CAMPO TÉCNICO DE LA PRESENTE INVENCIÓN

El presente desarrollo abarca los campos de electro-refinación y electro-obtención en diferentes metales.

DESCRIPCION DE LO CONOCIDO EN LA MATERIA

La obtención y refinación industrial de metales de alta pureza, como cobre, níquel, zinc y otros, se realiza mayoritariamente por electro depositación desde soluciones acuosas ácidas o alcalinas de los metales respectivos. Sea que el metal se obtenga desde sus soluciones utilizando ánodos insolubles o disolviendo ánodos del propio metal, los cátodos utilizados índustrialmente en la actualidad son en ambos casos preferentemente de acero inoxidable, titanio, aluminio y también en algunos casos del propio metal.

En los procesos industriales de depósito de metales por electro depositación, se acostumbraba a colgar cátodos y ánodos y sumergirlos en el electrolito de las cubas o celdas de electro depositado», apoyando la barra de soporte de cada ánodo y cátodo directamente sobre las respectivas barras conductoras, que están ubicadas en los bordes longitudinales superiores de las celdas. Hoy en día se cuenta con guías para el desplazamiento al interior de las cubas, los ánodos y cátodos no pueden oscilar como si fueran péndulos sumergidos en el electrolito. Otro de los objetivos de las guías o elementos plásticos de protección en los bordes laterales de los cátodos

“blank” de acero inoxidable, es evitar que el cobre depositado en una cara se una al de la cara opuesta, lo que imposibilita el despegue de este (encamisado).

Gran parte de los inconvenientes previamente mencionados, fueron subsanados al introducir en la celda, una estructura de soporte de material aislante, como la que se describe en la Solicitud de Patente Chilena N° 1020-04, en la que cada ánodo y cada cátodo es ubicado en una posición vertical fija, mediante guías que aseguran además un espaciado uniforme entre ellos, impidiendo también el movimiento relativo de los mismos. Si bien la estructura resuelve los problemas inherentes a la falta de guias de electrodos (oscilación), ocurre que el uso u operación descuidada puede provocar algunas alteraciones y/o desperfectos que demoran la operación.

Si bien, el uso de guías para los cátodos ha resuelto un tipo de dificultades operativas, se han generado otro tipo de nuevas dificultades, como es el despegue del metal depositado en estos cátodos cuando las placas blank se encuentran en mal estado y la depositación se extiende a los bordes del cátodo, uniendo los depósitos de cobre de ambas caras y en ocasiones incluyendo a las mi smas guías por sus bordes inferiores, Parte de los daños producidos por la mala manipulación de los electrodos, está dado porque el cátodo es una estructura con bordes sólidos y en algunos casos filosos, lo que va generando, cuando es posicionado el cátodo en una guía, que ésta sea dañada por el mismo cátodo o que al bajar el cátodo en una guía, éste quede a medio camino atascado. Lo conocido sobre este tipo de dispositivo es lo presentado en la Solicitud de Patente Chilena N° 1300-2006, la cual presenta un sistema modular potencíador de procesos electro-metalúrgicos, el que comprende perfiles de guías cátodos, de sección transversal tipo omega o tipo U, para dejar en posición fija el cátodo. Además, posee una cabeza en forma cónica invertida superior para facilitar la entrada de los cátodos.

Otro problema que se presenta hoy con respecto a las guías catódicas es que, independientemente de su función de guiar el cátodo en posición correcta, evitar oscilaciones y evitar el encamisamiento del mismo con metal para la cosecha del cátodo, tal como en la solicitud e patente internacional PCT/CL2014/000049, bajo condiciones de alto contenido de cloro en e1 proceso (Muy común hoy en día con el agua de mar purificada por osmosis inversa para el proceso) y falta de mantenimiento o recambio de las guías catódicas, mal mantenimiento de las placas blank, se produce igualmente el encamisamiento o el depósito perimetral del metal, con lo cual, cuando es cosechado se tiende a romper la guía catódica, sobre todo en su parte inferior y a su vez se imposibilita el despegue del cobre desde la placa de acero inoxidable. Todos estos problemas reducen la calidad del producto obtenido, aumentando las horas hombres para la reparación, aumentando el consumo de repuestos y finalmente los costos de producción y originan pérdidas.

