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Title:
ELECTROCHEMICAL REACTOR FOR PROCESSES FOR NON-FERROUS METAL ELECTRODEPOSITION, WHICH COMPRISES A SET OF APPARATUSES FOR GENTLY AGITATING AN ELECTROLYTE, A SET OF APPARATUSES FOR CONTAINING AND COALESCING AN ACID MIST, AND A SET OF APPARATUSES FOR CAPTURING AND DILUTING ACID MIST AEROSOLS REMAINING IN THE GAS EFFLUENT OF THE REACTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/178707
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrochemical reactor for continuous copper electrodeposition at high current densities with copper sulfate electrolytes, which comprises devices and systems of functional means that are linked and operated in line, thereby forming a "triad", for standardising operational conditions in a series of operative parallel reactors. The triad, installed in each existing or new electrolytic container, comprises: a gentle electrolyte agitation system (AGSEL) with means for pulsing control of the aeration volume diffused by bubbling directed into each inter-cathodic space; a "duo" of systems linked in line, which comprises a system of removable anode covers (CAR) for containing, confining and coalescing the acid mist; and an acid mist recycling system (SIRENA) that captures non-coalesced electrolyte aerosols and condenses the steam, returning same to the process, while the pollutants of the gaseous fluid from the reactor are substantially diluted.

Inventors:
VIDAURRE HEIREMANS, Victor Eduardo (Montecassino 1021, Las Conde, Santiago 64, 8350664, CL)
Application Number:
CL2019/050018
Publication Date:
September 26, 2019
Filing Date:
March 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
VIDAURRE HEIREMANS, Victor Eduardo (Montecassino 1021, Las Conde, Santiago 64, 8350664, CL)
International Classes:
C25B9/00; B01D53/00; B01F3/00; B01F13/02; C25C1/00; C25C7/00; C25C7/06; C25D21/00; C25D21/04
Domestic Patent References:
WO2013079802A12013-06-06
WO1995027811A11995-10-19
WO2011085824A12011-07-21
Foreign References:
CL2011002661A12012-04-27
CL2013001056A12013-12-06
MX349618B2017-08-04
US20100065433A12010-03-18
MX2014014815A2015-02-12
US9732432B22017-08-15
CL2017002935A12018-04-06
Attorney, Agent or Firm:
JARA LIPAN, Bety (Avenida Libertador Bernardo O"Higgins N° 2601, Oficina N° 706Santiago, 64, 8350664, CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1.- Reactor electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos que opera con un contenedor (2) de hormigón polimérico monolítico triestratificado a prueba de filtraciones, en donde un flujo de una solución apta de electrolito de características dadas alimentado por un diapasón a las superficies de las placas catódicas (1 1) energizadas en los espacios interelectrodos del reactor electroquímico (1) proporcionan suficiente transferencia de masa iónica para la debida integridad y compactación uniforme de los depósitos metálicos al operar establemente - a las correspondientes intensidades de corriente- el proceso de electrodepositación de metales hasta su llamada “densidad de corriente límite”; a mayores densidades de corriente, los equilibrios entre las variables del proceso se tornan inestables y pierden los equilibrios con que se logran resultados de depósito aceptables, y comienzan a generalizarse defectos y menoscabos objetables de calidad física en las láminas metálicas, como también degradación en su composición química por presencia de impurezas del electrolito que se electrodepositan junto con el metal; por otra parte, en la operación de proceso -a cualquier intensidad de corriente - se descompone la solución, generando micro burbujas de 02 (7) en las superficies anódicas; las burbujas crecen ascendiendo por el electrolito incorporando sus gases, y al emerger a la atmósfera (3) explotan, configurando la problemática neblina ácida, fluido gaseoso compuesto de gases en el electrolito, vapor de agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito sulfuroso, altamente nocivos para la salud, CARACTERIZADO porque comprende una triada de conjuntos de aparatos concatenados para operación continua en línea en el reactor electroquímico (1), que permite operar el proceso a altas densidades de corriente con simultáneo control y mitigación del efluente de neblina ácida; dicha triada está conformada por:

a) Conjunto AGSEL (100) de difusores de aire a la forma de burbujas, de caudal de flujo controlado, con o sin pulsos, para mejorar la transferencia de masa iónica como sea apropiado para la densidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1), el cual es capaz de acomodar intensidades de corriente hasta 600 A/m2; el AGSEL (100) está conformado por un marco estructural monolítico autosoportante (101) que contiene módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102) para difundir aire a la forma de burbujas (1 17), los cuales se fijan con pernos (113) diseñados para recambio rápido de los módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102);

b) Conjunto de aparatos CAR (200) para contención, confinamiento, coalescencia y reciclado de aerosoles de electrolito arrastrados en la neblina ácida generada por el proceso; el conjunto CAR está conformado por una serie de cubiertas anódicas removibles (201) individuales sobre cada ánodo del reactor electroquímico (1); cada cubierta consta de un cuerpo estructural (206), moldeado monolítico de compuesto polimérico, con propiedades dieléctricas, alta resistencia estructural y a la corrosión para ser instaladas sobrepuestas en cada barra colgadora de placa anódica (10) a presión; y dos cubiertas fijas (202) y (203) en los extremos del contenedor (2); las cubiertas anódicas removibles (201) individuales quedan sujetas en cada placa anódica (10) por lengüetas flexibles de sujeción (212) por el interior del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206); por su parte superior, también cuenta con dos cuernos guías verticales (204) unidos por una placa de asentamiento horizontal (205), la que además, sirve para eventual instalación de sensores inalámbricos de presión diferencial bajo las cubiertas anódicas removibles (201) individuales con respecto a la atmósfera; el cuerpo estructural por sus costados laterales también aloja al menos dos múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) superpuestos en ambos costados y;

c) Conjunto de Aparatos SIRENA (300) el cual está adosado a una pared frontal exterior (4) de cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1) para succionar el caudal del fluido gaseoso efluente y extraerlo del contenedor (2) para descargarlo en el dispositivo DEVA (302) -depurador de vapores ácidos- cuyas funciones son separar y recuperar como condensado ácido: vapor de agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito ingresados como neblina acida del reactor electroquímico (1); la depuración es de intensidad controlada y permite aumentar la inocuidad del fluido gaseoso efluente, y dirigir el flujo gaseoso efluente del DEVA (302) a la descarga global a la atmósfera (311) exterior, o bien, a depuración secundaria en al menos un aparato depurador condensador multietapa de vapores ácidos DECOMUVA (312), si la exigencia de inocuidad en la descarga atmosférica lo requiere.

2.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los tubos difusores flexibles termo perforados (107) difusores de aire en sus módulos rectangulares portantes (102), están dispuestos paralelos a los electrodos bajo los espacios interelectrodos, y el número de módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102) depende del largo del reactor electroquímico (1), tamaño, número de tubos difusores flexibles termo perforados (107) para difundir el aire de agitación y el caudal global de aireación requerido en los espacios interelectrodos al interior del contenedor (2) de acuerdo al rango de intensidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1).

3.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende un caudal de aire atmosférico de difusión que alimenta al marco estructural monolítico autosoportante (101), atravesando primero por un rotámetro y presóstato (110), y luego, opcionalmente, por un dispositivo anti sifón (111) en línea con un dispositivo anti retorno (112), previo a ingresar por el punto de ingreso de aire (103) al marco estructural monolítico autosoportante (101); mediante un tubo de PVC de al menos 10 pulgadas de diámetro, reforzado externamente por una manta de filamento continuo (fibra de vidrio y resina) encapsulado en el mortero polimérico estructural monolítico del marco estructural monolítico autosoportante (101), el caudal de aire de difusión se desplaza por el marco estructural monolítico autosoportante (101), el cual internamente lleva uniones T en los puntos de unión T (104), para alimentar aire a cada módulo rectangular portante de difusores de aire (102), a través del punto conexión de alimentación (105).

4.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 3, CARACTERIZADO porque los módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102), comprenden un manifold distribuidor (108), el cual se une al marco estructural monolítico autosoportante (101) a través del punto de conexión de alimentación (105) y el contra manifold ciego (109) está apernado al marco estructural monolítico autosoportante (101) y aloja los conectores ciegos (114) para insertar los tubos difusores flexibles termo perforados (107).

5.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el manifold distribuidor (108), tiene conectores alimentadores (106) para insertar los tubos difusores flexibles termo perforados (107).

6.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque los tubos difusores flexibles termo perforados (107) con perforaciones dispuestas en su longitud de los cuales emerge el flujo de aire difusor controlado a cada tubo difusor flexible termo perforado (107) de manera que se formen hileras verticalmente ascendentes de burbujas individuales de aire (117) en el electrolito (5), y en patrones de difusión determinados según diseño.

7.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la característica de la burbuja de aire (1 17), depende del caudal y presión de aire, diámetro de perforación y cantidad de agujeros por metro lineal de tubos difusores flexibles termo perforados (107) para entregar el caudal requerido por cada tubo difusor flexible termo perforado (107) en patrones de difusión determinados de burbujas para realzar la uniformidad de burbujeo deseada en cada espacio interelectrodo.

8.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en el marco estructural monolítico autosoportante (101) se provee con soportes de apoyo de altura regulable (116) desde el fondo del contenedor (2), para mantener la horizontalidad del marco estructural monolítico autosoportante (101) respecto de las placas anódicas (10) y placas catódicas (1 1) suspendidas verticalmente desde los bordes superiores de las paredes laterales del contenedor (2) del reactor electroquímico (1).

9.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los extremos frontales del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206), en el que se alojan los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207), superpuestos y al menos doble sellos frontales (208) que cubren el electrolito (5) en los canales laterales (21 1) apoyándose en las paredes laterales adyacentes del contenedor (2) del reactor electroquímico (1).

10.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) forman al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209), para iniciar, realzar y promover la coalescencia de los aerosoles de electrolito en la neblina ácida confinada en el interior de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) con el ingreso continuo de caudales controlados de aire atmosférico (210) a menor temperatura respecto de la temperatura ambiente dentro de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209).

11.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque comprende múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) que se apoyan contra la superficie plana vertical de la placa catódica (11), en el volumen de confinamiento de neblina ácida que termina en las líneas de apoyo del múltiple sello longitudinal flexible paralelo superpuesto (207) con la placa catódica (11).

12.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque CAR (200) y SIRENA (300) están diseñados para operar concatenados de manera de recuperar el vapor de agua, ácido sulfúrico y los aerosoles de electrolito remanentes en el caudal del fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda" (303) fuera del reactor electroquímico (1).

13.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque los vapores ácidos y aerosoles extraídos del reactor electroquímico (1) en el fluido gaseoso efluente, en primera instancia, son capturados en el aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) por un burbujeador (305) bajo una columna líquida (306) de altura regulable instalado en una pared frontal exterior (4) de cada contenedor (2).

14.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 13 CARACTERIZADO porque además opcionalmente, puede comprender un aparato verificador de contenidos de vapores ácidos contaminantes AVDEVA (315) remanentes en el fluido gaseoso efluente del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) previo a su descarga global a la atmosfera (31 1) ambiente.

15.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque la succión para generar el caudal de extracción del flujo fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303), se proporciona en una ejecución preferida con aparatos amplificadores de aire (500) sin partes móviles accionados desde una red de aire atmosférico comprimido (801) alimentados externamente por un compresor de caudal continuo (800) (de tornillo u otro), o alternativamente, en cada reactor electroquímico (1) mediante una mini turbina (309) de muy bajo caudal accionada con motor eléctrico, de preferencia con variador de frecuencia (310).

16.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque además dispone de una entrada que comunica a un aparato sensor de presión diferencial de caudal en una placa orificio (601) calibrada, una salida sensor placa orificio (602), una placa orificio calibrada (603), un rotámetro (700), cuyo aire atmosférico comprimido (801) es proporcionado por compresor de tornillo (800).

17.- Sistema de Agitación Suave de Electrolito AGSEL (100), que al funcionar genera hileras individuales de burbujas de aire (117) controladas, en donde el flujo de una solución apta de electrolito de características dadas alimentado por un diapasón a las superficies de las placas catódicas (1 1) energizadas en los espacios interelectrodos del reactor electroquímico (1) proporcionan suficiente transferencia de masa iónica para la debida integridad y compactación uniforme de los depósitos metálicos al operar establemente - a las correspondientes intensidades de corriente - el proceso de electrodepositación de metales solo hasta su llamada densidad de corriente límite; a mayores densidades de corriente, los equilibrios entre las variables del proceso se tornan inestables y comienzan a perder los equilibrios con que se logran resultados de depósito aceptables, y comienzan a generalizarse defectos y menoscabos objetables de calidad física en las láminas metálicas, como también degradación en su composición química por presencia de impurezas del electrolito que se electrodepositan junto con el metal; CARACTERIZADO porque se ubica en cada reactor electroquímico (1) cerca del fondo del contenedor (2) un marco estructural monolítico autosoportante (101) horizontal, diseñado para difundir homogéneamente aire exterior, en forma controlada tal que se direcciona convenientemente las hileras de burbujas emergentes en los espacios interelectrodos, a la forma de pequeñas burbujas de aire (117) individuales, con lo que se consigue aumentar considerablemente la transferencia de masa iónica desde la capa límite de las placas catódicas (1 1), que permite acompañar eficazmente intensidades de corriente hasta 600 A/m2.

18.- Sistema de agitación suave de electrolito AGSEL (100) de acuerdo con la reivindicación 17, CARACTERIZADO porque los tubos difusores flexibles termo perforados (107) difusores de aire en sus módulos rectangulares portantes (102), están dispuestos paralelos a los electrodos bajo los espacios interelectrodos, y el número de módulos (102) depende del largo del reactor electroquímico (1), tamaño, número de tubos difusores flexibles termo perforados (107) para difundir el aire de agitación y el caudal global de aireación requerido en los espacios interelectrodos al interior del contenedor (2) de acuerdo al rango de intensidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1).

19.- Sistema de agitación suave de electrolito AGSEL (100) de acuerdo con la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque los tubos difusores flexibles termo perforados (107) tienen perforaciones dispuestas en hileras en su largo de las cuales emergen las burbujas de aire (117) individuales formando hileras con descarga direccionada hacia el electrolito (5) en los espacios interelectrodos.

