Ánodo de titanio MMO para metalurgia

La hidrometalurgia, una tecnología fundamental para la extracción de metales como el cobre, el níquel, el cobalto y el zinc, se ha convertido en una tendencia dominante en la industria metalúrgica moderna debido a su bajo consumo energético, alta selectividad y respeto al medio ambiente. Ánodo de titanio MMO El sustrato puede soportar ambientes extremadamente corrosivos como ácido sulfúrico concentrado al 98% y ácido clorhídrico al 50%.

El recubrimiento de MMO regula con precisión la reacción electroquímica, manteniendo un sobrepotencial bajo y bajas pérdidas incluso a altas densidades de corriente, lo que lo hace ideal para las exigentes condiciones de operación hidrometalúrgicas de acidez fuerte, alto contenido de sal y alta corriente. Desde su aplicación inicial en la electrorrefinación de cobre en la década de 1980, los ánodos de titanio MMO se han incorporado gradualmente a la purificación de lixiviados, la electroobtención de metales, la electrorrefinación y la recuperación de metales preciosos.

La principal aplicación de los ánodos de titanio MMO en hidrometalurgia reside en aprovechar la resistencia a la corrosión del sustrato de titanio y la actividad catalítica del recubrimiento de MMO. Al manipular la reacción electroquímica, logran tres funciones clave: extracción de iones metálicos, eliminación de impurezas y generación de reactivos auxiliares.

Sustrato de titanioUna densa película pasivadora de TiO₂ (de 2 a 5 nm de espesor) se forma de forma natural sobre la superficie del titanio industrialmente puro (Gr1/Gr2). Esta película presenta una estabilidad química extremadamente alta en entornos ácidos y con alto contenido de sal. En ácido sulfúrico concentrado al 98 %, la velocidad de corrosión del titanio es inferior a 0.01 mm/año; en ácido clorhídrico al 50 %, la velocidad de corrosión es inferior a 0.05 mm/año, lo que garantiza una resistencia duradera al entorno corrosivo de la hidrometalurgia.

Recubrimientos MMOLos recubrimientos de MMO forman una red conductora de solución sólida compuesta de óxidos de metales preciosos. Esto mejora la eficiencia catalítica al reducir el sobrepotencial de las reacciones electroquímicas (por ejemplo, los recubrimientos de rutenio-iridio reducen el sobrepotencial para la evolución de cloro entre 0.3 y 0.5 V). Además, el recubrimiento se une químicamente al sustrato de titanio (formando un enlace Ti-OM, donde M es un ion de metal precioso), lo que resulta en una fuerte adhesión (>50 MPa) y evita la descamación y la disolución a altas densidades de corriente, lo que garantiza un funcionamiento estable a largo plazo.

Deposición electrolítica

Esta es la principal aplicación de los ánodos de titanio MMO en la hidrometalurgia. Se utilizan para extraer metales puros de electrolitos (electrodeposición) o purificar metales crudos (electrorrefinación). Tomando como ejemplo la electrorrefinación del cobre, el mecanismo específico es el siguiente:

Reacción anódicaEn un electrolito de ácido sulfúrico-sulfato de cobre, con un ánodo de titanio MMO basado en iridio-tántalo (tipo desprendimiento de oxígeno), la reacción de desprendimiento de oxígeno ocurre en el ánodo: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. El H+ generado por la reacción de desprendimiento de oxígeno repone los iones de hidrógeno en el electrolito, manteniendo un pH estable (normalmente controlado entre 1.8 y 2.2).

Reacción catódicaEn el cátodo (placa de cobre o acero inoxidable), se produce una reacción de reducción de iones de cobre: ​​Cu²+ + 2e⁻ → Cu↓. Los iones de cobre se depositan en la superficie del cátodo, formando cobre catódico de alta pureza (superior al 99.995%). Dado que el ánodo de MMO elimina la liberación de iones de impurezas, la pureza del electrolito es mayor y las propiedades físicas del cobre catódico (como la densidad y la ductilidad) mejoran significativamente.

