UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

Curso de Engenharia Química

ESTUDO SOBRE ELETRÓLISE E SUAS APLICAÇÕES NA

ENGENHARIA QUÍMICA

Alexandre Rodrigo Vieira de Souza

Flávia Aparecida Araujo

José Luiz de Souza

Rodrigo Martins

Samuel Leonardo Sales

Alexandre Rodrigo Vieira de Souza

Flávia Aparecida Araujo

José Luiz de Souza

Rodrigo Martins

Samuel Leonardo Sales

ESTUDO SOBRE ELETRÓLISE E SUAS APLICAÇÕES NA

ENGENHARIA QUÍMICA

Trabalho apresentado a disciplina de Eletrotécnica

do cuso de Engenharia Química da Universdidade

federal de São João del Rei.

Professor: Paulo Tibúrcio

Alexandre Rodrigo Vieira de Souza

Flávia Aparecida Araujo

José Luiz de Souza

Rodrigo Martins

Samuel Leonardo Sales

ESTUDO SOBRE ELETRÓLISE E SUAS APLICAÇÕES NA

ENGENHARIA QUÍMICA

Trabalho apresentado a disciplina de Eletrotécnica

do cuso de Engenharia Química da Universdidade

federal de São João del Rei.

____________________________________________________

Paulo Tibúrcio Pereira – UFSJ/CAP

Ouro Branco, 22 de junho de 2011

LISTA DE SIGLAS

DQ-UFSCar – Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos

IACS – International Annealed Copper Standard)

ABAL – Associação Brasileira do Alumínio

DME – dióxido de manganês eletrolítico

BTU – British Thermal Units

CNTP – Condições normais de temperature e pressão

PEMEC – Próton Exchange Membrana Eletrolises Cell

PEM – Pulso eletromagnético

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

RESUMO

Neste trabalho foram discutidos os conceitos, os tipos e as diversas aplicações de

eletrolise em geral. Foram considerados os impactos ambientais, as tendências da produção

mundial e a áreas onde possui as técnicas mais desenvolvidas. Como a electrólise é um

processo que separa os elementos químicos de um composto através do uso da electricidade, é

possível que seja obtido elementos através do processo de eletrodeposição, onde o elemento

desejado é depositado em um eletrodo imerso em solução. Para que ocorra este processo é

necessário que primeiramente a decomposição (ionização ou dissociação) do composto em

íons e, posteriormente, a passagem de uma corrente contínua através destes íons para que

sejam são obtidos os elementos químicos. O processo da eletrólise é uma reação de

oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica. Tal processo embora simples, a

princípio, pode ser aplicado em diversas áreas como na galvonoplastia e na extração de

elementos como manganês, chumbo, alumínio, cloro e hidrogênio da água. O trabalho mostra

como a eletrólise tem se mostrado um método que alcança aplicações cada vez mais

abrangentes, sendo que as diversas formas de obtenção possibilita o desenvolvimento de

técnicas cada vez mais avançadas. Um problema ainda persistente ao processo de eltróle é no

que diz respeito ao gasto de energia do processo, o que contribuído para restringir a sua

implatação de forma geral. No entanto, hoje já se encontra diversas linhas de pesquisas, como

eletrólise a frio, que visa atender a relação custo benefício desta técnica.

ABSTRACT

This paper discussed the concepts, the various types and applications of electrolysis

in general. We considered the environmental impacts, trends and areas of the world where it

has the most developed techniques. Because electrolysis is a process that separates the

elements of a chemical compound through the use of electricity, it is possible that elements is

obtained through the process of electroplating, where the desired element is deposited on an

electrode immersed in solution. For this process to occur it is necessary that the first

breakdown (ionization or dissociation) of the compound into ions and then passing a current

through these ions to be obtained are the chemical elements. The process of electrolysis is a

reaction oxirredução opposite of what occurs in a galvanic cell. This process, though simple

in principle, can be applied in areas such as the galvonoplastia and extraction of elements

such as manganese, lead, aluminum, chlorine and hydrogen from water. The work shows how

the electrolysis has been a method that achieves more comprehensive applications, and the

various ways of obtaining enables the development of increasingly advanced techniques. A

persistent problem still is eletrolysis process with respect to the energy expenditure process,

which helped to restrict the implantation of their general. However, today there is several

lines of research, as electrolysis at cold, which aims to meet the cost benefit of this technique.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO............................................................................................................. 8

2. OBJETIVO ................................................................................................................... 9

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 10

3.1. Eletrólise ............................................................................................................... 10

3.2. Eletrólise com Eletrodos Ativos ........................................................................... 12

3.3. Leis da eletrólise ................................................................................................... 13

3.4. Eletrólise de Cloro ............................................................................................... 14

3.4.1. O Elemento Cloro .......................................................................................... 14

3.4.2. Obtenção do Cloro por Eletrólise ................................................................... 15

3.5. Eletrólise do Chumbo .......................................................................................... 17

3.6. Eletrólise do Manganês ........................................................................................ 18

3.7. Eletrólise do Alumínio ......................................................................................... 20

3.7.1. Propriedades e características do alumínio .................................................... 24

3.8. Eletrólise do Hidrogênio ...................................................................................... 26

3.9. Galvanoplastia ..................................................................................................... 30

3.9.1. O Processo de Galvanização .......................................................................... 32

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................... 35

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 35

8

1. INTRODUÇÃO

A palavra eletrólise é originária dos radicais eletro (eletricidade) e lisis

(decomposição), ou seja, decomposição por eletricidade, podendo ainda ser chamada

literalmente de eletrodecomposição.

As primeiras experiências envolvendo eletrólise foram iniciadas pelo químico inglês

Humphry Davy, que em 1778 obteve o elemento químico potássio passando uma corrente

elétrica atraves do carbonato de potássio (potassa) fundido.

Em 1808, através de sugestões dadas por Jöns Jacob Berzelius, Davy efetuou

melhorias no processo, e conseguiu isolar outros elementos a partir dos seus óxidos como o

magnésio e o bário.

Ao longos dos anos esta tecnica se desenvolveu substancialmente, possibilitando a sua

aplicação industrial na produção de diversos metais, seja por redução ou oxidação dos

mesmos a partir dos estados naturalmente encontrados.

Dessa forma, a eletrólise possui muitas aplicações na indústria química, na produção

de metais, como sódio, magnésio, potássio, alumínio e etc. Também na produção de não-

metais como cloro e o flúor e ainda substâncias como o hidróxido de sódio (soda cáustica) e

peróxido de hidrogênio (água oxigenada) e a deposição de finas películas de metais sobre

peças metálicas ou plásticas, tecnica conhecida como galvanização.