20.- Sistema de agitación suave de electrolito AGSEL (100) de acuerdo con la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque las características, tamaños, intervalos de burbujas de aire (117) individuales entre sí deseadas al emerger al electrolito (5), dependen del caudal de aire continuo y de los pulsos del caudal, del diámetro de las perforaciones, de su patrón de perforación y la cantidad de tubos difusores flexibles termo perforados (107) necesarios para difundir aire en cada espacio interelectrodo por módulo rectangular portante de difusores de aire (102).

21.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200), para contener, confinar, coalescer y reciclar neblina ácida, altamente nociva para la salud, en cada celda unitaria del reactor electroquímico (1), debido a que los volúmenes de oxígeno (02) generados en los actuales procesos de electroobtención industrial de cobre y otros metales no ferrosos son directamente proporcionales a las intensidades de corriente aplicadas a los ánodos, y por consiguiente, a la contaminación ambiental asociada con la operación de las celdas de electroobtención del arte actual, CARACTERIZADO porque las cubiertas anódicas removibles (201) son individuales, de“quita y pon” para cada placa anódica (10), son fácilmente removibles de su asiento en su barra colgadora anódica, y pueden ser firmemente instalados por la simple presión resultante al insertar sobre la parte horizontal del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206) de la cubierta anódica removible (201) individual sobre los colgadores horizontales de las placas anódicas (10), ya que cuentan con medios de sujeción ad hoc con lengüetas flexibles de sujeción (212) para quedar firmemente trabadas en posición de trabajo por mera presión de inserción, y por lo tanto, a la vez son fácilmente desmontables por un operador capacitado; el Sistema CAR (200) comprende también cubiertas fijas (202) y (203) en los extremos del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) y se instalan sobre los espacios libres de placas anódicas (10) y placas catódicas (11) en cada extremo del contenedor (2).

22.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque además comprende los medios para el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) en cada espacio interelectrodo a través de la línea de apoyo contra la placa catódica (11) adyacente de los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos superpuestos (207) instalados en cada cubierta anódica removible (201) individual para admitir un ingreso controlado en un rango de caudales mínimos de aire externo necesario para producir un leve vacío bajo las cubiertas anódicas removibles (201) individuales y así asegurar la imposibilidad de escape de neblina ácida en sentido contrario al flujo de aire que ingresa desde la atmosfera (3), sobre el reactor electroquímico (1), manteniendo sostenidamente en el tiempo la depresión mínima necesaria bajo el Sistema CAR (200).

23.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque además comprende al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209), para contener, confinar y hacer coalescer los aerosoles líquidos de la neblina ácida con la succión de un caudal de aire externo, cuya temperatura inferior a la del interior de la mini cámara ventilada perimetral superpuesta (209) inicia y promueve la coalescencia, acrecentando el tamaño de las micro gotas en suspensión a gotas de mayor tamaño y peso que se adhieren, primero a las superficies disponibles, y luego con el sucesivo aumento de volumen y peso, se desprenden de las mismas superficies cuando su peso individual sobrepasa su adhesión con las superficies en que estuvieron adheridas, precipitándose por gravedad al electrolito (5) del reactor electroquímico (1), que las genera en tiempo real.

24.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 22, CARACTERIZADO porque los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) y el recorrido de egreso del aire atmosférico externo más frío de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) proporcionan protección de aniones corrosivos al material de acero inoxidable de las placas catódicas (11), ya que el sello inferior de la mini cámara ventilada perimetral superpuesta (209) inferior más próxima al nivel del electrolito queda justo sobre el nivel de electrolito (5), con lo que el egreso del aire atmosférico externo por el sello de la mini cámara ventilada perimetral superpuesta (209) barre constantemente las superficies catódicas, protegiéndolas del inicio de corrosión.

25.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 23, CARACTERIZADO porque el confinamiento de los aerosoles líquidos de la neblina ácida (6) es al interior de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) formadas por al menos dos múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) perimetralmente que se apoyan contra las superficies planas verticales de las placas catódicas (11) adyacentes; los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) se alojan preferentemente en ranuras longitudinales en el cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206) de las cubiertas anódicas removibles (201) individuales en cada placa anódica (10), y cuentan además con dos cuernos guías verticales (204) para facilitar el reingreso suave de las placas catódicas (1 1) vacías después de las cosechas a su posición de trabajo en los espacios ínter anódicos; en la cara horizontal superior del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206); por su parte superior, también cuenta con dos cuernos guías verticales (204) unidos por una placa de asentamiento horizontal (205), la que además, sirve para eventual instalación de sensores inalámbricos de presión diferencial bajo las cubiertas anódicas removibles (201) individuales, para asegurar el control de la depresión bajo el Sistema CAR (200) con respecto a la atmósfera; que en definitiva asegura la imposibilidad de que se fugue la neblina ácida a la atmósfera (3) sobre el reactor electroquímico (1).

26.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque además comprende un contenedor (2), a base de un compuesto polimérico dieléctrico, de alta resistencia estructural, y química a la corrosión, y estratégicamente diseñado para ubicar los alojamientos de los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) en ambos costados, y al menos doble sellos frontales (208) que cubren el electrolito (5) en los canales laterales (21 1) adyacentes a las paredes laterales del contenedor (2) del reactor electroquímico (1)·

27.- Sistema de cubiertas anódicas removibles CAR (200) de acuerdo con la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) que forman al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209), para promover la coalescencia de la neblina ácida confinada en su interior;

28.- Sistema depurador de fluido gaseoso efluente extraído“celda a celdd’ (303) del reactor electroquímico (1) SIRENA (300), para abatir el remanente de vapor de agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito remanentes, altamente nocivos para la salud, que puedan haber sido arrastrados en el flujo gaseoso efluente del contenedor (2) del reactor electroquímico (1), debido a que los volúmenes de oxígeno (02) generados en los actuales procesos de electroobtención industrial de cobre y otros metales no ferrosos son directamente proporcionales a las intensidades de corriente aplicadas a los ánodos, y por consiguiente, a la contaminación ambiental asociada con la operación de las celdas de electroobtención del arte actual, CARACTERIZADO porque comprende un manifold de recolección (301) de al menos una descarga del fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303) del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) y que lo descarga por la parte inferior de acceso al burbujeador (305) instalado en el piso interior del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) adosado en una pared frontal exterior (4) del contenedor (2) en el reactor electroquímico (1); del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) se descargan dos fluidos gaseosos efluentes: (a) fluido líquido condensado de vapor de agua y ácido que se conducen a un acumulador central de condensados ácidos ACECOA (313); y (b) fluido gaseoso efluente sustancialmente inocuo (304) tratado por el aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) que se descarga directamente a la atmosfera (31 1), o bien, a depuraciones secundarias en al menos un aparato depurador condensador multietapa de vapores ácidos DECOMUVA (312), si la exigencia de inocuidad en la descarga atmosférica lo requiere.

29.- Sistema reciclador de vapor de agua, ácido y aerosoles de electrolito SIRENA (300), de acuerdo con la reivindicación 28, CARACTERIZADO porque en su primera instancia el fluido gaseoso ingresa por un burbujeador (305) bajo una columna líquida (306) de altura regulable en el aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) instalado en la pared frontal exterior (4) de cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1)·

30.- Sistema reciclador de vapor de agua, ácido y aerosoles de electrolito SIRENA (300), de acuerdo con la reivindicación 28, CARACTERIZADO porque la succión para generar caudales de extracción del fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda” (303), a niveles sostenidos de la condición“Nulo Escape", se proporciona preferentemente mediante un amplificador de aire (500) sin partes móviles, o bien una mini turbina (309) con su variador de frecuencia (310) en cada reactor electroquímico (1).

31.- Sistema reciclador de vapor de agua, ácido y aerosoles de electrolito SIRENA (300), de acuerdo con la reivindicación 28, CARACTERIZADO porque además el control de proceso del Sistema depurador de fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda” (303) del reactor electroquímico (1) al Sistema SIRENA (300) no está limitado solo a un control manual.

32.- Método electroquímico para la conducción de electrodepositación de metales no ferrosos que opera con un contenedor (2) de hormigón polimérico monolítico triestratificado a prueba de filtraciones, en donde un flujo de una solución apta de electrolito de características dadas alimentado por un diapasón a las superficies de las placas catódicas (1 1) energizadas en los espacios interelectrodos del reactor electroquímico (1) proporcionan suficiente transferencia de masa iónica para la debida integridad y compactación uniforme de los depósitos metálicos al operar establemente - a las correspondientes intensidades de corriente- el proceso de electrodepositación de metales hasta su llamada “densidad de corriente límite”; a mayores densidades de corriente, los equilibrios entre las variables del proceso se tornan inestables y pierden los equilibrios con que se logran resultados de depósito aceptables, y comienzan a generalizarse defectos y menoscabos objetables de calidad física en las láminas metálicas, como también degradación en su composición química por presencia de impurezas del electrolito que se electrodepositan junto con el metal; por otra parte, en la operación de proceso -a cualquier intensidad de corriente - se descompone la solución, generando micro burbujas de 02 (7) en las superficies anódicas; las burbujas crecen ascendiendo por el electrolito incorporando sus gases, y al emerger a la atmósfera (3) explotan, configurando la problemática neblina ácida, fluido gaseoso compuesto de gases en el electrolito, vapor de agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito sulfuroso, altamente nocivos para la salud, CARACTERIZADO porque comprende: a) Ubicar un marco estructural monolítico autosoportante (101) horizontal, del Conjunto AGSEL (100) en cada reactor electroquímico (1) cerca del fondo del contenedor (2), el cual ha sido diseñado para difundir homogéneamente aire exterior, a la forma de pequeñas burbujas de aire (117) individuales, en forma controlada, direccionando las hileras de burbujas emergentes en los espacios interelectrodos, realzando la transferencia de masa iónica desde el electrolito (5) a las placas catódicas (1 1) para operar a altas intensidades de corriente por encima de 400 A/m2, y previsiblemente, hasta 600 A/m2; una vez que las burbujas de aire emergen de la superficie del electrolito, explotan y se unen a la neblina ácida que ocupa el volumen bajo las cubiertas anódicas removibles (201) del Conjunto de aparatos CAR (200) y la neblina ácida asciende ingresando a las mini cámaras de las cubiertas anódicas removibles (201), donde es abatida por coalescencia, que se promueve mediante el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) sustancialmente a menor temperatura que la del ambiente dentro de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) en cada una de las celdas unitarias y; b) El aire ingresa al volumen de confinamiento de neblina ácida en cada celda unitaria del contenedor (2); y luego, este mismo aire, ya en el volumen de confinamiento sobre el electrolito en cada celda unitaria, arrastra transversalmente la neblina ácida confinada hacia los canales laterales (21 1) del contenedor (2); y luego, al salir a los canales laterales (21 1), el flujo gaseoso de cada celda unitaria se desplaza por los canales laterales (211) hacia la pared frontal de succión del contenedor (2);

c) El flujo gaseoso efluente del reactor electroquímico (1) ingresa por el manifold de recolección (301) al conjunto SIRENA (300) en cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1), el ingreso del aire atmosférico en la altura del volumen de confinamiento de la neblina ácida en cada celda unitaria está a corta distancia de la superficie del electrolito (5), lo que impide la permanencia de aniones gaseosos emergentes corrosivos del electrolito en la franja de la superficie sobresaliente de la placa catódica (11) sobre el electrolito (5) a todo el ancho de la placa catódica (1 1) en la celda unitaria, disminuyendo la posibilidad de eventual corrosión de las placas catódicas (11) justamente en la crítica zona sobre el electrolito del reactor electroquímico (1).

33.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque los tubos difusores flexibles termo perforados (107) difusores de aire en sus módulos rectangulares portantes (102), están dispuestos paralelos a los electrodos bajo los espacios interelectrodos, y el número de módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102) depende del largo del reactor electroquímico (1), tamaño, número de tubos difusores flexibles termo perforados (107) para difundir el aire de agitación y el caudal global de aireación requerido en los espacios interelectrodos al interior del contenedor (2) de acuerdo al rango de intensidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1).

34.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque un caudal de aire atmosférico de difusión que alimenta al marco estructural monolítico autosoportante (101), atraviesa primero por un rotámetro y presóstato (1 10), y luego opcionalmente, por un dispositivo anti sifón (1 11) ubicado en línea con un dispositivo anti retorno (112), previo a ingresar por el punto de ingreso de aire (103) al marco estructural monolítico autosoportante (101), mediante un tubo de PVC de al menos 10 pulgadas de diámetro, reforzado externamente por una manta de filamento continuo (fibra de vidrio y resina) encapsulado en el mortero polimérico estructural monolítico del marco estructural monolítico autosoportante (101), en donde el caudal de aire de difusión se desplaza por el marco estructural monolítico autosoportante (101), el cual internamente lleva uniones T en los puntos de unión T (104), para alimentar aire a cada módulo rectangular portante de difusores de aire (102), a través del punto conexión de alimentación (105).

35.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque la coalescencia se inicia en las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) por el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) que está a menor temperatura que las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209), lo que inicia y realza el crecimiento de tamaño y peso de los aerosoles hasta alcanzar un tamaño tal, que por su propio peso caen de regreso al electrolito (5) que los originó, reciclándose continuamente al mismo tiempo que se generan con la operación del reactor electroquímico (1).

36.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque además el flujo emergente sobre la columna líquida (306) del burbujeador (305), siempre al interior del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302), mediante un intercambiador de calor (307) y un fluido refrigerante enfriado externamente al reactor electroquímico (1), de 1 o a 5o C, ya sea con un tubo Vortex (501), o preferentemente con un enfriador Chiller (308) para algún refrigerante líquido (agua, glicol u otro), se recuperan sustancialmente por condensación los aerosoles y vapores del fluido gaseoso efluente del burbujeador (305) en el DEVA (302).

37.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque además comprende alimentar de aire atmosférico exterior al marco estructural monolítico autosoportante (101), el que ingresa pasando por un rotámetro y presóstato (110) y opcionalmente por una tubería que lo conduce a través de un dispositivo anti sifón (1 11) en línea con un dispositivo anti retorno (1 12) de fluido gaseoso, previo a su alimentación en el punto de ingreso de aire (103) al marco estructural monolítico autosoportante (101); mediante un tubo de PVC de al menos 10 pulgadas de diámetro reforzado externamente por una manta de filamento continuo bidireccional encapsulado en mortero polimérico estructural; el caudal de aire se desplaza a través del marco estructural monolítico autosoportante (101), el cual internamente dispone de uniones T en los puntos de unión T (104), para alimentar cada módulo rectangular portante de difusores de aire (102), a través del punto conexión de alimentación (105).

