DESCRIPCION DE LO CONOCIDO EN LA MATERIA.

La producción de metales por vía electrolítica, se realiza en la actualidad mayoritariamente depositando el ion metal sobre una placa de acero inoxidable (cátodo), mediante la aplicación de una corriente eléctrica continua entre dicho cátodo y otra placa metálica o de aleación metálica (ánodo), ambas sumergidas en una solución acuosa generalmente ácida (electrolito) del metal a depositar. Cuando el ánodo que se utiliza es insoluble, se habla de electro obtención del metal desde el electrolito, en tanto que cuando el ánodo que se utiliza es del mismo metal a obtener, se habla de electro refinación. En ambos casos, una vez que la cantidad de metal depositado sobre el cátodo ha alcanzado un espesor adecuado, se detiene la circulación de la corriente, se retiran los cátodos de la solución y se debe desprender el depósito desde la placa de acero inoxidable para obtener el producto. El depósito superficial de un metal sobre otro con fines decorativos o de protección de la corrosión, se realiza igualmente en celdas con electrolitos diversos, en que el ánodo es el metal a depositar y el cátodo el objeto a proteger o a decorar. También se da el caso en que el ánodo es de un metal o compuesto insoluble y el metal a depositar proviene del electrolito en el cual se encuentra disuelto.

Estos mismos procesos se utilizan también, en el tratamiento de residuos líquidos, para empobrecerlos en cationes, hasta quedar por debajo de los límites aceptados para descartarlos.

Las condiciones de operación y del electrolito se ajustan con miras a optimizar el depósito sobre el cátodo. Así, la acidez o alcalinidad, concentración de metal, temperatura y agitación de la solución, se ajustan con dicho fin. Estas características de la solución originan el desprendimiento de gases con micro gotas de ácidos o bases según sea el caso, desde la superficie libre del electrolito. La presencia de esta neblina ocasiona problemas a la salud de los operadores, al proceso, y corrosión a las estructuras y equipos. Estos efectos negativos se han tratado de mitigar con diferentes medidas, sin que éstas hayan resuelto satisfactoriamente el problema e incluso, algunas de las cuales dan origen a otro tipo de problemas como se describe a continuación.

El hecho que el electrolito generalmente se calienta a temperaturas del orden de 40 o más grados Celsius, aumenta la evaporación de éste al ambiente, que junto con los gases que se desprenden por la operación electrolítica, forman una neblina que arrastra micro gotas y partículas contenidas en él. Intentando minimizar la superficie libre del electrolito para disminuir la evaporación, se esparce en la superficie libre del electrolito esferas de poliestireno expandido, u otro material de baja densidad, que flotan en la superficie del electrolito. Estas esferas originan a su vez otros problemas, como por ejemplo, al ser succionadas junto con el electrolito por las bombas de circulación afectan el funcionamiento de éstas, al tapar el distribuidor de inyección del electrolito, o al ubicarse entre ánodos y cátodos pueden llegar a producir cortocircuitos, afectando la normal operación del proceso. En reemplazo de las esferas de polipropileno u otras, se ha propuesto en la solicitud de Patente Chilena 01869-2002, el uso de una solución en base de esencia de quillay, la que se incorpora al electrolito alterando su composición. Otros compuestos que se han propuesto para reducir la tensión superficial son los surfactantes no iónicos como en la Solicitud de Patente Chilena N° 00328-2006, compuestos antiempañantes con extremos de sulfato o sulfonato como en la Solicitud de Patente Chilena N° 02892-2007, adición de antiespumantes como en la Solicitud de Patente Chilena N° 02684-1999, surfactantes fluoroalifáticos como en la Solicitud de Patente Chilena N° 00580-1995. Estos compuestos generan problemas en el proceso de extracción por solventes, que se utiliza en las etapas de procesos previos a la electro- obtención.