As aplicações mais comuns da eletrólise são a deposição de cromo (cromagem), níquel

(niquelagem), prata (prateação), ouro (dourar), usados em grades, calotas de carros,

emblemas, peças de geladeira, jóias, aparelhos de som. É utilizada também na purificação ou

refino eletrolítico de muitos metais, como cobre e chumbo. Em processos de anodização, que

nada mais é do que uma oxidação forçada da superfície de um metal para que seja mais

resistente à corrosão, geralmente este último processo é realizado em alumínio.

9

2. OBJETIVO

Este trabalho pretende apresentar uma breve revisão bibliográfica sobre eletrolise, suas

aplicações e alguns métodos mais encontrados.

10

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Eletrólise

A eletrólise é um processo que separa os elementos químicos de um composto através

do uso da electricidade. Resumindo, procede-se primeiro à decomposição (ionização ou

dissociação) do composto em íons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente

contínua através destes íons, são obtidos os elementos químicos. Em muitos casos,

dependendo da substância a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre, além de formar

elementos ocorre também a formação de novos compostos. O processo da eletrólise é uma

reação de oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um

fenômeno físico-químico não espontâneo. (MUNDO EDUCAÇÃO, 2005)

Na eletrólise, usa-se eletrodos inertes, ou seja sao compostos de elementos que não

regem frente aos compostos que estão sendo eletrolizados, como o carbono grafite (grafita) ou

platina. Para que a eletrólise ocorra deve haver corrente elétrica contínua e voltagem

suficiente para provocar a eletrólise íons livres ( por fusão ou dissolução).

Ela ocorre em uma cuba eletrolítica, onde dois eletrodos ficam imersos num sal

fundido ou numa solução. A reação é impelida por uma bateria externa, ou qualquer outra

fonte de corrente contínua. Esta fonte atua como uma bomba de elétrons, impelindo os

elétrons para um eletrodo e retirando os do outro. O eletrodo que perde elétrons é positivo e o

que recebe é o negativo. (PORTAL DE QUIMICA, 2001)

Na eletrólise de um sal os íons cátions recebem elétrons no eletrodo negativo e são

reduzidos. Á medida que os cátions nas proximidades deste eletrodo são consumidos, outros

migram para o eletrodo. De modo semelhante, há um movimento de ânions para o eletrodo

positivo, onde são oxidados. Tal e qual nas pilhas voltaicas, o eletrodo sede da redução é o

catodo, e o eletrodo onde há oxidação é o anodo.

A conversão de sinais dos eletrodos na cuba eletrolítica é exatamente oposta à

convenção dos sinais na pilha voltaica. O catodo na cuba eletrolítica é negativo, pois recebe

11

os elétrons que são impulsionados pela fonte externa de voltagem. O anodo é positivo, pois

perde elétrons pela ação dessa fonte externa. (PORTAL EDUCAR, 2008)

A eletrólise dos sais fundidos e de soluções de sais fundidos, para a preparação de

metais ativos, como o sódio e o alumínio, é processo industrial muito importante, podendo ser

classificados como eletrólise ígnea e eletrólise aquosa, respectivamente.

Na eletrólise ígnea o processo ocorre com o eletrólito fundido. O termo ígnea vem do

latim igneu, significando ardente. Na eletrólise ígnea utilizam-se eletrodos inertes que

possuam elevado ponto de fusão, comumente de platina ou grafita. (MUNDO EDUCAÇÃO,

2005)

Em uma eletrólise aquosa há a dissociação de um composto iônico em solução aquosa.

Quando se faz a eletrólise de uma solução aquosa é preciso investigar se a oxidação ou a

redução ocorre com a água ou com o soluto. A água pode ser oxidada (dando O2) ou reduzida

(dando H2). Por exemplo, não se pode preparar sódio metálico pela eletrólise de solução de

NaCl em água. De fato, a água se reduz com mais facilidade do que os íons Na+

(aq), como se

pode perceber pelos potenciais padrão de redução:

2H2O(l) + e- → H2(g) + 2OH

-(aq) Ered = - 0,83V

Na+

(aq) + e- → Na(s) Ered = - 2,71V

Os potencias associados a estas duas meias reações são da mesma ordem de grandeza,

mas sugerem que a H2O seja oxidada com maior facilidade do que o Cl-.

Na prática, a voltagem de operação na eletrólise é muito maior do que a voltagem

teórica baseada nos potenciais dos eletrodos, sendo esta sobretensão aplicada indispensável

para provocar a eletrolise. Acredita se que a sobretensão seja fruto de reações de baixa

velocidade, ou seja um efeito cinético, e não termodinâmico. A sobretensão para o

desprendimento do O2 é suficientemente alta para favorecer a oxidação do Cl- diante da

oxidação da H2O. Por isso, a menos que a concentração do Cl- seja muito baixa,a eletrolise de

solução aquosas de NaCl leva ao desprendimento de H2 gasoso no catodo e de Cl2(g) no

anodo. (PORTAL DE QUIMICA, 2001)

12

3.2. Eletrólise com Eletrodos Ativos

Nas considerações sobre a eletrolise até então, admitimos que os eletrodos fossem

inertes, isto é, que não participassem da reação mas servissem, simplesmente como sítios para

a transferência de elétrons na oxidação e na redução. É possível, porém, que os eletrodos

participem da eletrólise. Quando se eletrolisam, entre eletrodos metálicos, soluções aquosas, é

possível que um desses eletrodos seja oxidado se o seu potencial de redução for menos

positivo que o de redução da água. Por exemplo, imaginaremos um eletrodo de níquel que

pode sofrer oxidação a íon Ni²:

Ni(s) → Ni²+

(aq) + 2e- Ered = - 0,28V

2H2O(l) → 4H+

(aq) + O2(g) + 4e- Ered = 1,23V

O potencial padrão de redução do Ni²+ a Ni é menos positivo do que o potencial

padrão de redução do O2 a H2O. Então a redução do Ni²+ é menos favorecida do que a

redução do O2. Alem disso, o potencial padão de redução do Ni²+

(aq) é mais positivo é maior

do que a redução da H2O(l) a H2(g). Assim, se o Ni²+

(aq) estiver presente na solução, será

reduzido com mais facilidade do que a água. (MUNDO EDUCAÇÂO, 2005)

Os processos eletrolíticos que envolvem eletrodos metálicos ativos nos quais os

metais dos eletrodos paticipam da reação de eletrólise tem muitas aplicações importantes. A

eletrólise oferece procedimento de purificação de metais como cobre, zinco, cobalto e níquel.

Uma outra aplicação importante é a galvanoplastia, na qual se deposita um metal sobre outro,

como, por exemplo, na prateação de utensílios. (PORTAL EDUCAR, 2008)

13

3.3. Leis da eletrólise

As leis que regem a eletrólise são as leis que relacionam as massas das substâncias

produzidas nos eletrodos e as quantidades de energia gastas na eletrólise.

