OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una cabeza de suspensión de ánodos para uso en procesos de electrólisis de zinc, así como a medios de manipulación comprendidos por dicha cabeza de suspensión. La cabeza de suspensión objeto de la presente invención mejora la distribución de corriente en los electrodos, reduce la corrosión en los elementos que componen dicha cabeza de suspensión, mejora la sujeción de los medios de manipulación a la barra conductora y soluciona ciertos problemas detectados en otros sistemas conocidos en el estado del arte.

El objeto de la invención es de aplicación en plantas de electrólisis de zinc con ánodos y cátodos sumergidos en baños de sales de zinc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las plantas de electrólisis de zinc están formadas por celdas electrolíticas que constan de una serie de ánodos y cátodos sumergidos en un baño que contiene una sal de zinc. La aplicación de corriente eléctrica externa produce la deposición del zinc metálico sobre el cátodo.

Para conseguir la deposición se necesita generar un circuito de corriente eléctrica continua en el sistema. Con este fin, los ánodos de una celda se conectan eléctricamente a los cátodos de una celda adyacente por medio de una barra equipotencial fabricada en un material con buenas características de conductividad eléctrica (cobre habitualmente).

Dentro de una misma celda, ánodos y cátodos están posicionados alternativamente uno detrás de otro de la manera más próxima posible evitando contactos indeseables entre electrodos que serían fuente de cortocircuitos. En ciertos procesos electrolíticos, las barras equipotenciales presentan una estructura con un perfil de ranuras diseñado para asegurar un apropiado contacto entre los electrodos y la propia barra equipotencial y para evitar un contacto directo indeseado entre ánodos y cátodos. En otros casos, la separación entre electrodos se consigue mediante unos elementos espaciadores o aislantes diseñados específicamente. En los procesos electrolíticos, los ánodos pueden ser permanentes (procesos de electrowinning) o pueden consumirse en el propio proceso (procesos de electrorefining). En cualquier caso, tanto cátodos como ánodos deben ser retirados periódicamente de la planta para la recuperación del metal depositado sobre el cátodo y/o limpieza o recuperación de los ánodos. Para ello, suelen emplearse sistemas de manipulación apropiados que consisten en grandes grúas de funcionamiento bastante automatizado, polipastos con ganchos o eslingas, etc.

En los procesos de electrowinning de zinc, el ánodo presenta una configuración de lámina plana de aleación metálica de un determinado espesor unida a una cabeza de suspensión. En términos generales, la cabeza de suspensión consta de una barra conductora de un material conductor (cobre en la mayoría de los casos) sobre la que se disponen medios que permiten el transporte y manipulación de los electrodos. Existen configuraciones alternativas menos frecuentes en las que la cabeza de suspensión de ánodos no dispone de medios de manipulación, realizándose las tareas de transporte y manipulación de electrodos por medio de la propia barra conductora convenientemente tratada. El conjunto de la barra conductora y los medios de manipulación se somete generalmente a un recubrimiento con un determinado material con el objeto de proteger la barra conductora de la niebla ácida presente en los procesos de electrólisis y asegurar la circulación de corriente eléctrica entre la lámina y la barra conductora. La cabeza de suspensión así recubierta se une a la lámina del ánodo por medio de procedimientos de soldadura.

En la Figura 1 se muestra un ejemplo de configuración de cabeza de suspensión de ánodos para el caso de procesos de electrowinning de zinc. En este caso, la lámina plana del ánodo suele estar fabricada en aleación de plomo y la barra conductora de la cabeza de suspensión está fabricada en cobre. Una configuración bastante habitual de los medios de manipulación de la cabeza de suspensión para este proceso en particular es en forma de unas piezas de acero inoxidable que constan de dos elementos (Figura 2): un anillo inferior que se adapta a la geometría de la barra conductora y una parte superior con forma de gancho que permite el transporte y la manipulación del ánodo por medio de una grúa automatizada o medios de transporte similares.

