Celda piloto de electroobtención multicátodo

Una celda piloto de electroobtención no sirve para producir metal: sirve para medir tres cosas que ninguna celda de laboratorio de un solo cátodo reproduce bien. La eficiencia de corriente, porque en un cátodo único las pérdidas por contacto y por corrientes parásitas son despreciables y en una celda real no lo son. La calidad del depósito, porque la distribución de corriente entre seis cátodos es lo que decide si el metal sale liso, nodular o dendrítico. Y la energía específica, porque el voltaje de celda depende de la separación entre electrodos y de la conductividad del electrolito, dos cosas que un vaso de precipitados no tiene.

Empiece por la corriente, no por la celda

El cálculo que dimensiona todo lo demás es la ley de Faraday: 0,9 a 1,0 kAh por kilogramo de cobre. Una obligación de 10 kg/día exige unos 400–450 A con 85–95 % de eficiencia de corriente, y multiplicando por el voltaje de celda —1,8 a 2,2 V con ánodos de Pb-Sn-Ca— salen alrededor de 1 kW de potencia continua. La misma aritmética sirve para zinc, níquel y cobalto con su propio equivalente electroquímico.

De ahí salen las decisiones de compra: el rectificador se elige por la corriente máxima prevista con un 20 % de margen, y la superficie de cátodo se elige para que la densidad de corriente de trabajo caiga en 200–400 A/m². Si la superficie es demasiado grande para el rectificador, la celda nunca alcanzará el régimen real; si es demasiado pequeña, el depósito crecerá más rápido de lo que la nave produce y el ensayo no representará nada.

Qué puede y qué no puede decir el piloto

Puede decir la eficiencia de corriente real, la energía específica en kWh/t, la relación entre densidad de corriente y morfología del depósito, el efecto de la temperatura entre 35 y 50 °C y el arrastre de impurezas al cátodo. Eso es suficiente para decidir si un licor es apto y para estimar el costo eléctrico de una nave.

No puede decir el costo de mano de obra, ni el desgaste de ánodos a lo largo de años, ni el comportamiento de una nave con cientos de celdas en serie donde las corrientes parásitas por los colectores son otra cosa. Para eso se necesita una celda de sección completa y una campaña larga, no un piloto de seis cátodos.

Las impurezas que deciden el depósito

Tres familias mandan, y ninguna aparece en el certificado de un electrolito limpio. El cloruro por encima de 30 mg/L ataca el cátodo de acero inoxidable y produce picaduras que luego se transfieren al depósito. El hierro y el manganeso, incluso en ppm, cambian la morfología y favorecen nódulos. Y los orgánicos arrastrados de la extracción por solventes —los mismos que un coalescedor debe quitar— producen depósitos quemados y caída de eficiencia sin ningún síntoma visible en el análisis inorgánico.

Por eso el piloto debe correr con el electrolito que la planta va a producir, no con una solución sintética preparada en el laboratorio. La diferencia entre ambas es exactamente la que decide si el proyecto cierra.

Cosecha y para qué sirve la muestra

La cosecha en un piloto se hace arrancando el depósito del cátodo de acero inoxidable: la placa se saca, se lava, se seca y la lámina se despega. Lo que importa conservar es la trazabilidad de las condiciones —densidad de corriente, temperatura, tiempo, concentración de cobre y de impurezas— porque una muestra de metal sin esas condiciones no se puede comparar con nada.

La muestra tiene tres usos: ensayo de composición para el comprador, verificación de que el depósito cumple la especificación comercial y demostración de que el licor del cliente produce metal vendible. Ese último punto es, casi siempre, la razón por la que se compra el piloto.