick are obtained. These bands are then annealed, passed after annealing to a cold laminator ("skin passées"), degreased, then stripped after tinning according to an electrolytic tinning procedure (or still "electro-tinning"). Tinning is typically followed by finishing operations such as coating refusion, passivation, and oiling.
El electroestañado es un procedimiento de electrodeposición del estaño sobre un substrato metálico, que consiste en Electrostanding is a process of electrodeposition of tin on a metal substrate, which consists of
establecer la transferencia de iones estañosos Sn2 hacia la banda que debe de revestirse según el equilibrio: establish the transfer of stannous ions Sn2 to the band to be coated according to the balance:
2 2
Sn 2 e Sn registrado Sn 2 and Sn registered
Esta reacción implica la disponibilidad de iones estañosos en el baño. Además de estos iones estañosos, el baño contiene un ácido destinado a reducir el pH y a aumentar la conductividad eléctrica. Contiene también aditivos que contribuyen, entre otras cosas, a estabilizar los iones estañosos impidiéndolos oxidarse, y evitar la formación de deposiciones de óxidos estánnicos causados por la oxidación de estos iones estañosos. This reaction implies the availability of stannous ions in the bath. In addition to these stannous ions, the bath contains an acid intended to reduce the pH and increase the electrical conductivity. It also contains additives that contribute, among other things, to stabilize the tin ions preventing them from oxidizing, and preventing the formation of depositions of stannous oxides caused by the oxidation of these tin ions.
Existen dos grandes categorías de procedimientos de electroestañado: la primera categoría de procedimientos reagrupa los procedimientos que usan un ánodo soluble, o procedimientos denominados "con ánodo soluble ", y la segunda categoría de procedimientos reagrupa los procedimientos que usan un ánodo insoluble, o procedimientos denominados "con ánodo insoluble". There are two main categories of electrostating procedures: the first category of procedures regroups procedures that use a soluble anode, or procedures called "with soluble anode," and the second category of procedures regroups procedures that use an insoluble anode, or procedures called "with insoluble anode".
Los procedimientos de electroestañado denominados “con ánodo soluble” se usan en instalaciones de estañado electrolítico que recurren mayoritariamente a ánodos de estaño de alta pureza (es decir a ánodos que comprenden al menos un 99,85% en peso de estaño), que se disuelven durante la electrólisis y llenan el baño en iones estañosos Electrostating processes called "with soluble anode" are used in electrolytic tinning facilities that mostly resort to high purity tin anodes (ie anodes comprising at least 99.85% tin weight), which dissolve during electrolysis and fill the bath in tin ions
Sn2 . Sn2.
Un ejemplo de instalación de electroestañado “con ánodo soluble” conocido por los expertos en la materia está representado sobre la figura 1. Se trata de una instalación de electroestañado 1 vertical, en la cual una banda que debe de revestirse 2 se sumerge en una cuba de revestimiento 3 (o también una cuba de electro-deposición) enrollándose sobre dos rodillos conductores 41, 42 y un rodillo de fondo 5, formando así una hebra descendiente 21 y una hebra ascendiente 22. Ambos rodillos conductores 41, 42 alimentan la banda 2 en corriente eléctrica. Los ánodos solubles en estaño 61,62 están dispuestos en una y otra parte de las hebras descendiente 21 y ascendientes 22 de la banda de acero 2 que debe revestirse. Esta banda de acero 2 se conecta al polo negativo (representado por el símbolo " - " sobre la figura 1) de un generador de corriente eléctrica (no representado sobre la figura 1), y los ánodos solubles 61, 62 se conectan al polo positivo (representado por el símbolo " + " sobre la figura 1) de este generador, constituyendo así el ánodo. Los ánodos 61, 62 y las hebras descendientes 21 y ascendientes 22 de la banda de acero 2 se sumergen parcialmente en una solución electrolítica 7 (o electrolito). An example of the installation of electrostatic "with soluble anode" known to those skilled in the art is represented on figure 1. It is a vertical electrostatic installation 1, in which a strip to be coated 2 is immersed in a tank of coating 3 (or also an electrodeposition tank) winding on two conductive rollers 41, 42 and a bottom roller 5, thus forming a descending strand 21 and an ascending strand 22. Both conductive rollers 41, 42 feed the band 2 in electric current. The tin-soluble anodes 61.62 are arranged in both sides of the descending and ascending strands 22 of the steel band 2 to be coated. This steel band 2 is connected to the negative pole (represented by the symbol "-" on figure 1) of an electric current generator (not shown on figure 1), and the soluble anodes 61, 62 are connected to the positive pole (represented by the "+" symbol on figure 1) of this generator, thus constituting the anode. The anodes 61, 62 and the descending and ascending strands 21 of the steel band 2 are partially immersed in an electrolytic solution 7 (or electrolyte).