En el proceso de fabricación de la cabeza de suspensión de los ánodos de electrowinning de zinc, el anillo inferior de los medios de manipulación se suelda a la parte superior con forma de gancho de los medios de manipulación y el conjunto se posiciona sobre la barra conductora de cobre. Este conjunto se somete a un recubrimiento para evitar la corrosión y favorecer la distribución de corriente por el sistema. La fijación de los medios de manipulación a la barra conductora se favorece mediante una primera capa del material en que se realizará el recubrimiento.

El procedimiento descrito para la fabricación de las cabezas de suspensión presenta inconvenientes relevantes en caso de fallo o necesidad de sustitución de los medios de manipulación. En este caso, sería necesario proceder a la retirada de los medios de manipulación dañados de la barra conductora, el tratamiento de la misma, y la repetición del proceso de fabricación desde prácticamente el principio (instalación del anillo inferior de los medios de manipulación, tratamiento térmico, soldadura de la parte superior de los medios de manipulación, recubrimiento, etc.).

Por otra parte, esta forma de fijación de los medios de manipulación a la barra conductora es una importante fuente de corrosión fundamentalmente en los puntos de soldadura de la parte superior con forma de gancho de los medios de manipulación al conjunto de la barra conductora con el anillo inferior de los medios de manipulación. La corrosión daña las estructuras de los electrodos afectando directamente a su vida útil. Adicionalmente, la utilización de estos medios de manipulación de acero inoxidable afecta de manera indeseable a la distribución de la corriente entre la barra conductora y la lámina del ánodo. Los ganchos de acero inoxidable presentan una resistividad aproximada de 0,75 Ω mm ² /m. El posicionamiento directo del anillo inferior de los medios de manipulación sobre la barra conductora implica la presencia en el sistema de zonas que dificultan el paso de la corriente desde la barra conductora hasta el electrodo. En las zonas en las que existe un recubrimiento directo de la barra conductora con el material conductor casi no hay diferenciación de corriente entre la barra conductora y la lámina del ánodo; por el contrario, en las zonas de colocación de los elementos de manipulación de acero inoxidable, la diferenciación de corriente es bastante importante y afecta de manera indeseada al correcto funcionamiento del electrodo. En los procesos de electrowinning de zinc en los que el ánodo es de aleación de plomo, la resistividad del electrodo es aproximadamente de 0,2 Ω mm ² /m. En este caso, la diferencia de resistividad entre los ganchos de acero y la lámina del electrodo favorece la circulación de la corriente eléctrica por la zona media de la barra conductora disminuyendo en los extremos.

Además, el empleo de medios de manipulación de acero inoxidable implica la necesidad de dotar a los sistemas de manipulación y transporte de electrodos de importantes medidas de aislamiento, para evitar contactos eléctricos indeseados durante estas operaciones que afecten tanto a la seguridad y salud de los trabajadores de la planta como a la integridad de las instalaciones.

Por otro lado, es bastante frecuente que la cabeza de suspensión de ánodos se dote de elementos espaciadores adicionales cuya finalidad es evitar el contacto directo tanto entre los ánodos y cátodos adyacentes en una misma celda como entre un ánodo/cátodo y la pared de las celdas. Estos elementos espaciadores o aislantes están fabricados en material no conductor y presentan variadas geometrías. Por ejemplo, el documento US6483036 describe un espaciador de electrodos para electrowinning de cobre que se sitúa en un orificio practicado en la parte inferior de las láminas de los ánodos. Ejemplos de geometrías adicionales de estos elementos espaciadores se describen en los documentos US5762776, US4619751 y US3997421. En el documento US7597786 se describe un dispositivo único para la transferencia y aislamiento de electrodos que consta de una parte aislante que actúa como elemento espaciador y de una parte que permite la transferencia de electrodos. La parte aislante se une a la barra de suspensión del ánodo por medio de un punto de anclaje. Este dispositivo está fabricado en un material aislante y químicamente resistente y podría solucionar algunos de los problemas de otros dispositivos conocidos en el estado del arte relacionados con la utilización de los ganchos de acero inoxidable. Sin embargo, este dispositivo precisa de un punto de fijación a la barra conductora. Este punto de fijación a la barra conductora reduciría la sección de paso de la corriente eléctrica, incrementando la resistencia y distorsionando la distribución de corriente en el electrodo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es proporcionar una cabeza de suspensión de ánodos para la electrólisis de zinc que mejora la distribución de corriente en los electrodos, reduce la corrosión en los elementos que componen dicha cabeza de suspensión, mejora la sujeción de los medios de manipulación a la barra conductora y soluciona ciertos problemas detectados en otros sistemas conocidos en el estado del arte.

