Projeto de otimização de processos galvânicos em banhos de cobre alcalino cianídrico através da redução do carbonato de potássio

Padilha, Liana Franco

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

2022-12-14

Processos galvânicos

Otimização

Cobre alcalino

Carbonato de potássio

Os processos galvânicos têm papel importante no revestimento de peças automobilísticas, construção civil, informática, joias, utensílios domésticos etc. Esses processos são constituídos por uma etapa química ou eletroquímica em que ocorre a eletrodeposição de uma camada de metal a um substrato, seja este metálico ou não. O processo galvânico utilizado neste trabalho é o banho de cobre alcalino à base de cianeto de cobre e potássio, o qual sofre carbonatação gradativa pela interação com dióxido de carbono e oxigênio, ou seja, o íon carbonato é formado no banho mediante mecanismos de degradação e o produto formado é solúvel em meio aquoso. A concentração de carbonato de potássio recomendada para a operação no processo galvânico do cobre alcalino é de 60 g/L. Entre os efeitos prejudiciais do excesso desse composto químico no banho de cobre alcalino estão o aumento da rugosidade, porosidade, deformação do filme depositado, aumento do tempo de eletrodeposição e o surgimento de superfície fosca. Neste trabalho foram comparados três reagentes que reduzem o carbonato de potássio pelo processo unitário de precipitação química, através de métodos analíticos de curvas de concentração e eficiência de remoção, como também foi avaliada a influência da concentração de carbonato de potássio na eletrodeposição do cobre alcalino em escala industrial, tendo como matéria prima o zamac. Entre os três reagentes estudados no trabalho, o sulfato de cálcio apresentou maior eficiência de remoção do carbonato de potássio, chegando até 73,30% de redução. Das imagens obtidas por MEV, foi observado que houve um aumento na espessura da camada eletrodepositada de cobre de 3,73 μm para 9,85 μm, além de melhora dos aspectos como rugosidade, porosidade e uniformidade. Em escala industrial, foram analisadas duas peças de zamac de dimensões distintas as quais passaram pelo processo de eletrodeposição, com concentração de carbonato de potássio acima de 100 g/L, que apresentaram uma redução na quantidade de cobre depositado de 25% e 33%, quando comparado com os resultados obtidos em um tanque com as concentrações de carbonato de potássio abaixo do limite de 60 g/L.

Galvanic processes play an important role in the coating of automotive parts, civil construction, computers, jewelry, household items etc. It is a chemical or electrochemical process in which the electrodeposition of a metal layer to a substrate, whether metallic or not, occurs. The galvanic process used in this thesis is the alkaline copper bath based on copper and potassium cyanide. This type of procedure undergoes gradual carbonation by the interaction with carbon dioxide and oxygen, i.e., the carbonate ion is formed in the bath through mechanisms of degradation and the product formed is soluble in aqueous medium. The concentration of potassium carbonate recommended for operation in the galvanic process of alkaline copper is 70 g/L. Among the harmful effects of excess of this chemical compound in the alkaline copper bath are the increase in roughness, porosity, deformation of the deposited film, increased electrodeposition time and matte surface. In this work, three reagents that reduce potassium carbonate by the unitary process of chemical precipitation were compared through analytical methods of concentration curves and removal efficiency, as well as to evaluate the influence of potassium carbonate concentration on the electrodeposition of alkaline copper on an industrial scale, using zamac as raw material. Out of the three reagents studied in this study, calcium sulfate presented the highest removal efficiency for potassium carbonate, reaching up to 73.30% reduction. From the images obtained by SEM it was observed that there was an increase in the thickness of the electrodeposited copper layer from 3.73 μm to 9.85 μm, in addition to improving aspects such as roughness, porosity and uniformity. On an industrial scale, two pieces of zamac of different dimensions that underwent the electroplating process were analyzed with potassium carbonate concentrations above 100 g/L, which showed a reduction in the amount of copper deposited of 25% and 33%, when compared with the results obtained in a tank with potassium carbonate concentrations below the 60 g/L limit.