Existen varios procedimientos de electroestañado "con ánodo soluble", que difieren unos de los otros con arreglo al electrolito utilizado. Pero, en todos los procedimientos de electro-estañado "con ánodo soluble", el revestimiento electrolítico de estaño de la banda de acero 2 se desarrolla según las reacciones siguientes: There are several electrostated "soluble anode" procedures, which differ from each other according to the electrolyte used. But, in all electro-tinning procedures "with soluble anode", the tin electrolytic coating of the steel band 2 is developed according to the following reactions:
ee
Con el cátodo: SnA2 2 Sn 2A With the cathode: SnA2 2 Sn 2A
Con el ánodo: Sn 2A SnA2 2e With the anode: Sn 2A SnA2 2e
En los procedimientos de electroestañado denominados “con ánodo insoluble”, se sustituye el ánodo en estaño por un ánodo no soluble, por ejemplo un ánodo en titanio con un recubrimiento de un metal (por ejemplo un metal de la familia del platino) o de un óxido metálico. En este tipo de procedimiento, los iones de estaño necesarios para el revestimiento In electrostanding processes called "with insoluble anode", the tin anode is replaced by a non-soluble anode, for example a titanium anode with a coating of a metal (for example a platinum family metal) or a metal oxide In this type of procedure, the tin ions necessary for coating
son, en este caso, resultado del baño de electrolito mismo bajo la forma de un compuesto de la fórmula SnA , siendo A they are, in this case, the result of the electrolyte bath itself in the form of a compound of the formula SnA, where A
22
un radical ácido. Las reacciones que se desarrollan en el ánodo y con el cátodo son evidentemente diferentes: an acid radical. The reactions that develop in the anode and with the cathode are obviously different:
ee
Con el cátodo: SnA2 2 Sn 2A With the cathode: SnA2 2 Sn 2A
Con el ánodo: HO With the anode: HO
2 22 2 22
Los procedimientos de electroestañado denominados “con ánodo insoluble” se distinguen por tanto de los denominados “con ánodo soluble” en que conducen a la formación de ácido en el baño electrolítico correlativamente a su empobrecimiento en estaño. Estas modificaciones continuas requieren por lo tanto una regeneración, el baño también continúa. Electrostanding processes called "with insoluble anode" are thus distinguished from those called "with soluble anode" in that they lead to the formation of acid in the electrolytic bath correlatively to its impoverishment in tin. These continuous modifications therefore require a regeneration, the bath also continues.
El experto en la materia conoce los procedimientos de electroestañado “con ánodo insoluble” en los que una parte del electrolito se pone en recirculación en vista de la regeneración sin interrupción del baño electrolítico. Así, por ejemplo, la patente americana US 4, 181, 580 describe una instalación de electro estañado ilustrada sobre la figura 2, que usa ánodos no solubles 61, 62, un circuito de recirculación 8 del electrolito 7, y un reactor de lecho fluidizado 9, en el que se introduce el electrolito 7, los granulados de estaño 91, y una corriente gaseosa 92 rica en oxígeno. Este procedimiento presenta no obstante el inconveniente de inducir la formación de iones de estaño tetravalentes según la reacción: The person skilled in the art is aware of the electrostatic "with insoluble anode" processes in which a part of the electrolyte is recirculated in view of regeneration without interruption of the electrolytic bath. Thus, for example, US Patent 4, 181, 580 describes an electro-tinned installation illustrated on Figure 2, which uses non-soluble anodes 61, 62, a recirculation circuit 8 of electrolyte 7, and a fluidized bed reactor 9, in which the electrolyte 7, the tin granules 91, and a gas stream 92 rich in oxygen are introduced. This procedure nevertheless has the drawback of inducing the formation of tetravalent tin ions according to the reaction:
4 4
n 22 n 22
2 42 4
Estos iones Sn4 , poco solubles en el electrolito, se precipitan en forma de deposiciones que necesitan recuperarse regularmente, lo que disminuye mucho el interés de tal procedimiento. These Sn4 ions, poorly soluble in the electrolyte, precipitate in the form of depositions that need to be recovered regularly, which greatly decreases the interest of such a process.
Por otro lado, la patente US 5,312,539 propone otro procedimiento de estañado "con ánodo insoluble", que utiliza una célula de diálisis con membrana aniónica y una unidad de disolución de estaño separada en la cual el estaño se aporta en forma de óxido directamente disuelto en el ácido, o en forma de ánodo de estaño, que se disuelve electrolíticamente. Tal procedimiento presenta algunos inconvenientes y en particular el coste del óxido de estaño y la necesidad de crear un fuerte gradiente de concentración de una y otra parte de la membrana, imponen la aplicación de una unidad de concentración. De otra parte, incluso con un fuerte gradiente de concentración, la superficie de membrana necesaria On the other hand, US Patent 5,312,539 proposes another tinning process "with insoluble anode", which uses an anionic membrane dialysis cell and a separate tin dissolution unit in which tin is supplied in the form of oxide directly dissolved in the acid, or in the form of a tin anode, which dissolves electrolytically. Such a procedure has some drawbacks and in particular the cost of tin oxide and the need to create a strong concentration gradient of both parts of the membrane, impose the application of a concentration unit. On the other hand, even with a strong concentration gradient, the necessary membrane surface
(del orden de varios millares de m2 para las instalaciones de estañado en continuo de bandas de acero) hace la aplicación industrial muy problemática. Una variante de este procedimiento se propone por la solicitud de patente japonesa JP 51-71499 que reagrupa las funciones de disolución del estaño y de diálisis en una misma cuba equipada de dos membranas aniónicas. La instalación menos compleja que la de la patente US 5,314,539, no resuelve por lo tanto los problemas de superficie de membrana ni de gradiente de concentración. (of the order of several thousand m2 for continuous tinning of steel bands) makes the industrial application very problematic. A variant of this procedure is proposed by the Japanese patent application JP 51-71499 which regroups the functions of tin dissolution and dialysis in the same tank equipped with two anionic membranes. The installation less complex than that of US Patent 5,314,539, therefore does not solve the problems of membrane surface or concentration gradient.
La presente invención tiene por lo tanto por objeto un procedimiento de electroestañado y una instalación para su aplicación que remedia los inconvenientes de la técnica anterior, mediante el recurso a una membrana de electrodiálisis The present invention therefore has as an object an electrostating process and an installation for its application that remedies the drawbacks of the prior art, by resorting to an electrodialysis membrane
o de electrolisis catiónica en el dispositivo de disolución de estaño. or cationic electrolysis in the tin dissolution device.