La cabeza de suspensión de ánodos en procesos de electrólisis de zinc objeto de la presente invención comprende una barra conductora y medios de manipulación en cada extremo de la barra conductora, estando dichos medios de manipulación fabricados en un material composite que asegure características aislantes y una apropiada resistencia química, térmica y mecánica del conjunto. Como ejemplos no limitantes de posibles materiales composite a utilizar se pueden mencionar el sulfuro de polifenileno reforzado con fibra de vidrio, el polietileno tereftalato reforzado con fibra de vidrio, el acetal homopolímero reforzado con fibra de vidrio o la poliamida reforzada con fibra de vidrio.

La barra conductora se caracteriza por disponer de un recubrimiento en la totalidad de la superficie excepto en la zona de contacto de dicha barra conductora con la barra equipotencial correspondiente. La función de este recubrimiento es evitar la corrosión sobre la barra conductora permitiendo el paso de corriente sobre la lámina del ánodo. El material de dicho recubrimiento debe permitir ambas funciones y, además, debe tener la capacidad de ser soldado a la lámina del ánodo.

La presencia de este recubrimiento en la totalidad de la superficie de la barra conductora implica una mejor distribución de corriente en el sistema, dado que se eliminan las diferencias de resistividad presentes entre los ganchos de acero inoxidable y la barra conductora de los sistemas conocidos en el estado del arte. El incremento de la uniformidad en la distribución de corriente favorece una mejor deposición del metal a obtener sobre el cátodo. Adicionalmente, se consigue reducir los problemas de corrosión que presentan los sistemas conocidos en el estado del arte en aquellas zonas en las que no existe dicho recubrimiento, alargando la vida útil del sistema.

Los medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos objeto de la presente invención presentan una zona superior con elementos de manipulación y una zona inferior de acoplamiento a la barra conductora. La parte interna de la zona inferior de los medios de manipulación rodea en su totalidad y se ajusta a la geometría del recubrimiento de la barra conductora en la zona de la barra que no se encuentra soldada a la lámina del ánodo, es decir, aquella zona de la barra conductora más próxima a la barra equipotencial. Según una realización de la presente invención, el perímetro de la parte interna de la zona inferior de los medios de manipulación es complementario al perímetro externo del recubrimiento. Es decir, la fijación de los medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos a la barra conductora con recubrimiento se realiza sin la ayuda de elementos de fijación adicionales, por ajuste directo entre los medios de manipulación y el recubrimiento de la barra conductora.

Según otra realización de la invención, el ajuste se consigue con una configuración tal que el perímetro de la parte interna de la zona inferior de los medios de manipulación sea ligeramente inferior al perímetro de la parte externa del recubrimiento de la barra conductora, también sin requerir elementos de fijación adicionales entre ambos elementos.

La configuración del sistema objeto de la invención y la eliminación de los medios de fijación a la cabeza de suspensión supone importantes mejoras sobre los sistemas conocidos y sobre los procesos de fabricación convencionales de las cabezas de suspensión, dado que se eliminan algunas de las etapas necesarias para la fijación de los ganchos de acero inoxidable conocidos en el estado del arte. Adicionalmente, supone importantes ventajas en las operaciones de mantenimiento de la planta dado que, en caso de fallo de un medio de manipulación determinado, únicamente sería necesaria la sustitución del medio de manipulación dañado, sin necesitarse tratamientos adicionales de regeneración del recubrimiento como en el caso de los sistemas conocidos en el estado del arte.