Essas leis foram estabelecidas pelo físico-químico inglês Michael Faraday, em 1834.

A Primeira Lei da Eletrólise, ou Lei de Faraday, pode ser enunciada da seguinte

forma: “ A massa da substância eletrolisada em qualquer dos elementos é diretamente

proporcional à quantidade de carga elétrica que atravessa a solução.”. Matematicamente

representada pela Equação 1.

onde: m = massa da substância

k = constante de proporcionalidade

Q = carga elétrica (Coulomb)

A segunda lei nos diz que, empregando-se a mesma quantidade de carga elétrica (Q),

em diversos eletrólitos, a massa da substância eletrolisada, em qualquer dos eletrodos, é

diretamente proporcional ao equivalente-grama da substância, conforme observamos na

Equação 2.

onde: m = massa da substância (g)

k2 = constante de proporcionalidade

E = equivalente-grama

Unindo as duas leis, obtemos a Equação 3:

Sendo

onde: Q = carga elétrica (C)

i = intensidade da corrente elétrica (A)

t = tempo (s)

14

Então se tem a seguinte expressão:

A constante K chamada de constante de Faraday e é equivalente a

Unindo todas estas informações, tem-se a equação geral da eletrólise:

A carga elétrica de 96500 coulomb recebe o nome de faraday (F), sendo:

Por definição um Faraday é a carga elétrica que produz um equivalente-grama de

qualquer elemento em uma eletrólise e equivale a carga de um mol (6,02 x1023

) de elétrons ou

de prótons. (PORTAL DE QUÍMICA, 2001)

3.4. Eletrólise de Cloro

3.4.1. O Elemento Cloro

Na natureza o cloro pode ser encontrado na água do mar e na crosta terrestre sob a

forma de cloretos, sendo principalmente encontrado sob a forma de cloreto de sódio, sendo

possível também encontra-lo na forma gasosa pura (Cl2) em erupções vulcânicas.

Possui ampla aplicação como desinfetante, devido a sua ação bactericida e em

diversos processos industriais.

Foi obtido pela primeira vez durante uma reação de tratamento de ácido clorídrico

(HCl) com dióxido de magnésio, por Carl Wilhelm Scheele, no século XVIII. Humphry Davy

15

determinou, em 1810, a composição do ácido clorídrico, presente nas secreções estomacais

responsáveis pela digestão.

Sob temperatura e pressão ambientes, é um gás de cheiro acre e penetrante, podendo

levar uma pessoa a asfixia, ou até mesmo morte, se aspirado em grandes quantidades. Por este

motivo, alem de sua forte ação corrosiva, tóxica e irritante para o sistema respiratório e para

os olhos, o cloro gasoso foi utilizado durante a primeira guerra mundial como arma química.

Sua presença no ar pode ser perceptível mesmo em concentrações abaixo das consideradas

nocivas a saúde humana.

Em animais ele pode ser encontrado como componente do suco gástrico digestivo e na

transmissão de impulsos nervosos.

Além da sua aplicação como desinfetantes o cloro também é usado no branqueamento

do papel e como matéria prima na síntese de diversos produtos, como plásticos, gomas, tintas

e solventes.(TABELA PERIÓDICA ONLINE, 2011)

3.4.2. Obtenção do Cloro por Eletrólise

Por não ser possível obter-se cloro puro na natureza este precisa ser separado dos

outros compostos ao qual está fazendo parte da composição do material extraído. Sendo que

esta pode ser dada a partir de reações químicas ou por eletrolise, sendo a primeira muito

variável dependendo das condições laboratoriais empregadas, maior atenção será dada neste

trabalho à obtenção por meio de eletrólise.

A eletrólise do gás Cloro vem torna-se muito útil graças à transformação do cloro

gasoso em cloro líquido possibilitando sua utilização em compostos orgânicos clorados,

alvejantes e cloro para tratamento de águas para consumo e de piscinas.

Ela pode ocorrer por eletrólise aquosa e eletrólise ígnia. Uma vez que na eletrólise

ígnia a passagem da corrente elétrica se dá em substância iônica no estado de fusão, esta deve

ocorre à uma temperatura acima de 800º C, que é a temperatura de fusão do NaCl,

16

demandando não somente um gasto energético para a eletrólise propriamente dita como um

alto gasto para a manutenção de uma temperatura tão elevada. (MUNDO EDUCAÇÃO,

2011)

A eletrólise ígnia do cloro dá-se pela passagem de corrente por dois eletrodos inertes,

introduzidos em NaCl fundido, a Figura 1 mostra uma célula eletrolítica para a produção de

cloro líquido a partir da redução eletrolítica, bem como as reações que ocorrem no anodo, no

catodo e a reação geral. (MAINIER; GUIMARÃES, 2001)

Figura 1 - Representação esquemática da eletrólise do NaCl

Fonte: MAINIER; GUIMARÃES, 2001

Pode ser introduzida uma fonte entre cada eletrodo da Figura x com única finalidade

“bombear” elétrons para fora do anodo e para dentro catodo, dessa forma os íons cloro são

atraídos ao ânodo onde perdem um elétron e se juntam para formar o gás cloro (Cl2), enquanto

os íons sódio são atraídos ao cátodo onde recebem o elétron perdido pelo cloro, formando

sódio metálico (Na). Porém como o ponto de fusão do sódio é de 98ºC, este, ao ser formado,

permanece líquido e sobe à superfície em torno do eletrodo. (PORTAL EDUCAR USP, 2001)

17

3.5. Eletrólise do Chumbo

A preparação de dióxido de chumbo eletroliticamente dá-se a partir de duas formas

alotrópicas: α-PbO2 (ortorrombico) e β-PbO2 (tetragonal), onde o primeiro ocorre em banhos

eletrolíticos levemente ácidos, neutros ou alcalinos (BODE, 1977), e o segundo é obtido por

oxidação anódica de íons Pb(II) em meio ácido, usualmente HNO3 ou HClO4. Estudos

termodinâmicos mostraram que a forma β-PbO2 é mais favorável para estudos

potenciométricos devido a elevada estabilidade do óxido em uma ampla faixa de pH

(HAMED; HAMER, 1935). O potencial condicional do sistema redox é dependente das

condições de eletroformação do β-PbO2, tais como a densidade da corrente, espessura e

morfologia do óxido (KAEHLER; ZAHLOUT; BRITO, 1970).