38.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 32, CARACTERIZADO porque además los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) más próximos sobre el electrolito, con el flujo de barrido del aire de ventilación efluente desde las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) impide el contacto sostenido y necesario de los aniones corrosivos con la placa catódica (11) en las celdas unitarias en la franja de las placas catódicas (1 1) que queda sobre la superficie del electrolito (5) del múltiple sello longitudinal flexible paralelo superpuesto (207) inferior de la mini cámara ventilada perimetral superpuesta (209) próxima al electrolito.

39.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 35, CARACTERIZADO porque la coalescencia es promovida con el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) suficiente para arrastrar la neblina ácida confinada bajo los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos superpuestos (207) y luego por los canales laterales (21 1) del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) hacia el punto de extracción del contenedor (2) para depuración fuera del contenedor (2) de los vapores y aerosoles en el aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302).

40.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 39, CARACTERIZADO porque la coalescencia de mini gotas con crecimiento continuado en tamaño de los aerosoles que se inicia en las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209) por el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) más frío que la temperatura ambiental de las mini cámaras ventiladas perimetrales superpuestas (209), el diferencial térmico realza el crecimiento en tamaño de los aerosoles hasta alcanzar un tamaño tal, que por su propio peso caen de regreso al electrolito (5) donde se originaron, reciclándose continuamente al mismo tiempo que se generan con la operación del reactor electroquímico (1).

41.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 36, CARACTERIZADO porque el flujo emergente sobre la columna líquida (306) del fluido gaseoso efluente burbujeador (305), siempre al interior del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302), mediante un intercambiador de calor (307), con lo que se recuperan sustancialmente por condensación los aerosoles y vapores del fluido gaseoso efluente del burbujeador (305).

42.- Método electroquímico de acuerdo con la reivindicación 41 , CARACTERIZADO porque el enfriamiento del fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda” (303) del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) para condensar vapor de agua, recuperar ácido sulfúrico, y aerosoles de electrolito e incorporarlos al condensado del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) alimentando aire híper frío proporcionado por un dispositivo Tubo Vortex (501) ), o preferentemente con un enfriador Chiller (308) para algún refrigerante líquido (agua, glicol u otro), en dos alternativas: (a) directamente al volumen interior de la columna líquida del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) que burbujea el fluido gaseoso; (b) alimentando el intercambiador de calor (307) y haciendo circular el aire híper enfriado para producir la condensación del flujo del fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda” (303); en ambos casos el flujo del aire caliente efluente (502) del Tubo Vortex (501) y del Amplificador de aire (500) (si se incluye), se utiliza para diluir el nivel de contaminantes remanentes de la descarga del fluido gaseoso efluente inocuo (304) del aparato depurador de vapores ácidos DEVA (302) y del amplificador de aire (500).

REIVINDICACIONES MODIFICADAS

recibidas por la oficina Internacional el 05 Septiembre 2019 (05.09.2019)

1 Reactor electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos que opera con un contenedor (2) de hormigón polimérico monolítico triestratificado a prueba de filtraciones, agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito sulfuroso, formado por: a) un conjunto AGSEL (100) de difusores de aire a la forma de burbujas controladas en un caudal de flujo, con o sin pulsos, como se requiera para mejorar la transferencia de masa iónica a la densidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1), el cual es capaz de operar a intensidades de corriente del orden de 600 A/m2; b) un conjunto de aparatos CAR (200) para contención, confinamiento, coalescencia y reciclado de aerosoles de electrolito arrastrados en la neblina ácida generada por el proceso de electrodepositación, conformado por una serie de cubiertas anódicas removibles (201) individuales instaladas sobre cada ánodo del reactor electroquímico (1); y c) un conjunto de Aparatos SIRENA (300) el cual está adosado a una pared frontal (4) del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) para la extracción del caudal del fluido gaseoso efluente desde el contendedor (2) y descargarlo en el dispositivo DEVA (302); el problema técnico que soluciona la invención es el abatimiento de neblina acida en la misma celda que la genera, dado que los fluidos gaseosos que genera el proceso hidrometalúrgico comprende compuestos de gases en el electrolito, vapor de agua, vapores de ácido sulfúrico, aerosoles de electrolito sulfuroso, todos altamente corrosivos y nocivos para la salud, CARACTERIZADO porque los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) forman al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209), necesarias para iniciar, realzar y promover la coalescencia de los aerosoles de electrolito en la neblina ácida confinada en el interior de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) fenómeno que ocurre con el ingreso continuo de caudales controlados de aire atmosférico (210) a menor temperatura respecto de la temperatura de los fluidos gaseosos dentro de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209).

2 Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las cubiertas anódicas removibles (201) comprenden múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) que en posición de trabajo se apoyan contra las superficies planas verticales de las placas catódicas (1 1), de manera que el volumen de confinamiento de neblina ácida está dado por líneas de contacto de los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) con las placas catódicas (11).

3.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además las cubiertas anódicas removibles (201) individuales para cada placa anódica (10) son fácilmente removibles de su asiento en cada barra colgadora anódica, y quedan firmemente instaladas por simple presión resultante de insertar los cuerpos estructurales de compuesto polimérico monolítico (206) sobre la parte horizontal de la barra colgadora de las placas anódicas (10), ya que cuentan con medios de sujeción internas ad hoc con lengüetas flexibles de sujeción (212) para quedar firmemente trabadas en posición de trabajo por mera presión de inserción, y por lo tanto, a la vez son fácilmente desmontables por un operador capacitado; el Sistema CAR (200) comprende también cubiertas fijas (202) y (203) para cubrir el electrolito en los extremos del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) y se instalan permanentemente sobre los espacios libres de placas anódicas (10) y placas catódicas (1 1) en cada extremo del contenedor (2).

4.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ,

CARACTERIZADO porque además comprende los medios para el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) en cada espacio ínter-electrodo a través de la línea de apoyo de presión contra las placas catódicas (1 1) para admitir un ingreso controlado de aire externo en un rango de caudales mínimos, para generar un leve vacío bajo las cubiertas anódicas removibles (201), y con ello asegurar la imposibilidad de escape simultáneo de neblina ácida en sentido contrario al flujo de aire que ingresa desde la atmosfera (3), sobre el reactor electroquímico (1), manteniendo sostenidamente en el tiempo la depresión mínima necesaria bajo el Sistema CAR (200).

5.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ,

CARACTERIZADO porque además comprende al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209), para contener, confinar y hacer coalescer los aerosoles líquidos de la neblina ácida mediante el contacto con el aire externo más frío, cuya temperatura inferior a la del ambiente interno en la mini cámara ventilada perimetral (209) inicia y promueve la coalescencia, acrecentando el tamaño de las micro gotas en suspensión a gotas de mayor tamaño y peso, que se adhieren primero a las superficies disponibles, y luego con el sucesivo aumento de volumen y peso, se desprenden de las mismas superficies cuando su peso individual sobrepasa su adhesión a las respectivas superficies en las que estuvieron adheridas, precipitándose por gravedad al electrolito (5) del reactor electroquímico (1), que las genera en tiempo real.

6.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) y el aire atmosférico externo más frío de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) proporcionan protección de los aniones corrosivos al acero inoxidable de las placas catódicas (1 1), ya que el sello flexible longitudinal paralelo (207) inferior de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) queda próximo al nivel del electrolito (5), con lo que el egreso del aire atmosférico externo por el sello de la mini cámara ventilada perimetral (209) barre constantemente las superficies catódicas, protegiéndolas del inicio de corrosión.

7.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque además cuentan con dos cuernos guías verticales (204) para facilitar el reingreso suave de las placas catódicas (1 1) vacías después de las cosechas a su posición de trabajo en los espacios ínter anódicos; en la cara horizontal superior del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206); además, entre los dos cuernos guías verticales (204), se provee una superficie horizontal para la instalación de sensores de presión diferencial inalámbricos si se quiere asegurar el control de la depresión bajo el Sistema CAR (200) y mantenerlo a un nivel que asegure la imposibilidad de fuga de neblina ácida a la atmósfera (3) de trabajo sobre el reactor electroquímico (1).

8.- Reactor electroquímico (1) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además el contenedor (2), está moldeado a base de un compuesto polimérico dieléctrico, de alta resistencia estructural, y química a la corrosión, y estratégicamente diseñado para ubicar los alojamientos de los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) en las superficies interiores de ambas paredes laterales del contenedor (2), y con doble sellos frontales (208) que así cubren el electrolito (5) en los canales laterales (21 1) que se forman en los espacios entre los electrodos y las superficies internas de las paredes laterales del contenedor (2) del reactor electroquímico (1).

9.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos que opera con un contenedor (2) de hormigón polimérico monolítico triestratificado a prueba de filtraciones, agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito sulfuroso, formado por: a) un conjunto AGSEL (100) de difusores de aire a la forma de burbujas controladas, de caudal de flujo con o sin pulsos para mejorar la transferencia de masa iónica como sea apropiado para la densidad de corriente operada en el reactor electroquímico (1), el cual es capaz de acomodar intensidades de corriente hasta 600 A/m2; b) un conjunto de aparatos CAR (200) para contención, confinamiento, coalescencia y reciclado de aerosoles de electrolito arrastrados en la neblina ácida generada por el proceso; conformado por una serie de cubiertas anódicas removibles (201) individuales sobre cada ánodo del reactor electroquímico (1); y c) un conjunto de Aparatos SIRENA (300) el cual está adosado a una pared frontal (4) de cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1) para extracción del caudal del fluido gaseoso efluente extraído del contendedor (2) y descargarlo en el dispositivo DEVA (302); cuyo problema técnico es la niebla acida, los fluidos gaseosos compuestos de gases en electrolito, vapor de agua, ácido sulfúrico y aerosoles de electrolito sulfuroso, los cuales son altamente nocivos para la salud, CARACTERIZADO porque comprende el ingreso de aire al confinamiento de niebla acida en cada celda unitaria del contenedor (2), el cual posee múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) forman al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209), cuyas etapas son: iniciar, realzar y promover la coalescencia de los aerosoles de electrolito en la neblina ácida confinada en el interior de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) con el ingreso continuo de caudales controlados de aire atmosférico (210) a menor temperatura respecto de la temperatura ambiente dentro de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209).

10.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque las cubiertas anódicas removibles (201) comprenden múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) que en posición de trabajo se apoyan contra las superficies planas verticales de las placas catódicas (1 1), de manera que el volumen de confinamiento de neblina ácida está dado por líneas de contacto de los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) con las placas catódicas (11).

11.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque además las cubiertas anódicas removibles (201) individuales para cada placa anódica (10) son fácilmente removibles de su asiento en cada barra colgadora anódica, y quedan firmemente instaladas por simple presión resultante de insertar los cuerpos estructurales de compuesto polimérico monolítico (206) sobre la parte horizontal de la barra colgadora de las placas anódicas (10), ya que cuentan con medios de sujeción internas ad hoc con lengüetas flexibles de sujeción (212) para quedar firmemente trabadas en posición de trabajo por mera presión de inserción, y por lo tanto, a la vez son fácilmente desmontables por un operador capacitado; el Sistema CAR (200) comprende también cubiertas fijas (202) y (203) para cubrir el electrolito en los extremos del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) y se instalan permanentemente sobre los espacios libres de placas anódicas (10) y placas catódicas (1 1) en cada extremo del contenedor (2).

12.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque además comprende los medios para el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) en cada espacio ínter-electrodo a través de la línea de apoyo de presión contra las placas catódicas (1 1) para admitir un ingreso controlado de aire externo en un rango de caudales mínimos, para generar un leve vacío bajo las cubiertas anódicas removibles (201), y con ello asegurar la imposibilidad de escape simultáneo de neblina ácida en sentido contrario al flujo de aire que ingresa desde la atmosfera (3), sobre el reactor electroquímico (1), manteniendo sostenidamente en el tiempo la depresión mínima necesaria bajo el Sistema CAR (200).

13.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque además comprende al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209), para contener, confinar y hacer coalescer los aerosoles líquidos de la neblina ácida mediante el contacto con el aire externo más frío, cuya temperatura inferior a la del ambiente interno en la mini cámara ventilada perimetral (209) inicia y promueve la coalescencia, acrecentando el tamaño de las micro gotas en suspensión a gotas de mayor tamaño y peso, que se adhieren primero a las superficies disponibles, y luego con el sucesivo aumento de volumen y peso, se desprenden de las mismas superficies cuando su peso individual sobrepasa su adhesión a las respectivas superficies en las que estuvieron adheridas, precipitándose por gravedad al electrolito (5) del reactor electroquímico (1), que las genera en tiempo real.

14.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) y el aire atmosférico externo más frío de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) proporcionan protección de los aniones corrosivos al acero inoxidable de las placas catódicas (11), ya que el sello flexible longitudinal paralelo (207) inferior de las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) queda próximo al nivel del electrolito (5), con lo que el egreso del aire atmosférico externo por el sello de la mini cámara ventilada perimetral (209) barre constantemente las superficies catódicas, protegiéndolas del inicio de corrosión.

15.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque además cuentan con dos cuernos guías verticales (204) para facilitar el reingreso suave de las placas catódicas (11) vacías después de las cosechas a su posición de trabajo en los espacios ínter anódicos; en la cara horizontal superior del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206); además, entre los dos cuernos guías verticales (204), se provee una superficie horizontal para la instalación de sensores de presión diferencial inalámbricos si se quiere asegurar el control de la depresión bajo el Sistema CAR (200) y mantenerlo a un nivel que asegure la imposibilidad de fuga de neblina ácida a la atmósfera (3) de trabajo sobre el reactor electroquímico (1).

16.- Método electroquímico (1) para la conducción de procesos de electrodepositación de metales no ferrosos de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque además el contenedor (2), está moldeado a base de un compuesto polimérico dieléctrico, de alta resistencia estructural, y química a la corrosión, y estratégicamente diseñado para ubicar los alojamientos de los múltiples sellos flexibles longitudinales paralelos (207) en las superficies interiores de ambas paredes laterales del contenedor (2), y con doble sellos frontales (208) que así cubren el electrolito (5) en los canales laterales (21 1) que se forman en los espacios entre los electrodos y las superficies internas de las paredes laterales del contenedor (2) del reactor electroquímico (1).

