MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con la industria de la minería y los procesos de electroobtención o electrorrefinación de cátodos de cobre, en particular, con la recolección y lavado de cátodos de cobre desde celdas electrolíticas.

ANTECEDENTES

Se utilizan procesos de electroobtención o electrodeposición y de electrorrefinación en celdas electrolíticas para obtener cátodos de cobre de alta pureza. Así, existe una clasificación de calidad química y física del cátodo de cobre y se conoce como el grado A “High Grade (A)” para su comercialización, como el cátodo de cobre de mayor pureza (99,9998 % Cu), el cual es también de mayor valor comercial, según la Bolsa de Metales de Londres (LME) o la Bolsa de Comercio de Futuros de Metales (COMEX). Sin embargo, el cátodo de cobre grado A puede ser afectado por contaminantes químicos como el plomo y el azufre. Estos contaminantes pueden presentarse, entre otros factores, por la cristalización de sulfato de cobre del electrolito luego de extraer los cátodos de la celda, por lo cual, los cátodos de cobre pasan por un proceso de lavado.

Así se conocen diferentes soluciones que abordan el lavado de los cátodos de cobre obtenidos por electroobtención desde celdas electrolíticas, las que se describen a continuación. Arte previo

Por ejemplo, se conoce la solicitud de patente de invención de Estados Unidos US2007151580A1 -(2007-07-05), actualmente abandonada, que divulga un sistema robótico que se compone principalmente de un manipulador robótico de al menos 6 grados de libertad y un mecanismo de agarre que permite tomar un dispositivo de inyección de vapor y/o agua, moviéndose a través de una ruta definida por un carrusel de despegue de los cátodos para llevar a cabo el proceso de lavado, de forma secuencial mediante la aplicación de agua caliente a presión y/o vapor a caras de un cátodo predefinido. Así este sistema realiza el lavado de cada cátodo de manera secuencial, después que el cátodo haya sido recolectado de su celda electrolítica, sea transportado hasta el carrusel de despegue y enganchado en éste, por lo que se genera un gran tiempo de espera entre la recolección del cátodo y su lavado correspondiente.

También se conoce el documento de patente de invención US4330375A-(1982-05-18), concedida y ya expirada, que divulga sumergir el cátodo en un baño de limpieza acuoso en el que el cátodo se somete a vibración ultrasónica, preferiblemente en el rango de 20 a 100 Khz, con una amplitud suficiente para permitir que se desarrollen burbujas de cavitación a lo largo de las superficies del cátodo. En particular, se describe un método para limpiar las superficies de un cátodo de cobre extraído de un baño de electrorrefinación que comprende los pasos de: (a) sostener dicho cátodo sobre un transductor ultrasónico sumergido en un baño de limpieza de agua desgasificada calentada con dichas superficies de dicho cátodo en contacto con éste; (b) someter dicho cátodo en contacto con dicho transductor a vibraciones ultrasónicas directas desde éste; y (c) someter dichas superficies de dicho cátodo sumergidas en dicho baño de limpieza a vibraciones ultrasónicas desde las mismas transmitidas a través de dicho baño de limpieza. Así este sistema también realiza el lavado de cada cátodo de manera secuencial, después que el cátodo haya sido recolectado de su celda electrolítica, sea transportado hasta el sitio del baño de limpieza con ultrasonido y sumergido en éste, por lo que se genera también un gran tiempo de espera entre la recolección del cátodo y su lavado correspondiente.

Adicionalmente, se conoce el documento de la patente n° US8696826B2-(2014-04-15) donde se protege un método de lavado de un conjunto de cátodos permanente, el que comprende: encerrar sustancialmente una sección de lavado y mantener la sección de lavado a una presión negativa con respecto a la presión ambiental; proporcionar una pluralidad de boquillas de lavado adyacentes a un camino en la sección de lavado en lados opuestos de ésta; transportar el conjunto de cátodo permanente de lado a lo largo del recorrido en la sección de lavado sosteniendo el borde periférico inferior; dirigir los rociadores de lavado desde las boquillas para incidir en el primer y segundo lado; someter el conjunto de cátodo a un flujo de aire para secar el conjunto de cátodo, formándose el flujo de aire al menos en parte del aire externo que entra en la sección de lavado debido a la presión negativa; extraer el aire utilizado para secar el conjunto de cátodo desde alrededor del primer y segundo lados hacia al menos un conducto de escape; y entregar el aire desde el al menos un conducto de escape a la sección de lavado para retener la humedad y la energía térmica dentro de la sección de lavado.

