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Patent Searching and Data


Title:
EQUIPMENT FOR ELECTROLYTE AGITATION IN ELECTROLYTIC PRODUCTION CELLS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/130061
Kind Code:
A1
Abstract:
Current systems for electrolyte agitation in cells for producing metals by electrolysis consist in introducing, into the production cells, air or inert gases compressed at low pressure in fans and in distributing said air or inert gases in the cell by means of perforated tubes in order to agitate the electrolyte, which tubes are securely fixed against the structure of the cell, or against a supporting structure of insulating material in the case of cells of novel design. In the course of use, crystallization of salts dissolved in the electrolyte and the deposition of solids and of anodic sludge obstruct the perforations in the tubes, restricting the circulation of the electrolyte-agitation air. During cell operation, breakdowns or failures occur in the fans, distribution ducts and perforated tubes of this system for a variety of reasons, the repair or cleaning whereof involving a loss of production time. The in situ generation of gases by electrolysis, by means of the electrical energization of one or more conductor circuits located beneath the anodes and cathodes and mounted in conventional cells or in an independent supporting structure, in which the anodes and cathodes are installed, allows electrolyte agitation and a reduction in the negative effect of the foundary layer in a simple manner and without complications in the air-injection systems. In this way, the quality of the cathode deposit is, further, enhanced, distribution of the weight of the cathodes is improved and energy efficiency is better. Production time lost during cleaning and repairs to the air-injection system is also reduced since such work is simpler to perform when replacing the fans and the perforated ducts with electrical conductors.

Inventors:
AYLWIN GOMEZ PEDRO A (CL)
MARTINEZ GONZALEZ MANUEL BERNARDO (CL)
Application Number:
PCT/CL2010/000017
Publication Date:
November 18, 2010
Filing Date:
May 11, 2010
Export Citation:
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Assignee:
NEW TECH COPPER S A (CL)
AYLWIN GOMEZ PEDRO A (CL)
MARTINEZ GONZALEZ MANUEL BERNARDO (CL)
International Classes:
C25C1/00; B01F13/08
Foreign References:
EP0086637A11983-08-24
GB1179662A1970-01-28
AU669906B21996-06-27
Attorney, Agent or Firm:
BEUCHAT, BARROS & PFENNIGER (CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Equipo para agitación de electrolito en Celdas de producción electrolítica de metales tradicionales, o que utilizan estructuras soportantes removibles de ánodos y cátodos, CARACTERIZADO por tener uno o mas conductores aislados para alimentación de electricidad, fijados a un costado de Ia celda o de una estructura soportante removible de ánodos y cátodos, y conectado a uno o más circuitos de conductores eléctricos sin aislación o con secciones de aislamiento localizadas, ubicados por debajo de los ánodos y cátodos de Ia celda y fijados a Ia estructura removible soportante de ánodos y cátodos, o al piso de Ia Celda tradicional de producción electrolítica de metales.

2. Equipo para agitación de electrolito en Celdas de producción electrolítica de metales tradicionales, o que utilizan estructuras soportantes removibles de ánodos y cátodos, según Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los conductores eléctricos sin aislamiento o con secciones de aislamiento localizado, están fabricados de titanio u otro metal similar, recubierto con óxidos metálicos mezclados.

Description:
EQUIPO PARA AGITACIÓN DE ELECTROLITO EN CELDAS DE PRODUCCIÓN ELECTROLÍTICA

DESCRIPCIÓN DE LO CONOCIDO EN LA MATERIA

El depósito de metales por electrólisis desde soluciones, se realiza normalmente en celdas de albañilería, revestidas de materiales aislantes, resistentes a los ácidos o álcalis y a Ia temperatura, en las que el electrolito se alimenta normalmente por un extremo de la celda, en tanto que el electrolito gastado se descarga por el extremo inferior opuesto, si Ia alimentación ha sido por el borde superior o viceversa. -

En ocasiones se ha empleado Ia circulación transversal del electrolito, es decir paralela a las caras de ánodos y cátodos, mediante Ia introducción de tuberías perforadas, en que Ia alimentación se realiza mediante una tubería longitudinal perforada, ubicada en el fondo a un costado de Ia celda, en tanto que Ia descarga se realiza por rebalse, o a través de otra tubería perforada, ubicada en el costado superior opuesto de Ia celda.

