PROCESOS ELECTROLÍTICOS

La presente invención se refiere a un sistema de seguimiento de los ánodos empleados en los procesos electrolíticos, que permite conocer los cambios del ánodo durante el mismo y optimizar su acondicionamiento.

Antecedentes de la invención

La obtención de metales, como por ejemplo zinc, se puede realizar mediante procesos de electrólisis.

Por electrólisis se entiende, en general, la descomposición de sustancias químicas mediante corriente eléctrica. La denominación, no obstante se aplica igualmente a ciertos procesos que utilizan la corriente eléctrica para obtener compuestos químicos.

En los procesos electrolíticos que se llevan a cabo en las cubas electrolíticas, la energía eléctrica se aplica a las soluciones electrolíticas que se encuentran en las cubas, mediante dos electrodos, ánodo y cátodo, que conducen la electricidad metálicamente. Los cambios químicos originados por la corriente eléctrica tiene lugar dentro de la solución y, precisamente, sobre la superficie sumergida de los electrodos.

Los electrodos que recibirán el depósito metálico, constituyen los cátodos, mientras que las láminas o placas del metal en el que se depositan los sedimentos e impurezas se denominan ánodos.

El ánodo presente en los procesos electrolíticos, comprende una placa anódica plana de un determinado espesor, y en cuya superficie se encuentren distribuidos una serie de aisladores de plástico, con el fin de evitar cortacircuitos por contacto entre placas así como unos separadores de plástico que facilitan la introducción de los ánodos en las cubas electrolíticas. En las cubas, los electrodos ánodos y cátodos están dispuestos uno detrás del otro en paralelo a una distancia determinada. La corriente eléctrica circula de ánodo a cátodo a través del electrolito, y entra al sistema por el borne positivo de modo que los ánodos son los que introducen la corriente al sistema, pasando la corriente a través de la solución electrolítica y saliendo por los cátodos. Al estar dentro de la cuba, los electrodos deben mantener entre sí la distancia necesaria para garantizar las condiciones de operación. Al sacar o introducir los electrodos en las cubas, puede llegar a producirse el contacto directo entre ánodos y cátodos. Para mantener cierta distancia entre los electrodos en algunos modelos de los ánodos está prevista la colocación de unos aisladores. Los aisladores fabricados en un material dieléctrico y resistente al ambiente ácido, aseguran la separación adecuada entre los electrodos.

Debido al ambiente y al tipo de limpieza al que son sometidos los ánodos, es notable su deterioro, el cual se refleja en una perdida dimensional de material, y en el desgaste, pérdida y ensuciamiento de los aisladores y separadores de plástico.

Además, los ánodos, una vez sometidos a sucesivos ciclos de electrólisis y acondicionamiento, y favorecido por el elevado peso que tienen, pueden cambiar sus dimensiones sobre todo longitudinales. Al alargarse longitudinalmente la lámina del ánodo puede alcanzar el fondo inferior de la cuba, donde, con el tiempo se han acumulado los lodos procedentes del desprendimiento de impurezas de los propios ánodos. Si en un determinado momento las láminas de ánodos alcanzan el nivel de los lodos y entran en contacto con ellos, puede producirse un cortocircuito.

Por todo esto, el conocimiento de la evolución de la cantidad de materia, del área superficial y de la geometría del ánodo en ciclos de electrólisis y acondicionamiento, es fundamental para mantener el rendimiento del proceso electroquímico.

La verificación en las placas anódicas puede realizarse mediante inspección visual por operarios especializados que separan las placas desgastadas para su reacondicionamiento o retirada definitiva. Esta inspección visual resulta poco fiable en cuanto a que la evaluación depende del criterio profesional aplicado por el operario, además de resultar laboriosa y difícilmente estandarizable.

También son conocidos sistemas de seguimiento de los ánodos mediante procesos sistematizados.