Se observa que este método requiere producir una sección de lavado que tenga una atmósfera negativa controlada, en el recinto de las celdas electrolíticas u otro recinto particular. Así, este sistema también realiza el lavado de cada cátodo de manera secuencial por un camino dentro de una sección de lavado con atmósfera controlada, después que el cátodo haya sido recolectado de su celda electrolítica, sea transportado hasta la sección de lavado y recorra un camino por ésta, por lo que se genera también un gran tiempo de espera entre la recolección del cátodo y su lavado correspondiente.

Otro sistema es el protegido en la de patente de invención de Estados Unidos US4566951A-(1986-01 -28), que divulga un método para limpiar placas de cátodo y/o ánodo obtenido en un refinado electrolítico de metales. El método comprende las etapas de: levantar las placas del cátodo o las placas del ánodo del baño electrolítico mediante barras u orejetas del cátodo en grupos de placas; transferir las placas del cátodo o las placas del ánodo del baño electrolítico a una unidad de lavado que incluye el soporte de las placas del cátodo o del ánodo en un borde inferior de éste; retirar las barras de cátodo de las placas de cátodo antes de la entrada de las placas de cátodo en la unidad de lavado; hacer pasar sucesivamente al menos una de las placas de cátodo o al menos una de las placas de ánodo a través de la unidad de lavado; y someter la placa de cátodo o de ánodo a una operación de lavado en la unidad de lavado rociando los lados planos de las placas con líquido de lavado rociado a través de medios de boquilla que ejecutan un movimiento relativo a lo largo de los lados planos de las placas. Así, este sistema también realiza el lavado de cada cátodo de manera secuencial en una unidad de lavado, después que el cátodo haya sido recolectado y sea sometido a una secuencia de operaciones para ser trasladado hasta la unidad de lavado y lavado en ésta, por lo que se genera también un gran tiempo de espera entre la recolección del cátodo y su lavado correspondiente.

A pesar de las tecnologías divulgadas en los documentos analizados del arte previo, que son complejos sistemas, no se logra por completo prevenir la cristalización de los sulfates de cobre en tes cátodos y se requiere luego de un cepillado intenso de tes cátodos para limpiarlos y remover las impurezas cristalizadas en sus caras. Por otra parte, se observa que las tecnologías divulgadas generan un tiempo de espera importante entre la recolección del cátodo y su lavado correspondiente para retirar la solución de electrolito.

Como es conocido en la práctica, en el proceso de electro-obtención, el electrolito de cobre opera usualmente a una temperatura entre 45°C y 50°C dentro de una celda electrolítica en un recinto con una atmósfera particular que suele ser ventilada por medidas de seguridad, a temperatura ambiente. Cuando el cátodo se extrae desde la celda electrolítica, este sufre un choque térmico debido a la menor temperatura ambiente del recinto. Este brusco cambio de temperatura provoca la cristalización de sulfato de cobre del electrolito en la superficie del cátodo, de allí la necesidad de lavar los cátodos al momento exacto de extraerlo sin dejar tiempo de enfriamiento de los cátodos y retirar la solución aún presente inmediatamente.

Así, en la mayoría de las empresas mineras, la solución más utilizada aún en la industria es lavar los cátodos inmediatamente al recolectarlos, como puede observarse en la figura 1 , gracias a un operador humano que realiza el lavado manualmente, mediante el flujo de agua de una manguera. Esta solución, es previsiblemente poco eficiente, poco homogénea, lenta, posiblemente incompleta, pudiendo dejar contaminación superficial en el cátodo y expone al operario a la atmósfera contaminante del recinto justo por encima de las celdas electrolíticas.