De maneira geral, o potencial de uma célula galvânica tendo como eletrodo indicador

o óxido de chumbo eletrodepositado sobre um suporte inerte (platina ou grafite) e um eletrodo

de referência separado da solução de trabalho por uma ponte salina inerte, pode ser definido a

partir da equação de Nersnt, como pode ser observado na Equação 1.

onde: E° é o potencial padrão do eletrodo de PbO2;

0,0592 é uma constante quando o sistema está nas condições padrão de análise;

n é o número de elétrons envolvidos na reação;

[produtos]a é a concentração de cada produto (não sólido) elevado a seu índice

estequiométrico;

[reagentes]b é a concentração de cada reagente (não sólido) elevado ao seu

índice estequiométrico.

Os eletrodos de óxido de chumbo são eficientes tanto para o monitoramento de

espécies H+ quanto de espécies Pb

2+ em soluções. No caso do monitoramento do primeiro, as

espécies Pb2+

devem ser mantidas constantes. Porém, se o objetivo for monitorar as espécies

Pb2+

, as espécies H+ são as que devem ser mantidas constantes.

18

Um trabalho muito interessante foi feito por um grupo de Química Analílica do

Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (DQ-UFSCar). O propósito

do mesmo foi a determinação do estado de carga de baterias automotivas de chumbo-ácido

sulfúrico, onde utilizou-se uma célula contendo um catodo de β-PbO2 eletrodepositado sobre

grafite, e um anodo de chumbo metálico.

O processo experimental do grupo citado dividiu-se em três etapas. A primeira foi

destinada à confecção dos eletrodos de cobre, aço inoxidável e grafite, preparação e

padronização de soluções e montagem das células eletroquímicas. Na segunda etapa, efetuou-

se um pré-tratamento eletrolítico do substrato de grafite e em seguida depositou-se o dióxido

de chumbo. E na etapa final realizou-se um estudo para a resposta potenciométrica do

eletrodo de PbO2 eletrodepositado sobre grafite aos íons H+ e Pb

2 + em meio iônico constante.

A eletrodeposição do β-PbO2 sobre o grafite cilíndrico, conduziu-se em uma solução

aquosa de Pb(NO3)2 0,932 mol/L e Cu(NO3)2 0,15 mol/L contendo 0,4 mol/L de ácido nítrico

e 5x10-3

mol/L de brometo de cetiltrimetilamônio (BCTA) como aditivo, que tem como

objetivo a minimização ou inibição da evolução de oxigênio simultânea a deposição do PbO2.

O sal de Cu(II) atua como agente despolarizante catódico que evita a eletrodeposição de

chumbo no cátodo. O aditivo é adicionado na solução de deposição para obter depósitos

homogêneos e aderentes e ainda minimiza a reação de desprendimento de oxigênio

simultânea à eletrodeposição do PbO2 (GNANASEKARAN; NAKASIMHAN; UDUPA,

1976).

Os resultados do trabalho mostraram que o eletrodo de dióxido de chumbo

eletrodepositado sobre grafite pode ser utilizado como sensor potenciométrico tanto em

titulações ácido-base como na dosagem de íons Pb(II) em meios de acidez controlada

rigorosamente. O tempo de vida útil do eletrodo é longo desde que seja armazenado a seco,

podendo ser utilizado por várias vezes com boa reprodutibilidade.

3.6. Eletrólise do Manganês

O dióxido de manganês eletrolítico (DME) é o principal componente ativo presente

em catodos de diversos sistemas de pilhas. O exemplo mais comum é o observado em pilhas

19

primárias alcalinas Zn/MnO2. (STROBEL; IBARRA-PALOS; ANNE; POINSIGNON;

GRISCI, 2003).

A utilização do dióxido de manganês eletrolítico na indústria de pilhas alcalinas está

cada vez mais acentuado, o que é decorrente da crescente demanda por pilhas no mercado,

gerada principalmente pela grande produção e consumo de dispositivo eletrônicos portáteis

como câmeras digitais, celulares e brinquedos de alta tecnologia. (ZHABG; CHENG, 2007).

Para uma boa eficiência na fabricação de pilhas, o dióxido de manganês deve

apresentar propriedades especiais como elevado grau de pureza, excelente atividade

eletroquímica e não pode conter cobre, níquel, arsênio, cobalto e teor de oxido de ferro acima

de 4% como impurezas. (SAMPAIO; ANDRADE; DUTRA, 2005).

Uma grande fonte de óxido de manganês são as baterias exauridas, que apresentam

teores desse composto entre 28 a 38% da composição total das pilhas produzidas com esse

material. (RAYOVAC, 2007).

Muitos processos de recuperação de metais de pilhas e baterias são descritos na

literatura cientifica, e normalmente apresentam três rotas distintas: a pirometalúrgica, a

mineralúrgica e a hidrometalúrgica. A rota pirometalúrgica consiste no uso de alta

temperatura para volatilizar metais contidos nas baterias e recuperá-los posteriormente por

condensação. Já a rota hidrometalúrgica utiliza-se de uma lixiviação básica ou ácida para

solubilizar os metais contidos nas sucatas de pilhas e baterias e, em seguida, recuperá-los da

solução através de diferentes processos como precipitação, eletrólise, etc. (PRAC, 2009).

Antes do processo eletrolítico as pilhas passam por classificação e conseqüente

amostragem. A amostra então é então moída e briquetada. Posteriormente é reduzida em

atmosfera inerte de argônio para a eliminação de metais voláteis (Zn, Cd e Hg) e redução dos

óxidos de manganês em MnO. É separado a fração magnética e depois a fração não magnética

é lixiviada com solução de ácido sulfúrico 2 mol/L afim de solubilizar os metais contidos. A

solução passa por uma etapa de precipitação com NaOH 2 mol/L e oxalato de amônio a 70°C.

Uma célula eletroquímica usada para a obtenção de dióxido de manganês a partir de

baterias exauridas consiste de um eletrodo de trabalho, que pode ser uma chapa de chumbo, e

dois contra eletrodos de grafite, além de termômetros para controle da temperatura do sistema.

A solução é eletrolisada por aproximadamente 1 hora a uma temperatura de 98°C e à

densidade de corrente de 1,69 A.dm-2

.

20

Após esse período o eletrodo de trabalho é lavado e seco. O material depositado é

então removido mecanicamente e enviado para caracterização. Essa caracterização tem por

objetivo identificar as características do produto formado, que podem ser obtidas pelas

metodologias de espectrometria de fluorescência de raios-X, difração de raios-X, área

superficial específica pelo método BET e microscopia eletrônica de varredura linear.

No final do processo obtêm-se o produto desejado MnO2 com uma concentração de

aproximadamente 94% da composição total do material depositado.A concentração do MnO2

em uma amostra comercial é no mínimo de 91%.