Por ejemplo el documento patente con número de publicación US2009136122 describe un sistema para la inspección de ánodos que comprende un sistema de captura de imágenes para obtener imágenes de una cara del ánodo y un procesador de datos para obtener las características de los ánodos a partir de los datos extraídos. Este sistema al tener sólo un sistema de captación de imágenes no obtiene toda la información posible del ánodo por lo que tampoco se puede mejorar el procedimiento en toda la extensión posible.

La solicitud internacional con número de publicación WO2012168501 describe un sistema de verificación de la calidad de ánodos empleados en procesos electrolíticos, que presentan al menos dos dispositivos de captación de imágenes, uno enfrentado a la primera cara de la placa anódica y un segundo dispositivo de captación de imágenes enfrentado a la segunda cara de la placa anódica; una unidad de control conectada al sistema de captación de imágenes. Dicha solicitud se centraba en un estudio de las superficies de los ánodos y tiene como objeto la observación de los ánodos para ser cambiados en caso de deterioro. Por lo tanto, por lo que muestra el estado de la técnica, un sistema de seguimiento de la evolución de los ánodos que permita estudiar su relación con el proceso electrolítico y optimizar su acondicionamiento, es de gran interés.

Descripción de la invención

Los inventores han encontrado un sistema de seguimiento de ánodos que permite procesar de forma automática el reacondicionamiento de los ánodos que han sido utilizados en las cubas electrolíticas. Al realizarse un seguimiento de la evolución del ánodo y de su posible deterioro, permite estudiar la relación del ánodo con el proceso electrolítico y optimizar el acondicionado de los ánodos.

El deterioro de los ánodos se manifiesta en: la pérdida de material de la placa anódica; el alargamiento longitudinal de la placa anódica; el desgaste, la suciedad y la pérdida de los aisladores, que evitan los cortacircuitos por contacto entre placas; el desgate y la pérdida de los separadores de plástico, que facilitan la introducción de los ánodos en las cubas electrolíticas y la pérdida de planicidad de la placa anódica. La suciedad depositada en los aisladores es consecuencia directa del alargamiento paulatino de la placa anódica. Dicho alargamiento provoca que la posición de dichos aisladores sea variable, mermando eficacia de los elementos de acondicionamiento dedicados a la limpieza de las placas anódica. El rendimiento del procedimiento electrolítico se beneficia del sistema de la presente invención que permite la correcta alineación de los elementos de acondicionamiento dedicados a la limpieza, garantizando la adecuada limpieza de los aisladores.

El conjunto de los ánodos a acondicionar están alojados en un vagón de transferencia, que transporta los ánodos de la cuba electrolítica para su tratamiento secuencial en una estación de cepillado, una estación de bateado y una estación de inspección.

Los ánodos presentan un soporte de información detectable a distancia, que almacena la identificación del ánodo.

Si una vez inspeccionado el ánodo cumple con las condiciones para ser reutilizado, el ánodo se transporta de nuevo a la cuba electrolítica alojado en el vagón de transferencia. Si no cumple las condiciones para ser reutilizado, el ánodo se lleva mediante el vagón de transferencia a una estación de rechazo, que tiene como función principal la sustitución de aquellos ánodos marcados como defectuosos por la estación de inspección.

El sistema presenta en la estación de inspección: un sistema de pesaje, un sistema de captación de imágenes y un sistema de trazabilidad del ánodo, una unidad de control conectada al sistema de captación de imágenes y al sistema de pesaje, una unidad de registros y un sistema de izado.

El sistema de pesaje toma los datos para determinar la pérdida de peso del ánodo. En una materialización el sistema de pesaje se realiza mediante un conjunto de células de carga y un equipo transmisor para procesar y convertir la señal generada por dicho conjunto a un formato proporcional estandarizado que permite su conexión directamente con una unidad de control.