En ambas situaciones, Ia posición de las tuberías una vez ubicadas permanecen inalterables, ya que éstas pasan a formar parte de Ia estructura de Ia celda.

A fin de mejorar Ia eficiencia de corriente suele inyectarse aire para agitar el electrolito y uniformar Ia concentración de éste, Io que ayuda a evitar Ia cristalización del electrolito y a disminuir el efecto de Ia capa límite. Esto se realiza introduciendo tubos perforados por los que se inyecta aire o gases neutros, Io que requiere Ia dotación de ventiladores, ductos de alimentación de aire y las tuberías perforadas de distribución. El hecho de tener tuberías con aire sumergidas en el electrolito, hace que estas tiendan a flotar, Io cual hace que los sistemas de fijación de éstas a Ia celda sean complejos.

Durante Ia operación normal, Ia cristalización de sales disueltas en el electrolito, Ia caída de plomo por desgaste de los ánodos que Io contienen, así como de otros sólidos, hacen que se acumule borra en el fondo de Ia celda, Ia que también se deposita en las tuberías perforadas de distribución de aire, obstruyendo el flujo. Esto obliga a detener Ia operación para realizar Ia limpieza de los tubos, Io que implica perder tiempo de producción.

Otros motivos para realizar Ia mantención a los distribuidores de aire, se origina por Ia rotura física de las tuberías, ya sea por falla de materiales o por golpes.

Recientemente, para mejorar Ia eficiencia y entre otras cosas, evitar las pérdidas de producción debido a Ia mantención de las celdas, se utiliza estructuras aislantes removibles, como Ia señalada en Ia solicitud chilena de patente N 0 1020-04, en Ia que se montan los ánodos, cátodos, cañerías de circulación de electrolito y tuberías de distribución de aire, todo Io cual puede retirarse de Ia celda al final del ciclo de producción, para realizar su mantención, disminuyendo drásticamente las pérdidas de producción por dicho motivo. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva, de Ia estructura soportante de material aislante, Ia que se puede introducir y retirar de Ia celda, en Ia cual se aprecian las guías verticales y horizontales en las cuales se montan los ánodos y cátodos, y se fijan los circuitos de tubería para Ia distribución del electrolito y de los conductores eléctricos para Ia generación de los gases de agitación del electrolito. La Figura 2 muestra una vista en perspectiva, de Ia estructura de soporte de material aislante, en Ia cual se aprecia el conjunto de conductores eléctricos montados en Ia estructura.

La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de los conductores eléctricos, montados en los travesanos inferiores de Ia estructura de soporte de material aislante.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva, del conductor de alimentación de electricidad, conectado a tres circuitos de conductores eléctricos, productores de gas de burbujeo.

La Figura 4A muestra una vista en perspectiva, del conductor de alimentación de electricidad, conectado a tres circuitos de conductores eléctricos, productores de gas de burbujeo, en Ia que se muestran los soportes para su montaje y fijación a Ia estructura soportante de material aislante.

La Figura 4B muestra una vista en perspectiva, del conductor de alimentación de electricidad, conectado a tres circuitos de conductores eléctricos, productores de gas de burbujeo, en Ia que se muestran sectores aislados y no aislados de dichos conductores. La Figura 5 muestra una vista en perspectiva del conductor de alimentación de electricidad, conectado a dos circuitos de conductores eléctricos, productores de gas de burbujeo.

La Figura 6 muestra una vista en perspectiva del conductor de alimentación de electricidad, conectado a un circuito de conductores eléctricos, productor de gas de burbujeo.

La Figura 7 muestra una vista en perspectiva, del conductor de alimentación de electricidad, para los circuitos de los conductores eléctricos productores de gas de burbujeo.