Por membrana catiónica de electrodiálisis, se entiende, en el sentido de la presente invención, una membrana permeable a los cationes y que se utiliza típicamente en un procedimiento de electrodiálisis. By cationic electrodialysis membrane, it is understood, within the meaning of the present invention, a cation permeable membrane and which is typically used in an electrodialysis process.
Por membrana catiónica de electrolisis, se entiende, en el sentido de la presente invención, una membrana permeable a los cationes típicamente utilizada en un procedimiento de electrolisis con membrana, pero que puede ventajosamente utilizarse en el procedimiento de electrodiálisis según la invención debido a su robustez y a su capacidad para soportar densidades de corriente más elevados que una membrana catiónica de electrodiálisis. By cationic electrolysis membrane, it is understood, within the meaning of the present invention, a cation permeable membrane typically used in a membrane electrolysis process, but which can advantageously be used in the electrodialysis process according to the invention due to its robustness and its ability to withstand higher current densities than a cationic electrodialysis membrane.
La presente invención tiene como objetivo, más particularmente una instalación para el estañado electrolítico de una banda de acero en deslizamiento continuo, dicha instalación comprende: The present invention aims, more particularly an installation for electrolytic tin plating of a steel strip in continuous sliding, said installation comprises:
por lo menos una cuba de electro-deposición llena de una solución electrolítica que comprende un ácido AH e at least one electrodeposition tank filled with an electrolytic solution comprising an acid AH and
iones estañosos Sn2 en forma de un compuesto SnA con A que designa una función ácida, dicho recipiente de stannous ions Sn2 in the form of a compound SnA with A which designates an acidic function, said container of
2electro-deposición comprende un ánodo insoluble sumergido en la solución electrolítica del recipiente de electro-deposición y un cátodo constituido por la banda metálica en deslizamiento continuo en la solución electrolítica del recipiente de electro-deposición, y The electrodeposition comprises an insoluble anode immersed in the electrolytic solution of the electrodeposition vessel and a cathode constituted by the continuous sliding metal band in the electrolytic solution of the electrodeposition vessel, and
un reactor de disolución de estaño que comprende un cátodo insoluble y por lo menos un ánodo de estaño soluble. a tin dissolution reactor comprising an insoluble cathode and at least one soluble tin anode.
Según la invención, el ánodo de estaño y el cátodo insoluble se separan por una membrana catiónica de electrodiálisis o de electrolisis, definiendo una zona catódica que integra el cátodo y una zona anódica que integra el ánodo de estaño, y un circuito de recirculación de la solución electrolítica que une la cuba de electro-deposición a la zona anódica del reactor de disolución de estaño. According to the invention, the tin anode and the insoluble cathode are separated by a cationic electrodialysis or electrolysis membrane, defining a cathodic zone that integrates the cathode and an anodic zone that integrates the tin anode, and a recirculation circuit of the electrolytic solution that joins the electrodeposition tank to the anodic zone of the tin dissolution reactor.
La presencia de una membrana catiónica de electrodiálisis en el reactor de disolución entre el ánodo soluble de estaño y The presence of a cationic electrodialysis membrane in the dissolution reactor between the soluble tin anode and
H H
el cátodo insoluble permite a los iones de la solución electrolítica transitar a través de la membrana, de la zona the insoluble cathode allows the ions of the electrolyte solution to transit through the membrane, from the zone
anódica hacia la zona catódica, mientras que los iones Sn2 producidos con el ánodo permanecen mayoritariamente en la zona anódica del reactor. La solución electrolítica que se contiene allí entonces se recarga en iones estañosos, y puede entonces dirigirse de nuevo hacia la cuba de revestimiento. anodic towards the cathodic zone, while the Sn2 ions produced with the anode remain mostly in the anode zone of the reactor. The electrolyte solution contained therein is then recharged into stannous ions, and can then be directed back to the coating vessel.
Ventajosamente, el circuito de recirculación de la solución electrolítica entre la cuba de electro-deposición y la zona anódica del reactor de disolución de estaño comprende una cuba de desgasificación del oxígeno, que está dispuesta aguas arriba del reactor de disolución en el sentido de la circulación del electrolito en este circuito de recirculación. Advantageously, the recirculation circuit of the electrolyte solution between the electrodeposition tank and the anodic zone of the tin dissolution reactor comprises an oxygen degassing tank, which is arranged upstream of the dissolution reactor in the direction of circulation of the electrolyte in this recirculation circuit.
Esta cuba de desgasificación permite eliminar de manera eficaz el oxígeno gaseoso formado en el ánodo insoluble de la cuba de revestimiento. This degassing vessel allows the gaseous oxygen formed in the insoluble anode of the coating vessel to be removed efficiently.
Ventajosamente, la instalación según la invención comprende también además un circuito de desgasificación de la solución electrolítica contenida en la zona catódica del reactor de disolución de estaño, este circuito de desgasificación integra una cuba de desgasificación del hidrógeno. Advantageously, the installation according to the invention also comprises a degassing circuit of the electrolytic solution contained in the cathodic zone of the tin dissolution reactor, this degassing circuit integrates a hydrogen degassing vessel.
El ácido AH es escogido ventajosamente entre los ácidos sulfónicos. The acid AH is advantageously chosen among the sulfonic acids.
En calidad de ácidos sulfónicos utilizables según la presente invención, podemos particularmente citar el ácido metanosulfónico y el ácido fenol-sulfónico. As usable sulfonic acids according to the present invention, we can particularly mention methanesulfonic acid and phenol sulfonic acid.
El ácido sulfónico preferido es el ácido metano sulfónico. The preferred sulfonic acid is methane sulfonic acid.