El sistema de captación de imágenes, que recoge la información de cada cara del ánodo, comprende al menos un primer dispositivo de captación de imágenes enfrentado a la primera cara de la placa anódica y al menos un segundo dispositivo de captación de imágenes enfrentado a la segunda cara de la placa anódica, para captar sucesivas imágenes digitalizadas de sucesivas franjas horizontales de las respectivas caras de la placa anódica cuando se produce un desplazamiento relativo entre dichos dispositivos de captación de imágenes y la placa anódica. En una materialización preferente el sistema de captación de imágenes es un sistema de triangulación láser.

El sistema de trazabilidad presente en la invención tiene como finalidad controlar en todo momento la ubicación y las características del ánodo en el proceso electrolítico. El sistema de trazabilidad permite distinguir unívocamente cada ánodo y vincular al mismo los resultados de las mediciones del sistema. En una materialización particular el sistema de trazabilidad es una antena RFDI y un lector RFID complementario a un Tag situado en el ánodo. La unidad de control está conectada a los sistemas de captación de imágenes, pesaje y de trazabilidad de ánodo. Dicha unidad está provista de medios comparadores para comparar parámetros captados de cada imagen, con parámetros de referencia de al menos una imagen de referencia digitalizada, de las caras de una placa anódica intacta, comprendidos en medios de memoria. De forma análoga, es posible comparar si el peso del ánodo está comprendido en el margen definido por los parámetros de peso máximo y mínimo de una placa anódica de referencia para el proceso electrolítico.

En una realización de la invención, los parámetros de referencia están seleccionados entre primeros parámetros identificativos de las posiciones de aisladores en la placa de referencia; segundos parámetros identificativos dimensionales de cada aislador en estado intacto; terceros parámetros identificativos de la longitud de la placa de referencia; cuartos parámetros identificativos del estado superficial de la placa de referencia; quintos parámetros identificativos del contorno de la placa de referencia; sextos parámetros identificativos de cada uno de los separadores de en estado intacto; séptimos parámetros identificativos del peso de la placa anódica de referencia y combinaciones de estos parámetros identificativos.

Así, la comparación de las medidas realizadas con los primeros parámetros identificativos permite detectar la ausencia de uno o más aisladores en la placa anódica inspeccionada, con los segundos parámetros permite detectar roturas o desgastes excesivos de uno o más aisladores en la placa anódica inspeccionada, con los terceros parámetros permite detectar un alargamiento excesivo de la placa anódica inspeccionada, con los cuartos parámetros permite detectar roturas, faltas de material, depósitos de residuos y defectos de planitud en la placa anódica inspeccionada; con los quintos parámetros permite detectar deficiencias en los bordes de la placa anódica inspeccionada; con los sextos parámetros permite detectar roturas, desgastes o ausencia de los separadores de la placa anódica inspeccionada; con los séptimos parámetros identificativos permite detectar la merma material de la placa anódica.

La unidad de registro del sistema almacenará en un dispositivo de memoria las mediciones dimensionales y de peso que caracterizan a cada ánodo, lo que permite observar la variación de los mismos a lo largo del tiempo y valorar el efecto que variaciones del proceso electrolítico o del reacondicionamiento pueden tener en el deterioro de la lámina anódica. El sistema puede comprender también medios de archivo de imágenes captadas y medios procesadores de imágenes conectados a los medios comparadores para incluir, en cada imagen captada de una placa anódica completa, una identificación de al menos una falta de cumplimiento por la imagen captada de al menos un tipo de parámetros de referencia que ha sido detectado por los medios comparadores, y medios de visualización, como por ejemplo una pantalla, para visualizar cada imagen captada de la placa anódica completa que incluye dicha identificación.

Por lo tanto, un aspecto de la invención se refiere a un sistema de seguimiento de ánodos empleados en procesos electrolíticos de entre los que presentan una estación de inspección, una estación de cepillado y una estación de bateado caracterizado porque:

la estación de inspección de la superficie de los ánodos y de sus elementos aisladores que están en dicha superficie comprende:

a) un sistema de pesaje que presenta un conjunto de células de carga y un equipo transmisor de la información a una unidad de control;

b) un sistema de trazabilidad de ánodo;

c) un sistema de captación de imágenes;

d) una unidad de control conectada al sistema de captación de imágenes, pesaje y de trazabilidad de ánodo provista de medios para comparar los parámetros captados por los sistemas de captación de imágenes y pesaje con parámetros de referencia;

e) una unidad de registros que procesa y almacena los datos captados; y f) un sistema de izado del ánodo

la estación de cepillado comprende:

un sistema de izado del ánodo con medios de control de la posición que reciben información de la posición de los aisladores de la unidad de control.