Description:
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REACTOR ELECTROQUÍMICO PARA PROCESOS DE ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES NO FERROSOS EL CUAL COMPRENDE UN CONJUNTO DE APARATOS DE AGITACIÓN SUAVE DEL ELECTROLITO, UN CONJUNTO DE APARATOS PARA LA CONTENCIÓN Y COALESCENCIA DE LA NEBLINA ACIDA Y UN CONJUNTO DE APARATOS PARA LA CAPTURA Y DILUCIÓN DE LOS AEROSOLES DE NEBLINA ACIDA REMANENTES EN EL EFLUENTE GASEOSO DEL REACTOR.

CAMPO TECNICO DE LA INVENCION

En la conducción de procesos electrolíticos de electroobtención de metales no ferrosos en celdas electrolíticas a partir de soluciones sulfurosas con ánodos de plomo, desde los inicios de su divulgación científica por Michael Faraday (1833), las principales limitantes operativas del proceso de electroobtención de metales, han sido y continúan siendo aún:

Transferencia no homogénea de masa iónica, desde el electrolito a las superficies de placas catódicas en los espacios intercatódicos, y con debida compactación uniforme de los depósitos al operar el proceso de electrodepositación de metales no ferrosos por encima de su llamada“densidad de corriente límite”; en dicha condición, las variables del proceso comienzan a perder los equilibrios con que se logran resultados de depósito aceptables, comenzando a generalizarse defectos y menoscabos objetables de calidad física de las placas metálicas, como también degradación en su composición química por presencia de impurezas del electrolito electrodepositadas junto con el metal.

La generación inevitable de neblina ácida por la generación de oxígeno anódico, producto de la descomposición electroquímica del agua en la solución acuosa del electrolito, según la intensidad de la corriente continua que pasa a través de placas anódicas“insolubles”.

En los procesos de electroobtención de cobre del arte previo, se han propuesto en el tiempo varias estrategias de soluciones para cada una de estas limitantes por separado, dado que representan - en cada “celda electrolítica”- dos problemáticas distintas generadas por la intensidad de corriente del mismo proceso electroquímico, como lo son, por una parte, el control y mitigación del efluente de neblina ácida, y por la otra, mejorar a altas densidades de corriente - sostenida y consistentemente en el tiempo - la transferencia de la masa iónica desde el electrolito a la placa catódica junto con adhesión compacta en forma homogénea del metal, desde el inicio al fin de cada ciclo de electrodepósito.

Hasta la presente invención, ambas limitantes electroquímicas del proceso no han sido cabal y definitivamente resueltas en forma simultánea y sustentable, “a medida que y dónde” se originan ,es decir, de manera tal de habilitar la conducción del proceso de electrodepositación, en forma permanente y estable, predecible, sustentable y“amigable al medio ambiente”, para operar a altas intensidades de corriente con disminución sustancial de la neblina ácida, aprovechando sinergias favorables existentes en el entorno actual del proceso, y que hasta ahora no se han aprovechado, ya sea, por una parte, para incrementar la productividad junto con la calidad de electrodepositación química y física de las placas catódicas metálicas; y por otra, para recuperar aerosoles de electrolito, vapor de agua, ácido; pero por sobre todo, para poder reducir, sustancial y simultáneamente, los consumos de energía (térmica y eléctrica) y agua, a niveles mínimos comparados con los consumos del arte actual.

En esta invención, entendemos por “celda electrolítica”, la disposición electroquímica de cada par de superficies verticales y paralelas“ánodo - cátodo”, dispuestas enfrentadas entre sí a una distancia fija -que denominamos “celdas unitarias”-, las celdas unitarias, por lo tanto, si bien comparten un volumen de electrolito común con una pluralidad de celdas unitarias sucesivas instaladas en un mismo contenedor de electrodepositación, en la práctica NO operan a la misma densidad de corriente pese a que cada contenedor -denominado “celda electrolítica” en el arte actual - se alimenta de una intensidad de corriente estable. La condición anterior depende, entre otros, de la calidad de los contactos eléctricos de cada celda unitaria con la barra de corriente del contenedor, y otras condiciones físicas, que generan problemas operacionales fuera del ámbito de esta invención.

Las soluciones propuestas en esta invención proporcionan dentro de un mismo contenedor distintos conjuntos sinérgicos de equipos y medios adicionales a las celdas unitarias en su contenedor, diseñados ad-hoc para superar cada problemática limitante con su respectiva operación coordinada en línea, de manera tal que ambas limitantes se superan simultáneamente junto con la operación del proceso en el reactor electroquímico.

En primer término, la primera limitante indicada, es función directa de la intensidad de corriente operada, y se determina según la Primera Ley de Faraday. La cantidad teórica de cobre metálico electrodepositado por reactor se calcula con la Ecuación 1 a continuación:

(Ecuación 1)

Dónde: m es la masa de cobre electrodepositada en g, M es la masa molar de cobre en g/mol, / es la densidad de corriente en A/m 2 , A es la superficie de electrodepósito catódico en m 2 por reactor, t es el tiempo de operación en s, z es la valencia de los iones implicados en la reacción electroquímica y F es la constante de Faraday en A/mol.

De esta ecuación, se deduce que si se desea aumentar la cantidad de cobre electrodepositado con un tamaño de reactor dado, el aumento de producción se puede lograr, entre otras, aumentando la intensidad de corriente, y también, corrigiendo otros factores, como por ejemplo, la verticalidad de electrodos, disminuyendo el contenido de ion Fe +3 en electrolito, entre otros.

Según USPTO N° 8,454,818 B2, el rendimiento de la celda electrolítica industrial del arte actual, utiliza sólo alrededor de 30 a 40% de la intensidad de corriente límite teórica l-Limit·

iLimit = n * F * D *—

o N teóricos (Ecuación 2) Esta intensidad (en Ecuación 2) es una función de la concentración de iones de cobre en el electrolito (C°) y del espesor de la capa de difusión d N en los cátodos. Nótese que, N, es el número de iones involucrados en el proceso, F, la constante de Faraday y D, el coeficiente de difusión, que son todas constantes.

El cálculo de rendimiento a la densidad de corriente límite teórica, según la misma patente citada, da valores de aproximadamente 1000 A/m 2 como máximo teórico; con las configuraciones de equipos y otras limitantes prácticas industriales del arte actual, las densidades de corriente industriales sólo alcanzan a unos 300-350 A/m 2 , como máximo.

Ahora bien, la operación sostenida a intensidades de corriente prácticas para uso industrial sustancialmente mayores a las del arte actual, trae aparejados inevitables ocurrencias singulares de formaciones dendríticas en el electrodepósito, cuyo crecimiento preferencial acelerado termina generando cortocircuitos eléctricos severos, los que representan riesgos significativos de incidentes operacionales y de seguridad, y que además reducen tanto la eficiencia eléctrica como la calidad del electrodepósito catódico.

El desafío industrial de incrementar la productividad del proceso de electrodepositación sin menoscabo de la calidad y consumo eléctrico excesivo, se traduce, esencialmente, en reducir el grosor de la capa de difusión de Nernst en las proximidades de los cátodos; lo que requiere a su vez, la implementación de una estrategia con medios hidrodinámicos para incrementar en forma sostenida y controlada los movimientos relativos entre el electrolito y los electrodos como en la presente solicitud.

En esta invención, se propone lograr lo dicho suministrando un Sistema de Agitación Suave del Electrolito AGSEL en base a la difusión direccionada de hileras de burbujas de aire de características uniformadas, difundidas controladamente en cada celda unitaria, en rangos de caudales y presión determinados para proporcionar agitación suave con patrones de burbujeo - tamaños y secuencia de burbujas y otras características - de manera que, al sobreponer la difusión de caudales ad-hoc de burbujas controladas de aire externo a la“agitación natural aleatoria!’ del electrolito con burbujas de O2 generadas en la superficie de los ánodos energizados, en conjunto, generen los movimientos relativos eficaces - entre el electrolito y los cátodos - para optimizar la homogeneidad de transferencia de masa iónica en cada celda unitaria logrando sostener mayor velocidad de electrodepósito con óptima calidad y eficiencia eléctrica a las altas intensidades de corriente a las que desea operar industrialmente.

Al mismo tiempo, esta invención provee además conjuntos de equipos sinérgicos CAR y SIRENA con medios concatenados funcionalmente al caudal global de burbujas de aire que se difunden en el electrolito para disminución sustancial de neblina ácida en línea a las intensidades de corriente que se desea operar. Para superar la segunda limitante, CAR+SIRENA utilizan el caudal de burbujeo 0 2 natural de los ánodos convenientemente modificado por los caudales de la aireación controlada complementaria proporcionada por AGSEL que se difunde direccionada en los espacios intercatódicos de las celdas unitarias para realzar la promoción de transferencia de masa iónica a la densidad de corriente operada.

En definitiva, con el funcionamiento simultaneo del CAR y SIRENA con sus variables operacionales debidamente ajustadas para complementar el caudal de flujo O2 anódico, resultante de la densidad de corriente operada, con burbujeos ad hoc adicionales de aire externo, se logra sostener equilibradas continuamente en el tiempo siete operaciones simultáneas en las celdas unitarias del contenedor operado a altas de densidades de corriente, junto con disminución sustancial simultánea de la neblina ácida resultante: las cuatro primeras operaciones en línea se llevan a cabo en el interior del contenedor con el Sistema CAR :“contener”,“confinar”,“coalescer” y“reciclar” una porción sustancial del caudal de neblina ácida al mismo tiempo que se genera; y las tres restantes se refieren al flujo del fluido gaseoso efluente del contenedor electrolítico con el Sistema SIRENA, instalado en el exterior de una pared frontal del contenedor para“capturar,“condensar” y diluid el nivel de contaminantes en el fluido gaseoso efluente del contenedor; según sea exigido por las normas de sustentabilidad ambiental aplicables; en esta invención está previsto continuar la depuración del fluido gaseoso efluente hasta lograr los niveles de inocuidad requeridos antes de ser descargados a la atmosfera; pero siempre la depuración contempla captación, y recuperación de aerosoles del electrolito y vapor de agua y acido contenidos en el flujo del fluido gaseoso efluente extraído del reactor antes de descargar a la atmósfera..

La operación controlada del proceso de electrodepositación de Cobre incorporando los sistemas de la presente invención, de hecho, convierte la denominada “celda electrolítica” del arte actual, propiamente en el“reactor electroquímico” que se propone en esta invención; es decir, un contenedor apto del arte actual suministrado para aprovechar la contribución sinérgica única proporcionada por la conservación térmica que provee la misma instalación del sistema de cubiertas CAR para“contener”,“confinar” y“coalescer” y“reciclar” la neblina ácida; en efecto, CAR junto con retener el electrolito dentro del contenedor de cada reactor electroquímico, también evita la evaporación de agua y pérdida de ácido a la atmosfera del electrolito alimentado a temperaturas de 45 - 50° C, porque las cubiertas anódicas removibles le proporcionan aislación térmica a los contenidos dentro del contenedor del ambiente externo más frío. En particular, se disminuye la gradiente térmica de temperatura del electrolito en su paso desde el extremo de alimentación del contenedor al extremo de rebose, manteniendo la temperatura más uniforme en las superficies inmersas de los cátodos en operación en cada celda unitaria, favorece singularmente la homogeneidad de transferencia de masa iónica en los espacios intercatódicos del reactor electroquímico.

Resumiendo, la propuesta supera las dos limitantes históricas del proceso de electrodepositación actual, en forma simultánea, conjunta y sostenida en el tiempo en cada celda unitaria junto con su operación; y con ello,“cada contenedor que aloja una pluralidad de celdas unitarias” pasa a desempeñarse como un“reactor electroquímico”; y la pluralidad de“reactores” operados simultáneamente con variables de proceso comunes, constituyen los“bancos de celdas” que forman una planta industrial del arte actual.

El concepto de abordaje por“celda unitaria” - que denominamos celda a celda- debe entenderse como“celda unitaria” a“celda unitaria”, que es simultáneo y sinérgico en el tiempo para cada limitante, y se materializa en la presente invención como:“cada reactor electroquímico a densidades de corriente elevadas tiene incorporados los equipos y medios ad hoc necesarios para desempeñar simultánea y sostenidamente 2 funciones adicionales a la electrodepositación: disminuir sustancialmente los caudales de su propia neblina ácida al mismo tiempo que se genera, y recuperar los condensados de la neblina ácida reciclándolos al proceso EW que los originó”.

ARTE PREVIO

De la revisión de la patente US 1 ,032,623 concedida en 1912 a C.J. Reed, donde propone una conducción alternativa del proceso de electrodepositación con extracción del gas anódico aprovechable mediante un primer electrodo provisto con una mini cámara captadora del O2, en su origen, surgió inicialmente el concepto“celda a celda” de solución al problema de neblina ácida. El objetivo de Reed - la eliminación del gas anódico - se logra “ánodo a ánodo” con la propia operación del proceso. La “simultaneidad” de Reed gatillo - 100 años después - la aproximación de solución “unitaria” en el mismo punto de generación para disminuir sustancialmente la limitante “neblina ácida” propuesta en esta invención; lo que ha requerido el desarrollo, materialización y validación de “medios unitarios ad hod’ dispuestos, en siete operaciones simultáneas sucesivas en línea, hasta lograr disminuir sustancialmente la neblina ácida y su contaminación a niveles con la propia operación del proceso electroquímico.

En efecto, la campana anódica“ad hoc” de C.J. Reed ha sido la pionera del concepto “incorporación de una cubierta no invasiva“ánodo a ánodo” - como dispositivo o medio unitario - para lograr- en una primera etapa - el propósito específico de disminución sustancial de la neblina ácida en el mismo contenedor - en forma simultánea y conjunta - con la operación normal del proceso electrolítico: la neblina se abate al mismo tiempo que se genera.