Si se utiliza un ácido sulfónico, y, en particular, un ácido elegido entre el ácido metano-sulfónico y el ácido fenolIf a sulfonic acid is used, and, in particular, an acid chosen from methanesulfonic acid and phenol acid
sulfónico, el compuesto SnA será por lo tanto ventajosamente un sulfonato de estaño que corresponde a los ácidos sulfonic, the compound SnA will therefore advantageously be a tin sulfonate corresponding to the acids
22
sulfónicos preferidos según la invención: fenol-sulfonato de estaño o metano-sulfonato de estaño. Preferred sulfonic acids according to the invention: tin phenol sulphonate or tin methane sulphonate.
La presente invención tiene también como objetivo un procedimiento de estañado electrolítico de una banda de acero en deslizamiento continuo por lo menos en un recipiente de electro-deposición llenado de una solución electrolítica que The present invention also aims at an electrolytic tinning process of a steel band in continuous sliding at least in an electrodeposition vessel filled with an electrolytic solution that
comprende un ácido AH e iones estañosos Sn2 en forma de un compuesto SnA con A designando una función comprises an acid AH and stannous ions Sn2 in the form of a compound SnA with A designating a function
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ácida, dicho procedimiento de estañado aplica un ánodo no soluble y la banda metálica que constituye un cátodo que se acidic, said tinning process applies an unsolvable anode and the metal band constituting a cathode that is
sumergen en la solución electrolítica y entre las que se aplica una diferencia de potencial, y el compuesto SnA que immersed in the electrolyte solution and between which a potential difference is applied, and the compound SnA that
2proviene de un reactor de disolución de estaño, que comprende un cátodo insoluble y un ánodo de estaño, entre los que se aplica una diferencia de potencial. 2 comes from a tin dissolution reactor, which comprises an insoluble cathode and a tin anode, between which a potential difference is applied.
Según la invención, se mantiene constante la concentración en ácido AH en la solución electrolítica de la cuba de revestimiento realizando las etapas siguientes: According to the invention, the concentration in acid AH in the electrolytic solution of the coating tank is kept constant by performing the following steps:
a) se dispone en el reactor de disolución de estaño de una membrana catiónica de electrodialisis o de electrolisis entre el ánodo de estaño y el cátodo insoluble, definiendo así una zona catódica que integra el cátodo insoluble y una zona anódica; y a) a cationic electrodialysis or electrolysis membrane is disposed in the tin dissolution reactor between the tin anode and the insoluble cathode, thus defining a cathodic zone that integrates the insoluble cathode and an anode zone; Y
b) se pone en circulación una parte de la solución electrolítica entra el depósito de electro-deposición y la zona anódica del reactor de disolución de estaño. b) a part of the electrolyte solution enters into circulation between the electrodeposition tank and the anodic zone of the tin dissolution reactor.
Otras características ventajosas de la invención aparecerán en la descripción siguiente de algunos métodos de realización otorgados a titulo de simple ejemplo y representados sobre los dibujos adjuntos: Other advantageous features of the invention will appear in the following description of some embodiments given by way of simple example and represented on the attached drawings:
- --
- la figura 1 es un esquema de principio en corte de un ejemplo de instalación de electroestañado con ánodo soluble según el estado de la técnica, Figure 1 is a diagram of the principle in section of an example of installation of electrostanding with soluble anode according to the state of the art,
- --
- la figura 2 es un esquema de principio en corte de un ejemplo de instalación de electroestañado con ánodo insoluble según el estado de la técnica, Figure 2 is a diagram of the principle in section of an example of the installation of electrostanding with insoluble anode according to the state of the art,
- - -
- la figura 3 es un esquema de principio en corte de un ejemplo de instalación de electroestañado según la invención, Figure 3 is a diagram of the principle in section of an example of an electrostatic installation according to the invention,
- --
- la figura 4 representa un esquema de principio en corte de un ejemplo de reactor de disolución de una instalación de electroestañado según la invención, Figure 4 represents a diagram of the principle in section of an example of a dissolution reactor of an electrostatic installation according to the invention,
- --
- la figura 5 es una vista de abajo que representa una vista de la parte de arriba de otro ejemplo de reactor de disolución de una instalación de electroestañado según la invención. Figure 5 is a bottom view depicting a top view of another example of a dissolution reactor of an electrostatic installation according to the invention.
La instalación de electroestañado (o instalación de estañado electrolítico) representada sobre la figura 1 es una instalación de electro estañado 1 con ánodo soluble según el estado de la técnica, que se describió anteriormente en la referencia al estado anterior de la técnica. The electrostatic installation (or electrolytic tinning installation) depicted on Figure 1 is an electro tin plating installation 1 with soluble anode according to the state of the art, which was described above in reference to the prior state of the art.
La instalación de electroestañado (o instalación de estañado electrolítico) representada sobre la figura 2 es una instalación de electroestañado 1 con ánodo insoluble según el estado de la técnica, que se describió anteriormente en la referencia al estado anterior de la técnica. The electrostatic installation (or electrolytic tinning installation) depicted on Figure 2 is an electrostatic installation 1 with insoluble anode according to the state of the art, which was described above in reference to the prior state of the art.