Por otro lado, en operaciones mineras con placas blank deterioradas, ya sea porque no hay un cuidado adecuado en su manejo blank o no están inviniendo en el reemplazo mínimo por placas nuevas, las guías catódicas del SELE® no se desempeñan lo suficientemente bien para impedir el depósito de cobre en la zona lateral del cátodo que estas cubren. Este problema, produce generalmente encamisamiento del cobre depositado en ambas caras del cátodo y/o al menos la generación de nodulos de cobre en los bordes y los extremos interiores de los cátodos.

Esta condición imposibilita el despegue del cobre en la cosecha en el primer caso y en el segundo caso se provocan roturas en las guías catódicas agudizando y expandiendo como virus el daño en toda la planta.

Para solucionar todos los problemas previamente señalados, se diseñó el presente desarrollo de un dispositivo cubre-bordes que sea compatible con los componentes existentes con el SELE® y que desempeñe el trabajo de mantención del paralelismo de los electrodos, en este caso, del cátodo, tal como lo realiza la guía catódica en el dispositivo SELE®.

Cualquier dispositivo adosado a un cátodo no permite la interacción con el SELE®, ya sea por la falta de espacio entre los bordes del cátodo y el bastidor del SELE® (Lateral) y la imposibilidad de insertarse en el codo (enganche) inferior de la guía catódica el que, por razones operativas y desempeño, debe permanecer instalado en el bastidor.

Finalmente, se diseñaron dos configuraciones de cubrebordes con la geometría compatible con el dispositivo SELE®. El primero básicamente una “U” simple, el que captura al cátodo por su forma y estrechez de su “boca” y el segundo una “H”, al que al instalarle un inserto en un canal de su “lomo” se estrecha mecánicamente la boca en la zona de captura del cátodo, aumentando la fuerza prensora.

RESUMEN

La producción de metales en celdas electrolíticas con sistemas de guías catódicas y anódieas entrega gran eficiencia y eficacia en la resolución de problemas- tradicionales en la electro-obtención, tales como, eliminar la oscilación de cátodos y ánodos en el proceso, guiar en una buena posición tanto cátodos como ánodos y eliminar efectos de encamisam lento en los bordes del cátodo “blank”. Bajo ciertas condiciones operativas, las guías no son suficientemente eficientes en poder evitar el encamisamiento del cátodo, rompiéndose esta cuando se es cosechado el cátodo con el metal, Para este fin, se desarrolló un dispositivo cubrebordes, tanto para su uso con dispositivos de guías o sin ellas, con el propósito de evitar el encami semiento del cátodo. Si es utilizado en conjunto con la guía, evita la rotura de la guía al momento de la siembra ya que hay interacción plástico / plástico en vez de plástico / metal y facilita la cosecha del cátodo porque al impedir su encamisamiento, el cátodo se retira fácilmente desde la guía sin fracturarla. Además, al ser un dispositivo cubrebordes separado estructuralmente de la guía, se puede utilizar sin esta. Si se utiliza en conjunto y se llega a dañar el dispositivo cubrebordes, la guía y el cátodo quedan libres para su operación, pudiendo ser fácilmente reemplazado el dispositivo cubrebordes al momento de la cosecha.

El dispositivo cubrebordes es elaborado en una o dos piezas estructurales donde por un lado se adapta al borde lateral del cátodo, por el extremo inferior puede interactuar con el codo u otros elementos utilizados comúnmente para afianzar el cátodo y/o en toda su longitud con las guías catódicas en la cuba electrolítica o con la sección superior de esta úl tima. Principalmente se presenta en dos configuraciones, el cubrebordes tipo “U” y el cubrebordes tipo "H". El cubrebordes tipo "U”, por el lado opuesto posee una forma convexa v/o para el cubrebordes tipo

“H”, una ranura para insertar un elemento (rodón) que ajusta la zona que interactúa con el borde del cátodo. Sus dimensiones generales le permiten ¡nteractuar con diversos elementos que sirven para posicionar los electrodos en las celdas de electro obtención, tales como guías, separadores, etc. Sin hacer modificaciones en estos.

DESCRIPCION DEL DESARROLLO

Debe entenderse que el presente desarrollo no está limitada a la metodología particular. compuestos, materiales;, técnicas de manufactura, usos y aplicaciones aquí descritas, pues éstas pueden variar. También debe entenderse que la terminología empleada aquí es usada con el solo propósito de describir una representación particular, y no intenta limitar la perspectiva y el potencial del presente desarrollo.

