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Recuperación de metales por técnicas electroquímicas y procesos de membranas para la

producción de materiales nanoestructurados

Transporte de Iones Metálicos Multivalentes a Través de

Membranas de Intercambio Catiónico

Valentín Pérez Herranz

Manuel César Martí Calatayud

Montserrat García Gabaldón

Transporte de Iones Metálicos Multivalentes a Través de Membranas de Intercambio

Catiónico

INTRODUCCIÓN

Metales como el hierro, el níquel, el cobre o el cromo

están presentes en muchos efluente procedentes de

procesos industriales.

Las técnicas electrodialíticas pueden aplicarse a la

recuperación de estos metales.

La aplicación de las técnicas está limitada por la

polarización por concentración, que limita la máxima

densidad de corriente de trabajo en estos procesos.


Catiónico

IONES METÁLICOS MULTIVALENTES

El transporte de iones metálicos multivalenres a

través de membranas catiónicas ha sido poco

estudiado.

Los metales de transición tienen características

especiales debido a que sus estados de oxidación

más comunes son multivalentes y sus iones son de

mayor tamaño que los iones monovalentes.


Catiónico


Los sitios fijos de las membranas de intercambio

iónico tienen mayor afinidad por los contraiones de

mayor valencia.

Pueden formar complejos de carga, forma y

propiedades de transporte variables.

El transporte de iones a través de las membranas

suele ser la etapa controlante en procesos

electrodialiticos.


Catiónico

TÉCNICAS EXPERIMENTALES

Cronopotencometría. Curvas de polarización.

Em (V)

I (m

A)

Región IIRegión I

Región III

Em

(V)

t (s)

I3

I2

I1

V3

V2

V1

t

)tt(

CFDzi

jj

b

j

lim


Catiónico

DENSIDAD DE CORRIENTE LÍMITE

Disminuye la eficiencia del proceso debido al aumento de la

resistencia de la disolución.

Polarización por concentración y densidad de corriente límite

Puede producirse la disociación del agua provocando

cambios de pH.

Puede producirse la degradación de la membrana si se

alcanzan valores de pH extremos.


Catiónico

DENSIDAD DE CORRIENTE LÍMITE

Densidades de corriente superiores a la límite

Pérdida de selectividad de las membranas. Puede

producirse un aumento del transporte de los co-iones a

través de las membranas.

Convección gravitacional debida a la existencia de

gradientes de concentraciones en las proximidades de las

membranas. Provocan inestabilidades hidrodinámicas.

Electroconvección debida a la existencia de gradientes de

potencial no uniformes que son consecuencia de no

uniformidad de la conductividad iónica de las membranas.

Disociación del agua. Los iones H+ y OH- pueden participar en

el transporte a través de las membranas.


Catiónico

TÉCNICAS EXPERIMENTALES


Catiónico

NÚMEROS DE TRANSPORTE


Catiónico

EFECTO DEL TIPO DE ION


Catiónico

EFECTO DE LA CARGA DEL ION

Efecto de la carga del ión.

Curvas I-V para el SnCl4 0.01 M y

diferentes concentraciones de HCl.

Curvas I-V para el SnCl2 0.01 M y

diferentes concentraciones de HCl


Catiónico

ELECTROLITOS COMPLEJOS

Efecto de la composición del electrolito.

Cronopotenciogramas para una disolución de NiSO4

10−3 M.

Diagramas de especiación para una disolución

de NiSO4 10−3 M.


Catiónico

EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN


Catiónico

ELECTROCONVECCIÓN – CONVECCIÓN GRAVITACIONAL


Catiónico

ELECTROCONVECCIÓN

Transferencia de materia a densidades de corriente

superiores a la límite.

Recuperación de níquel a diferentes

regímenes de corriente

Eficacia decorriente en la recuperación de

níquel a diferentes regímenes de corriente.


Catiónico

TIPO DE MEMBRANA

Membranas homogéneas/heterogéneas.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 0.5 1

[Na(I)]/[Fe(III)] in the equilibrating solution

[Na

(I)]

/[F

e(I

II)]

in

th

e m

em

bra

ne

HDX 100

Nafion 117


Catiónico

TIPO DE MEMBRANA

Membranas homogéneas (a) /heterogéneas (b).


Catiónico

TIPO DE MEMBRANA


0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Um (V)

i (m

A·c

m-2

)

Nafion 117 - 0.01M Na2SO4

HDX 100 - 0.01M Na2SO4

Nafion 117 - 0.001M Fe2(SO4)3

HDX 100 - 0.001M Fe2(SO4)31/R1

ilim


Catiónico



0

5

10

15

20

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Um (V)

i (m

A·c

m-2

)

Nafion 117

HDX 100

1/R1

1/R2


Catiónico



0

3

6

9

12

15

18

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Um (V)

i (m

A·c

m-2

)

Nafion 117 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01M Na2SO4

HDX 100 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01 M Na2SO4

Nafion 117 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.02M Na2SO4

HDX 100 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01 M Na2SO4

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