El fluido gaseoso efluente de neblina ácida generada por el funcionamiento continuo del reactor electroquímico se depura inmediatamente a continuación disminuyéndolo sustancialmente en una segunda etapa en línea, a la salida del contenedor, con el funcionamiento simultáneo del Sistema Reciclador de Neblina Ácida (SIRENA) - descrito en USPTO N° 9,498,745 (2016), solicitud de patente CL 2013-1789 - en la misma pared frontal exterior del contenedor por donde se extrae el fluido gaseoso efluente. Por otra parte, cabe señalar que la materialización y validación exitosa de la metodología de solución“celda a celda” aplicada a la neblina ácida de la presente invención se realizó en paralelo durante los 10 años de introducción del Sistema de Aireación Suave del electrolito para mejorar la transferencia de masa iónica de cobre a las placas catódicas del proceso de electroobtención del arte actual; en dichas circunstancias, el desarrollo tecnológico de la disminución sustancial de neblina ácida de proceso de electroobtención se enriqueció teniendo a la vista la experiencia operacional y resultados de la otra innovación, con sus muchas “lecciones aprendidas”, necesarias para materializar satisfactoriamente su operación industrial continua y estable.

ARTE PREVIO PRIMERA LIMITANTE: TRANSFERENCIA MASA IONICA

La ecuación general de electrólisis indica lo que ocurre en la electroobtención de cobre, químicamente: CuS04 + H2O Cu° + Y O2 + H2S04 y se deduce lo siguiente:

1 mol de Sulfato de Cu (CuS04) genera 1 mol de O, o 1/2 mol de O2

o bien, 1 mol de Cu electrodepositado genera 1 mol de O, o 1/2 mol de O2. Esto equivale a:

63,54 gr de Cu depositado generan 16 gr de O2, lo que significa que la generación de 4 Oxígeno es 0,2518 gr de O2 por cada gr de Cu depositado.

Según la Ecuación 1 de Faraday, el depósito de cobre es proporcional a la corriente circulada (Amperes). Para operar una celda estándar de 60 cátodos del arte actual a 300 A/m 2 se requiere una intensidad de corriente de 36.000 A. Para operar a intensidades de corriente alzadas sobre 400-450 A/m 2 se requiere de 48.000A a 54.000A con lo que se genera entre un 25% y 50% de mayor caudal de neblina ácida que a 300 A/m 2 .

La homogeneidad en la transferencia de masa iónica logrando su adherencia a las placas catódicas depende, sustancialmente, de contar con suficiente concentración de masa de iones metálicos en la solución del electrolito, y de su temperatura, variable que es crítica en la capa límite de los cátodos, de modo que manteniendo un abundante stock de masa iónica disponible para electrodepositar se logre efectivamente depositar en la placa catódica según la intensidad de corriente operada. Para lograr y sostener en el tiempo dichas condiciones, es muy importante la condición hidrodinámica del caudal de flujo de alimentación y distribución del electrolito en el interior del contenedor; en particular, la ubicación de los puntos de descarga en el contenedor y la hidrodinámica resultante del electrolito respecto de los electrodos. Por ejemplo, para mejorar la transferencia de masa de iones metálicos en las celdas de electrodepositación de cobre del arte actual, la industria ha adoptado el uso de alimentación forzada del electrolito mediante un sistema tipo “diapasón”. El “diapasón” configura la alimentación del electrolito dentro del contenedor, mediante una cañería de entrada adosada verticalmente por el interior a una de las paredes frontales del contenedor, que se prolonga desde el borde hasta el fondo del contenedor; desde allí, mediante una“T”, la cañería vertical se conecta con sendas cañerías ortogonales dirigidas hacia las paredes laterales; las que mediante sendas curvas 90°, ambas cañerías de alimentación se prolongan paralelas a corta distancia del piso del contenedor a todo el largo de ambas paredes laterales. La alimentación de electrolito del“diapasón” lo constituyen ambos tramos horizontales cerca del piso, provistos con hileras de agujeros espaciados ad hoc y de diámetros apropiados para descargar el electrolito en chorritos continuos desde cada agujero, en ambas superficies en la parte superior del“diapasón”, apuntando hacia el centro de los espacios interelectrodos, en un ángulo de 45° respecto de la vertical.

Desde hace más de una década, la práctica industrial en la electrodepositación de cobre reconoce que, para elevar la productividad del proceso con mayores intensidades de corriente sin desmedro de la calidad de electrodepósito, es necesario mejorar, en paralelo, las condiciones para la transferencia de masa iónica a las placas catódicas. La alimentación del electrolito a presión hidráulica al contenedor está limitada por las turbulencias desfavorables que generan las descargas de chorritos de electrolito a presión excesiva en los espacios interelectrodos de las celdas unitarias, y con ello, se entorpece la transferencia necesaria para lograr homogeneidad y adherencia con buena planitud de compactación del metal en todos los electrodepósitos de cobre en todas las placas catódicas. Las insuficiencias en la transferencia de masa iónica a la placa catódica y no uniformidades de depósito a las intensidades de corriente del arte actual - que el mismo inventor divulgó en las solicitudes de patentes CL 2009-893 y CL 201 1-2661- se incorporan como precedentes en la presente solicitud de patente de invención - y se resuelven ahora introduciendo mejoras radicales de configuración y capacidad para extender y mejorar los beneficios para operar continuamente a intensidades de corriente sustancialmente alzadas que a la fecha no han sido desarrolladas en este campo técnico.

Una mejora funcional validada en el estado de la técnica fue la instalación de un sistema para difusión de aire externo, ortogonal y horizontal - sobre el“diapasón” - y por debajo de los electrodos; el caudal estable a presión controlada del sistema dosifica flujos de aire a la forma de hileras de pequeñas burbujas ascendentes en el electrolito, desde su anillo isobárico difusor cerca del fondo del contenedor para proveer una“agitación suave” en toda la masa del electrolito del contenedor. En los espacios intercatódicos de las celdas unitarias , el caudal ascendente de burbujas de aire agitador se mezcla y se suma con el de las burbujas de 0 2 “naturales” del proceso que emergen aleatorias de los ánodos; al mezclarse ascienden juntas por su propia flotabilidad, y ambas impulsadas por el flujo del caudal de alimentación del electrolito forzado por presión hidráulica desde el diapasón; el volumen gaseoso ascendente, acrecentado por ambas burbujas, barren las superficies catódicas y anódicas en cada celda unitaria. En efecto, la hidrodinámica en los espacios intercatódicos se potencia, primeramente, por la efectividad de alimentación forzada del bulto de la masa del electrolito rico dirigido desde los agujeros del“diapasón” hacia los centros de los espacios interelectrodos, y luego, agregando la contribución adicional de suaves turbulencias proporcionadas por los caudales de burbujas de aire de agitación mezclado con las burbujas de O2 natural en su barrido de las superficies de electrodepósito catódico; estos dos efectos correctamente combinados homogenizan el movimiento de transferencia de masa iónica de cobre y acortan la distancia desde la capa limite a las superficies catódicas. A las intensidades de corriente operadas del arte actual, el resultado es un emparejamiento y compactación del espesor del depósito metálico en las placas, reduciendo notablemente las nodulaciones. La mejora de eficacia y eficiencia en la transferencia de masa iónica debe ser sostenida simultáneamente en cada espacio intercatódico para aumentar sustancialmente la productividad en todas las“celdas unitarias” mejorando la eficiencia eléctrica global del proceso. El logro estable de este efecto clave permite sostener la densidad de corriente alimentada a cada ánodo del par“ánodo - cátodo” a 280-300 A/m 2 en el arte actual. Las características de planitud, uniformidad de espesor de las placas metálicas, suavidad superficial con mínima nodulación en los respectivos electrodepósitos, a su vez, mejoran visiblemente - y por ende - también la pureza química del cobre en cada “celda unitaria”. (Ver Publicación CODELCO - División Gabriela Mistral, Minera Gaby, por Francisco Sánchez Pino en Copper 2013, adjunta)

Nota: La experiencia divulgada se consiguió, con la intensidad de corriente disponible en la Planta EW de Minera Gaby, simplemente retirando cierto número de placas catódicas de las celdas de la experiencia con lo que operaron a mayor densidad de corriente con la misma intensidad de corriente en la Planta.

Los sistemas de aireación de electrolito descritos corresponden a los dispositivos y configuraciones divulgadas en las solicitudes de patentes CL 2009-893 y CL 201 1-2661 del mismo inventor. Los Sistemas de Aireación Suave de Electrolito de la tecnología indicada no tuvieron el propósito - ni tampoco fueron diseñados para superar la limitante de transferencia de masa iónica por encima de 280-300 A/m 2 .

Por lo tanto, los sistemas indicados de aireación suave del electrolito del arte actual adolecen de limitantes insalvables de capacidad - caudal y presión - y no pueden ser subsanados por la difusión de aire alimentado mediante anillo isobárico difusor u otros medios (anillo isobárico difusor también generador de otros problemas funcionales y de operación), y sobre todo, por la disposición longitudinal de los difusores paralelos al eje central del contenedor, que fueron diseñados para descargar burbujas en el bulto del electrolito, y específicamente, no entregan las hileras de burbujas direccionadas en los espacios intercatódicos donde son esenciales. Estas limitantes no permiten garantizar los beneficios si se pretende operar el proceso EW industrial continuamente a intensidades de corriente por encima de 330 - 350 A/m 2 hacia arriba.

Mayores referencias se encuentran en los siguientes Registros de INAPI:

Solicitud de patente 2009-893

Estructura isobárica autosoportante conformada por un marco estructural hueco formado por tres materiales con un núcleo termoplástico hueco recubierto con capas de mantas de fibras de vidrio saturadas con resina, las que se cubren con un material compuesto polimérico termoestable, conformando un compuesto estructural resistente monolítico.

Solicitud de patente 2011 -2661

Procedimiento de operación de sistema difusor de burbujas gaseosas que comprende rango de: a) flujo de gas referido a cada cátodo entre 0,2-1 , 7 Ipm por cátodo y/o, b) tasa de gasificación referida a volumen de electrolito, c) presión manométrica del caudal de gas, d) rango de perdida de carga de gas, e) flujo de gas; y sistema difusor.

El Sistema AGSEL en la presente solicitud se ha materializado con una disposición transversal de los tubos difusores de agitación suave - paralela a los ánodos y cátodos de cada celda unitaria - direccionada específicamente para burbujear en el espacio interelectrodo de cada celda unitaria del reactor electroquímico. En el arte actual los tubos difusores están dispuestos en sentido longitudinal y acoplados al anillo difusor, cuyo caudal está limitado por el máximo práctico 14-15 tubos difusores paralelos al eje longitudinal del reactor electroquímico en los anchos típicos de los contenedores industriales del arte actual.

Para acompañar los incrementos de caudal de neblina ácida generada con las intensidades de corrientes elevadas a las cuales se pretende operar, se requiere a lo menos aumentar de 25 a 50% el caudal de aireación de los Sistemas agitador de electrolito del arte actual, y por consiguiente, el metraje total de tubos difusores de agitación suave; este rango de aumento de caudal es imposible de lograr con una disposición longitudinal de tubos difusores en su anillo difusor isobárico.

ARTE PREVIO SEGUNDA LIMITANTE: DISMINUCIÓN SUSTANCIAL DE NEBLINA ÁCIDA

En cuanto a la segunda limitante - disminución sustancial de la neblina ácida -, los volúmenes de oxígeno (0 2 ) generados en los actuales procesos de electroobtención industrial de cobre y otros metales no ferrosos son directamente proporcionales a las intensidades de corriente aplicadas a los ánodos, y por consiguiente, a la contaminación ambiental asociada con la operación de las celdas de electroobtención del arte actual. Como se ha indicado, el gas 0 2 se desprende aleatoriamente a la forma de burbujas individuales de tamaño indeterminado desde las superficies de las caras planas de las placas anódicas; las burbujas ascienden a la superficie del electrolito; y junto con emerger a la atmosfera, explotan por diferencial de presión, con lo que sus interfaces se fraccionan en micro partículas líquidas formando aerosoles de electrolito (ácido sulfúrico) que se incorporan al fluido gaseoso de O2 emergente de los ánodos, junto con vapor de agua, (y si el proceso de electrodepositación ya cuenta con agitación suave del electrolito, también de aire) en el electrolito; todos estos constituyentes, forman una fase gaseosa tóxica y corrosiva sobre el contenedor, denominada “neblina ácida”; las normativas ambientales exigen debida protección para la salud de los operadores, según legislación de Higiene y Salud Laboral por tratarse de un fluido gaseoso contaminado altamente nocivo para la salud humana, como también altamente corrosivo para todos los equipos, elementos estructurales, civiles de la Planta industrial y el acero inoxidable de las placas catódicas, y particularmente de las soldaduras entre las placas de electrodos y sus barras colgadoras de las barras de conexión eléctrica.

El problema de Salud e Higiene de la neblina ácida aparentemente, no afectó a la industria hasta medio siglo después de la patente US 1 ,032,623 (probablemente por las bajas intensidades de corriente operadas en esa época), pero 54 años más tarde, en 1976, MITSUI en GB 1 ,513,524, propone un ánodo insoluble cubierto con una tela tejida con fibra inerte paralela y espaciada del ánodo, que se extiende sobre el nivel de electrolito para evitar la generación de neblina ácida al ambiente, y recuperar el efluente generado; la porción del ánodo sobre el electrolito está cubierta con un film impermeable sobre una malla del mismo material para formar una cámara sellada que se provee con una salida.

Similarmente, en 1978, International Nickel Corporation INCO en US 4,087,339, propone separar cada cátodo de su ánodo adyacente con un par de diafragmas; y en 1980, en US 4,201 ,653, además sugiere embolsar el ánodo.

En 1984, Smith en US 4,584,082, propone un método y aparato para la reducción de la neblina ácida basado en un dispositivo enmascarador para promover la coalescencia de las burbujas de neblina ácida. El dispositivo enmascarador reduce la superficie libre del electrolito entre los electrodos, lo que obliga el acercamiento de las burbujas y su coalescencia, y por consiguiente, su aumento de tamaño, lo que redunda en una reducción del volumen de aerosoles en la neblina ácida generada.

El mismo inventor, en 1987, propone en US 4,668,353, otro dispositivo coalescedor mejorado, adosado a cada ánodo.

En 1995, Minnesota Mining & Manufacturing, 3M, en solicitud de patente CL 1999-580, propone reducir la formación de neblina ácida agregando surfactantes flúor alifáticos que inhiben la formación de ácido, con baja formación de espuma.