Problema técnico

De acuerdo con lo descrito, se mantiene la necesidad de un aparato y/o proceso que permita efectuar un lavado de cátodos de cobre de alta pureza obtenido por electroobtención o electrorrefinación de manera oportuna, es decir eliminando el tiempo de espera entre la recolección de los cátodos desde una celda electrolítica y el lavado de sus caras, para retirar efectivamente el electrolito e impurezas que pudieran estar presentes, evitando su cristalización sobre el cátodo.

Solución técnica

Para solucionar este problema técnico, la presente invención propone en un primer aspecto, un aparato que consiste en un yugo portador y lavador de cátodos de cobre para portar y lavar cátodos de cobre al momento de ser retirados desde las celdas electrolíticas, permitiendo retirar una pluralidad de cátodos de cobre de las celdas electrolíticas y lavarlos por ambas caras al mismo tiempo.

En una segunda realización, la presente invención propone un adaptador de yugo portador de cátodos para portar y lavar cátodos de cobre directamente desde celdas electrolíticas, permitiendo también retirar una pluralidad de cátodos de cobre de las celdas electrolíticas y lavarlos por ambas caras al mismo tiempo.

De acuerdo con un tercer aspecto, la presente invención propone un proceso que consiste en el uso del yugo portador y lavador de cátodos de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención o del yugo portador de cátodos adaptado con el adaptador de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención para realizar una etapa de recolección y de lavado simultáneo de cátodos de cobre con un líquido limpiador en particular, a presión, temperatura y concentración dentro de rango particulares.

Ventajas de la solución técnica

La presente invención permite eliminar el tiempo de espera entre la recolección y el lavado de los cátodos para retirar el electrolito antes de permitir la cristalización de sulfato de cobre, reduciendo la presencia de contaminantes como el azufre en las caras de los cátodos de alta pureza.

La presente invención permite minimizar el tiempo de lavado de los cátodos de cobre de alta pureza obtenidos por electrorrefinación o electroobtención, gracias a la eliminación oportuna y efectiva de impurezas, por lo que las operaciones posteriores de cepillado y limpieza de los cátodos podrían obviarse.

Al realizarse el lavado al momento de sacar los cátodos de la celda electrolítica, antes de que se produzca la cristalización de las impurezas, se optimiza la cantidad de agua necesaria para un buen lavado, por lo que se emplea menos agua en el proceso.

Otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de la invención, que se refiere a los dibujos adjuntos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La invención se comprenderá mejor leyendo la siguiente descripción que se da solo a modo de ejemplo y no limitante, y se hace con referencia a las figuras citadas a continuación.

La figura 1 es una ilustración del proceso del arte previo para el lavado de cátodos de cobre utilizado en la industria minera.

La figura 2 es una vista esquemática y en perspectiva del aparato de acuerdo con la presente invención cargando un conjunto de cátodos de cobre.

La figura 3 es una vista esquemática y en perspectiva de un ejemplo de cátodo permanente de acero inoxidable común utilizado en una celda electrolítica.

La figura 4 es una vista esquemática y en perspectiva del dispositivo de acuerdo con la presente invención cargando un conjunto de cátodos de cobres, en donde se han retirado algunos cátodos y elementos del dispositivo para observar detalles en recuadro A.

La figura 5 es una vista esquemática y en perspectiva de un adaptador de yugo portador de cátodos de acuerdo con la presente invención, instalado en un yugo cargando un cátodo de cobre.

La figura 6 es una vista esquemática y en perspectiva del adaptador de yugo portador de cátodos de la figura 5.