Otro tipo de soluciones propuestas son las cubiertas con o sin extracción de la neblina por succión, como en las Solicitudes de Patente Chilena N° 02518-2005, que propone cubiertas de plástico que flota sobre el electrolito y que en su cara libre tiene adherido un elemento que atrapa la neblina, o como en la Solicitud de Patente Chilena N° 02451- 2007, que plantea el empleo de cubiertas múltiples a razón de dos por cada ánodo, o la cubierta térmica como en la Patente Chilena N° 44803, o la capota aislante sumergida en el electrolito de la Patente Chilena N° 36367, o como la señalada en la Patente Americana US5609738(A), que consiste en un sistema multi elemento de cubiertas, que se ubican bajo las barras conectoras de los electrodos y que aspira la neblina entre el nivel del electrolito y dicha cubierta ubicada bajo las barras conductoras.

Otra tendencia es el empleo de inyección de aire por un costado de la celda, en conjunto con aspiración por el otro costado, como señala la Patente US5855749(A). Otra tendencia es la de cubrir la superficie de cada ánodo con bolsas de fibras, selladas al ánodo en su parte superior por sobre el nivel del electrolito, como en la Patente US6120658. Otra solución propuesta, es la presentada en la Patente WO2009/025837 Al , que plantea confinar el espacio en que se acumula neblina, limitado por el nivel libre del electrolito, las caras de los ánodos y de los cátodos y dos cubiertas superiores curvas apernadas en múltiples puntos a cada ánodo.

Gran parte de las ventajas que se pretende obtener con estas mejoras, quedan disminuidas por la mayor complejidad de fabricación junto al mayor costo de producción y de operación con dichos sistemas, o por la alteración de la composición del electrolito.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La Figura 1, muestra una vista en perspectiva, del Confinador Anódico con doble falda flexible.

La Figura 2 muestra una vista en elevación frontal, del Confinador Anódico con doble falda flexible. La Figura 3 muestra una vista en planta superior, del Confinador Anódico con doble falda flexible. La Figura 4 muestra una vista en corte transversal por la Sección A - A, del Confínador Anódico con doble falda flexible.

La Figura 5 muestra una vista en elevación lateral, del Confínador Anódico con doble falda flexible.

La Figura 6 muestra una vista en Perspectiva del Confínador Anódico con doble falda flexible, en la que se puede apreciar las partes que lo conforman. La Figura 7 muestra una vista en corte transversal parcial de una Celda Electrolítica, en que se muestran tres cátodos y dos ánodos con sus respectivos Confinadores Anódicos con doble falda flexible, colocadas en los ánodos, en posición de operación.

La Figura 8 muestra una vista en corte vertical transversal de una celda electrolítica de producción de metales, en la que se aprecia un Confínador Anódico en posición de trabajo, montado en un ánodo ubicado en una estructura soportante de ánodos y cátodos.

La Figura 9 muestra una vista en perspectiva, de un extremo de la estructura soportante de ánodos y cátodos, a la que se han incorporado ductos perforados longitudinales a ambos lados de la estructura.

La Figura 10 muestra una vista en perspectiva, de un extremo de la estructura soportante de ánodos y cátodos, a la que se le han incorporado dos ductos perforados longitudinales para succionar los gases y partículas, que se desprenden sobre el nivel del electrolito.

La Figura 1 1 muestra una vista en perspectiva del Confínador Anódico del tipo Pinza Elástica con doble falda flexible. La Figura 12 muestra una vista en elevación lateral en corte transversal de la Pinza Elástica con doble falda flexible, en posición cerrada. La Figura 13 muestra una vista en elevación lateral en corte transversal de la Pinza Elástica con doble falda flexible en posición abierta, para ser introducida sobre el ánodo. Los números indicados en las Figuras, tienen el siguiente significado:

1. Pieza plana rígida anular.

2. Proyección flexible exterior.

3. Proyección flexible interior.

4. Perfil ángulo rígido de soporte de la proyección flexible derecha.

5. Perfil ángulo rígido de soporte de la proyección flexible izquierda.

6. Elementos de unión de las piezas flexibles y rígidas del Conflnador Anódico.

7. Anodo.

8. Cátodo

9. Nivel del electrolito

10. Barra soporte ánodo.

1 1. Barra soporte cátodo

12. Guía cátodo de la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

13. Angulo superior longitudinal, de material aislante, de la estructura de soporte de ánodos y cátodos, bajo el cual se ubica el ducto perforado de succión y evacuación de gases.