Bechtel, en 1997, en US 5,609,738, propone un sistema de cubiertas compuesto por multi elementos instalado debajo de las conexiones eléctricas de los electrodos y sobre la superficie del electrolito; está cubierta se evacúa en los intersticios, en el espacio de confinamiento, bajo la misma y sobre el electrolito con un caudal que excede las razones estequiométricas que pueden provocar escape del volumen confinado, con lo que se busca evitar la emisión de neblina ácida sobre la celda.

CODELCO, en 1999, en solicitud de patentes CL 1999-2684, propone un procedimiento para inhibir la formación de neblina ácida en aerosoles mediante la adición de una formulación anti espumante compuesta por un éster de glicol, un etoxilado de alquil fenol en un solvente de aceite parafínico.

SAME, en 1999, en solicitud de patente CL 1999-247, propone una campana de alta energía para la succión y captura de neblina ácida, comunicada con un sistema de ventilación extractor centralizado, remoto a las celdas.

También en 1999, Electro Copper Products en US 5,855,749, propone un sistema de ventilación forzada transversal sobre el electrolito. Siempre en 1999, Hatch Africa en US 6,120,658, propone un método para captar, confinar y extraer neblina ácida por una cubierta envolvente continua del ánodo, que está abierta en su extremo inferior y cerrada en su extremo superior, adherida a la superficie del ánodo. La cubierta está formada de fibras hidrófilas que absorben los aerosoles líquidos devolviéndolos al electrolito, y simultáneamente con porosidad que permite el escape del fluido gaseoso efluente.

TECMIN S.A., en 2001 , en solicitud de patente CL 2001-527, propone una celda electrolítica para“cero emisión de neblina ácida sobre la celda”, mediante captación, y extracción forzada de neblina ácida para ser depurada remotamente, utilizando cubiertas térmicas con irrigación de los contactos eléctricos, colocadas sobre las paredes frontales de mayor altura que las paredes laterales; dicha celda que disminuye sustancialmente la neblina ácida en la atmosfera de trabajo de los operadores, pero no la depura a niveles inocuos, opera en conjunto con un sistema de agitación de electrolito para simultáneamente mejorar la transferencia de masa iónica entre los electrodos, de hecho es la precursora de la“triada” de la presente invención.

CODELCO, en 2002, en solicitud de patente CL 1994-1965, propone la inhibición o eliminación de neblina ácida agregando al electrolito un surfactante soluble derivado del árbol Quillaja Saponaria Molina.

NEW TECH COPPER, en 2004 y 2005, en solicitudes de patentes CL 2004-2875 y CL 2005-570, propone aparatos para controlar la neblina ácida producida, que comprende insuflación de una cortina de aire en la superficie libre del electrolito con aire comprimido proveniente de ductos de distribución y toberas de inyección de aire ubicados por el interior en ambos costados del contenedor electrolítico, inhibiendo el desprendimiento o la formación de la neblina ácida mediante intercambio de calor.

Ignacio Muñoz Quintana, en 2005, en solicitud de patente CL 2005-2518, propone elementos flotantes de plástico con elementos adheridos a la superficie externa del flotador, que atrapa los aerosoles contaminantes de la neblina, evitando su liberación al ambiente. En el año 2006, BASF, en solicitud de patente CL 2006-328, propone un proceso para reducir neblina ácida con al menos un surfactante no iónico en la solución electrolítica.

COGNIS IP, en solicitud de patente CL 2007-2892, divulga compuesto alcoxilados o sulfodetainas como agentes anti neblina ácida, con extremos de sulfato o sulfonatos adicionados en la solución electrolítica.

En el año 2007, TECNOCOMPOSITES S.A., solicitud de patente CL 2007-2451 , divulga un sistema para la captura y remoción de la neblina ácida desde la celda electrolítica, que dispone una pluralidad de techos flexibles entre ánodo y cátodo, con forma longitudinalmente cóncava en toda su extensión de contacto con canales laterales desmontables perforados sobre el nivel del electrolito y bajo los techos flexibles.

En el año 2010 y 2011 , NEW TECH COPPER, en solicitudes de patentes CL 2010-1216 y CL 2011-1978, propone respectivamente un sistema para confinar el espacio sobre el electrolito en una celda, y un aparato mini depurador para disminuir el escape de aerosoles al ambiente.

En el año 2013, Víctor Vidaurre H., en US 9,498, 795 (solicitud de patente CL 2013-1789) propone un sistema para recuperación y reciclado del 99% de la neblina ácida generada en celdas de electro obtención de cobre, con descarga del efluente gaseoso con contenidos inocuos a la atmósfera.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN

La simultaneidad del desarrollo e introducción al mercado de soluciones para ambas problemáticas limitantes del arte actual, estimuló la investigación de factibilidad técnica de extensión de posibilidades sinérgicas entre ambas soluciones“celda a celda”, y llevó a desarrollar funcionalmente la operación conjunta como una tríada para el objetivo holístico de esta invención, que incluye y aprovecha una nueva sinergia térmica que se incorpora al concepto “reactor electroquímico”, específicamente, un reactor electroquímico con la capacidad de zanjar simultáneamente las dos limitantes del proceso de electrodepositación en la electroobtención de cobre.

Por lo dicho anteriormente, la presente invención se refiere específicamente a un reactor electroquímico innovador que consta de un contenedor del arte actual configurado especialmente para alojar y operar en línea una triada de sistemas sinérgicos desarrollados e implementados “celda a celda”, ajustándose a las necesidades de las plantas existentes con procesos de electroobtención de cobre y otros metales no ferrosos, conducidos en plantas específicas. La triada consta de los siguientes dispositivos en línea:

AGSEL: Sistema Agitación Suave Electrolito con difusión de aire,

CAR: Sistema Cubiertas Anódicas Removibles y,

SIRENA: Sistema Reciclador Neblina Acida.

Con todo lo expuesto anteriormente, los objetivos de este invento son:

1.- Proporcionar un reactor electroquímico, incluyendo: un contenedor apto para integrar dispositivos de un método y un sistema complejo de medios funcionales en línea para producir efectos holísticos favorables que permitan sostener en el tiempo la conducción estable del proceso de electrodepositación de cobre - y otros metales no ferrosos - en una pluralidad de reactores de electrodepositación operando simultáneamente a altas intensidades de corriente.

2.- Un Sistema de Agitación Suave del Electrolito (AGSEL) instalado en el contenedor para mejorar radicalmente las restricciones de capacidad y control del caudal de aireación de burbujeo direccionado al electrolito en los espacios intercatódicos, en rangos de caudales, presión continua y pulsante determinados para proporcionar agitación por burbujeo suave de aire direccionado en los espacios intercatódicos de las celdas unitarias, de tal manera que efectivamente potencie útilmente el burbujeo aleatorio natural del 0 2 generado en los ánodos de las celdas del arte actual en las Patentes citadas y, con ello, haciendo técnicamente factible simultáneamente aumentar la productividad del proceso de electrodepositación de cobre operando en forma continua las celdas electrolíticas a altas intensidades de corriente por sobre 50% de los estándares del arte actual (típicamente 280-300 A/m 2 ); los contenedores pueden ser los ya existentes, convenientemente adaptados para recibir la“triada”, o bien nuevos construidos para incorporarla. El aumento de la densidad de corriente en cada cátodo logrando transferencia de masa iónica efectivamente aplicada en forma compacta en sus superficies, como se ha dicho, mejora simultáneamente la calidad física y química del electrodepósito de cobre, y requiere, por lo tanto, el acoplamiento en línea de un adecuado sistema de disminución sustancial de la neblina ácida resultante en el proceso de electrodepositación, instalando inmediatamente en el contenedor, dicho sistema acoplado y en línea con el sistema de agitación, pero con medios para la disminución sustancial de la neblina ácida global, que a diferencia de solicitud de patente CL 2001- 527, esta invención propone los medios para la depuración global con recuperación de sustancias para reciclado de la neblina ácida, asegurando la sustentabilidad ambiental del proceso de electrodepositación global.

3.- Un Sistema para disminución sustancial de la neblina ácida al mismo tiempo que se genera en los reactores electroquímicos, recuperándola sustancialmente apta para reciclado inmediato al proceso, que incluye dos subsistemas en línea:

3.1 Un Sistema de Cubiertas Anódicas Removibles (CAR) o“medios unitarios” sobre cada ánodo del reactor electroquímico para contener, confinar y coalescer sustancialmente la neblina ácida, reciclando una porción substancial de la neblina ácida coalescida al mismo reactor a medida que la genera.

3.2 Un Sistema Reciclador de Neblina Ácida (SIRENA) inmediatamente en línea como “medio unitario global” (con respecto de las“celdas unitarias” del reactor electroquímico) para completar la depuración del fluido gaseoso de neblina ácida efluente del reactor electroquímico disminuyendo la contaminación ambiental hasta niveles inocuos, y al mismo tiempo, reciclando los aerosoles y vapores condensados al proceso de electrodepositación que los origina;

4 - Asegurar que la conducción del proceso tenga sustentabilidad global, no sólo cumpliendo sustentabilidad ambiental con la disminución sustancial de la nociva neblina ácida, sino también mejorando la problemática operacional del arte actual, al minimizar simultáneamente, tanto el consumo energético (térmico y eléctrico), así como las pérdidas de vapor de agua, aerosoles de electrolito y ácido, a la atmósfera ambiente al conducir el proceso.

5.- Disminuir sustancialmente los riesgos operacionales del arte actual por la acción de aniones nocivos que atacan la integridad de los electrodos en las zonas muy expuestas al recorrido de escape de la neblina ácida dentro del reactor electroquímico, particularmente en las soldaduras de las placas con sus barras colgadoras. Este riesgo afecta particularmente a la industria de electroobtención de cobre en Chile, por la presencia de aniones en los electrolitos provenientes de la lixiviación de minerales oxidados contenidos en los yacimientos de óxidos de cobre especialmente en el Norte de Chile.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS DE LA INVENCIÓN

Los dibujos que se acompañan se incluyen para proporcionar una mejor comprensión de los principios de concatenación funcional para conseguir las siete operaciones simultáneas en línea en el contenedor operado a altas de densidades de corriente en esta invención, se ilustran, en una ejecución preferida para operación continua del reactor electroquímico, con controles manuales por operadores capacitados; lo que no es restrictivo, puesto que constituye la manera más simple, de varias alternativas posibles, para la operación continua del reactor electroquímico con controles más sofisticados de control semiautomático y automático en versiones que ya han sido validadas; y que por lo demás, tampoco son limitantes para el desarrollo de mejoras del reactor electroquímico sobre lo cual se solicita protección industrial.

Figura 1 muestra una vista en perspectiva del reactor electroquímico (1) para electrodepositación de cobre y otros metales no ferrosos que aloja la“triada” AGSEL (100), CAR (200), y SIRENA (300) de la presente invención para operación continua sostenida en el tiempo por encima de los actuales límites del proceso de electrodepositación.

Figura 2 muestra una vista en perspectiva con corte vertical y transversal del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) para mostrar la disposición relativa de la triada de sistemas AGSEL (100), CAR (200) y SIRENA (300), que están funcionalmente concatenados como se muestra, para lograr los objetivos de la invención.

Figura 3 muestra un corte longitudinal en elevación del contenedor (2) con el electrolito (5) del reactor electroquímico (1) en funcionamiento con la triada de Sistemas concatenados del reactor electroquímico (1). Se muestran las entradas de caudales controlados de aire atmosférico (210), sostenido en el tiempo, en cada espacio interelectrodo a través de los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) instalados en cada cubierta anódica removible CAR (201), y asegurando así, la imposibilidad de escape de neblina ácida a la atmosfera (3) sobre el reactor electroquímico (1), que se logra mantener continua con una depresión mínima estable bajo el Sistema CAR (200), mediante la succión individual adecuada en cada celda unitaria del contenedor (2).

Figura 4 muestra una vista general en perspectiva del Sistema AGSEL (100) instalado en el contenedor (2) con las paredes laterales del reactor electroquímico (1) removidas.

Figura 4.1 muestra una vista en planta del marco estructural monolítico autosoportante (101) del Sistema AGSEL (100), incluyendo sus refuerzos reticulados estructurales (115), y el sistema de alimentación de aire, a cada módulo rectangular portante de difusores de aire (102) removible; se muestra una ejecución preferida a base de tubos difusores flexibles termo perforados (107) ciegos por un extremo. Opcionalmente, el sistema de alimentación puede duplicarse de manera de alimentar los tubos difusores flexibles termo perforados (107) por ambos extremos, incrementando la capacidad global de difusión de burbujas de aire (117) de agitación al electrolito (5).

Figura 4.2 muestra una vista en planta de un módulo rectangular portante de difusores de aire (102) típico con los tubos difusores flexibles termo perforados (107) instalados en su manifold distribuidor (108) de aire y contra manifold ciego (109) con la conexión de alimentación de aire en el punto de conexión de alimentación (105) desde el marco estructural monolítico autosoportante (101).

Figura 5 muestra en perspectiva una Cubierta Anódica Removible (201) individual del Sistema CAR (200), del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206) de la cubierta anódica removible (201) provista de múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) dispuestos en sus costados, que sirven para conformar, al menos, dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209) al apoyarse los extremos lineales de los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) sobre las caras planas verticales de las placas catódicas (11) que se insertan a sus posiciones de trabajo en el reactor electroquímico (1) intercaladas entre las placas anódicas (10).

Figura 5.1 muestra una vista en corte transversal del reactor electroquímico (1) en elevación y los Sistemas AGSEL (100) y CAR (200). Se muestran las conexiones de energía eléctrica a los electrodos, las placas anódicas (10) y catódicas (11), mediante la barra eléctrica (8), que se instalan sobre las piezas aisladoras espadadoras de electrodos (“capping boards”) (9). Los“capping boards” (9) determinan la longitud o paso “centro a centro” entre las placas anódicas (10) y catódicas (1 1).

Figura 5.2 en corte longitudinal muestra un detalle de la Figura 3, de la conexión del contenedor (2) con el Sistema SIRENA (300), y sirve para ilustrar también la penetración del aire atmosférico a través de los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) del Sistema CAR (200).

