¿Qué es el níquel? 

El níquel es un elemento químico metálico que pertenece al grupo de los metales de transición. Presenta un color plateado con un leve tono dorado, y se caracteriza por su dureza, maleabilidad y facilidad para ser laminado, pulido o forjado. Además, es altamente resistente a la corrosión y a la oxidación, especialmente a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un material ideal para múltiples aplicaciones industriales, en particular como recubrimiento protector o decorativo.

Aproximadamente el 65 % del níquel producido a nivel mundial se destina a la fabricación de acero inoxidable austenítico, mientras que cerca del 12 % se utiliza en la elaboración de superaleaciones a base de níquel. El restante 23 % se distribuye entre otras aplicaciones como aleaciones especiales, baterías recargables, catálisis, acuñación de monedas, recubrimientos metálicos y fundición.

La galvanoplastia, también conocida como electrodeposición, es un proceso electroquímico mediante el cual se recubre una pieza metálica con una capa delgada de otro metal, utilizando corriente eléctrica. Este procedimiento tiene como objetivos principales proteger contra la corrosión, mejorar la apariencia estética, aumentar la resistencia al desgaste y, en ciertos casos, mejorar la conductividad eléctrica.

Existen dos tipos principales de procesos de galvanoplastia: la electroformación, que se emplea para fabricar láminas metálicas destinadas a moldes, y el revestimiento decorativo o protector de superficies. Para la electroformación se utilizan principalmente metales como el estaño y el cromo, mientras que para los revestimientos son más comunes el níquel, el cobre y la plata.

En la actualidad, la galvanoplastia tiene una amplia gama de aplicaciones industriales, incluyendo sectores como la automoción, electrodomésticos, construcción, equipos médicos, joyería, plomería, maquinaria de oficina, productos electrónicos y ferretería, entre otros.

El proceso de galvanoplastia comienza con la recepción de piezas metálicas como hierro, acero, cobre o latón, junto con diversos insumos químicos. A continuación, las piezas pasan por un desengrase químico para eliminar grasas y aceites, seguido de un lavado con agua. Luego, se realiza el decapado, que elimina óxidos mediante soluciones ácidas o alcalinas, también seguido de un enjuague.

Después, se prepara la superficie mediante procesos mecánicos como desbaste, esmerilado y pulido, lo que permite obtener una superficie lisa y brillante. Se realiza una limpieza final para eliminar residuos sólidos, antes de aplicar el recubrimiento metálico mediante electrólisis, utilizando sales de níquel, cromo o estaño y corriente eléctrica.

Finalizada la galvanización, las piezas se lavan nuevamente, se secan con aire caliente y se les aplica una capa de aceite protector. Finalmente, se almacenan para su despacho. A lo largo del proceso, se generan residuos líquidos, sólidos y gases, por lo que se requieren servicios auxiliares como el tratamiento de aguas residuales y el mantenimiento de equipos.

La galvanoplastia de níquel, o niquelado, es un proceso que deposita una capa de níquel sobre la superficie de un objeto metálico mediante la aplicación de una corriente eléctrica a través de una solución electrolítica. Este proceso puede ser utilizado para fines decorativos, para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste, o para la reconstrucción de piezas desgastadas.

El níquel se usa comúnmente en galvanoplastia para recubrir objetos metálicos debido a sus excelentes propiedades:

1. Resistencia a la corrosión: El recubrimiento de níquel protege los metales subyacentes de la oxidación.
2. Acabado brillante: Da un aspecto atractivo y decorativo, por eso se usa mucho en automóviles, grifería, utensilios, etc.
3. Dureza y durabilidad: El níquel mejora la resistencia mecánica de las superficies tratadas.
4. Capa intermedia: A menudo se aplica una capa de níquel antes de recubrir con otros metales como el cromo.
5. Soldabilidad: El recubrimiento permite soldar metales difíciles.
6. Fines ornamentales: Una variedad de colores y acabados puede dar un aspecto estéticamente agradable a un objeto. Desde acero inoxidable cepillado hasta negro metálico, existe una amplia gama de opciones disponibles que hacen del níquel un material atractivo para muchas industrias.

El baño de níquel contiene: Sales de níquel (como sulfato o cloruro de níquel), aditivos (brillantes, niveladores, etc.) Y otros componentes que ayudan a controlar la calidad del recubrimiento.

Para mantener una calidad constante del recubrimiento, es esencial medir y controlar la concentración de níquel en el baño.