En una materialización preferente el sistema comprende una unidad de rechazo, que comprende un sistema autónomo, preferentemente un robot que tiene como función principal la sustitución de aquellos ánodos marcados como defectuosos por la estación de inspección.

En una materialización preferida las estaciones se sitúan sobre bastidores.

En una materialización preferida el sistema de izado que presentan las estaciones, cuya finalidad es elevar el ánodo para realizar el tratamiento específico que corresponda, se materializa en un carro accionado por un motorreductor controlado por un variador con resistencias de frenado y dispone de un freno de bloqueo. La posición del carro es controlada por medio de un encoder, así como de detectores en puntos específicos.

Según una realización preferente de la invención, el sistema incluye en el bastidor de la estación de inspección, un conjunto de células de carga colocadas de forma que soportan al sistema de izado del ánodo. Descontado el peso propio del sistema de izado (tara) es posible obtener el del ánodo inspeccionado. Adicionalmente, un equipo transmisor realiza el procesamiento y conversión de la señal generada por dichas células, a un formato proporcional estandarizado, que permite su conexión directamente a la unidad de control.

Preferentemente en la estación de inspección se realiza un soplado con aire de la superficie del ánodo con el objetivo de eliminar las gotas de agua que pueda quedar sobre la superficie del ánodo como resultado de su acondicionamiento previo en las estaciones de cepillado y bateado y que puedan perturbar la inspección de la superficie. Mas preferentemente el soplado se realiza mediante cuchillas de aire.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La FIG. 1 muestra una vista en perspectiva del sistema de seguimiento de la invención.

La FIG. 2A muestra una vista en perspectiva del ánodo en la estación de inspección.

La FIG. 2B muestra un detalle la cabeza del ánodo.

La FIG. 3 muestra un detalle de la parte superior de la estación de inspección que muestra la situación de las células de carga.

La FIG. 4 muestra un detalle de la parte inferior de la estación de inspección que muestra la posición de unas cuchillas de aire en dicha inspección.

Descripción de una realización preferida La FIG.1 muestra una vista en perspectiva del sistema de seguimiento de la invención. La FIG.1 muestra la estación de cepillado (1), la estación de bateado (2), la estación de inspección (3) a donde los ánodos son transportados alojados en un vagón de transferencia (4).

De acuerdo con una realización preferida, y como se muestra en la FIG. 2, el ánodo (5) está provisto de aisladores (5.1) convencionales, en ambas de sus caras. La cabeza del ánodo presenta forma de barra con extremos que sobresalen de los bordes laterales de la placa anódica. En la FIG. 2A se muestra el ánodo en la estación de inspección. Dicha estación comprende un bastidor (6) con cuatro pilares verticales unidos entre sí por largueros y travesaños.

En la parte superior del bastidor (6) está montado un sistema de izado (7) para elevar y bajar el ánodo (5) de manera que se desplace verticalmente entre los respectivos dispositivos de captación de imágenes (no representados) en dos barras de soporte longitudinales. El dispositivo de izado (7) comprende un grupo motor (7.1) que propulsa un eje propulsor (7.2) transversal en el que están montados al menos dos dispositivos de bobinado (7.3) de al menos un cable (7.4) con una parte extrema acoplada a un dispositivo de sustentación (8) acoplado a la cabeza del ánodo (5).