Eficiencia actualEl bajo sobrepotencial del recubrimiento MMO (el sobrepotencial de desprendimiento de oxígeno es entre 0.2 y 0.3 V menor que el de los ánodos de aleación de plomo) reduce el voltaje de la celda (de los 0.35 V tradicionales a menos de 0.25 V), lo que reduce el consumo de energía a la misma corriente. Además, la alta conductividad del recubrimiento garantiza una distribución de corriente más uniforme, reduce la formación de dendritas en la superficie del cátodo y mejora la eficiencia de la corriente (del 95 % a más del 97 %).

Durante la electrodeposición de níquel en un sistema de cloruro, el ánodo de titanio MMO de rutenio-iridio experimenta una reacción de desprendimiento de cloro: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. El cloro generado puede reciclarse para la lixiviación de minerales de níquel mediante cloruro, completando así un proceso de lixiviación por electrólisis de circuito cerrado, lo que reduce los costos de adquisición de cloro y evita los riesgos ambientales derivados de las fugas de cloro.

Principio de lixiviación

En las etapas de lixiviación y purificación de la hidrometalurgia, los ánodos de titanio MMO generan oxidantes catalíticos (como oxígeno y cloro) para lograr la lixiviación de minerales o la eliminación de impurezas. El mecanismo específico es el siguiente:

Lixiviación asistida (utilizando la lixiviación con cloruro como ejemplo)En la lixiviación con cloruro de metales preciosos (oro y plata), el ánodo de titanio MMO de rutenio-iridio electroliza una solución de cloruro de sodio para generar cloro: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. El cloro reacciona con el agua para formar ácido clorhídrico y ácido hipocloroso (Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO). El ácido hipocloroso oxida aún más el oro para formar ácido cloroáurico soluble (Au + 3HClO + HCl → HAuCl₄ + 3H₂O), lo que permite la disolución y extracción del oro. En comparación con el flujo de gas cloro tradicional, el ánodo MMO genera cloro in situ, lo que aumenta la utilización del 60 % a más del 90 %, sin riesgo de fugas de cloro.

Purificación de soluciones (por ejemplo, eliminación de hierro)En los lixiviados de cobre y zinc, el Fe²+ es la principal impureza, lo que afecta la pureza de los productos electrolíticos subsiguientes. Debe oxidarse a Fe³+ y luego separarse por precipitación como hidróxido de hierro. Utilizando un ánodo de titanio MMO basado en estaño-antimonio o iridio-tántalo, la electrólisis en un sistema de ácido sulfúrico diluido produce oxígeno: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. El oxígeno oxida el Fe²+ a Fe³+ (4Fe²+ + O₂ + 4H+ → 4Fe³+ + 2H₂O). Tras ajustar el pH a 3-4, el Fe³+ se hidroliza para formar un precipitado de hidróxido férrico (Fe³+ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3H+). La alta eficiencia de evolución de oxígeno del ánodo MMO permite una tasa de oxidación de Fe²+ superior al 99%, sin la introducción de iones de impurezas.

Tipos de ánodos de titanio MMO

Los procesos hidrometalúrgicos son complejos y diversos (desde sistemas de ácido sulfúrico para la electrólisis del cobre hasta sistemas de cloruro para la extracción de níquel y cobalto, y desde la purificación de baja densidad de corriente hasta la electrodeposición de alta densidad de corriente) y los requisitos de resistencia a la corrosión del ánodo, actividad catalítica y capacidad de transporte de corriente varían significativamente.

La composición del recubrimiento determina directamente la resistencia a la corrosión del ánodo, su selectividad catalítica y el sistema aplicable, y es un indicador clave para la compatibilidad con los procesos hidrometalúrgicos. Los principales tipos se clasifican en desprendimiento de cloro, desprendimiento de oxígeno y resistencia a ácidos fuertes.

Ánodos de titanio recubiertos de rutenio-iridio

Utilizando dióxido de rutenio (RuO₂) como ingrediente activo principal, el ánodo está dopado con un 10%-30% de dióxido de iridio (IrO₂) para optimizar la estabilidad. El espesor del recubrimiento se controla entre 10 y 15 μm, y la carga de metal precioso es de 15-25 g/m². Su principal ventaja es su eficiente oxidación catalítica de iones de cloruro, logrando una eficiencia de corriente de evolución de cloro superior al 95% en sistemas de cloruro (como electrolitos de cloruro de níquel y cloruro de cobalto). También ofrece una excelente resistencia a la corrosión por cloruro, soportando concentraciones de iones de cloruro superiores a 100 g/L y entornos ácidos con un rango de pH de 1 a 6. Su densidad de corriente máxima alcanza los 3000 A/m².