Los números indicados en las figuras tienen el siguiente significado:

1. Conexión para Ia alimentación de electrolito fresco.

2. Extremo superior de Ia guía vertical de ánodos y cátodos. 3. Soporte de sujeción, para conexión a Ia grúa con Ia que se instala o se retira de Ia Celda electrolítica, Ia estructura soportante de material aislante.

4. Guía inferior, para fijar Ia posición del borde inferior del ánodo.

5. Guía inferior, para fijar Ia posición del borde inferior del cátodo.

6. Bastidor superior de Ia estructura de soporte de material aislante. 7. Bastidor inferior de Ia estructura de soporte de material aislante.

8. Conductor aislado para alimentación de electricidad a los circuitos productores de gases por electrólisis.

9. Circuito anterior de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo. 10. Circuito intermedio de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo.

11. Circuito posterior de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo. 12. Conector eléctrico de alimentación al circuito anterior de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo.

13. Conector eléctrico de alimentación al circuito intermedio de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo.

14. Conector eléctrico de alimentación al circuito posterior de conductores eléctricos sin aislación, para Ia producción de gas de burbujeo.

15. Soporte de fijación al bastidor de Ia estructura soportante de material aislante.

16. Sección aislada del conductor eléctrico productor de gas de burbujeo.

17. Sección no aislada del conductor eléctrico productor de gas de burbujeo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención consiste en Ia fijación de uno o más circuitos alimentadores de electricidad a uno o más circuitos de conductores eléctricos sin aislamiento, o con secciones de aislamiento localizados, los que se ubican en Ia zona inferior de Ia celda de producción electrolítica, o a una estructura de soporte de ánodos y cátodos de material aislante, independiente de Ia celda de producción, Ia que se puede retirar e instalar en ella, con o sin los ánodos y cátodos ya colocados en las guías de Ia estructura de soporte. En una de sus realizaciones, y sin que esto signifique limitar Ia generalidad de Ia invención, se ha fijado un circuito de conductores aislados de alimentación de electricidad (8), por el exterior y a un costado de una estructura de soporte de ánodos y cátodos, construida en material eléctricamente aislante, en cuyo interior se ubica una pluralidad de ánodos y cátodos, en tanto que por debajo del bastidor inferior (7) de Ia estructura de soporte, se ha fijado mediante soportes (15) uno o mas circuitos de conductores eléctricos sin aislación, o con secciones de aislamiento localizados (16), que se unen al alimentador de electricidad (8), mediante los conectores (12, 13 y 14) a ¡os circuitos de conductores sin aislación o con secciones de aislamiento localizado(9, 10 y 11 ).

En otra de sus realizaciones, en una celda tradicional de producción electrolítica de metales, el o los conductores aislados de alimentación de electricidad, se fijan a las paredes verticales de Ia celda, en tanto que el o los circuitos eléctricos sin aislación, o con secciones de aislamiento localizado, se fijan directamente al piso de Ia celda.

El o los circuitos de conductores de electricidad sin aislación, o con secciones de aislamiento localizado, pueden construirse ya sea de alambre sólido unifilar o de cable multifilar, de metal recubierto con una mezcla de óxidos metálicos. (Conocidos en idioma inglés como MMO, abreviatura de "Mixed metal oxide").

La aplicación de un potencial eléctrico entre cátodos y los circuitos de conductores sin aislación o con secciones de aislamiento localizado (9, 10 y 11), de tal manera que estos circuitos queden a un potencial positivo respecto a los cátodos, hace que se produzca Ia electrólisis del agua del electrolito, generándose oxigeno en Ia periferia de los conductores sin aislación, o con secciones de aislamiento, el que se desprende en Ia forma de pequeñísimas burbujas, las que ascienden entre ánodos y cátodos, o solo por debajo de los cátodos en el caso de emplearse conductores con secciones de aislamiento localizado debajo de los ánodos, produciendo una agitación mas global o mas localizada del electrolito respectivamente.