Debe notarse que el sistema, pieza, elemento, uso y método, aquí, en el pliego de reivindicaciones y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un ‘‘uso o método”, es una referencia a uno o más usos o métodos e incluye equivalentes conocidos por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a “un paso", “una etapa" o a

“un modo", es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub-pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes.

Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo y más inclusivo posible. Así, por ejemplo, la conjunción “o” debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un “o excluyeme”, salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables. Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta.

Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta.

Los métodos, técnicas, elementos, sistemas y piezas similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención.

Se incorporan todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente desarrollo.

Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente.

A este respecto nada debe considerarse como una admisión o aceptación, rechazo o exclusión, de que los autores y/o inventores no estén legitimados de serlo, o de estar entefechadas dichas publicaciones en virtud de otras anteriores, o por cualquier otra razón.

Un par de conceptos aplicados en la presente invención se basa en la definición de “bastidor" nos referimos a un amplio rango de alternativas que van desde un par de barras de sujeción hasta un módulo pre-armado con guías de uso inmediato y toda la gama de alternativas que puedan existir entre lo mencionado previamente incluyendo la celda misma de electro depositación. Dentro de los sistemas que utilizan bastidor esta el sistema SELE®, el cual significa Selective Electrq-deposition Enhaced.

Otro concepto que se recoge en el présente desarrollo es el de “encamisado”, el cual se refiere a cuando el cobre depositado sobre un lado de un cátodo "blank” por ejemplo de acero inoxidable, se une con cobre depositado del otro lado del cátodo, generando una especie de camisa, prácticamente imposible de separar, tal como se ve en la figura 7/8

El presente desarrollo del dispositivo cubrebordes puede interactuar con las guías catódicas o actuar por sí solo, acoplándose y desacoplándose en forma simple, a diferentes tipos de bastidores o elementos, que le confieren propiedades que potencian la solución de problemas que se presentan en la práctica de los procesos de Electro - Metalurgia, como los descritos anteriormente en el Capítulo “Descripción de lo Conocido en la Materia”, El dispositivo cubrebordes comprende dos configuraciones, la primera configuración o de tipo ^"U" comprende dos lados operativos, el primero que abraza cualquiera de los bordes laterales del cátodo en forma de pinza y el segundo lado con forma convexa para poder deslizase sobre una guía catódica previamente instalada o simplemente conectarse al codo inferior con cooperación del cabezal de la guía para quedar posicionado. La segunda configuración o del tipo

“H” comprende dos lados operativos, el primero que abraza cualquiera de los bordes laterales del cátodo en forma de pinza y el segundo que da al bastidor donde comprende un surco en todo su largo, donde va un radón con el fin de generar apriete en forma de pinza sobre el otro lado del dispositivo cubreborde, sobre el cátodo. Va colocado un radón para que éste interactúe con toda la longitud de la guía catódica si es que está instalada, o solo a los extremos inferiores del cátodo, dentro de los codos, si la guía no está instalada, manteniendo la verticalidad y evitando el libre movimiento de balanceo contra el ánodo.

Este dispositivo cubrebordes está fabricado en una sola pieza larga de entre los 4 metros a los 10 cm de preferencia 3 mts, 2,5 mts y 1,25 mts, que cubre la totalidad o casi la totalidad de los bordes del cátodo. Su ancho exterior, debe poder entrar dentro de los surcos de las guías catódicas si estas están disponibles en la celda, eso es entre los 0,4 cm a 4 cm, de preferencia 2 cm. El ancho interior del canal de alojamiento del cátodo del dispositivo cubrebordes debe de ser de un ancho adecuado al grosor de un electrodo catódico sin depositación, esta medida va desde los 0,3 cm a los 0,5 cm, de preferencia 0,35 cm. El dispositivo cubrebordes es de material polimérico con o sin cargas inorgánicas resistentes al ambiente térmico, químico y con propiedades físicas mejoradas, para un mejor desempeño en el ambiente en donde la pieza se utilice, de preferencia se usan termoplástieos basarlos en resinas termo formables, lermofijadas y/o epóxícas, tales como el PVC (Polivinilcloruro), cPVC, fibra de vidrio, PP (Polipropileno), teflón y/o sus mezclas. En refinación de minerales, de preferencia, el polímero de mejor uso es el

PP o cPVC por su resistencia térmica sobre los 80°C. Para procesos de Electro-depositación, de preferencia, se prefiere usar PP, PVC o cPVC que resisten temperaturas hasta al menos 60°C.