Esta configuración de la cabeza de suspensión objeto de la invención permite mejorar igualmente la seguridad de la planta en las operaciones de manipulación de electrodos, dado que los propios sistemas de manipulación actúan como sistemas aislantes al estar fabricados en un material composite de naturaleza aislante.

En una realización de la invención, los medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos están dotados de al menos un elemento de refuerzo que permita asegurar que los medios de manipulación disponen de la resistencia mecánica y rigidez apropiadas para la operación segura en los procesos de manipulación y transporte de los electrodos por parte de los sistemas de manipulación de electrodos presentes en la planta de electrólisis (grúas, polipastos, etc.), transmitiendo las fuerzas de tracción en dirección vertical desde los sistemas de manipulación de electrodos a la cabeza de suspensión de ánodos. Adicionalmente, estos elementos de refuerzo pueden dotar a los medios de manipulación de una función de separación y aislamiento entre ánodos y cátodos adyacentes en una celda, evitando su contacto directo.

Según una realización preferente de la invención, al menos un elemento de refuerzo de los medios de manipulación se extiende en una dirección transversal con respecto al plano que conforma la lámina del ánodo.

Adicionalmente, los medios de manipulación de la cabeza de suspensión objeto de la presente invención se posicionan sobre el recubrimiento de la barra conductora mediante una zona de contacto directo entre la zona inferior de los medios de manipulación y la lámina del ánodo. Esta forma de posicionamiento impide el desplazamiento de los medios de manipulación hacia el eje central del ánodo en las operaciones de manipulación (ciclos de carga y descarga) y transporte por parte de los sistemas de manipulación de electrodos presentes en la planta de electrólisis.

El posicionamiento de los medios de manipulación de la cabeza de suspensión objeto de la presente invención sobre el recubrimiento de la barra conductora puede realizarse adicionalmente mediante varios sistemas que pretenden evitar y/o limitar su desplazamiento hacia los extremos de la barra conductora. Según una realización de la invención, dicho posicionamiento adicional se consigue mediante al menos un cordón de soldadura.

En otra realización de la invención, los medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos se prolongan sobre la barra conductora al menos parcialmente en la zona de la barra conductora que se encuentra soldada a la lámina del ánodo. Dicha prolongación dotaría a los medios de manipulación de rigidez o resistencia mecánica adicional y/o permitiría diferentes alternativas de posicionamiento sobre la cabeza de suspensión.

Según otra realización de la invención, en la zona de prolongación de los medios de manipulación sobre la barra conductora, la zona inferior de los medios de manipulación presenta una acanaladura inferior con una anchura tal que se consiga un ajuste apropiado con la lámina del ánodo.

Según una realización adicional de la invención, los elementos de manipulación de la zona superior de los medios de manipulación presentan una geometría en forma de protuberancia que se extiende en dirección paralela con respecto al eje de la barra conductora.

En una realización adicional de la invención, los elementos de manipulación disponen de un chaflán en su zona inferior, más próxima a la barra conductora. Dicho chaflán facilita la entrada de los sistemas de manipulación de electrodos de la planta de electrólisis aumentando la holgura de paso.

La presente invención tiene adicionalmente por objeto proporcionar unos medios de manipulación de barras conductoras de ánodos para la electrólisis de zinc que mejoran la distribución de corriente en los electrodos, reducen la corrosión en los elementos que componen la cabeza de suspensión, mejoran la sujeción a la barra conductora y solucionan otros problemas de los medios de manipulación conocidos en el estado del arte. La configuración y las ventajas de los medios de manipulación objeto de la presente invención son las de los medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos objeto de la presente invención y descritos anteriormente. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se pasa a describir una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con realizaciones de dicha invención que se presentan como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

La Figura 1 representa una vista general de un ánodo para electrowinning de zinc (estado del arte).

La Figura 2 representa una sección transversal de la cabeza de suspensión de un ánodo para electrowinning de zinc (estado del arte) en la zona de fijación de los medios de manipulación.

La Figura 3 representa una vista general de una cabeza de suspensión de ánodos según la presente invención.

La Figura 4 representa un detalle de unos medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos según la presente invención.

La Figura 5 representa la vista de la sección de unos medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos según la presente invención.