La disposición y especificaciones del material de los sellos flexibles están diseñados para permitir ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) con la succión mínima necesaria para impedir la fuga a la atmosfera de neblina ácida confinada (3), y al mismo tiempo, dicha succión logra “airear” las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) compartiendo el volumen con la neblina ácida en su interior. Ahora bien, el aire atmosférico de ventilación, por su menor temperatura respecto de la temperatura de la neblina ácida bajo el Sistema CAR (200), inicia el comienzo de la coalescencia de las gotitas líquidas de electrolito suspendidas como aerosoles en la neblina ácida, al mismo tiempo, que los caudales de aire frío de ventilación promueven el acrecentamiento de las gotitas de electrolito (5) ya coalescidas.

Figura 5.3 muestra la misma vista en corte transversal de lo explicado en la figura 5.2.

Figura 6 muestra una vista frontal en perspectiva del contenedor (2) con los Sistemas CAR (200) y el Sistema SIRENA (300) en línea, y su descarga unificada del fluido gaseoso efluente global (503) de ambos sistemas hacia el AVDEVA (315) o descarga global a la atmósfera (31 1). Se muestra además, el dispositivo removible portátil (600), verificador del caudal del fluido gaseoso efluente de cada DEVA“V4” (302) individual; y sirve para confirmar la precisión de las lecturas de caudal entregadas por los rotámetros (700) en el tiempo.

Figura 6.1 muestra una vista frontal del reactor electroquímico (1) con el Sistema SIRENA (300) instalado en la pared frontal exterior (4) del contenedor (2) con todo el equipamiento de succión y condensación para depurar el fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303) del reactor electroquímico (1), mediante dispositivos neumáticos sin partes móviles, que es la ejecución preferida de la presente invención. En la Figura 6.1 , se incluye la recuperación del condensado ácido para recuperar sustancialmente los condensados del proceso EW del reactor electroquímico (1) en el Acumulador Central de Condensados Ácidos ACECOA (313) para reciclado inmediato de los condensados de vuelta al proceso (314) del reactor electroquímico (1); y también se muestra el recorrido de descarga del flujo gaseoso efluente inocuo (304), cuya inocuidad es verificada (en promedio cada 24 horas) por el Aparato Verificador de Vapores Ácidos AVDEVA (315) antes de su descarga global a la atmósfera (311). Esta función del AVDEVA es requerida para verificar que la triada está debidamente concatenada y con seteos correctos para cumplir - muy holgadamente - para operación del proceso EW dentro de los límites permisibles de contaminación normados para la ubicación de cada Planta.

Figura 7 muestra una vista frontal del diagrama de instalación de un Prototipo industrial de la ejecución“celda a celda” que muestra una pluralidad de 4 reactores electroquímicos (1) de electroobtención de cobre, en una configuración de funcionamiento continuo automático, que se provee con extracción centralizada de los fluidos gaseosos efluentes individuales de los reactores electroquímicos (1), mediante una turbina extractora de velocidad variable (316) del caudal instantáneo de fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303, regulado en tiempo real mediante un“controlador de automatización programable” (CAP) (400) que incluye monitoreo y registro instantáneo de las variables de proceso en tiempo real y firmware para operación autónoma, que incluye (opcionalmente) depuración secundaria mediante un aparato DECOMUVA (312), depurador/condensador multietapa de vapores ácidos - si es que se requiere - para lograr niveles extremos de inocuidad del fluido gaseoso efluente de la depuración primaria en los DEVA“V4” (302).

Figura 7.1 muestra una vista frontal del diagrama de instalación de un Prototipo industrial de la ejecución“celda a celda” que muestra una pluralidad de 4 reactores electroquímicos (1) de electroobtención de cobre, en una configuración para operación continua de funcionamiento continuo semi-automático con extracción individual del caudal de neblina ácida desde cada reactor electroquímico (1) mediante mini turbinas (309) individuales de velocidad variable, incluyendo sistema de refrigeración a los intercambiadores de calor (307) en los DEVA“V4” (302) (que eliminan la depuración secundaria y asegurando contenidos inocuos, muy por debajo del límite de exposición personal del DS 594), y sistema de monitoreo y registro instantáneo de variables de proceso en tiempo real y firmware para operación autónoma instalado en un Prototipo de la invención aplicado a 4 contenedores (2) de electrodepositación EW de cobre, que incluye depuración secundaria del fluido gaseoso efluente inocuo (304) de la depuración primaria proporcionado por los DEVA“V4” (302).

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Los objetivos de la invención se implementan para un conjunto de reactores electroquímicos (1) de electrodepositación de cobre - y otros metales no ferrosos - operando con soluciones acuosas sulfúricas y placas anódicas (10) de plomo insoluble que generan burbujas de 0 2 (7), configurados específicamente para alojar y permitir funcionamiento continuo de la triada de sistemas y equipos para acomodar los procesos específicos de electroobtención de cobre“celda a celda” (y de otros metales no ferrosos) que se conducen en las distintas Plantas industriales que operan actualmente a densidades de corriente de 250 - 320 A/m 2 ; la instalación y concatenación de la triada en los contenedores (2) los habilita para operar sustentablemente con intensidades de corriente por sobre 400 A/m 2 ; y también las innovaciones presentadas sirven para el diseño y construcción de nuevas Plantas de electrodepositación para operación a densidades de corriente alzada a partir de 350 A/m 2 y hacia arriba, incorporando los mismos sistemas de la triada (Figuras 1 y 2) de la invención, conformado por: Sistema de Agitación Suave de Electrolito (Sistema AGSEL) (100), para aumentar y mejorar la homogeneidad en la transferencia de masa iónica a los cátodos desde el electrolito (5) (Figuras 2 y 4);

Sistema contenedor, confinador ,coalescedor y reciclador de neblina ácida (Sistema CAR) (200) a medida que se genera en cada reactor electroquímico (1) a base de Cubiertas Anódicas Removibles (201) (Figuras 1 y 2), y;

Sistema Reciclador de Neblina Ácida (Sistema SIRENA) (300) reciclador de aerosoles, condensador con dilución de vapores contaminantes (Figuras 3 y 6).

El funcionamiento continuo de la triada de sistemas, en la pluralidad de contenedores (2) existentes, en la nave o planta de electrodepositación, se pueden operar y mantener concatenados en forma manual, o bien, automática, con la incorporación de los respectivos Controladores de Automatización Programables (CAP) (400), que incluyen acceso a monitoreo y registro instantáneo de las variables de proceso.

La descripción a continuación desarrollada ha incluido detalles suficientes para mejorar la comprensión de la concatenación global de la triada de sistemas que componen la presente invención y su funcionamiento sostenido en el tiempo, por lo que quedan incorporadas y constituyen parte de la descripción con una de las ejecuciones preferidas del invento, las que explican la aplicación de los principios novedosos de la solución “celda a celda” y hace viable su adopción a escala industrial en los contenedores existentes del arte actual.

El Sistema de Agitación Suave de Electrolito (AGSEL) (100) instalado en cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1) paralelo y a corta distancia del fondo del contenedor (2), mostrado en las figuras 2 y 4, está diseñado para difundir homogéneamente aire atmosférico externo, en el electrolito (5) alimentando el aire con medios de control pulsante del caudal de aireación y presión, de manera que las hileras de pequeñas burbujas individuales de aire (1 17) generadas sean de tamaños difundidos controlados - y sobre todo especialmente direccionadas - para que actúen preferencial mente en los espacios intercatódicos en cada celda unitaria del reactor electroquímico (1). La acción de burbujeo controladamente direccionado del sistema AGSEL (100), se descarga directamente en los espacios intercatódicos, está prevista para mezclarse uniformemente con el burbujeo natural de los ánodos, de manera de generar en conjunto una suave turbulencia ascendente paralela a las superficies de las placas catódicas (11) y anódicas (10); los caudales mínimos de aire en hileras de burbujas individuales se diseñan desde 0,65 litros por minuto por metro lineal de tubo difusor, lo que permite aumentar considerablemente la transferencia de masa iónica con emisión de hileras de burbujas individuales que favorecen la homogeneidad del electrodepósito, incluso a densidades sobre 400 A/m 2 , y especialmente en la zona del tercio inferior de las placas catódicas (11). En efecto, la disminución de caudal mínimo con burbujeo controladamente direccionado según la presente invención, es del orden de 1/3 menor respecto de los caudales mínimos de operación del orden de 1 ,9 litros por minuto por metro lineal alcanzables con una configuración de aireación no direccionada del arte actual. Esta consideración es significativa porque el sistema de burbujeo de aire direccionado transversalmente en los espacios intercatódicos al ser proporcionada con módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102) permite aumentar el caudal de aireación global al contenedor (2) del orden de 2,5 veces respecto de los máximos del arte actual, es decir, el Sistema AGSEL (100) puede operar sobre 200 litros por minuto, en vez de estar limitado a unos 80 litros por minuto de los sistemas del arte actual; así mismo la presión de alimentación de aire del Sistema AGSEL (100) sobrepasa 200 mbar. Sin estos incrementos de capacidades de aireación controlada los resultados de operación industrial del Sistema AGSEL (100) no podrían acompañar los niveles de aumentos de intensidad de corriente divulgados en la presente invención. Todo lo anterior además posibilita la disminución los diámetros de los agujeros termo perforados por debajo de 0,8 mm del arte actual, y/o también, utilizar tubos flexibles de menores diámetros y espesores de pared.

La sostenibilidad en el tiempo de los rangos de aireación a los caudales y presiones apropiados se mantiene con una válvula solenoide programable que controla el caudal de aire alimentado mediante pulsos con una presión y frecuencia determinada que asegura que los agujeros de los tubos flexibles difusores se mantengan libres de obstrucciones. En el Sistema AGSEL (100) la separación mínima entre hileras de burbujas adyacentes en los tubos difusores flexibles termo perforados (107) direccionados a cada espacio intercatódico se puede reducir a 15 mm, dimensión que es 4 veces inferior al mínimo del arte actual de 70 mm.

La mayor generación de neblina ácida esperada con la operación del reactor electroquímico (1) a altas intensidades de corriente se maneja coordinadamente con la instalación en línea de la dupla conformada por los Sistemas CAR (200) y SIRENA (300), para configurar con el Sistema AGSEL (100) la triada de la presente invención.

El Sistema de Agitación Suave del Electrolito (AGSEL) (100) está instalado a corta distancia sobre el fondo del contenedor (2) del reactor electroquímico (1), en la figura 4, incrementa radicalmente el rendimiento de la agitación del electrolito por aireación gracias a la disposición transversal de los tubos difusores flexibles termo perforados (107); como se ha dicho, esto permite duplicar el metraje de tubos difusores flexibles termo perforados (107) para cualquier longitud de contenedor (2). Con lo dicho, el Sistema AGSEL (100) es capaz de acompañar cómodamente intensidades de corriente alzada en el reactor electroquímico (1) proporcional al incremento de intensidad por encima de 400 A/m 2 , y previsiblemente, hasta 600 A/m 2 .

La operación sostenida del reactor electroquímico (1) a niveles de intensidad de corriente alzada pondrá a prueba, más temprano que tarde, el nivel de exigencia de pericia manual de operadores capacitados para mantener consistentemente estable en el tiempo la concatenación de los equipos. Por lo tanto, para proyectar los niveles de densidad de corriente alzada que se indican, ya se han adelantado, tanto el desarrollo como la validación de Sistemas de control de proceso semiautomáticos, y automáticos, e incluso, se dispone del“firmware” requerido para eventual operación optimizada autónoma del proceso de electroobtención completo si se desea.

La alimentación de aire al Sistema AGSEL (100), requiere dispositivos de alimentación neumática para entregar un rango de caudales continuos de 0 a 400 litros por minuto a una presión de 0 a 3 atmosferas, con medios para generar pulsos de duración y espaciamiento controlados, incluyendo un rotámetro y presóstato (1 10); una tubería lo conecta (opcionalmente) a dispositivos neumáticos anti sifón (1 11) y anti retorno (112), previa conexión al punto de ingreso de aire (103) en el marco estructural monolítico autosoportante (101), el cual es un tubo de PVC, típicamente de al menos 10 pulgadas de diámetro, reforzado externamente por una manta de fibra de vidrio de filamento continuo y resina. El caudal de aire se desplaza por el tubo a través del marco estructural monolítico autosoportante (101), que alimenta el aire en los puntos conexión de alimentación (105) a cada módulo rectangular portante de tubos difusores de aire (102), a través del punto conexión de alimentación (105), que a su vez alimenta el manifold distribuidor (108) del módulo rectangular portante de difusores de aire (102) y finalmente, a los tubos difusores flexibles termo perforados (107).

Cada tubo difusor flexible con agujeros termo perforados (107) se une al manifold distribuidor (108) con un conector alimentador (106), desde el cual se difunde el aire en hileras de burbujas al electrolito (5); los extremos de cada tubo difusor flexible están bloqueados con un conector ciego (114), donde se une al contra manifold ciego (109); éste, a su vez, se fija al marco estructural monolítico autosoportante (101) mediante pernos (1 13).

El manifold distribuidor (108) está moldeado con un compuesto polimérico monolítico y el contra manifold ciego (109) aloja los conectores ciegos (1 14) para remover los tubos difusores flexibles termo perforados (107). El manifold distribuidor (108) se atornilla al marco estructural monolítico autosoportante (101) a través de pernos (1 13) y de igual forma, el contra manifold ciego (109) se fija al larguero homólogo del marco estructural monolítico autosoportante (101) con pernos (113).

El número de módulos rectangulares portantes de difusores de aire (102) en el marco estructural monolítico autosoportante (101) depende del largo del contenedor (2) del reactor electroquímico (1), del diámetro de los tubos difusores flexibles termo perforados (107), y de la distancia de separación entre ejes; y también de los patrones de agujereadura en la superficie de los tubos difusores flexibles termo perforados (107) y del diámetro de los agujeros y patrones de perforación; todo lo cual determina la capacidad de caudal de aire requerido por el Sistema AGSEL (100) que se calcula una vez determinado el rango de intensidad de corriente a que se desea operar el reactor electroquímico (1) con su dotación completa de electrodos.

El Sistema AGSEL (100) tiene soportes de apoyo de altura regulable (116) en el piso del contenedor (2), para ser ajustables, como se requiera, para mantener la horizontalidad del marco estructural monolítico autosoportante (101) respecto de los bordes inferiores de las placas anódicas (10) y placas catódicas (1 1) del reactor electroquímico (1); y pueden compensar inclinaciones del fondo o piso que pueda tener el contenedor (2) para facilitar su desborre.