Sobre la figura 3, está representado un esquema de principio de un ejemplo de instalación según la invención, en la cual la banda que debe revestirse 20 y un ánodo insoluble 60 se sumergen parcialmente en una cuba de electrodeposición On figure 3, a schematic diagram of an installation example according to the invention is shown, in which the strip to be coated 20 and an insoluble anode 60 are partially submerged in an electrodeposition tank
30 (o cuba de revestimiento) que contiene una solución electrolítica (o electrolito) que contiene iones estañosos Sn2 30 (or coating vessel) containing an electrolytic solution (or electrolyte) containing stannous ions Sn2
en forma de un compuesto SnA y un ácido AH, siendo A una radial ácido. El compuesto SnA proviene de un reactor in the form of a compound SnA and an acid AH, with A being a radial acid. The SnA compound comes from a reactor
22de disolución de estaño 10, que comprende un cátodo insoluble 120 y un ánodo soluble de estaño 160, que son sumergidos en un depósito 130 que contiene también la misma solución electrolítica que la cuba de revestimiento 30. Una membrana catiónica de electrodiálisis o de electrólisis 140 está dispuesta entre los electrodos 120, 160 del reactor 10, de modo que el depósito 130 del reactor 10 se divide en una zona catódica 1200 que contiene el cátodo insoluble 120 y una zona anódica 1600 que contiene el ánodo soluble 160. 22 of tin solution 10, comprising an insoluble cathode 120 and a soluble tin anode 160, which are submerged in a reservoir 130 which also contains the same electrolytic solution as the coating vessel 30. A cationic electrodialysis or electrolysis membrane 140 it is disposed between the electrodes 120, 160 of the reactor 10, so that the reservoir 130 of the reactor 10 is divided into a cathodic zone 1200 containing the insoluble cathode 120 and an anodic zone 1600 containing the soluble anode 160.
En el modo de realización de la instalación de estañado 1 según la invención, representado sobre la figura 3, el ánodo 160 del reactor 10 está constituido por gránulos de estaño 161 contenidos en una cesta 162 (denominada "cesta de disolución de estaño"). Esta cesta 162 llena de gránulos 161 se conecta al polo positivo (representado por el símbolo “+” sobre la figura 3) de una fuente de corriente eléctrica (no representada sobre la figura 3), los gránulos de estaño 161 desempeñan el papel de ánodo soluble. El cátodo insoluble 120 del reactor de disolución de estaño 10 se conecta al polo negativo (representado por el símbolo "-" sobre la figura 3) de la misma fuente de corriente eléctrica. In the embodiment of the tin plating system 1 according to the invention, shown on figure 3, the anode 160 of the reactor 10 is constituted by tin granules 161 contained in a basket 162 (called "tin dissolving basket"). This basket 162 full of granules 161 is connected to the positive pole (represented by the symbol "+" on figure 3) of an electric current source (not shown on figure 3), the tin granules 161 play the role of anode soluble. The insoluble cathode 120 of the tin dissolution reactor 10 is connected to the negative pole (represented by the symbol "-" on Figure 3) of the same source of electric current.
En calidad de ánodo soluble 160, es también posible utilizar, en el reactor de disolución del estaño 10 de la instalación según la invención, un ánodo bajo forma maciza (no representada sobre las figuras 3 a 5). As a soluble anode 160, it is also possible to use, in the dissolution reactor of the tin 10 of the installation according to the invention, an anode in solid form (not shown on figures 3 to 5).
Por otro lado, la instalación de electroestañado representada sobre la figura 3 contiene, además de la cuba de revestimiento 30 y del reactor de disolución de estaño 10, una cuba de desgasificación del oxígeno 210 y una cuba de desgasificación del hidrógeno 310. On the other hand, the electrostating installation shown on Figure 3 contains, in addition to the coating tank 30 and the tin dissolution reactor 10, an oxygen degassing tank 210 and a hydrogen degassing tank 310.
La cuba de desgasificación del oxígeno 210 forma parte de un circuito de recirculación 200 del electrolito que conecta la cuba de revestimiento 30 y la zona anódica 1600 del reactor de disolución 10, el recipiente de desgasificación 210 esta dispuesto aguas arriba del reactor de disolución (10) en el sentido de recirculación del electrolito en el circuito 200. The oxygen degassing vessel 210 is part of a recirculation circuit 200 of the electrolyte that connects the coating vessel 30 and the anodic zone 1600 of the dissolution reactor 10, the degassing vessel 210 is disposed upstream of the dissolution reactor (10 ) in the direction of recirculation of the electrolyte in circuit 200.
Por otra parte, la cuba de desgasificación del hidrógeno 310 forma parte de un circuito de recirculación 300 del electrolito contenido en la zona catódica 1200 del reactor de disolución 10, en el cual el electrolito se somete a una desgasificación del hidrógeno en una cuba de desgasificación del hidrógeno 310. On the other hand, the hydrogen degassing vessel 310 forms part of a recirculation circuit 300 of the electrolyte contained in the cathodic zone 1200 of the dissolution reactor 10, in which the electrolyte is subjected to hydrogen degassing in a degassing vessel of hydrogen 310.
En funcionamiento, cuando se aplica una diferencia de potencial entre los electrodos 20, 60 sumergidos en el recipiente In operation, when a potential difference is applied between electrodes 20, 60 submerged in the container
de revestimiento 30, los iones estañosos Sn2 presentes en el electrolito en forma del compuesto SnA se depositan coating 30, the stannous ions Sn2 present in the electrolyte in the form of the compound SnA are deposited
22
sobre la banda que debe revestirse 20 según la reacción: on the band to be coated 20 according to the reaction:
SnA2 2e Sn 2A SnA2 2e Sn 2A
Se observa en paralelo al ánodo la reacción siguiente: The following reaction is observed in parallel to the anode:
2H2O O2 4H 4e 2H2O O2 4H 4e
Se obtiene por lo tanto un electrolito empobrecido en iones estañosos, cuya parte se toma en la cuba de revestimiento 30, después se somete a una desgasificación del oxígeno gaseoso en la cuba de desgasificación 210 antes de introducirse en la zona anódica 1600 del reactor de disolución 10. Therefore, an electrolyte depleted in stannous ions is obtained, the part of which is taken in the coating vessel 30, then subjected to a degassing of the gaseous oxygen in the degassing vessel 210 before being introduced into the anode zone 1600 of the dissolution reactor 10.