Dessa forma conclui-se que realmente é possível uma recuperação de MnO2

eletrolítico a partir de pilhas e baterias exauridas. Os principais fatores a serem controlados

nesse processo são a concentração do ácido sulfúrico utilizado e a densidade de corrente

aplicada ao sistema.

3.7. Eletrólise do Alumínio

O alumínio foi descoberto por Sir Humphrey Davy em 1809, tendo sido isolado pela

primeira vez em 1825 por H. C. Oersted. Porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um

processo industrial econômico de redução. Neste ano, dois cientistas trabalhando

independentemente, Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Paul Louis Héroult, na

França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico para reduzir a alumina em

alumínio.(ABAL, 2007)

É um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre. Ele forma cerca de 8% dela,

sendo ultrapassado apenas pelo silício e pelo oxigênio. No entanto, o alumínio não é

encontrado livre na natureza, mas somente na forma combinada. Os rubis, por exemplo, são

constituídos por oxido de alumínio cristalizado contendo impurezas que os conferem cores

variadas. (CISCATO, 1998)

21

O mineral mais importante para se extrair o alumínio é a bauxita, geralmente nomeada

como oxido de alumínio. Este, depois de separado das impurezas, recebe o nome de alumina.

No Brasil, os depósitos de bauxita mais importantes são os de Minas Gerais e do Pará.

(CISCATO, 1998)

A alumina já era utilizada por séculos, mas um método aproximado para separar o

metal do óxido foi estabelecido somente em 1807, a partir dos esforços realizados por Davy.

Oersted, em 1825, obteve alumínio em pó por aquecimento do cloreto de alumínio com

amálgama de potássio e, em 1854, Sainte-Claire Deville aperfeiçoou o método de Wõhler,

reduzindo o cloreto duplo de sódio e alumínio com sódio metálico. Mas somente em 1886 foi

desenvolvido, independentemente, por Héroult e Hall, considerado um processo econômico

para a produção industrial do alumínio metálico. (RODRIGUES, 2001)

O alumínio, por suas excelentes propriedades físico-químicas – entre as quais se

destacam o baixo peso específico, a resistência à corrosão, a alta condutibilidade térmica e

elétrica e a infinita reciclagem - apresenta uma ampla variedade de utilização, que o torna o

metal não ferroso mais consumido no mundo.(ABAL, 2007)

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o

de qualquer outro metal, exceto o do ferro. É um material importante em mútiplas atividades

econômicas, como no tratamento de água e nas indústrias metalúrgica, aeronáutica,

farmacêutica e alimentar.(CARDOSO; CARVALHO; FONSECA; SILVA, 2005, p. 43-88)

O alumínio tem variadas aplicações, pois esse metal apresenta grande resistência

mecânica e, ao mesmo tempo, é muito leve. Entre suas aplicações podem ser citadas as chapas

para a construção de barcos e de certos tipos de carrocerias de caminhões, folhas de alumínio

para embalagens, cabos condutores de eletricidade, utensílios de cozinha, etc. (CISCATO,

1998)

Sua obtenção na forma metálica segue um processo que se inicia, usualmente, na

mineração da bauxita, seguida do seu beneficiamento. A bauxita beneficiada segue para a

refinaria, onde passa por tratamento químico para a extração das impurezas, dando origem a

um produto intermediário denominado alumina. A etapa final consiste em transformar a

alumina em alumínio primário, na forma metálica, por meio da eletrólise. (CARDOSO;

CARVALHO; FONSECA; SILVA, 2005, p. 43-88)

22

A bauxita é geralmente, encontrada de forma abundante em locais de clima tropical a

subtropical. Conforme já mencionado, do seu beneficiamento obtém-se a alumina (óxido de

alumínio), que gera a base para a produção do alumínio eletrolítico (alumínio primário).

(CARDOSO; CARVALHO; FONSECA; SILVA, 2005, p. 43-88)

O processo consiste em submeter a uma eletrolise a alumina fundida (eletrolise ígnea).

A fusão a necessária porque os compostos de alumínio eletrolisados em solução aquosa não

depositam alumínio, mas liberam hidrogênio (da água) no pólo negativo. Como o ponto de

fusão da alumina a muito alto (próximo a 2.000°C), ela a misturada a um fundente para

permitir a eletrolise a uma temperatura mais baixa. O problema é resolvido fazendo-se a

eletrolise da alumina dissolvida num mineral chamado criolita (fluoreto duplo de alumínio e

sódio, 3NaF. AIF3); Essa mistura se funde perto de 1.000°C. A mistura de alumina e criolita

fundida fica contida em recipientes cujas as paredes são o pólo negativo da eletrolise. O

alumínio já produzido funde-se a 660°C e, como é mais densa que o eletrólito, acumula-se

como líquido na parte inferior do recipiente, de onde é vazado periodicamente.

(CISCATO,1998)

O pólo positivo é uma série de cilindros de grafite. Esses cilindros são fabricados com

coque de petróleo e ficam imersos no eletrólito fundido. À medida que ocorre liberação de

oxigênio, esses cilindros são atacados e resulta o gás carbônico. (CARDOSO; CARVALHO;

FONSECA; SILVA, 2005, p. 43-88) As semi reações, bem como a reação global estão

apresentadas na Figura 2.

Figura 2 - Reações da eletrólise do alumínio

Fonte: CARDOSO; CARVALHO; FONSECA; SILVA, 2005

23

A obtenção de alumínio a partir da bauxita efetua-se em três etapas: Mineração,

Refinaria e Redução. A bauxita é extraída, lavada e secada antes de ser enviada à Refinaria

onde se produz o alumínio. O processo químico denominado Bayer é o mais utilizado na

indústria do alumínio. Neste processo, a alumina é dissolvida em soda cáustica e,

posteriormente, filtrada para separar todo o material sólido, concentrando-se o filtrado para a

cristalização da alumina. Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água, sendo o pó

branco de alumina pura enviado à Redução para obtenção de alumínio, através de eletrólise,

processo conhecido como Hall-Héroult. As principais fases da produção de alumina, desde a

entrada do minério até a saída do produto, são: moagem, digestão, filtração/evaporação,

precipitação e calcinação.

As operações de alumina têm um fluxograma de certa complexidade, que pode ser

resumido em um circuito básico simples, apresentado na Figura 3.

Figura 3 - Fluxograma de uma refinaria de alumínio

Fonte: ABAL, 2007

No processo de eletrólise (Figura 4), para obtenção do alumínio, a alumina é carregada

de forma controlada, em um eletrólito fundido, formado por sais de criolita e fluoreto de

alumínio. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da

alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com

o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. Em números redondos, são necessários 5

kg de bauxita para produzir 2 kg de alumina e 1 kg de alumínio primário.(ABAL, 2007)

24

Figura 4 - Diagrama de uma célula de redução para alumínio primário

Fonte: ABAL, 2007

3.7.1. Propriedades e características do alumínio

A Tabela 1 apresenta algumas propriedades físico-químicas do aluínio.