También ambas configuraciones del cubrebordes pueden o no tener un reborde a lo largo de toda la pieza o en forma parcial a lo largo de la pieza, con el fin de entregarle rigidez estructural a la misma.

Por otro lado, tanto el codo como la parte del cabezal de la guia catódica están descritos en la solicitud de patente PCT/CL2014/000049, siendo parte del estado del arte, Sin embargo, la interacción de estas partes con el dispositivo del presente desarrollo nunca ha sido descrito,

Cuando la celda posee bastidores con guías catódicas, el dispositivo de cubrebordes en ambas configuraciones sujeta la lámina del electrodo catódico. Por el lado opuesto, tanto para la configuración tipo “U” (forma convexa) como para la configuración “H” (con rodón), se introduce todo el dispositivo dentro del surco de la guía catódica, interactuando por la parte superior de la guía con la zona superior del cabezal e interactuando por la parte inferior de la guía conectada al codo. Si la celda está en una configuración en donde solo quedan los codos en la paite inferior de la celda, el dispositivo de cubrebordes interactúa y se conecta con ellos, y en la parte superior del bastidor el dispositivo cubrebordes se guía a través del cabezal de la guía recuperado.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1/8

La Figura 1/8 muestra una vista frontal de la figura 5/6 del estado del arte de la solicitud

PCT/CL2014/000049. La gran diferencia de esta solicitud y el presente desarrollo es que el dispositivo cubrebordes, es un dispositivo que se ajusta al cátodo directamente y no es parte estructural de la guía catódica, sino que envuelve en sus bordes al cátodo, pudiendo utilizarse tanto con una guía o sin ella, con el fin de que cuando se retira el cátodo, y la guía esté dañada, sin posibilidad de cambiarla, siga existiendo protección contra el encamisamiento cuando se inserte una placa en esa posición. También este dispositivo puede ser reemplazado en caso de daño, sin afectar a la guía y viceversa. Las letras de identificación señaladas son: a.- Zona de Cabeza de la guía catódica b.- Zona del Canal de la guía catódica q.- Estructura soportante de cátodos y ánodos, equivalente al bastidor (8) c. - Zona del soporte inferior equivalente al codo para la guía catódica (1 )

Figura 2/8

La Figura 2/8, en su parte superior, muestra una vista en frontal en ángulo, de una sección de una celda de electro-obtención con el dispositivo cubrebordes tipo "U", el codo para la guía catódica, el cabezal de guía catódica y un cátodo. Se ve en la parte inferior como interactúa el cubrebordes con el codo que originalmente sujetaba un dispositivo de guía catódica. En la parte inferior de la figura se observa un despiece de la sección de una celda de electro-obtención con el dispositivo cubrebordes tipo “U”. Figura 3/8

La Figura 3/8, en la imagen de la izquierda, muestra una vista cercana del detalle de la interacción del dispositivo cubrebordes tipo “U” con el codo (enganche) de la guía catódica y una sección de cátodo. La imagen de la derecha presenta el mismo codo con su interacción con el cubrebordes tipo "U" y el cátodo desde un punto de vista lateral.

Figura 4/8

La Figura 4/8, en su imagen superior izquierda, muestra una vista lateral superior de la interacción entre el Cabezal de guia catódica y el cubrebordes tipo “U”. La imagen superior derecha muestra el detalle de la interacción entre el Cabezal de guía catódica y el Bastidor.

Finalmente, la figura inferior muestra una comparación entre el Cabezal de guía catódica y la

Guia catódica (Estado del arte).

Figura 5/8

La Figura 5/8, en su imagen superior, presenta una vista superior de la interacción del cubrebordes tipo "U” y el cátodo mismo. La imagen inferior presenta una vista lateral superior de la interacción entre el cátodo y el cubrebordes tipo “U".

Figura 6/8

La Figura 6/8, en su imagen superior, presenta una vista superior de la interacción del cubrebordes tipo "H”, el cátodo mismo y el radón. La imagen inferior presenta una vista lateral superior de la interacción entre el cátodo, el cubrebordes tipo “H” y el radón, con el fin de ajustar y apretar el cubrebordes al cátodo.

