Instalación (1) para el estañado electrolítico de una banda de acero (2) en deslizamiento continuo,

dicha instalación (1) comprende: • al menos una cuba de electrodeposición (30) llena de una solución electrolítica que incluye un ácido AH y de iones estañosos Sn2+ bajo forma de un compuesto SnA con A que designa una función ácida, dicha cuba 2 a de electrodeposición (30) incluye un ánodo (60) insoluble sumergido en la solución electrolítica de la cuba de electrodeposición (30) y un cátodo (20) constituido por la banda (2) en deslizamiento continuo en la solución electrolítica de la cuba de electrodeposición (30), • al menos un reactor de disolución de estaño (10) que comprende un cátodo insoluble (120) y al menos un ánodo de estaño soluble (160), caracterizado porque, el ánodo de estaño (160) y el cátodo insoluble (120) se separan por una membrana catiónica de electrodiálisis o de electrólisis (140) que define una zona catódica (1200) que integra el cátodo (120) y una zona anódica (1600) que integra el ánodo de estaño (160), y también caracterizado porque, dicha instalación de estaño (1) comprende por otro lado un circuito de recirculación (200) de la solución electrolítica entre el recipiente de electrodeposición (30) y la zona anódica (1600) del reactor de disolución de estaño (10)

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.

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

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.

El electroestañado es un procedimiento de electrodeposición del estaño sobre un substrato metálico, que consiste en

establecer la transferencia de iones estañosos Sn2 hacia la banda que debe de revestirse según el equilibrio:

2 

Sn  2 e Sn registrado

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.

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".

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

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).

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:

e

 Con el cátodo: SnA2  2  Sn  2A

 Con el ánodo: 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

son, en este caso, resultado del baño de electrolito mismo bajo la forma de un compuesto de la fórmula SnA , siendo A

2

un radical ácido. Las reacciones que se desarrollan en el ánodo y con el cátodo son evidentemente diferentes:

e

 Con el cátodo: SnA2  2  Sn  2A

**(Ver fórmula)**

 Con el ánodo: HO 

O  2H 2e

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.

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:

 4

S O  4H  Sn  2HO

n 22

2 4

2Sn  O2  4H  2Sn  2H2O

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.

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

(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.

La presente invención tiene por lo tanto por objeto un procedimiento de electroestañado y una instalación para su aplicación que remedia los... [Seguir leyendo]

REINVINDICACIONES

1. Instalación (1) para el estañado electrolítico de una banda de acero (2) en deslizamiento continuo, dicha instalación (1) comprende:

 al menos una cuba de electrodeposición (30) llena de una solución electrolítica que incluye un ácido AH y de iones estañosos Sn2 bajo forma de un compuesto SnA con A que designa una función ácida, dicha cuba de

2electrodeposición (30) incluye un ánodo (60) insoluble sumergido en la solución electrolítica de la cuba de electrodeposición (30) y un cátodo (20) constituido por la banda (2) en deslizamiento continuo en la solución electrolítica de la cuba de electrodeposición (30),

 al menos un reactor de disolución de estaño (10) que comprende un cátodo insoluble (120) y al menos un ánodo de estaño soluble (160),

caracterizado porque,

el ánodo de estaño (160) y el cátodo insoluble (120) se separan por una membrana catiónica de electrodiálisis o de electrólisis (140) que define una zona catódica (1200) que integra el cátodo (120) y una zona anódica (1600) que integra el ánodo de estaño (160), y

también caracterizado porque,

dicha instalación de estaño (1) comprende por otro lado un circuito de recirculación (200) de la solución electrolítica entre el recipiente de electrodeposición (30) y la zona anódica (1600) del reactor de disolución de estaño (10).

2. Instalación (1) según la reivindicación 1,

caracterizada porque,

dicho circuito de recirculación (200) de la solución electrolítica entre la cuba de electro-deposición (30) y la zona anódica (1600) del reactor de disolución de estaño (10) consta de un recipiente de desgasificación del oxígeno (210) dispuesto aguas arriba del reactor de disolución (10) en el sentido de circulación de electrolito en dicho circuito de recirculación (200).

3. Instalación (1) según la reivindicación 1 o 2,

caracterizada porque,

además comprende un circuito (300) de desgasificación de la solución electrolítica contenida en la zona catódica (1200) del reactor de disolución de estaño (10), el circuito de desgasificación (300) que integrada un recipiente de desgasificación del hidrógeno (310).

4. 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).

5. Instalación (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque, la cesta (162) comprende tres partes superpuestas distintas:

- una zona inferior (1621) que se sumerge en la solución electrolítica contenida en el depósito (130) del reactor de disolución (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),

- 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.

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.

7. Instalación (1) según la reivindicación 6,

caracterizada en que,

el material no conductor de electricidad de las zonas inferior (1621) y media (1622) de la cesta (162) es un material plástico o un material compuesto escogido en el grupo constituido por resinas poliéster armadas o aceros revestidos de polímeros.

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

9. Instalación (1) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado en que, la zona inferior (1621) de la cesta (162) contiene:

- un enrejado (163) que comprende una red plástica cuya malla esta comprendida entre 0,05 mm. y 0,5 mm., y

- 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.

10. Instalación (1) según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque, la zona media (1622) de la cesta (162), contiene:

- un enrejado (165) que comprende una red plástica cuya malla esta comprendida entre 0,05mm. y 0.5 mm., y

- un canal de recuperación (164) de la solución electrolítica, dicho canal (164) esta alimentado en solución electrolítica por medio del enrejado (165).

11. 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

de una tolva (166) y se rodea por una membrana catiónica de electrodiálisis o de electrolisis (140).

12. Instalación (1) según la reivindicación 11, caracterizada porque,

contiene un dispositivo de alimentación (400) en gránulos que comunica de manera intermitente las tolvas (166) de los ánodos (160).

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

electricidad.

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

Sn2 en forma de un compuesto SnA con A designando un anión ácido, dicho procedimiento de estañado pone en

2

ejecución por lo menos un ánodo no soluble (60) y la banda metálica (20) que constituye un cátodo que

se sumerge en la solución electrolítica y entre la que se aplica una diferencia de potencial, y el compuesto SnA que procede de un reactor de disolución de estaño (10), que comprende un cátodo insoluble (120) y un ánodo de estaño (1602), entre el que se aplica una diferencia de potencial, caracterizado porque,

se mantiene constante la concentración en ácido OH en la solución electrolítica de la cuba (30) realizando las etapas siguientes: a) se dispone en el reactor de disolución de estaño (10) una membrana catiónica de electrodiálisis (140) entre el ánodo de estaño (160) y el cátodo insoluble (120), definiendo así una zona catódica (1200) que integra el cátodo insoluble

(120) y una zona anódica(1600); y

b) ponemos en circulación una parte de la solución electrolítica entra la cuba de electrodeposición (30) y la zona anódica 5 (1600) del reactor de disolución de estaño (10).

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque, la solución electrolítica tomada en la cuba de revestimiento (30) se somete a una desgasificación del oxígeno antes de ser inyectada en la zona anódica (1600) del reactor.

16. Procedimiento según la reivindicación 14 o 15, caracterizado porque, una parte de la solución electrolítica contenida en la zona catódica del reactor de disolución (10) se pone en

recirculación y se somete a una desgasificación del hidrógeno.