Tabela 1 - Propriedades fisico-químicas do alumínio

O alumínio comercialmente puro tem uma resistência à tração de aproximadamente 90

MPa. Sua utilização como material estrutural nesta condição é um tanto limitada, mas através

do trabalho a frio, sua resistência mecânica pode ser praticamente dobrada. Aumentos maiores

na sua resistência podem ser obtidos com pequenas adições de outros metais como elementos

de liga, tais como: silício, cobre manganês, magnésio, cromo, zinco, ferro etc. Em

temperaturas abaixo de zero, entretanto, sua resistência aumenta sem perder a ductilidade e a

tenacidade, tanto que o alumínio é um metal particularmente utilizado em aplicações a baixas

temperaturas. (ABAL, 2007)

25

Quando líquido e exposto à atmosfera, forma-se imediatamente uma fina e invisível

camada de óxido, a qual protege o metal de oxidações posteriores. Essa característica de

autoproteção dá ao alumínio uma elevada resistência à corrosão. (ABAL, 2007)

O alumínio puro possui um coeficiente de dilatação térmica linear de 0,0000238

mm/ºC, na faixa de 20ºC a 100ºC. Este coeficiente é aproximadamente duas vezes o do aço.

Porém, devido ao baixo módulo de elasticidade do alumínio, induzem-se menores

tensões na estrutura do alumínio, com a variação de temperatura, que na do aço. (ABAL,

2007)

O alumínio puro possui resistividade de 0,00000263 ohm/cm³ e condutividade elétrica

de 62% da IACS (International Annealed Copper Standard), a qual associada à sua baixa

densidade significa que um condutor de alumínio pode conduzir tanta corrente quanto um

condutor de cobre que é duas vezes mais pesado e proporcionalmente mais caro. (ABAL,

2007)

Essa característica é um importante meio de transferência de energia térmica, tanto no

aquecimento, como no resfriamento. Assim, os trocadores de calor em alumínio são comuns

nas indústrias alimentícia, química, petrolífera, aeronáutica, etc. (ABAL, 2007)

O alumínio tem uma refletividade acima de 80%, a qual permite ampla utilização em

luminárias. Coberturas de alumínio refletem uma alta porcentagem do calor do Sol, tanto que

edificações cobertas com esse material são menos quentes no verão. (ABAL, 2007)

O metal não é magnético sendo freqüentemente utilizado como proteção em

equipamentos eletrônicos. Também não produz faíscas, o que é uma característica muito

importante, sendo, dessa forma, bastante utilizado na estocagem de substâncias inflamáveis

ou explosivas, bem como em caminhões-tanque de transporte. (ABAL, 2007)

A característica de ser infinitamente reciclável, sem perda de suas propriedades físico-

químicas, torna o alumínio o metal de escolha, principalmente em embalagens para bebidas

carbonatadas. Todas essas características apresentadas conferem ao metal alumínio uma

extrema versatilidade. (ABAL, 2007)

26

3.8. Eletrólise do Hidrogênio

O hidrogênio (H2) é o mais simples e mais comum elemento de todo o universo. Ele

compõe 75% da sua massa, e 90% de todas as suas moléculas. Possui a maior quantidade de

energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido, aproximadamente

52.000 BTU (British Thermal Units - Unidades Térmicas Britânicas) por libra (120,7

kilojoules por grama), cerca de três vezes mais calor por libra que o petróleo estando em seu

estado líquido.

No seu estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro

e insípido. É uma molécula com grande capacidade de armazenar energia e por este motivo

sua utilização como fonte renovável de energia elétrica e térmica vem sendo amplamente

pesquisadas. (VARGAS; CHIBBA; FRANCO; SEO)

O hidrogênio não é um combustível primário, encontrando-se quase sempre associado

a outros elementos químicos, e para utilizá-lo é necessário extraí-lo de sua fonte de origem, o

que normalmente implica no gasto de certa quantidade de energia. O hidrogênio assim

produzido contém grande parte da energia química, térmica e/ou elétrica empregada em sua

geração, a qual poderá ser recuperada praticamente em sua totalidade por meio de processos

adequados. Dentre todos os combustíveis o hidrogênio é o que possui a maior quantidade de

energia por unidade de massa, ou seja, cerca de três vezes o poder calorífico dos combustíveis

derivados de petróleo.

A principal vantagem do hidrogênio é que reações químicas necessárias para

reconvertê-lo em energia produzem somente água como produto final, ou seja, não há emissão

de gases poluentes ou gases de efeito estufa.(NETO; MOREIRA)

Outra grande extração de hidrogênio é oriunda da eletrólise da água do mar, esta

técnica possibilita um enorme benefício ao meio ambiente uma vez que se considerarmos as

chuvas ácidas que, direta ou indiretamente, atingem os oceanos, a remoção de hidrogênio

resultará num mecanismo de compensação pelo restabelecimento do pH (± 8,3) na água do

mar, com as conseqüentes implicações no equilíbrio do hidrogenocarbonato e na natural

fixação de mais carbono nos oceanos, agora na forma inorgânica. (SILVA)

27

Figura 5 - Reações resultantes da retirada de hidrogênio

Fonte: SILVA

O combustível hidrogênio deve ser usado para gerar energia através das células a

combustível. O sistema hidrogênio-célula combustível é silencioso, não poluente, não há

quedas de energia, tem longa vida útil e pode servir como sistemas de backup. (PINTO;

SICHIERI, 2010)

O hidrogênio pode ser obtido a partir de energia elétrica (via eletrolise da água), pelas

fontes: hidroelétricas, geotérmicas; eólica e solar fotovoltaica, todas geológicas e também da

eletricidade de usinas nucleares. As fontes de hidrogênio mais viáveis economicamente são,

entretanto, os combustíveis fosseis (via reforma catalítica ou gaseificação, seguido de

purificação), como: petróleo, carvão e gás natural. (SALIBA-SILVA; LINARDI)

As principais fontes de hidrogênio são o gás natural, etanol, metanol, água, biomassa,

metano, algas e Bactérias, gasolina e diesel. (VARGAS; CHIBA; FRANCO; SEO)

Entre as principais fontes de energia para a produção de hidrogênio a água deverá ser a

fonte de hidrogênio no futuro. Companhias de energia no Brasil estão começando a pesquisar

a viabilidade econômica de se produzir hidrogênio a partir da água utilizando os reservatórios

das grandes usinas hidrelétricas nacionais. (VARGAS; CHIBA; FRANCO; SEO)

A Figura 6 apresenta um esquema que exemplifica as diversas formas de se obter

hidrogênio.