La figura 7 es una vista esquemática y en perspectiva de un adaptador de yugo portador de cátodos de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Como ya hemos indicado, la invención se refiere a un yugo portador y lavador de cátodos de cobre que comprende un bastidor con medios de enganche donde se enganchan los cátodos de cobre y un circuito de tubería de distribución con inyectores o aspersores acoplados a una manquera con líquido de limpieza, que permite lavar el cátodo de cobre en el mimo momento en que se saca de la celda. En una primera realización, el circuito de tubería está integrado al bastidor, y en una segunda realización el circuito de tubería se acopla o adapta el circuito de tubería por un sistema de sujeción de tubos. Ambas realizaciones mantienen los aspectos fundamentales de la invención, que permiten el lavado al momento de retirar los cátodos de la celda, con condiciones que proporcionan un lavado completo de ambas caras del cátodo.

De este modo, en un tercer aspecto, la invención se refiere al proceso de recolección y lavado de cátodos de cobre de alta pureza directamente desde celdas electrolíticas con un yugo portador y lavador de cátodos o un yugo portador de cátodos adaptado con un adaptador de yugo, en donde los cátodos se enganchan al yugo de la invención, y al tiempo que se elevan desde la celda electrolítica comienza el lavado por los inyectores, en un ángulo de 65° respecto al bastidor y a una presión entre 200 a 400 kPa (2 a 4 bar), lo que permite un lavado homogéneo, eficaz y oportuno del cátodo de cobre.

A continuación, se describen las figuras de una forma preferida de realización de la presente invención. Se debe apreciar que las figuras se proveen solamente a modo de ilustración y que la invención no está limitada por estas ilustraciones. Las figuras no están necesariamente a escala y algunas características pueden ser exageradas o minimizadas para mostrar detalles de componentes particulares. Los componentes, materiales o métodos bien conocidos no se describen necesariamente con gran detalle para evitar oscurecer la presente descripción. Cualquier detalle estructural y funcional específico descrito acá no debe interpretarse como limitante, sino simplemente como una base para las reivindicaciones y como una base representativa para enseñar a un experto en la técnica a emplear de manera diversa la invención.

Como se puede apreciar en la figura 1 , las empresas mineras suelen realizar un lavado de cátodos gracias a un operario (23) provisto de una manguera que de forma manual lava los cátodos (300) obtenidos en las celdas electrolíticas (24) que son recolectados por un yugo portador de cátodos (20) del arte previo, en un recinto de producción de cátodos de cobre equipado con un puente-grúa que eleva dicho yugo portador de cátodos (o yugo porta- cátodos) mediante un par de ganchos (22) y polipastos (no visible en la ilustración).

Como puede observarse en la figura 2, la presente invención consiste en un yugo portador y lavador de cátodos para portar y lavar cátodos de cobre directamente desde celdas electrolíticas que comprende: un bastidor (100) con al menos un medio de enganche superior (110) para ser elevado por un polipasto de un puente-grúa y medios de enganches (120) a una pluralidad de cátodos (300) de celda electrolíticas de electroobtención o electrorrefinación, al menos un circuito de tubería de distribución (200) con una pluralidad de inyectores o aspersores (210) para lavar ambas caras de cada cátodo enganchado por los medios de enganches, dicho circuito de tubería de distribución (200) comprende y es conectado fluidamente a al menos un conector (220) que puede acoplarse a una manguera con líquido de limpieza a una presión y temperatura determinada. Donde convenientemente el líquido de limpieza es agua desmineralizada y se encuentra a una temperatura entre 60 y 95°C. Preferentemente la temperatura de aplicación es a 80°C.

Como será evidente para un experto en la técnica, el líquido de limpieza puede ser contenido en un contenedor con termostato y termómetro. Una línea de alimentación de líquido de limpieza que se conecta al conector (220) puede convenientemente incluir un manómetro para medir la presión. De acuerdo con una forma ejemplar de realización, dicho bastidor (100) comprende vahos refuerzos transversales (130) y refuerzos longitudinales (140) para soportar el peso de un pluralidad de cátodos de cobre, incluso hasta 22 cátodos permanente con depósito de cobre en ambas caras obtenidos desde una celda electrolítica con un peso total de hasta 140 kg cada uno.