En la FIG. 3 se muestra la posición del sistema de pesaje en la estación de inspección materializado en cuatro células de carga de cizalladura (9) ubicadas sobre el bastidor (6) y colocadas de forma que soportan el dispositivo de izado (7). La señal de cada una de las células se conecta como entrada a una caja sumadora compensadora, cuya salida es la única señal que se conecta a un equipo transmisor dotado de un conversor A/D de alta resolución, adecuado a la relación entre el peso del ánodo y la tara en el que se genera una señal en un formato proporcional estandarizado que permite su conexión directamente a la unidad de control.

El sistema de trazabilidad presente en la estación de inspección está compuesto por una antena RFID, y un lector RFID. La antena RFID estará ubicada sobre el bastidor a distancia conveniente para la detección del Tag (10) que porta el ánodo, el cual posee un código único que se usará como clave de identificación del electrodo correspondiente. La lectura de dicho código, coordinada con la unidad de control, permite que la unidad de registro pueda almacenar todas las medidas realizadas por el sistema asociándolas a un electrodo caracterizado por dicho código único.

El Tag (10) de identificación irá colocado en la parte superior de la cabeza del ánodo como se muestra en la FIG. 2B. Para ello, se mecanizará la cabeza en la parte superior y se colocará un tapón de plástico que separa el Tag (10) del metal en la parte inferior 5mm para asegurar una buena lectura. Inicialmente se coloca el Tag (10) y posteriormente se rodea con un material no conductor, tipo resina, de tal manera que el TAG (10) queda suficientemente separado del metal.

El sistema de captación de imágenes, no representado, en una materialización particular consta de cuatro equipos idénticos de triangulación láser, montados sobre el bastidor (6) de la estación de inspección, dispuestos de forma que 2 pares de estos equipos sirven para inspeccionar sendas caras del ánodo.

Cada uno de los equipos, cuenta con una fuente láser horizontal y el par situado a cada lado tiene la apertura suficiente para abarcar la inspección del ancho de los ánodos.

La inspección se realizará durante movimiento vertical de los ánodos, que realiza el sistema de izado (7) integrado en el bastidor (6) de la estación de inspección. Se recibirá una señal del transductor de la posición del sistema de izado (7) (encoder), para sincronizar las adquisiciones del sistema de captación de imágenes con el movimiento del ánodo (5).

Cada equipo de triangulación láser se complementa con una línea vertical láser que, en combinación con las triangulaciones horizontales, permitirá obtener la forma completa de la superficie y las dimensiones, real y aparente del ánodo, entendiendo por real la correspondiente al desarrollo de la superficie tras su aplanado y por aparente, la que se vería con una cámara 2D. Esta medida permite compensar la posible oscilación del ánodo durante su movimiento vertical de izado y permite medir con precisión la planitud del ánodo.

Por último, en la estación de inspección se realiza un soplado de la superficie del ánodo con dos cuchillas de aire (11), con el objetivo de eliminar las gotas de agua que pueda quedar sobre la superficie del ánodo (5) como resultado de su acondicionamiento previo en las estaciones de cepillado (1) y bateado (2). Este soplado actúa gracias a una válvula de gran caudal pilotada neumáticamente, a partir de una electroválvula controlada por la unidad de control. El secado del ánodo elimina la perturbación que las gotas de agua suponen para la inspección.

En la estación de cepillado (1) existe un conjunto de cepillos, uno por aislador, cuya función específica es la limpieza de la suciedad depositada sobre dichos aisladores. Este conjunto de cepillos está montado en dos bastidores accionados mediante sendos cilindros neumáticos. Cada uno de los cepillos rotativos está accionado mediante motores neumáticos de manera individual. El sistema de izado es idéntico para todas las estaciones y esta accionado por un motor eléctrico controlado por un variador y dotado asimismo de un transductor de posición (encoder). Estos elementos permiten el control de la posición del ánodo durante su izado por lo que, conocida la ubicación de los aisladores para un ánodo en particular según la medida realizada en la estación de inspección que ha quedado almacenada en la unidad de registro, es posible posicionar el carro del sistema de izado en la posición en que cepillos y aisladores están alineados, garantizándose así la eficacia del proceso de acondicionado.