La Figura 6 representa unos medios de manipulación de la cabeza de suspensión de ánodos según la presente invención con una zona de prolongación sobre la barra conductora en la zona de la lámina del ánodo.

La Figura 7 representa unos sistemas de manipulación de electrodos posicionados sobre unos medios de manipulación de la cabeza de suspensión objeto de la presente invención.

En estas figuras se hace referencia a los siguientes elementos:

1 . Cabeza de suspensión

2. Lámina de ánodo

3. Barra conductora

4. Medios de manipulación

5. Anillo inferior

6. Parte superior con forma de gancho

7. Recubrimiento

8. Zona de contacto de la barra conductora con la barra equipotencial

9. Elementos de manipulación

10. Zona inferior de los medios de manipulación

1 1. Parte interna de la zona inferior de los medios de manipulación

12. Elemento de refuerzo

13. Sistemas de manipulación de electrodos 14. Zona de contacto directo

15. Protuberancia

16. Zona de prolongación

17. Acanaladura inferior

18. Chaflán

FORMA PREFERENTE DE REALIZACION

El objeto de la presente invención es, como ya se ha mencionado, una cabeza de suspensión (1 ) de lámina de ánodos (2) para la electrólisis de zinc, apoyándose dicha cabeza de suspensión (1 ) sobre una barra equipotencial. Otro objeto de la invención son los medios de manipulación que forman parte de dicha cabeza de suspensión. En las Figuras 3 y 4 se representan diferentes vistas de un ejemplo preferente de realización de una cabeza de suspensión según la presente invención. La cabeza de suspensión (1 ) de láminas de ánodo (2) comprende una barra conductora (3) y medios de manipulación (4) en los extremos de la barra conductora (3). Los medios de manipulación (4) están fabricados en un material composite aislante que disponga de la resistencia química, térmica y mecánica necesaria en el sistema, es decir, resistencia frente a la exposición prolongada a ácidos fuertes, resistencia térmica en continuo superior a 100°C y propiedades mecánicas suficientes para reemplazo de metales. La barra conductora (3) dispone de un recubrimiento (7) en la totalidad de su superficie externa excepto en la zona de contacto (8) de la barra conductora (3) con la barra equipotencial. El recubrimiento (7) se encuentra parcialmente soldado a la lámina de ánodo (2).

Los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) de láminas de ánodo (2) disponen de una zona superior con elementos de manipulación (9) y una zona inferior (10) de acoplamiento a la barra conductora (3).

Según se puede observar en la Figura 5, la parte interna (1 1 ) de la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) rodea en su totalidad y se ajusta a la geometría del recubrimiento (7) de la barra conductora (3) en la zona de la barra conductora (3) que no se encuentra soldada a la lámina de ánodo (2).

El ajuste de los medios de manipulación (4) sobre el recubrimiento se realiza mediante una configuración en la que el perímetro de la parte interna (1 1 ) de la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) es complementario al perímetro externo del recubrimiento (7). Preferentemente, dicho ajuste se realiza con apriete, consiguiéndose el mismo con un diseño del sistema de tal manera que el perímetro de la parte interna (1 1 ) de la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) sea inferior al perímetro de la parte externa del recubrimiento (7) de la barra conductora (3).

Como se puede observar en las Figuras 4, 5 y 6, los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) de láminas de ánodo (2) pueden estar dotados de al menos un elemento de refuerzo (12) que mejora su rigidez y resistencia mecánica, a la vez que actúa como posible separador y elemento aislante entre cátodos y ánodos adyacentes en una misma celda electrolítica. Estos elementos de refuerzo (12) pueden tener diversas geometrías y prolongarse en múltiples direcciones. En las Figuras 4, 5 y 6 se muestran elementos de refuerzo (12) que se prolongan longitudinalmente en una dirección paralela al plano que conforma la lámina de ánodos (2), así como elementos de refuerzo que se prolongan en dirección paralela al eje de la barra conductora (3) o con determinados ángulos de inclinación respecto a dicha barra conductora (3). Dichos elementos de refuerzo (12) se pueden extender en una dirección transversal con respecto al plano que conforma la lámina de ánodo (2).