Figura 7/8

La figura 7/8 presenta en su imagen superior, un esquema de una vista superior sobre el efecto del encaroisamiento sobre el cátodo de acero inoxidable. La imagen inferior en cambio presenta el esquema del efecto limitador del encamisamiento cuando se utiliza el cubrebordes tipo "U".

Figura 8/8 La figura 8/8 presenta en su imagen izquierda un cátodo con cubrebordes tipo “H” acercándose a dos guías catódicas previamente instaladas. La imagen de la derecha presenta la interacción entre los cubrebordes tipo “H”, el rodón y la guía catódica, se ve claramente como parte del cubrebordes y el rodón son introducidos en parte dentro del canal que tiene la guía catódica previamente instalada.

Los números indicados en las figuras tienen el siguiente significado: ( 1 ) Codo para la guía catódica (estado del arte)

(2) Sección exterior de codo (enganche) - guia catódica (estado del arte)

(3) Canal de posicionamiento de la guía en el codo (estado del arte). Al no existir la guía, posiciona al cubreborde

(4) Agujero de fijación del codo de guía catódica al bastidor (estado del arte) (5) Parte plana del fondo del embudo de posicionamiento del codo de la guía (estado del arte)

(6) Cubreborde tipo "U"

(7) Cátodo inoxidable (blank) (8) Bastidor (SELE®) / (estado del arte)

(9) Cabezal de guía catódica recuperada y mecanizada para ser usada como elemento guía para facilitar la introducción del cátodo con cubreborde durante la siembra

(10) Cubreborde tipo “H” (11) Rodón del cubreborde tipo “H”

(12) Reborde del cubreborde tipo “U"

(13) Canal del cubreborde

(14) Depresión de enganche del cubreborde a la Cabeza de guía catódica

(15) Guía Catódica (Estado del arte)

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Se ha instalado a manera de prueba industrial, en el norte de Chile, la tecnología de cubre-bordes materia del presente desarrollo,

Se realizó un estudio comparativo del rechazo del carrusel antes y después de

¡mplementación de placas con cubrebordes tipo “U” (burieles) y también se analizó el rechazo por subgrupos con placas con cubrebordes versus subgrupos contemporáneos con placas sin cubrebordes

Se realiza Una estadística del histórico de rechazos del carrusel de cátodos de cobre por subgrupos.

Los subgrupos revisados son: 3A, 3B, 3C, 3D, 3E; 4F, 4H. (subgrupo con burletes)

Se determina el promedio de rechazos de carrusel de 6 ciclos antes de primera cosecha con burletes, y se compara con el promedio de rechaza» carrusel de los ciclos ocurridos desde la fecha de primera cosecha en adelante.

Para determinar el porcentaje en peso de cobre que se va por carrusel, se considera los siguientes criterios para ambos casos:

-Una fracción de placas con cobre del 60% del total de las rechazadas por carrusel de un subgrupo.

-Peso promedio de cobre de una placa rechazada por carrusel de 60 kg/placa.

-Peso promedio de cobre de placa alimentada a la MDC de 80 kg/placa (basado en históricos de mayo, junio y julio).

Comparación rechazo carrusel antes y después de implementación de placas con cubrebordes

Al comparar ambos casos se obtiene un 1 ,23%* menos de cobre rechazado por carrusel

Comparación rechazo carrusel de subgrupos con placas con cubrebordes versus subgrupos contemporáneos con placas sin cubrebordes Al comparar ambos casos se obtiene un 1 ,18%* menos de cobre rechazado por carrusel

En base a los resultados se concluye que con la aplicación de placas con cubrebordes tipo

“U" en celdas con dispositivo SELE, se obtiene y obtendrá un 1,2% más en calidad grado A.

En otra experiencia paralela se analizó el subgrupo específico 4F con cubrebordes tipo

“H” revisando el rechazo del carrusel antes y después de implementación de los cubrebordes.

Este análisis entrega una clara mejora en la disminución de los rechazos de las placas en un 2,3%.

Como se mencionaba anteriormente, todas las pruebas se están realizando en celdas equipadas con dispositivos SELE®, sin desmedro de que esta tecnología se puede utilizar en celdas convencionales.

Las pruebas se están llevando a cabo desde mayo de 2019 a la fecha de agosto de 2019 y el cliente tiene la intención de difundir su instalación a toda la nave gracias a los resultados obtenidos,