Sin perjuicio de lo dicho, el Sistema AGSEL (100) puede suministrarse también preparado para agregar tubos difusores flexibles termo perforados (107) en el perímetro total o parcial del marco estructural monolítico autosoportante (101) con el propósito de difundir aireación adicional para obtener efectos hidrodinámicos que pueden resultar necesarios para sustentar la operación estable a altas intensidades de corriente, para realzar una difusión adicional favorable al principal objetivo del burbujeo de aire externo direccionado en los espacios intercatódicos.

Una elevación en corte longitudinal de un reactor electroquímico (1) mostrado en la Figura 3, describe una pluralidad de cubiertas anódicas removibles (201) que conforman parte del Sistema CAR (200) instalado sobre cada placa anódica (10), junto con las cubiertas fijas (202) y (203) en cada extremo del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) fuera de la zona de placas anódicas (10) y placas catódicas (1 1), con los que se completa el Sistema CAR (200) para el sellado de la superficie total del electrolito (5) respecto de la atmósfera (3) sobre el reactor electroquímico (1).

El Sistema CAR (200), contenedor, confinador, coalescedor y también reciclador de neblina ácida, en cada reactor electroquímico (1), confina los aerosoles de la neblina ácida (6) en las mini cámaras ventiladas perimetrales (209) donde coalescen las micro gotas de electrolito en suspensión formando gotas de mayor tamaño y peso; que al aumentar de peso, primero se adhieren a las superficies disponibles empujados por la ventilación que produce el aire atmosférico que ingresa al contenedor (2) a través de la pluralidad de múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) del sistema CAR (200); las mini gotas al continuar creciendo, se desprenden eventualmente de las superficies en las que quedan adheridas, precipitándose por gravedad al electrolito (5) del reactor electroquímico (1), de hecho auto reciclándose.

Mediante la instalación de una cubierta anódica removible (201) en cada placa anódica (10), se proveen dos cuernos guías verticales (204) unidos por una placa de asentamiento horizontal (205) (para la instalación opcional de sensor inalámbrico de presión diferencial (605) (no mostrado) como se requiera bajo el Sistema CAR (200)); los cuernos guías verticales (204) son monolíticos con el cuerpo estructural (206) de compuesto polimérico dieléctrico de alta resistencia a la corrosión. El cuerpo estructural (206) en ambos costados laterales exteriores aloja los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) que contactan las placas catódicas (1 1) adyacentes, mientras que por el interior de los costados laterales se alojan sendas hileras de lengüetas flexibles de sujeción (212) de la cubierta anódica removible (201) a cada placa anódica (10). Por los costados frontales, se fijan sendos doble sellos frontales (208) que cubren el electrolito (5) sobre los canales laterales (21 1) del contenedor (2). Los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) forman al menos dos mini cámaras ventiladas perimetrales (209) superpuestas, para: a.-) Promover la coalescencia de la neblina ácida confinada en su interior; la coalescencia es generada por la ventilación con el ingreso de caudales controlados de aire atmosférico (210) que mantienen la neblina confinada bajo los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207); la coalescencia se realiza en las mini cámaras ventiladas perimetrales (209), ya que los caudales controlados de aire atmosférico (210) están a menor temperatura (que 50°C del electrolito (5) en el proceso de electrodepositación de cobre), lo que favorece la coalescencia y el crecimiento de tamaño de los aerosoles de la neblina ácida (6) hasta alcanzar un tamaño tal, que por su propio peso caen de regreso al electrolito (5) caliente del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) que los originó; el reciclado ocurre simultáneamente con la generación de neblina ácida en la operación del reactor electroquímico (1), b.-) Los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) diseñados para el ingreso de ventilación atmosférica con la succión del sistema SIRENA (300) en cada mini cámara ventilada perimetral (209) de cada cubierta anódica removible (201) sirven, además, para barrer las superficies catódicas y anódicas y mantenerlas despejadas de vapores y aerosoles, proporcionando con ello protección anti corrosiva de las soldaduras cuerpo / barra colgadora de las placas catódicas (11) y anódicas (10) por la eventual presencia de aniones, (que generalmente están presentes en el electrolito (5) y que provienen de la etapa de lixiviación, como contaminantes arrastrados). Las Cubiertas Anódicas Removibles (201) sustancialmente evitan la formación de sulfato de cobre en los contactos de toma de corriente de las barras eléctricas / barras colgadoras de electrodos, evitando así fugas de corriente del proceso.

Para implementar la protección de aniones con los múltiples sellos longitudinales flexibles paralelos (207) del Sistema CAR (200) es necesario establecer el nivel promedio del electrolito (5) en la celda industrial del arte actual - o en el reactor electroquímico (1) - de la Planta específica, para dimensionar la distancia del múltiple sello longitudinal flexible paralelo (207) respecto a la posición del cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico (206) de la cubierta anódica removible (201) ya asentada sobre la placa anódica (10) de tal manera que la línea de contacto del múltiple sello longitudinal flexible paralelo (207) de la mini cámara ventilada perimetral (209) más próxima al nivel del electrolito (5) con la placa catódica (11) quede justo sobre dicho nivel, de manera que el volumen de fluido gaseoso confinado por el Sistema CAR (200) en el reactor electroquímico (1) sea arrastrado y extraído del mismo junto con la neblina ácida.

Con referencia a los dibujos, la figura 3 y figura 6 muestran vistas en corte del Sistema SIRENA (300) incluyendo el manifold de recolección (301) del fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303) del contenedor (2) del reactor electroquímico (1) para entregarlo en el depurador de vapores efluentes gaseosos DEVA“V4” (302) adosado en uno de los extremos del reactor electroquímico (1) con sus ductos para la alimentación del flujo fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303) de cada reactor electroquímico (1).

El Sistema SIRENA (300), encadenado en línea con el Sistema CAR (200), recupera y disminuye sustancialmente los vapores ácidos, reciclando los aerosoles de la neblina ácida (6) remanentes en el caudal del fluido gaseoso efluente extraído“celda a celda” (303) del reactor electroquímico (1), para ser inmediatamente depurado, fuera del contenedor (2) del reactor electroquímico (1), en primera instancia, mediante un burbujeador (305)que opera bajo una columna líquida (306) de altura regulable en el depurador de vapores efluentes ácidos DEVA“V4” (302) instalado en la pared frontal exterior (4) de cada contenedor (2). Cada burbujeador (305) de los DEVA“V4” (302) recupera substancialmente, del orden de 95-98% de los micro aerosoles no coalescidos en el contenedor (2) y que son arrastrados al DEVA “V4” (302) y recuperados en forma de condensado líquido; al mismo tiempo, sobre la columna líquida (306) del burbujeador (305), siempre al interior del DEVA“V4” (302), con el burbujeo se producen explosiones de burbujas al emerger del nivel de condensado líquido. Para minimizar el vapor de agua y los nuevos aerosoles generados en el DEVA“V4” (302), se introduce condensación forzada mediante un intercambiador de calor (307), para recuperar sustancialmente los nuevos aerosoles y vapores en el fluido gaseoso efluente extraído de los DEVA“V4” (302). La succión del caudal de extracción del fluido gaseoso efluente extraído “celda a celda” (303), se proporciona, en la ejecución preferida, mediante un dispositivo neumático amplificador de aire (500), que opera con aire atmosférico comprimido (801) y seco, proporcionado preferentemente por un compresor de tornillo (800), o alternativamente, con una mini turbina (309) provista de su variador de frecuencia (310) para controlar el caudal de extracción, instalado en cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1).

La operación continua en el tiempo de una pluralidad de reactores electroquímicos (1) requiere el seteo del caudal global de extracción de fluido gaseoso efluente individual de cada reactor electroquímico (1), de manera tal, que dicha succión mantenga sostenidamente en el tiempo una depresión de al menos 2 mbar bajo las cubiertas anódicas removibles (201) del Sistema CAR (200) de cada contenedor (2) del reactor electroquímico (1). Esta condición es esencial para garantizar la emisión cero de neblina ácida del reactor electroquímico (1) al ambiente de trabajo.

La triada de la presente invención - como se ha dicho - puede operarse y manteniendo la condición esencial indicada en forma manual, automática o autónoma.

En caso de utilizarse un Controlador de automatización programable (CAP) (400); con o sin capacidad autonómica, las mini turbinas (309) de extracción o preferentemente, los amplificadores de aire (500) y tubos Vortex (501), en cada reactor electroquímico (1), son los encargados de mover los fluidos gaseosos efluentes extraídos“celda a celda” (303) de cada reactor electroquímico (1) descargándolos directamente a su depurador de vapores efluentes ácidos DEVA“V4” (302), los que al ser enfriados previo a su descarga global a la atmósfera (311), por el intercambiador de calor (307) con aire atmosférico enfriado preferentemente por dispositivo neumático Tubo Vortex (501), o alternativamente por un Chiller (308) que enfría fluido refrigerante convencional, como por ejemplo Glicol, enfriado en un rango de 1 a 4 °C.

El Sistema SIRENA (300) está previsto para descarga inocua del efluente gaseoso global de cada reactor electroquímico (1) directamente a la atmósfera. Alternativamente, o como sea necesario, el SIRENA (300) también está previsto para poder incorporar en línea, previo a la descarga a la atmósfera, un segundo depurador/condensador de etapas múltiples DECOMUVA (312) y acoplarse un sistema neumático de alimentación de aire atmosférico a presión de la triada para extremar la inocuidad del fluido gaseoso efluente.

Definiciones

1. Celda electrolítica: entendemos por “celda electrolítica” la disposición electroquímica de cada par de superficies verticales y paralelas“ánodo - cátodo” dispuestas enfrentadas entre sí a una distancia fija -que denominamos“celdas unitarias”- que comparten un volumen de electrolito común con una pluralidad de celdas unitarias adyacentes instaladas en un mismo contenedor de electrodepositación operado a una densidad de corriente dada.

2. Difusión direccionada: entendemos por “difusión direccionada” la dirección determinada en que deben suministrarse las hileras de burbujas emergentes de las perforaciones del tubo difusor flexible termo perforado instalado paralelo al cátodo y ánodo en la“celda unitaria” para mezclarse sinérgicamente con la “agitación natural” del electrolito por el 0 2 generado en las superficies anódicas por sea la intensidad de la corriente aplicada a la“celda unitaria”.

3. Agitación natural de electrolito: es la agitación proporcionada al electrolito en los espacios intercatódicos por el caudal de O2 de generación“aleatoria” natural desde las superficies anódicas a la densidad de corriente operada.

4. Espacios intercatódicos: son los espacios desde ambas superficies de electrodepósito en las placas catódicas y sus capas límites.

5. Burbujeo de aire de agitación: son las hileras de burbujas direccionadas difundidas por el sistema AGSEL en los espacios intercatódicos.

6. Burbujeo de O2 natural: son las burbujas de O2 generadas aleatoriamente desde las superficies catódicas.

7. Coalescencia de aerosoles: proceso en el que dos dominios de fase de composición esencialmente idéntica entran en contacto para formar un dominio de fase mayor. El fenómeno principal que entra en juego en la coalescencia es que los materiales optimizan su superficie de manera que minimizan su energía. Por ejemplo, las gotas de mercurio que se re ensamblan rápidamente al tocarse para formar una sola gota. También, en una mezcla de aceite y agua agitada enérgicamente, se observa posteriormente que las pequeñas gotas se fusionan entre ellas progresivamente hasta formar una única gota grande que representa la separación final entre el agua y el aceite.

GLOSARIO

Nomenclatura (“Decires”) en Figuras Nueva Sol Pat ARCA

1 Reactor(es) Electroquímico(s)

2 Contenedor(es)

3 Atmósfera

4 Pared frontal exterior

5 Electrolito

6 Aerosoles de la Neblina Acida

7 Burbujas de O2

8 Barra Eléctrica

9 Capping Boards

10 Placa(s) Anódica(s)

11 Placa(s) Catódica(s)

100 Sistema AGSEL

101 Marco estructural monolítico autosoportante

102 Módulo(s) rectangulares portantes de difusor(es) de aire

103 Punto alimentación de aire

104 Punto(s) de unión“T”

105 Punto(s) de conexión de alimentación

106 Conector(es) alimentador(es)

107 Tubo(s) difusor(es) flexible(s) termo perforado(s)

108 Manifold distribuidor

109 Contra manifold ciego

110 Rotámetro y Presóstato

111 Dispositivo neumático Anti sifón

112 Dispositivo neumático Anti retorno

113 Perno(s)

114 Conector(es) ciego(s)

115 Refuerzos reticulados

116 Soportes de apoyo de altura regulable

117 Burbuja(s) de aire Sistema CAR

Cubierta(s) Anódica(s) Removible(s)

Cubierta fija

Cubierta fija

Cuerno(s) guía(s) vertical(es)

Placa de asentamiento horizontal

Cuerpo estructural de compuesto polimérico monolítico Múltiple(s) sello(s) longitudinal(es) flexible(s) paralelo(s) Doble sellos frontales

Mini cámara(s) ventilada(s) perimetral(es)

Caudales controlados de aire atmosférico

Canal(es) lateral(es)

Lengüeta(s) flexible(s) de Sujeción Sistema SIRENA

Manifold de recolección

: DEVA“V4”

Fluido(s) gaseoso(s) efluente(s) extraído(s)“celda a celda” Fluido gaseoso efluente inocuo

Burbujeador

Columna líquida

Intercambiador(es) de calor

: Chiller

Mini turbina(s)

Variador de frecuencia

Descarga global a la atmósfera

: DECOMUVA

: ACECOA

Reciclado de los condensados al proceso

: AVDEVA

Turbina extractora de velocidad variable : CAP Amplificador(es) de aire

Tubo Vortex Flujo del aire caliente

Descarga unificada del fluido gaseoso efluente global Dispositivo removible portátil verificador del caudal del fluido gaseoso efluente

Entrada sensor placa orificio

Salida sensor placa orificio

Placa orificio calibrada

Presión diferencial (Figura 600)

Sensor inalámbrico presión diferencial Rotámetro Compresor de tornillo

Aire atmosférico comprimido