De acuerdo con una forma ejemplar de realización, dichos medios de enganches (120) consisten en pares de ménsulas rotativas para cátodos (120) que enganchan una pluralidad de cátodos (300) por sus muescas (330) bajo la barra transmisora (320).

En la figura 3, puede apreciarse un esquema de cátodo permanente que comprende un cuerpo laminar de acero inoxidable (310) donde se deposita el cobre de alta pureza durante el proceso de electroobtención o electrorrefinación, dicho cuerpo (310) comprende dos muescas (330) por debajo de una barra conductora (320) que también soporta dicho cuerpo (310). Otras formas de cátodos son posibles, pero siempre proveen medios de enganches para ser sumergidas o elevadas en las celdas electrolíticas mediante un yugo portador con medios de enganches (120) correspondientes.

Como puede observarse en la figura 4, de acuerdo con una forma ejemplar de la presente invención, dicho circuito de tubería de distribución (200) puede formarse por un tubo de distribución principal (201 ) que distribuye líquido de limpieza longitudinalmente al bastidor (100), hacia una pluralidad de tubos de distribución secundarios (202) dispuestos verticales descendente, intercalado y entremedio de dónde se ubica cada cátodo mediante los medios de enganches (120) para distribuir líquido de limpieza entre cada cátodo y cada uno de dichos tubos de distribución secundarios (202) es conectado en forma de “T” invertida, a un tubo de distribución extremo (203) dispuesto transversal al bastidor (100), para distribuir transversalmente a cada cátodo y dichos tubos de distribución extremos (203) se conectan en cada extremo a aspersores o inyectores (210). Como también se puede apreciar en la figura 4, dichos aspersores o inyectores (210) pueden ser articulados y estar formados, cada uno, por un cuerpo superior (211 ) conectado a un extremo de dicho tubo de distribución extremo (220), un cuerpo inferior (213) con una boquilla de expulsión de líquido de limpieza (no ¡lustrada) y una articulación (212) fluidamente conectada con dicho cuerpo superior (211 ) y dicho cuerpo inferior (213) para rotar y dirigir la boquilla de expulsión y el líquido de limpieza en una dirección preferida. Preferentemente, se expulsa el líquido de limpieza en forma de abanico en un ángulo de 65° respecto del bastidor (100).

Como puede observarse en la figura 5, de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención, se provee un adaptador de yugo portador de cátodos para portar y lavar cátodos de cobre directamente desde celdas electrolíticas. En donde dicho adaptador se une externamente a un yugo porta-cátodos que comprende un bastidor (100) y medios de enganche superior (110), dicho adaptador comprende: medios de sujeción (150) y al menos un circuito de tubería de distribución (200) con una pluralidad de inyectores o aspersores (210) para lavar ambas caras de cada cátodo, en donde dicho circuito de tubería de distribución (200) es sujeto por dichos medios de sujeción (150) al bastidor (100), y dicho circuito de tubería de distribución (200) comprende y es conectado fluidamente a al menos un conector (220) que puede acoplarse a una manguera con líquido de limpieza a una presión y temperatura determinada. En esta figura 5, se ¡lustra dicho yugo porta-cátodos adaptado con el adaptador de la presente invención portando un cátodo (300) mediante los medios de enganches (120), en donde cada cara del cátodo (300) puede ser limpiada por aspersores 210 del circuito de tubería de distribución (200).

En la figura 6, se observa el adaptador de yugo portador de cátodos que comprende un circuito de tubería de distribución (200) con dos conectores (220) y una pluralidad de inyectores o aspersores (210) y medios de sujeción (150) distribuidos por dicho circuito de tubería de distribución (200) para soportarlo de manera equilibrada a un yugo porta-cátodos. Las dimensiones y la forma de estos medios de sujeción (150) se pueden adaptar al bastidor (100) del yugo porta-cátodos que se adaptará en la práctica de la presente invención.