Así como en la cuba de revestimiento 30, se aplica simultáneamente una diferencia de potencial entre los electrodos 120, 160 del reactor de disolución de estaño 10, lo que conduce a la disolución electrolítica del ánodo soluble 160 del estaño según la reacción: As in the coating vessel 30, a potential difference is applied simultaneously between the electrodes 120, 160 of the tin dissolution reactor 10, which leads to the electrolytic dissolution of the soluble tin anode 160 according to the reaction:
nn 2 nn 2
En paralelo, se observa al cátodo del reactor 10 la siguiente reacción: In parallel, the following reaction is observed at the cathode of reactor 10:
La disolución electrolítica de los gránulos de estaño 161 garantiza la producción de iones estañosos Sn2 , que gracias a la permeabilidad selectiva de la membrana catiónica 140 permanecen mayoritariamente en la proximidad del ánodo. The electrolytic dissolution of the tin granules 161 guarantees the production of stannous ions Sn2, which thanks to the selective permeability of the cationic membrane 140 remain mostly in the vicinity of the anode.
Como membrana catiónica utilizable según la invención, se aconseja la membrana comercializada por la sociedad TOKUYAMA SODA bajo la denominación comercial CMX-S. As a cationic membrane that can be used according to the invention, the membrane marketed by the company TOKUYAMA SODA is recommended under the trade name CMX-S.
H H
La membrana catiónica 140 presenta una permeabilidad selectiva que permite la transferencia de los iones hacia The cationic membrane 140 has a selective permeability that allows the transfer of ions to
el cátodo 120 y el mantenimiento de los iones Sn2 de la vecindad del ánodo 160. the cathode 120 and the maintenance of the Sn2 ions in the vicinity of the anode 160.
El electrolito de la zona anódica 1600 así recargado en iones estañosos puede entonces recuperarse y dirigirse de The electrolyte of the anodic zone 1600 thus recharged in stannous ions can then be recovered and directed from
H H
nuevo hacia la cuba de revestimiento 30. Por el contrario, los iones presentes en la zona anódica 1600 atraviesan la membrana catiónica 140 debido al campo eléctrico creado por la diferencia de potencial entre las zonas anódicas again towards the coating vessel 30. On the contrary, the ions present in the anodic zone 1600 pass through the cationic membrane 140 due to the electric field created by the potential difference between the anodic zones
H H
1600 y catódicas 1200 del reactor 10. Los iones recuperados en la zona catódica 1200 del reactor 10 se 1600 and cathode 1200 of reactor 10. The ions recovered in cathode zone 1200 of reactor 10 are
recombinan entonces con los aniones A , con el fin de reformar el ácido AH. then recombine with the anions A, in order to reform the acid AH.
Sobre la figura 4, está representado un ejemplo de reactor de disolución 10 según la invención, que contiene un depósito 130 lleno de electrolitos, que puede ser de forma cilíndrica y que se separa en dos por una membrana de electrodiálisis catiónica 140, que puede también ser de forma cilíndrica, definiendo así una zona anódica 1600 central que contiene el ánodo soluble 160, y una zona catódica 1200 externa que contiene el cátodo 120. On FIG. 4, an example of a dissolution reactor 10 according to the invention is shown, which contains a reservoir 130 filled with electrolytes, which can be cylindrical in shape and which is separated in two by a cationic electrodialysis membrane 140, which can also be cylindrical in shape, thus defining a central anodic zone 1600 containing soluble anode 160, and an external cathode zone 1200 containing cathode 120.
La forma cilíndrica del depósito 130 y de la membrana catiónica 140 se dan aquí a título de ejemplo. Pero, el depósito 130 y la membrana catiónica 140 también pueden ser de forma paralelepipédica. The cylindrical shape of the tank 130 and the cationic membrane 140 are given here by way of example. But, the reservoir 130 and the cationic membrane 140 can also be parallelepipedic.
El cátodo 120 se conecta al polo negativo de una fuente de corriente eléctrica (representada por el símbolo "-" sobre la figura 4) y el ánodo 160 esta conectado, en su parte superior, al polo positivo (representada por el símbolo "+" sobre la figura 4) de la misma fuente de corriente eléctrica. The cathode 120 is connected to the negative pole of an electric current source (represented by the symbol "-" on figure 4) and the anode 160 is connected, in its upper part, to the positive pole (represented by the symbol "+" on figure 4) of the same source of electric current.
La figura 4 muestra que el ánodo soluble de estaño 160 comprende una cesta de disolución 162 que comprende los gránulos de estaño 161. Esta cesta 162 esta dividida en tres partes superpuestas distintas: Figure 4 shows that the soluble tin anode 160 comprises a solution basket 162 comprising the tin granules 161. This basket 162 is divided into three distinct overlapping parts:
-una zona inferior 1621 sumergida en el electrolito contenido en el depósito 130; - a lower zone 1621 submerged in the electrolyte contained in the tank 130;
-una zona media 1622 de recuperación del electrolito, que esta situada por encima de la zona inferior 1621 que le es contigua y que no se sumerge en el electrolito contenido en el depósito 130, sino que se moja por la solución electrolítica cuando se pone en circulación en el circuito 200, y -a middle zone 1622 for the recovery of the electrolyte, which is located above the lower zone 1621 that is contiguous to it and that is not immersed in the electrolyte contained in the tank 130, but is wetted by the electrolyte solution when placed in circulation in circuit 200, and
-una zona superior 1623 seca para la alimentación en gránulos de estaño 161 secos y la transmisión de la corriente eléctrica de disolución. -a superior dry zone 1623 for feeding in dry tin granules 161 and the transmission of the dissolving electric current.