28

Figura 6 - Esquema de produção de hidrogênio a partir de diferentes fontes de energia

Fonte: VARGAS; CHIBA; FRANCO; SEO

A forma mais simples de produção seria aquecer o sistema a alta temperatura até

promover a separação da mistura de equilíbrio. A partir de 2000oC já se consegue alguma

produção de H2 por esse método, a partir da água. Há possibilidades de dissolução da água a

altas temperaturas. Mas a água, mesmo a 1600oC, possui apenas 0,1% em massa de H2,

situação que se torna ineficaz, caso não haja uma tecnologia associada ao processo natural.

No entanto, objetiva-se produzir hidrogênio eficientemente em temperaturas bem mais baixas.

Por outro lado, as condições da CNTP, tem-se os seguintes dados para eletrolise da água (a

25oC e a 1 atm: XH = 68,3 kcal/g.mol; XS= 0,039 kcal/g.mol.K; XG=56.7 kcal/g.mol):

H2O(l) → H2(g) + O2(g)

Esses dados mostram que e necessário um grande aporte de eletricidade para que o

sistema produza hidrogênio de forma eficiente. As formas atuais de produção industrial de

hidrogênio utilizam eletrolise a baixa temperatura. Há basicamente, três métodos de produção

industrial de hidrogênio por eletrolise a frio, dois envolvem uma solução aquosa de KOH, o

qual confere grande condutividade a água, e são referidos como eletrolisadores alcalinos. De

uma forma geral, são unipolares ou bipolares. O eletrolisador unipolar consiste em um tanque

com eletrodos conectados em paralelo. Um terceiro método utiliza uma membrana, que e

colocada entre os eletrodos de forma a separar o hidrogênio do oxigênio produzido, mas que

permite a transferência dos íons. Nos eletrolisadores bipolares, os eletrodos são conectados

em serie, hidrogênio e produzido em um lado da célula e oxigênio e produzido em outro lado

29

e uma membrana separa os eletrodos. Nesses sistemas alcalinos de produção de hidrogênio,

tem-se:

Catodo: 2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq)

Anodo: 2 OH-(aq) → O2(g) + 2 H2O(l) + 2 e

-

O terceiro tipo e produzido por uma unidade de eletrolise através de um eletrólito

sólido polimérico, que também e conhecido como PEMEC (Próton Exchange Membrana

Eletrolises Cell). Nessas unidades, o eletrólito e uma membrana polimérica que conduz de

ions hidrogênio (H3O+) do anodo para o catodo, onde ha a formação de H2. Em um sistema

PEMEC de produção de hidrogenio, tem-se:

Catodo: 2 H+

(aq) + 2 e- → H2(g)

Anodo: H2O(l) → O2(g) + 2 H+

(aq) + 2 e-

Ha pesquisas para produção térmica de hidrogênio a partir da dissociação térmica da

molecula de água, em uma faixa de temperaturas de 100 a 900oC, utilizando membranas

polimericas e cerâmicas, conforme exemplificado por Balachandran [8]. Portanto, há uma

grande demanda em se estudar, com maior profundidade, todas as possibilidades de uso de

eletrolisadores tipo PEM, desde baixas temperaturas ate altas. (SALIBA-SILVA; LINARDI)

Em resumo em célula onde ocorre eletrólise da água As cargas elétricas da corrente

quebram as ligações químicas entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio e separa os

componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons). O hidrogênio se concentra no

catodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma tensão de 1,24V é necessária para separar os átomos

de oxigênio e de hidrogênio em água pura a uma temperatura de 25°C e uma pressão de

1,03Kg/cm2. A tensão necessária para quebrar a molécula de água varia conforme a pressão

ou a temperatura são alteradas. Visualmente, o hidrogênio borbulha em direção ao eletrodo de

carga negativa (anodo), e o oxigênio rumo ao eletrodo de carga positiva (catodo). A menor

quantidade de eletricidade necessária pra eletrolisar um mol de água é de 65,3 Watts-hora

(25°C). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14 kilowatts-hora (kWh) de

energia elétrica ou 4,8 kWh/m3.

A eletrólise não tem sido muito utilizada porque os custos da eletricidade usada no

processo impedem que ela concorra com o processo de reforma a vapor do gás natural e

futuramente com o de etanol. A eletricidade pode custar de três a quatro vezes mais que o gás

30

natural reformado a vapor. À medida que o gás natural for ficando mais escasso e caro,

provavelmente a eletrólise ficará competitiva. No Brasil, podem-se aproveitar os reservatórios

das grandes hidroelétricas e produzir hidrogênio nos horários fora de pico e mais baratos,

como durante o período da madrugada.

Se os custos das células fotovoltaicas, de geração eólica, hídrica e geotérmica, todas

estas formas de energia renováveis e livres de carbono, diminuírem, a eletrólise através destes

métodos será uma opção também atrativa. (VARGAS; CHIBA; FRANCO; SEO)

3.9. Galvanoplastia

Os primeiros estudos sobre eletrodeposição que constituem os princípios básicos da

técnica foram inicialmente estabelecidos por Luigi Galvani, que estudou a transformação de

energia química em energia elétrica. Como resultado destas reações eletrolíticas, um dos

eletrodos é coberto com uma fina e homogênea camada de metal. Este processo de

eletrodeposição é também chamado de galvanização. (SANTOS; SAMPAIO; LOBO, 2006)

Com o passar dos anos e aprimoramento das técnicas de eletrodeposição, a

galvanoplastia, hoje, é um ramo da indústria metal-mecânica dedicada ao tratamento de

superfícies metálicas ou plásticas com diversos elementos, como: cádmio, cobre, níquel,

estanho, ouro, prata, cromo ou zinco, mediante processos químicos ou eletrolíticos. Entre os

objetivos da galvanoplastia podem-se destacar: proteção contra corrosão, embelezamento,

aumento da durabilidade; garantir ao material maior resistência, espessura, condutividade,

lubrificação (RIANI, 2008); além de garantir aspectos estéticos como brilho e

cor.(LADEIRA; PEREIRA, 2008)

As indústrias de galvanoplastia são de grande importância no contexto da economia de

um país, analisada tanto pela diversidade de aplicação de seus produtos como pelos aspectos

sociais. Contudo, é imprescindível a atenção quanto aos efeitos que seus despejos industriais

podem causar ao meio ambiente e à saúde humana (RIANI, 2008), além do grande volume de

água de lavagem gasto no processo.(JÚNIOR; CARRARA)

31

As águas contaminadas provenientes do processo produtivo das indústrias galvânicas

originam-se de uma série de operações resultantes das etapas de preparo e recobrimento das

peças com os diferentes metais. A etapa responsável pela maior contribuição na geração de

efluentes líquidos é a etapa de revestimento metálico eletrolítico, que além das etapas de

lavagem, necessita de descargas esporádicas do conteúdo dos banhos eletrolíticos (RIANI,

2008). Um esquema simplificado do processo de galvanoplastia industrial encontra-se

descrito pela Figura 7.