14. Ducto perforado de succión y evacuación de gases, abierto en su cara inferior,

apertura que queda sumergida en el electrolito y cerrada por éste.

15. Perforación del ducto longitudinal de succión, ubicado frente a cada ánodo de la celda de producción electrolítica de metales.

16. Muro longitudinal de la celda de producción electrolítica de metales.

17. Terminal extremo de salida al ducto de succión del colector de flujo.

18. Pasada abierta del ducto de succión longitudinal perforado, conectado al terminal extremo de salida al ducto de succión del colector de flujo.

19. Guía inferior para ánodo, de la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

20. Conexión tipo unión americana, que conecta el terminal del ducto de succión

longitudinal perforado, con el ducto de salida al colector de succión de la Planta. 21. Ducto de salida al colector de succión.

22. Extremo del ducto de succión de la celda, que se conecta al Sistema de succión de la Planta de Producción.

23. Resorte metálico de fijación del Confínador Anódico a la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

24. Perno para montaje y ajuste de tensión del resorte de fijación del Confínador

Anódico a la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

25. Tuerca para montaje y ajuste de tensión del resorte de fijación del Confínador

Anódico a la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

26. Suple para ajuste de tensión, del resorte de fijación del Confínador Anódico a la estructura de soporte de ánodos y cátodos.

27. Compartimento de confinación de aerosoles a evacuar.

28. Ducto perforado de succión y evacuación de aerosoles, cerrado en su cara inferior.

29. Pinza Elástica con doble falda flexible.

30. Falda flexible exterior.

31. Falda flexible interior.

DESCRIPCION DE LA INVENCION Esta invención se sitúa en el campo de la depositación electrolítica de metales, que siendo de aplicación general, se acomoda especialmente en aquellos casos que utilizan en el interior de la Celda, una estructura soportante de ánodos y cátodos, como la que se muestra en las Figuras 9 y 10. Consiste en insertar cada ánodo, en la ranura central del Confínador Anódico de la Figura 1 , formada por las proyecciones flexibles interiores (3), por simple deslizamiento del ánodo (7) en la ranura mencionada, después que el Confínador Anódico se ha fijado mediante el resorte (23) en el ángulo (13) de las vigas longitudinales superiores, de la estructura soportante de ánodos y cátodos.

La idea de esta invención, es evitar que los gases, vapores, neblinas, aerosoles o en general los flujos polifásicos, (gas - líquido, gas - sólidos, líquido - sólido, y gas - líquido - sólido), que se desprenden de la superficie libre del electrolito, no lleguen a contaminar el ambiente de trabajo de la Planta de Producción. Para ello, esta invención actúa en dos aspectos, primero, para aislar el ambiente sobre las celdas de producción, que en una de sus materializaciones utiliza el Confinador Anódico mostrado en la Figura 1, formado por una pieza plana rígida anular (1), una lámina flexible, con proyecciones exteriores (2) e interiores (3), que se apoyan sobre las caras opuestas de ánodos (7) y cátodos (8) contiguos, para confinar los flujos, y en segundo término succionarlos antes que se incorporen al ambiente, mediante ductos longitudinales abiertos en su lado inferior (14) o cerrados en su lado inferior (28) a ambos lados de la Celda (16), con perforaciones (15) frente a cada extremo de los ánodos, ductos que se conectan al Sistema de Succión y Tratamiento de la Planta de Producción (no mostrada). Una característica particular de los ductos de succión (14), es que su cara inferior que queda sumergida en el electrolito, está abierta y en contacto con el electrolito, lo que permite devolver a la Celda los líquidos que por cualquier razón lleguen a dicho ducto, principalmente relacionados con el uso de extractantes orgánicos en etapas previas a la electrodepositación.