Las zonas inferior 1621 y media 1622 de la cesta de disolución 162 del ánodo 160 están realizadas las dos en un material no conductor de electricidad. The lower areas 1621 and middle 1622 of the dissolution basket 162 of the anode 160 are both made of a non-conductive material of electricity.
A titulo de material no conductor de electricidad utilizable según la invención para realizar las zonas inferior 1621 y media 1622 de la cesta 162 del ánodo soluble 160, aconsejamos las materias plásticas, y los compuestos como las resinas de poliéster armadas y los aceros revestidos de polímeros. As a non-conductive material of electricity that can be used according to the invention to make the lower areas 1621 and middle 1622 of the basket 162 of the soluble anode 160, we recommend plastic materials, and compounds such as reinforced polyester resins and polymer coated steels .
Por el contrario, la zona superior 1623 de alimentación en gránulos de estaño 161 se realiza en un material conductor de electricidad. In contrast, the upper feed zone 1623 in tin granules 161 is made of an electrically conductive material.
A titulo de material conductor de electricidad utilizable según la invención para realizar la cesta 162 del ánodo soluble 160, podemos citar particularmente el acero inoxidable. As title of electricity conductive material usable according to the invention to make the basket 162 of the soluble anode 160, we can mention particularly the stainless steel.
La zona inferior 1621 sumergida en el electrolito contiene un enrejado 163 que comprende una red en plástico de malla adaptada a la retención de los gránulos de estaño, sea entre 0,05 y 0,50 mm, y preferentemente entre 0,1 y 0,30 mm. Esta red se sostiene por el envolvente de la cesta que presenta aberturas de puesta en contacto con el electrolito, que son por lo menos 50 veces más anchas que las mallas de la red de las aberturas (en punteado sobre la figura 4) que son formadas en el envolvente de la cesta 162. The lower area 1621 submerged in the electrolyte contains a lattice 163 comprising a mesh plastic net adapted to the retention of the tin granules, be between 0.05 and 0.50 mm, and preferably between 0.1 and 0, 30 mm This network is supported by the envelope of the basket that has openings for contacting the electrolyte, which are at least 50 times wider than the meshes of the network of the openings (dotted on Figure 4) that are formed in the envelope of the basket 162.
La zona media 1622 contiene un canal de recuperación 164 del electrolito regenerado, este canal está alimentado a través de un enrejado 165 (idéntico al 163 de la zona inferior 1621) y de aberturas (en punteados sobre la figura 4) formadas en el envolvente de la cesta 162 (idénticos a las de la zona inferior 1621). The middle zone 1622 contains a recovery channel 164 of the regenerated electrolyte, this channel is fed through a lattice 165 (identical to 163 of the lower zone 1621) and openings (dotted on Figure 4) formed in the envelope of basket 162 (identical to those in lower zone 1621).
En funcionamiento, la zona media 1622 se moja por la solución electrolítica del depósito 130 en circulación en el circuito In operation, the middle zone 1622 is wetted by the electrolytic solution of the tank 130 in circulation in the circuit
200. 200.
La zona superior 1623 contiene una tolva de alimentación 166 de gránulos de estaño 161, que se conecta al polo positivo de la fuente de alimentación en corriente eléctrica y que asegura la transmisión de la corriente eléctrica de 5 disolución en el lecho de gránulos de estaño, a través de las superficies de contacto entre los gránulos de estaño y la tolva en material conductor de electricidad. The upper zone 1623 contains a feed hopper 166 of tin granules 161, which is connected to the positive pole of the power supply in electric current and that ensures the transmission of the dissolving electric current in the bed of tin granules, through the contact surfaces between the tin granules and the hopper in electrically conductive material.
La zona inferior 1621 de la cesta 162, que se sumerge en el electrolito, esta rodeada por una membrana catiónica 140 de forma circular. Esta membrana catiónica 140 se sostiene ventajosamente por al menos una red de materia plástica, que permite asegurar la rigidez de la membrana 140. The lower area 1621 of the basket 162, which is immersed in the electrolyte, is surrounded by a cationic membrane 140 circular in shape. This cationic membrane 140 is advantageously supported by at least one network of plastic material, which ensures the rigidity of the membrane 140.
10 El electrolito que debe tratarse se introduce en la zona inferior 1621 de la cesta por los conductos de admisión 201 a una presión suficiente para permitir su desbordamiento en el cazo de recuperación 164 de la zona media 1622. Durante el curso del recorrido de los gránulos de estaño 161 a través de la cesta 162, la corriente eléctrica asegura la disolución 10 The electrolyte to be treated is introduced into the lower zone 1621 of the basket through the intake ducts 201 at a sufficient pressure to allow its overflow in the recovery pit 164 of the middle zone 1622. During the course of the granule path of tin 161 through basket 162, the electric current ensures dissolution
de dichos gránulos 161 y el ácido se carga en iones Sn que permanecen cerca del ánodo 160. El electrólito así recargado en estaño se recupera en el nivel del cazo 164, antes de regresar al recipiente de revestimiento 30 por medio of said granules 161 and the acid is charged in Sn ions that remain close to anode 160. The electrolyte thus recharged in tin is recovered at the level of bucket 164, before returning to the liner vessel 30 by means
15 de los conductos de retorno 202. 15 of the return ducts 202.
Sobre la figura 5, se representa en vista superior otro ejemplo de reactor de disolución 10 según la invención, que comprende una pluralidad de ánodos solubles 160 que contienen cada uno una cesta 162 llena de gránulos de estaño 161, cada cesta 162 se rodea por una membrana catiónica 140 circular. On FIG. 5, another example of a dissolution reactor 10 according to the invention is shown in top view, comprising a plurality of soluble anodes 160 each containing a basket 162 filled with tin granules 161, each basket 162 is surrounded by a cationic membrane 140 circular.