El control de Ia cantidad de burbujas, puede hacerse modificando el voltaje o Ia corriente aplicada entre cátodos y los circuitos (9, 10 y 11) de conductores sin aislamiento o con secciones de aislamiento localizados (16).

Se hace evidente, que Ia limpieza de los conductores aislados de alimentación, así como Ia de los conductores sin aislación, o con secciones de aislamiento localizados (16), de ser necesaria, se puede realizar de manera simple, al término del ciclo de producción, disminuyendo por este concepto las pérdidas de tiempo de producción.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

A modo de ejemplo, y sin que esto limite Ia generalidad de Ia Invención, en una celda tradicional de electrodepósito de cobre, de seis metros y medio de largo por 1,2 metros de ancho y 1,5 metros de profundidad, se introducirá una estructura de soporte de material aislante, construida en plástico reforzado con fibra de vidrio, con guías de ánodos y cátodos de material aislante, cargada con 61 ánodos insolubles de 1200 milímetros de alto por 800 milímetros de ancho, con orejas de apoyo a Ia barra conductora, y 60 cátodos de acero inoxidable de 1140 milímetros de alto y 880 milímetros de ancho, espaciados a 95 milímetros entre centros.

Una vez introducida Ia estructura soportante de material aislante en Ia celda, con los ánodos y cátodos montados; con el conductor aislado para alimentación de electricidad (8) y los circuitos de conductores sin aislación o con los conductores con secciones de aislamiento localizados (9,10 y 1 1), fijados al bastidor inferior de Ia estructura soportante, mediante los respectivos soportes (15), se conecta Ia cañería para Ia circulación de electrolito a Ia conexión (1), y se conecta Ia energía eléctrica para dar inicio a Ia operación de producción.

Los conductores eléctricos sin aislación o con el conductor con secciones de aislamiento localizado, están hechos de titanio recubierto con mezcla de óxidos metálicos de 3 milímetros de diámetro.

El electrolito se hace circular a un flujo de entre 10 y 30 metros cúbicos por hora y se alimenta Ia energía eléctrica a un potencial de 1 ,7 a 2 volts entre los circuitos de conductores sin aislación o con conductores con secciones de aislamiento localizados (9, 10 y 11 ) con respecto al potencial de los cátodos. Esta diferencia de potencial produce Ia liberación de oxígeno en Ia superficie de los conductores sin aislación o en los conductores de aislamiento localizado (16).

La ascensión del gas desde debajo de los ánodos y cátodos, o solo por debajo de los cátodos para los conductores con secciones de aislamiento localizados debajo de los ánodos, agita el electrolito, mejorando Ia uniformidad de su concentración, disminuyendo Ia capa límite y con ello mejorando Ia calidad y Ia eficiencia de corriente de Ia depositación del metal.

Cuando el depósito a cada lado del cátodo alcance unos tres milímetros, se procederá a detener Ia operación, retirar los cátodos, cargar cátodos limpios y reiniciar Ia operación.

Estos ciclos se repetirán hasta que se deba efectuar el desborre del fondo de Ia celda, ocasión en que se procederá a retirar Ia estructura de soporte de ánodos y cátodos completa, para ser reemplazada por otra equivalente, preparada previamente, reiniciándose un nuevo ciclo de producción.

Con este procedimiento, se reemplaza los ventiladores y los circuitos de alimentación y de distribución de aire de agitación, solo por los conductores eléctricos, ya que Ia energía eléctrica para energizar los circuitos de conductores sin aislación o conductores con secciones de aislamiento localizada, puede obtenerse de Ia misma fuente que se utiliza para Ia producción de metal.

El tiempo de Ia mantención se reduce, en relación a Ia mantención de los ventiladores y cañerías de alimentación y distribución de aire. Al mismo tiempo se mejora Ia calidad química y física de los cátodos, su uniformidad dimensional y por Io tanto, disminuye Ia dispersión de peso de ellos y se mejora Ia eficiencia de energía.