Los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) se pueden posicionar sobre el recubrimiento (7) de la barra conductora (3) mediante una zona de contacto directo (14) entre la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) y la lámina de ánodo (2).

Adicionalmente, el posicionamiento de los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) sobre el recubrimiento (7) de la barra conductora (3) se puede mejorar mediante la disposición de al menos un cordón de soldadura situado en la zona comprendida entre los medios de manipulación (4) y la barra equipotencial.

Los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) de láminas de ánodo (2) objeto de la invención puede extenderse únicamente sobre la zona de la barra conductora (3) que no se encuentra en contacto con la lámina de ánodo (2). Sin embargo, dichos medios de manipulación (4) pueden disponer de una prolongación (16) sobre la barra conductora (3), al menos parcialmente en la zona de la barra conductora (3) que se encuentra en contacto con la lámina de ánodo (2). Esta configuración con prolongación (16) es la que se muestra en las Figuras 3 a 6, pudiendo dicha prolongación presentar variadas geometrías.

Según se muestra en la Figura 6, en función de la geometría de la zona de prolongación (16), puede ser necesaria la existencia de una acanaladura inferior (17) con una anchura tal que se consiga un ajuste apropiado con la lámina de ánodo (2). Los elementos de manipulación (9) de la zona superior de los medios de manipulación (4) pueden presentar una geometría en forma de protuberancia (15) que se extiende en dirección paralela con respecto al eje de la barra conductora (3). La geometría de dicha protuberancia (15) se ajustará en todo caso a la geometría particular del gancho de los sistemas de manipulación de electrodos (13) de la planta de electrólisis, de manera que se asegure la alineación entre los elementos de manipulación (9) de los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) y el gancho de los sistemas de manipulación de electrodos (9), evitando que los sistemas de manipulación de electrodos (9) desplacen de su posición a los medios de manipulación (4) de la cabeza de suspensión (1 ) durante las operaciones de manipulación y transporte (ver Figura 7). La protuberancia (15) de los elementos de manipulación (4) puede disponer de un chaflán (18) en su zona inferior, más próxima a la barra conductora (3).

Por otra parte, la presente invención tiene por objeto proporcionar unos medios de manipulación (4) de barras conductoras (3) de láminas de ánodos (2) para electrólisis de zinc que mejoran la distribución de corriente en los electrodos, reducen la corrosión en los elementos que componen la cabeza de suspensión (1 ), mejoran la sujeción a la barra conductora (3) y suponen ventajas adicionales sobre los medios conocidos en el estado del arte. Estos medios de manipulación (4) se sitúan en los extremos de una barra conductora (3) con recubrimiento (7) y están fabricados en un material composite aislante y que disponga de la resistencia química, térmica y mecánica necesaria en el sistema, es decir, resistencia frente a la exposición prolongada a ácidos fuertes, resistencia térmica en continuo superior a 100°C y propiedades mecánicas suficientes para reemplazo de metales..

Los medios de manipulación (4) comprenden una zona superior con elementos de manipulación (9) y una zona inferior (10) de acoplamiento a la barra conductora (3) que, en su parte interna (1 1 ) rodea en su totalidad y se ajusta a la geometría del recubrimiento (7) de la barra conductora (3) en la zona de la barra conductora (3) que no se encuentra soldada a la lámina de ánodo (2).

Como ya se ha mencionado, el ajuste de los medios de manipulación (4) sobre el recubrimiento se realiza mediante una configuración en la que el perímetro de la parte interna (1 1 ) de la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) es complementario al perímetro externo del recubrimiento (7) de la barra conductora (3). Preferiblemente, dicho ajuste se consigue con un diseño del sistema de tal manera que el perímetro de la parte interna (1 1 ) de la zona inferior (10) de los medios de manipulación (4) sea inferior al perímetro de la parte externa del recubrimiento (7) de la barra conductora (3). Asimismo, y tal y como se ha descrito anteriormente, los medios de manipulación (4) pueden estar dotados de al menos un elemento de refuerzo (12).