Figura 7 - Fluxograma simplificado da galvanoplastia idustrial

Fonte: RIANI, 2008

Os resíduos de galvanoplastia são classificados como classe I de acordo com as

normas descritas pela ABNT

NBR10004/2004 e ABNT NBR10005/2004, segundo estas normas os resíduos

considerados perigosos foram classificados como classe I e os não perigosos como classe II.

Os principais constituintes perigosos, de acordo com o código de identificação F006, são

cádmio, cromo hexavalente, níquel e complexos de cianeto.

Uma alternativa para os resíduos perigosos (classe I) seria convertê-los a resíduos não

perigosos (classe II - não inertes),com algumas mudanças, no processo produtivo das

empresas de galvanoplastia e na parte referente ao tratamento usual dado aos efluentes,

32

podem permitir a mudança de classificação dos resíduos tornando-os não perigosos.

(LADEIRA; PEREIRA, 2008)

3.9.1. O Processo de Galvanização

A eletrodeposição é o processo de formação de depósito associada a uma reação

eletroquímica. Juntamente com a transferência de cagas através da interface

eletrodo/eletrólito, ocorrem reações químicas cujos produtos são sólidos. Reações

eletroquiímicas onde ocorrem formação de depósitos podem ser reações redutoras ou reações

oxidantes. Durante as reações redutoras ocorre transferência de elétrons do eletrodo para o

eletrólito (deposição catódica), e durante as reações oxidantes ocorre a transferência de

elétrons do eletrólito para o eletrodo (deposição anódica).

Na técnica de eletrodeposição galvanostática, a corrente flui através da célula

eletroquímica, sendo mantida constante.

Como os átomos metálicos não são depositados sobre o substrato como uma simples

monocamada, a eletrodeposição de metais passa por duas importantes etapas: nucleação e

crescimento. A etapa de nucleação é muito importante quando o eletrodo de trabalho nao é

composto pelo material a ser depositado. Assim, é necedssário a criação de núcleos para o

posterior crescimento do depósito.

Em primeiro lugar o íon metálico e adsorvido à superfície do eletrodo sendo

totalmente neutralizado, quando chega até o eletrodo de trabalho, vai se deslocando pelo

mesmo até encontrar alguma irrregularidade. Para o íon, então neutralizado, passar para o

estado metálico, deve haver um certo consumo de energia, sendo esta muitas vezes mair que a

energia gasta para a formação de uma ligação metal-metal.

Nos instantes iniciais da eletrodeposição galvanostática, ocorre a formação e o

crescimento dos núcleos, a área eletroativa cresce rapidamente resultando em uma diminuião

acentuada no módulo do potencial. Conforme as bordas dos grãos se encontram, a área

eletroativa diminui e a taxa de deposição passa a sofrer influência do transporte de massa, por

33

meio de difusão, dos íosn da solução para a superfície do eletrodo. Devido a esses dois

processos o potencial tende a aumentar, caso a reação não seja totalmente controlada pelo

trasporte de massa, fazendo com que o potencial tenda ao equilíbrio.

Durante a eletrodeposição deve-se atentar para a formação secundária de hidrogênio,

devido a proximidade do potencial padrão de redução dos metais e do hidrogênio, fazendo

com que o metal deixe e se reduzir para o hidrogênio sofrer redução. Caso isso ocorra

poderemos notar bolhas de hidrogênio sobre o substrato, geração de poros e a formação de

hidretos.(SANTOS, 2007)

Os processos de galvanoplastia são realizados em cubas eletrolíticas (Figura 9). Dentro

das quais é colocado o eletrólito, onde são imersos os eletrodes de trabalho e auxiliar, para a

medida das correntes e potenciais elétricos envolvidos nas diferentes reações.

Figura 8 - Cuba eletrolítica usada em processos de galvanoplastia

Fonte: Elaborado pelo Autor

Um sistema eletroquímico é composto por, no mínimo, dois condutores eletrônicos,

eletrodos, separados por um condutor eletrolítico, ou seja, a condução de eletricidade deve ser

uma característica intrínseca dos materiais participantes.

Então, aplicando uma corrente elétrica externa, íons positivos saem do eletrodo

auxiliar (ânodo) e caminham pela solução em direção ao eletrodo de trabalho (cátodo). Como,

por exemplo, na utilização da galvanoplastia para a produção de filmes de NiFe, os íons

positivos de níquel e ferro serão reduzidos no eletrodo de trabalho, sendo que os íons de fero

são provenientes da solução eletrolítica através de compostos dissolvidos, enquato que os íons

34

níquel que além de estarem presentes na solução, foram obtidos pela oxidação sofrida no

eletrodo auxiliar. (SANTOS, 2007)

O processo de galvanoplastia industrial basicamente é dividido em duas etapas:

limpeza da peça e aplicação da camada metálica. A limpeza da peça tem como objetivo a

perfeita deposição das camadas galvânicas. Esta etapa é subdividida em desengraxamento

(solventes orgânicos, sais e detergentes, soluções alcalinas), que tem como finalidade eliminar

os óleos e graxas da superfície da peça, e decapagem (ácidos e álcalis), que remove a camada

oxidada da peça. Em seguida, a peça é lavada com água para remover contaminantes

remanescentes das operações anteriores. (RIANI, 2008) Após a limpeza, a peça é submetida

ao revestimento metálico, que varia conforme sua aplicação. Os revestimentos mais utilizados

nas galvanoplastias nacionais estão mostrados na Tabela 2.

Tabela 2 - Principais metais empregados na galvanoplastia industrial, com suas respectivas finalidades e

matérias-primas

35

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Pelo presente trabalho percebe-se a importância da eletrólise na indústria química,

principalmente na separação de metais puros e em seu estado fundamental. É um método

muito eficiente, com larga aplicação em diversos compostos e minerais. Contudo, seu custo às

vezes, inviabiliza a implantação de uma planta eletrolítica. Esse alto custo se dá pelo consumo

de energia elétrica elevado.

Outra importante aplicação da eletrólise é em tratamentos de superfícies contra

corrosão. São várias as formas e os métodos de proteção de metais através da eletrodeposição,

conseguida pela geração de corrente elétrica em uma cuba eletrolítica. Também consome uma

grande quantidade de energia elétrica, tornando o processo caro. Porém é muito eficiente e

compensa o alto investimento.

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