En otra forma de la presente invención, ¡lustrada en la figura 7, dicho circuito de tubería de distribución (200) también puede ser formado como un recorrido de tubería que incluye dos segmentos rectos (204) alargados que se unen por dos segmentos en dos bucles sobresalientes (205) y dicho circuito de tubería de distribución (200) incluye dicha pluralidad de inyectores o aspersores (210) orientados de manera descendentes y dispuestos, cada uno, al extremo de un tubo terminal (206) descendente de dicho recorrido de tubería. Con esta forma, se permite que el adaptador de yugo se una internamente a un yugo porta-cátodos.

También preferentemente, dichos inyectores o aspersores (210) son dispuestos en pares alineados transversalmente, dispuestos intercalado y entremedio de dónde se ubica cada cátodo.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un proceso de recolección y lavado de cátodos de cobre de alta pureza desde celdas electrolíticas con un yugo portador y lavador de cátodos de acuerdo con la presente invención o un yugo portador de cátodos adaptado con el adaptador de yugo de acuerdo con la presente invención, que comprende las siguientes etapas: seleccionar una pluralidad de cátodos a retirar de una celda electrolítica; posicionar dicho yugo portador y lavador sobre dicha celda electrolítica; enganchar dicha pluralidad de cátodos en dicho yugo portador y lavador de cátodos o dicho yugo portador de cátodos adaptado; conectar dicho yugo portador y lavador mediante su conector (220) a un circuito fluido de líquido de limpieza, a temperatura y presión predefinida; elevar y lavar simultáneamente dicho conjunto de cátodos mediante dicho conjunto de inyectores (210), elevando dicho yugo portador y lavador de cátodos o dicho yugo portador de cátodos adaptado mediante polipastos; desconectar el yugo portador y lavador del circuito fluido de líquido de limpieza desplazar dicho yugo portador y lavador de cátodos o dicho yugo portador de cátodos adaptado a una zona de descarga de cátodos y retirar los cátodos de cobre lavados del yugo portador y lavador.

Como ya se indicó, el líquido de limpieza es preferentemente agua desmineralizada, a una temperatura entre 60 y 95°C, en especial a 80°C. Preferentemente, dicho líquido de limpieza se aplica desde los inyectores (210) con un chorro en forma de abanico en un ángulo de 65° respecto al bastidor (100). Preferentemente, dicha presión predefinida es de entre 200 a 400 kPa (2 a 4 bar), de preferencia aproximadamente 300 kPa (3 bar).

Donde se logra una limpieza rápida, homogénea, oportuna y eficiente del cátodo de cobre que evita la formación de cristales de sulfato de cobre sobre el cátodo. Permitiendo obtener cátodos de cobre libres de azufre de alta pureza y valor.

Convenientemente, se pueden abrir las válvulas de la línea de alimentación para hacer circular el líquido de limpieza hacia el conector (220) desde un control de mando o joystick, incluso dicho control de mando o joystick puede incluirse en el control de mando del puente grúa para activar simultáneamente la inyección de líquido de limpieza junto con la elevación del yugo porta-cátodos.

La terminología utilizada en esta descripción tiene el propósito de describir formas de realización particulares solamente y no pretende ser limitante del tema revelado. Como se usa acá, las formas singulares "un", "una", "uno", "el" y "la" están destinadas a incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes establecidos, pero no excluyen la presencia o la adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de éstos.

Las estructuras, materiales, actos y equivalentes correspondientes de todos los elementos de medios o etapas más las funciones en las reivindicaciones a continuación pretenden incluir cualquier estructura, material o acto para realizar la función en combinación con otros elementos reivindicados como se reivindica específicamente. La descripción de la presente materia divulgada se ha presentado con fines ilustrativos y descriptivos, pero no pretende ser exhaustiva o limitada a la materia divulgada en la forma divulgada. Muchas modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la materia sin apartarse del alcance y el espíritu del tema revelado. La forma de realización se eligió y describió para explicar mejor los principios de la materia divulgada y la aplicación práctica, y para permitir que otros expertos en la materia entiendan la materia divulgada para diversas formas de realización con diversas modificaciones que sean adecuadas para el uso particular contemplado.