Medición con Electrodo Fotométrico

La concentración de níquel es un parámetro fundamental tanto en los procesos de recubrimiento electroquímico como en los no electroquímicos, ya que influye directamente en la calidad del revestimiento final. A medida que avanza el proceso de niquelado, el níquel se consume progresivamente, lo que provoca una disminución en su concentración en el baño. Por esta razón, es esencial realizar controles frecuentes y ajustes precisos que permitan minimizar los tiempos de inactividad y maximizar la vida útil del baño.

Una de las técnicas más utilizadas para determinar la concentración de iones níquel (Ni²⁺) en baños de galvanoplastia es la medición con electrodos fotométricos. Esta metodología se basa en la ley de Beer-Lambert, la cual establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración del analito presente, permitiendo una cuantificación rápida y precisa.

La determinación cuantitativa de níquel se realiza comúnmente mediante titulación con EDTA. La muestra se ajusta a un pH de 10, utilizando una solución buffer de amoníaco (NH₄OH/NH₄Cl), y se titula hasta detectar el cambio de color del indicador murexida. En sistemas automáticos, como los tituladores avanzados, la dosificación del titulante es precisa y el punto final se detecta objetivamente mediante un electrodo fotométrico, como el HI900604, que utiliza un LED azul de 470 nm para medir la absorbancia correspondiente.

El uso de electrodos fotométricos en este tipo de análisis ofrece múltiples ventajas para el control de calidad en la industria. La principal es la rapidez en la obtención de resultados, lo que permite realizar ajustes inmediatos durante la producción. Además, se eliminan errores subjetivos en la detección del punto final, se asegura una dosificación exacta y se cuenta con una trazabilidad completa de los datos generados. Todo esto contribuye a una gestión más eficiente, precisa y segura del proceso de niquelado.

Especificaciones de los electrodos fotométricos, HI90060x Series

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La dureza del agua se refiere a la cantidad de minerales disueltos en el agua y en gran parte es el resultado del calcio y el magnesio. Con base en la concentración de estos minerales disueltos, el agua se puede clasificar en “blanda” o como diferentes grados de “dureza” (Figura 1), donde tales minerales son inherentes a la fuente del agua debido a la ubicación geográfica y la composición de la tierra.

¿Cómo podemos saber si tenemos un agua dura?

Si los niveles de dureza son lo suficientemente altos como para considerar que el agua es “dura”, es posible que se sientan los efectos cuando se usa jabón. Los niveles altos de calcio y otros minerales disueltos presentes en el agua dura reaccionan con el jabón, produciendo menos espuma, reduciendo la efectividad del agente de limpieza y eventualmente formando depósitos conocidos como “espuma de jabón”. Si alguna vez ha lavado una gran cantidad de platos y ha notado la presencia de manchas y/o películas después de lavar y secar, comprende las consecuencias estéticas que el agua dura puede tener en los procesos de limpieza. Sin embargo, cuando se calienta el agua dura, estos minerales disueltos son más propensos a precipitarse. El compuesto más común es el carbonato de calcio (CaCO₃), que tiene el potencial de causar costosos problemas mecánicos tanto para los usuarios de aguas domésticas como industriales. Estos depósitos comúnmente se denominan “escamas”, los cuales pueden aumentar los costos de calentar el agua y reducir la eficiencia y la vida útil de los calentadores de agua eléctricos y otros equipos. El CaCO₃ también se puede acumular en las tuberías, lo que reduce la presión y provoca obstrucciones. En general, la medición de la dureza del agua se realiza comúnmente en el tratamiento de agua y aplicaciones industriales basadas en agua, tales como agua potable, agua residual y torres de enfriamiento.

Cuando se realiza la medición de la dureza del agua, el calcio y el magnesio son los dos constituyentes usados para determinar la dureza total del agua debido a que ambos son los mayores contribuidores. Los resultados de la dureza se expresan en miligramos de CaCO₃ equivalente a la cantidad total del calcio y magnesio presente en un litro de agua, o mg/L de CaCO_3.

¿Cómo puedo realizar la prueba de la dureza del agua?

La titulación es el estándar de referencia cuando se mide la dureza del agua, donde el calcio y el magnesio forman complejos con el titulante, EDTA. Cuando se realiza esta titulación con un titulador potenciométrico automático, existen dos formas diferentes para controlar esta reacción: (1) con un electrodo de ion-selectivo de calcio (ISE), o (2) un electrodo fotométrico. El uso de uno frente al otro se basa en el objetivo de medición general y la preferencia del usuario, ambos métodos tienen ventajas y desventajas (Figura 2). Detallaremos las diferencias entre los dos procedimientos para ayudarlo a determinar qué método es más apropiado para su aplicación.