Ánodo de titanio recubierto de iridio-tántalo

Basado en dióxido de iridio (IrO₂), se dopa con un 30%-50% de pentóxido de tántalo (Ta₂O₅) para formar un recubrimiento de solución sólida con un espesor de 8-12 μm y una carga de metal precioso de 20-35 g/m². Sus principales ventajas son su alta resistencia a los ácidos y su alta estabilidad frente a la evolución de oxígeno. En sistemas ácidos con oxígeno, como el ácido sulfúrico y el ácido nítrico, su sobrepotencial de evolución de oxígeno es de tan solo 1.4 V. Soporta concentraciones de ácido sulfúrico del 60% y temperaturas de 80 °C, con una densidad de corriente máxima de 12 000 A/m². No existe riesgo de desprendimiento del recubrimiento durante el uso prolongado. Apto para hidrometalurgia en sistemas de ácido sulfúrico.

Ánodo de titanio recubierto de estaño y antimonio

Compuesto principalmente de dióxido de estaño (SnO₂), este ánodo está dopado con un 5%-10% de trióxido de antimonio (Sb₂O₃) para mejorar su conductividad. El espesor del recubrimiento es de 15-20 μm. Su coste es solo entre un tercio y la mitad del de un ánodo de rutenio-iridio. Su principal ventaja es su resistencia a la corrosión por ácidos oxidantes fuertes, incluyendo ácido nítrico concentrado y ácido crómico. Su rendimiento estable a bajas densidades de corriente (<500 A/m²) lo hace ideal para aplicaciones de ácidos débiles o de baja corriente, con precios competitivos.

Ánodo de titanio MMO en forma de placa

Este ánodo tiene un espesor de 2-5 mm y se puede personalizar en tamaños de 500 × 1000 mm a 2000 × 3000 mm. Su estructura simple y fácil instalación lo convierten en el ánodo más utilizado en hidrometalurgia. Ideales para celdas electrolíticas de gran tamaño (como las de cobre y zinc), estos ánodos se pueden instalar individualmente o en grupos, y la eficiencia de la electrólisis se controla ajustando la separación entre ellos.

Ánodos de titanio de malla MMO

Fabricados con alambre de titanio (1-3 mm de diámetro) soldado en una rejilla, con tamaños de malla que van desde 5 × 5 mm hasta 20 × 20 mm. Ofrecen una superficie de 3 a 5 veces mayor que los ánodos de placa y mejoran la uniformidad de la distribución de corriente en un 40 %. Son adecuados para la electrodeposición de alta densidad de corriente (como la electrodeposición de níquel-cobalto), lo que reduce la polarización por concentración y aumenta las tasas de deposición de metal.

Ánodos tubulares de titanio MMO

Fabricados con tubos de titanio sin costura (de 20 a 100 mm de diámetro y de 2 a 5 mm de espesor de pared), pueden utilizarse individualmente o en serie, lo que los hace ideales para la lixiviación en tuberías o sistemas de electrólisis circulante. Por ejemplo, en la lixiviación de cloruros de metales preciosos, se instalan ánodos tubulares de rutenio-iridio dentro del tubo de reacción. La electrólisis de soluciones de cloruro genera cloro, lo que permite una reacción inmediata entre el cloro y los minerales, mejorando así la eficiencia de la lixiviación. En el tratamiento de aguas residuales, los ánodos tubulares permiten la electrólisis circulante del electrolito, lo que mejora la eliminación de impurezas.

Ánodos de titanio MMO personalizados

Diseñados a medida para estructuras de equipos específicos, como ánodos curvos (aptos para celdas electrolíticas circulares), ánodos de ranura (aptos para líneas de producción de electrodeposición continua) y ánodos de filamento (aptos para equipos pequeños de recuperación de metales preciosos). Un ánodo de filamento de rutenio-iridio de 1 mm de diámetro, hecho a medida para una empresa de reciclaje de metales preciosos, logra la deposición selectiva de oro en una celda microelectrolítica, alcanzando una tasa de recuperación del 99.9 % y ocupando solo una quinta parte del espacio de los equipos tradicionales.