Para aislar el ambiente sobre la Celda, en esta Invención se sella de manera compartimentada, el espacio entre electrodos contiguos con el Confinador Anódico que está formado por la Pieza plana anular (1) con su proyección flexible exterior (2), su proyección flexible interior (3), su perfil ángulo derecho de material rígido (4) y su perfil ángulo izquierdo de material rígido (5), componentes que se unen por múltiples elementos de unión (6), y se instala directamente, sobre el perfil ángulo longitudinal (13) de la estructura de soporte de ánodos y cátodos, de modo que el resorte metálico (23), se apoye en la cara superior de este Perfil (13) y el suple para ajuste de tensión (26), se apoye sobre la cara inclinada inferior de los cabezales de las guías de cátodo (12) de la estructura de soporte de ánodos y cátodos, en tanto que las proyecciones flexibles exteriores (2) se apoyan sobre las caras de los cátodos (8), según se muestra en la Figura 7. En otra de las materializaciones de esta invención, el Confinador Anódico mostrado en la Figura 1 se forma por la unión removible de dos mitades iguales y simétricas con respecto al plano vertical central de los ánodos, lo que permite retirarlos sin sacar los ánodos de la celda. El largo del Confínador Anódico de la Figura 1, corresponde al ancho de la Celda en que se vayan a utilizar, en tanto que el largo total de las proyecciones flexibles exteriores (2), corresponden al ancho de los cátodos. La función de los perfiles ángulos de material rígido (4) y (5), además de servir como elemento de atiesamiento de las proyecciones flexibles (2 y 3), sirve a la vez para retener y hacer coalescer las burbujas de neblina que se desprenden en la superficie del ánodo y que ascienden verticalmente hacia la superficie. Gran parte de las burbujas que ascienden hacia la superficie del electrolito se rompen en el trayecto ascendente o después de salir de este, por debajo del ángulo y de las proyecciones flexibles (2) y (3), liberando partículas líquidas que caen y vuelven a incorporarse al electrolito. De esta forma, se disminuye la cantidad de neblina que queda atrapada entre los múltiples compartimentos (27) que se forman entre la superficie libre del electrolito (9), los cátodos (8), los ánodos (7) y las proyecciones flexibles (2) y (3), como se ilustra en la Figura 7.

Esta segmentación de la Celda, permite bajar la depresión necesaria para la evacuación de los aerosoles, con lo cual se evita la cristalización del sulfato de cobre, que tapa las perforaciones de los ductos perforados de succión.

La neblina se extrae por succión mediante ductos perforados abiertos por abajo (14), o cerrados (28), o una combinación de ambos, que se ubican longitudinalmente a ambos lados de la Celda y cuyas perforaciones (15) enfrentan las posiciones de los extremos de cada ánodo (7). Cuando en la Celda de producción se utiliza una Estructura de soporte de ánodos y cátodos como la ilustrada en las Figuras 9 y 10, los ductos perforados (14) o (28), se ubican bajo los ángulos superiores (13) de la Estructura de soporte de ánodos y cátodos, ángulos que a su vez sirven de apoyo a las Guías de cátodos (12). Estas Guías de Cátodo (12), además de fijar en posición los cátodos, sirven de apoyo a los extremos de las proyecciones flexibles (2) y (3), sellando el espacio e impidiendo que la neblina escape al ambiente por esa zona. Los ductos perforados (14) o (28), se unen al cabezal (17), que mediante la unión Americana (20) conecta a la manguera de unión (21), que se une al extremo de salida (22), que es el punto de conexión al Sistema de Succión y tratamiento de la Planta de Producción, la que se pone en funcionamiento al momento de conectar la corriente eléctrica a la Celda Electrolítica.

Cuando en la Celda de Producción no se utiliza la Estructura soportante de ánodos y cátodos, los extremos libres de las proyecciones flexibles se apoyan sobre el ducto perforado de succión, cumpliendo el sello entre el ánodo y las paredes longitudinales de la Celda (16).