Un dispositivo de alimentación 400 en gránulos 161 comunica las tolvas 166 de todas las cestas 162 del reactor de A feeding device 400 in granules 161 communicates the hoppers 166 of all the baskets 162 of the reactor
20 disolución 10. Este dispositivo 400 puede ser una cinta rodante o vibrante, o cañerías no conductoras de electricidad. El dispositivo 400 actúa de manera intermitente con arreglo a una señal dada por un dispositivo de detección del nivel de gránulos en las tolvas 166, para mantener un nivel constante de gránulos 161 en la cesta 162. 20 solution 10. This device 400 may be a treadmill or vibrating belt, or non-conductive pipes of electricity. The device 400 acts intermittently according to a signal given by a device for detecting the level of granules in the hoppers 166, to maintain a constant level of granules 161 in the basket 162.
Claims (15)
- 4. Four.
- Instalación (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en porque, el ánodo soluble de estaño (160) se presenta en forma de gránulos de estaño (161) contenidos en una cesta (162). Installation (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that, The soluble tin anode (160) is in the form of tin granules (161) contained in a basket (162).
- 5. 5.
- Instalación (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque, la cesta (162) comprende tres partes superpuestas distintas: Installation (1) according to claim 4, characterized because, The basket (162) comprises three distinct overlapping parts:
- --
- una zona inferior (1621) que se sumerge en la solución electrolítica contenida en el depósito (130) del reactor de disolución (10), a lower zone (1621) that is immersed in the electrolyte solution contained in the tank (130) of the dissolution reactor (10),
- --
- una zona media (1622) de recuperación del electrolito, que está situada por encima de dicha zona inferior (1621) que le es contigua, dicha zona media (1622) no se sumerge en la solución electrolítica contenida en el depósito (130) del reactor de disolución (10), pero se moja por la solución electrolítica cuando se pone en circulación en el circuito (200), a middle electrolyte recovery zone (1622), which is located above said contiguous lower zone (1621), said middle zone (1622) is not immersed in the electrolyte solution contained in the reactor tank (130) of solution (10), but it gets wet by the electrolytic solution when it is put into circulation in the circuit (200),
- --
- una zona superior (1623) seca para la alimentación en gránulos de estaño (161) y la transmisión de la corriente eléctrica de disolución, dicha zona superior (1623) está situada por encima de dicha zona media (1622) que le es contigua. a dry upper zone (1623) for feeding in tin granules (161) and the transmission of the dissolving electric current, said upper zone (1623) is located above said middle zone (1622) which is adjacent to it.
- 6. 6.
- Instalación (1) según la reivindicación 5, caracterizada porque, las zonas inferior (1621) y media (1622) de la cesta (162) se realizan en un material no conductor de electricidad. Installation (1) according to claim 5, characterized because, the lower (1621) and middle (1622) areas of the basket (162) are made of a non-conductive material of electricity.
- 7. 7.
- Instalación (1) según la reivindicación 6, Installation (1) according to claim 6,
- 8. 8.
- Instalación (1) según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado en que, la zona superior (1623) de la cesta (162) se realiza en un material conductor de electricidad Installation (1) according to one of claims 5 to 7, characterized in that, the upper area (1623) of the basket (162) is made of an electrically conductive material
- 9. 9.
- Instalación (1) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado en que, la zona inferior (1621) de la cesta (162) contiene: Installation (1) according to any of claims 5 to 8, characterized in that, the lower area (1621) of the basket (162) contains:
- --
- un enrejado (163) que comprende una red plástica cuya malla esta comprendida entre 0,05 mm. y 0,5 mm., y a trellis (163) comprising a plastic net whose mesh is between 0.05 mm. and 0.5 mm., and
- --
- una envoltura para sostener dicho enrejado (163) y que contiene una o más coberturas para poner en contacto los gránulos (161) con la solución electrolítica. an envelope for holding said lattice (163) and containing one or more covers to bring the granules (161) into contact with the electrolyte solution.
- --
- un enrejado (165) que comprende una red plástica cuya malla esta comprendida entre 0,05mm. y 0.5 mm., y a trellis (165) comprising a plastic net whose mesh is between 0.05mm. and 0.5 mm., and
- --
- un canal de recuperación (164) de la solución electrolítica, dicho canal (164) esta alimentado en solución electrolítica por medio del enrejado (165). a recovery channel (164) of the electrolytic solution, said channel (164) is fed in electrolytic solution by means of the lattice (165).
- 11. eleven.
- Instalación (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, el reactor de disolución (10) contiene una pluralidad de ánodos solubles (160), cada uno de estos ánodos (160) consta Installation (1) according to one of the preceding claims, characterized because, The dissolution reactor (10) contains a plurality of soluble anodes (160), each of these anodes (160) consists
- 12. 12.
- Instalación (1) según la reivindicación 11, caracterizada porque, Installation (1) according to claim 11, characterized in that,
- 13. 13.
- Instalación (1) según la reivindicación 12, caracterizada porque, el dispositivo de alimentación (400) en gránulos (161) es un tapiz vibrante o rodante, o tuberías no conductoras de Installation (1) according to claim 12, characterized because, the feeding device (400) in granules (161) is a vibrating or rolling carpet, or non-conductive pipes of
- 14. 14.
- Procedimiento de estañado electrolítico de una banda de acero (20) en deslizamiento continuo por lo menos en una cuba de electrodeposición (30) lleno de una solución electrolítica que consta de un ácido AH y de iones estañosos Electrolytic tin plating process of a steel band (20) in continuous sliding at least in an electrodeposition tank (30) filled with an electrolytic solution consisting of an acid AH and stannous ions
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