Método de ISE de calcio

En presencia de la solución amortiguadora TRIS, el electrodo ISE de calcio se puede utilizar para detectar tanto el calcio como el magnesio en una titulación, donde cada ion se diferencia y muestra con su propio punto de equivalencia específico (Figura 3). Una vez completada la titulación, los resultados son calculados automáticamente para la dureza total, la dureza de calcio y dureza de magnesio. Esto permite utilizar una sola muestra para los tres analitos, beneficiando a los usuarios que tienen un alto número de muestras. Sin embargo, este método requiere costos iniciales y recurrentes ligeramente más altos para los consumibles y materiales necesarios; un electrodo de ion selectivo tiene un costo promedio entre $800 y $1000 dólares. Además, los electrodos de ion selectivo requieren más tiempo para la preparación y mantenimiento, representando una curva de aprendizaje más profunda para quienes no están familiarizados con los electrodos de ion selectivo.

Figura 3. Titulación de dos puntos de equivalencia (EQPT) mediante el método ISE de calcio, donde EQPT 1 (7.528 mL) se refiere a la dureza de calcio y el EQPT 2 (1.682 mL) se refiere a la dureza de magnesio.

Método de electrodo fotométrico

Según lo dictado por los Métodos Estándar para la examinación de agua potable y aguas residuales ⁽³⁾, la dureza total y la dureza de calcio se pueden determinar con un indicador de color, donde la dureza de magnesio se calcula por deducción, como se muestra en la siguiente ecuación:

Dureza de magnesio = Dureza total (Titulación No. 1) – Dureza de calcio (Titulación No. 2)

En presencia de un indicador de color, la solución de prueba cambiará de color, lo que indica el punto final de la titulación. Los indicadores de color se utilizan cuando se titula manualmente la dureza y también se pueden utilizar en la titulación automática con el uso de un electrodo fotométrico. Las titulaciones manuales usualmente se ven afectadas por los errores humanos (debido a la determinación subjetiva del punto final del color), las titulaciones automáticas omiten esta subjetividad mediante el uso un electrodo para determinar el cambio de color.

Con el lanzamiento de los electrodos fotométricos basados en aplicaciones de Hanna Instruments, esta detección alternativa de indicadores de color es ahora más accesible y asequible que nunca. Al crear cuatro diferentes electrodos fotométricos en diferentes longitudes de onda, Hanna Instruments ha reducido significativamente el costo de una determinación fotométrica, permitiendo la compra de una longitud de onda única a aproximadamente $400 dólares en lugar de un electrodo innecesario basado en longitudes de onda múltiples, que cuesta más de $3,000 dólares. Los electrodos fotométricos requieren un mantenimiento mínimo y costos recurrentes significativamente más bajos donde, para los clientes que actualmente realizan pruebas mediante titulaciones manuales, los procedimientos y los reactivos químicos actuales se pueden transferir sin problemas a la automatización. Sin embargo, para determinar todos los componentes de la dureza con esta metodología, se requieren dos titulaciones separadas (y por lo tanto dos muestras separadas). Para algunos, esto podría ser problemático para el procesamiento de alto rendimiento o cuando existen limitaciones con un volumen de muestra pequeña.

Breve resumen:

Para resumir, al investigar las opciones para la automatización interna de la dureza del agua, es importante considerar los recursos y los objetivos para hacerlo.

1. ¿Realiza actualmente titulaciones manuales internas y prefiere limitar los cambios al procedimiento?
2. ¿Tiene un alto número de muestras por día (>25)?
3. ¿Cuánto tiempo se asignará a las pruebas diarias?
4. ¿La gran mayoría de las muestras requieren la dureza total, dureza de calcio y magnesio?
5. ¿Cuáles son los conocimientos técnicos de quienes realizan las pruebas?

Al responder estas preguntas, estará mejor equipado para determinar qué metodología es la más apropiada para su aplicación y organización

A continuación, se mencionan las especificaciones de los electrodos fotométricos HI90060x.

Fuente:

^[1] USGS (https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/hardness-water?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects)
^[2] USGS (https://www.usgs.gov/media/images/map-water-hardness-united-states)
^[3] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Methods 2340 C. and 3500-Ca D., EDTA Titrimetric Method

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