La instalación de los Confinadores Anódicos puede hacerse directamente sobre la Celda o sobre la Estructura de soporte de ánodos y cátodos, colocando luego los ánodos (7), y después los cátodos. Para ello, debe cuidarse que los soportes de ánodo (10) calcen en sus posiciones de conexión a la placa de ubicación y conexión eléctrica ("capping board") y que los extremos inferiores de los ánodos (7) se introduzcan en las guías de ánodo (19) de la Estructura de soporte de ánodos y cátodos. Loa ánodos se deben introducir verticalmente hacia abajo, cuidando que el borde inferior de éste se introduzca al centro del Confínador Anódico y que las proyecciones flexibles interiores centrales (3) se apoyen sin pliegues sobre las caras del ánodo. Una vez que se ha colocado un ánodo en cada Confínador Anódico, se introducen los cátodos, haciéndolos descender entre los ánodos, con sus Confínador Anódico es ya instalados, con lo cual automáticamente, las proyecciones flexibles exteriores (2) del Confínador Anódico se apoyan homogéneamente sobre ambas caras de los cátodos (8). En otra de sus materializaciones, esta invención emplea Confinadores Anódicos del tipo Pinza Elástica con doble falda flexible, como al mostrada en las Figuras 1 1, 12 y 13, que tiene la característica de poder instalarse sobre el ánodo antes o después de ser colocada en la celda y permite retirarla sin remover el ánodo de la celda.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

A fin de probar experimentalmente las ventajas del Confínador anódico para confinar los flujos que se desprenden de la superficie del electrolito en una Celda de electro- obtención de metales, y sin que por ello se limite su aplicabilidad, se efectuaron dos experiencias, a nivel laboratorio utilizando electrolito industrial típico de la electro- obtención de cobre, que conlleva altos contenidos de ácido sulfúrico, se generó neblina utilizando ánodos de plomo.

En la primera experiencia, la neblina se recogió en forma directa, en tanto que la segunda experiencia la neblina se recogió utilizando los Confinadores Anódicos, motivo de esta invención.

La comparación de los resultados de ambas experiencias muestra, que al utilizar el Confínador Anódico se logra reducir en más del 90% la migración de la neblina al ambiente de trabajo.

Las condiciones en que se efectuaron las experiencias son las siguientes:

Densidad de corriente: 360 A/m ²

Voltaje: 2,3 V

Tiempo de electrólisis: 4 horas Concentración de Acido Sulfúrico (H2SO4): 180 g/1 Concentración de Cobre (Cu): 45 g/1 Temperatura del Electrolito: 45 °C

Material del Anodo: Plomo (Pb)

Material del Cátodo: Acero Inoxidable 316 L En la experiencia en que no se usó el Confínador Anódico, se obtuvo una neblina ácida con una concentración de H ₂ S0 ₄ equivalente a 7000 mg/metro cúbico de aire a condiciones normales, o sea, a 25 °C, y a nivel del mar a 45 ⁰ de latitud geográfica (lo que se abrevia como MCN Metro Cúbico Normal, en Castellano, o (Normal Cubic Meter, NCM, en el idioma inglés).

En la experiencia en la que se usó el Confínador Anódico, se obtuvo una neblina ácida con una concentración de H ₂ SÜ4 equivalente a menos de 1 mg/MCN

En consecuencia, se mostró que el uso del Confínador Anódico, objeto de esta invención, en su realización preferencial, no limitante, utilizada en estas experiencias, es muy eficaz en reducir la migración habitual de la neblina al ambiente de trabajo en la producción de Cobre por electro-obtención.

Vale recordar que el Decreto Supremo N° 594, fija el límite de la neblina ácida en 0,8 mg/MCN y concede un ajuste por altura, de 0,55 mg/MCN para las Plantas que se encuentran en lugares altos, cercanos a la cordillera. Esta tolerancia hace que al utilizar los Confínadores Anódicos de esta invención, salvo excepciones, se cumpla con el límite fijado por el D.S.N ⁰ 594 en las Plantas en altura.