ES2694143T3 - Placas electrolíticas de acero inoxidable - Google Patents

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ES2694143T3 ES15152488.1T ES15152488T ES2694143T3 ES 2694143 T3 ES2694143 T3 ES 2694143T3 ES 15152488 T ES15152488 T ES 15152488T ES 2694143 T3 ES2694143 T3 ES 2694143T3
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Abstract

Una placa electrolítica (1) sustancialmente permanente y/o reutilizable adecuada como un sustrato para la electrodeposición de un metal (2), teniendo dicha placa (1) al menos una superficie (3) para la electrodeposición de dicho metal (2) encima con un acabado superficial mejorado, teniendo dicha superficie (3) una rugosidad superficial para producir la adhesión necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodepósito y su posterior manipulación, siendo dicha adhesión insuficientemente fuerte para prevenir la separación mecánica de dicho electrodepósito de la superficie (3), estando dicha placa (1) al menos parcialmente comprendida de acero de "grado 304", en la que dicho acabado modificado es un acabado pulido definido por una rugosidad superficial Ra dentro del intervalo 0,6 a 2,5 μm.

Description

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DESCRIPCION
Placas electroliticas de acero inoxidable Solicitudes relacionadas
La presente solicitud internacional PCT reivindica prioridad de la solicitud de patente provisional australiana N° 2005901127, presentada el 9 de marzo de 2005, que se incorpora en el presente documento como referencia. La solicitud de patente de Estados Unidos N° 11/281.686, presentada el 16 de noviembre de 2005, tambien reivindica el beneficio del documento AU 2005901127.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a placas electroliticas y, en particular, a placas de catodo sustancialmente permanentes adecuadas para su uso en la recuperacion electrolitica de metales.
La invencion se ha desarrollado principalmente como una placa de catodo de acero inoxidable sustancialmente permanente adecuada para su uso en la extraccion electrolitica de catodos de cobre. La adherencia operativa de una electrodeposicion se potencia por las caracteristicas del acabado superficial del catodo; este desarrollo se describira en lo sucesivo con referencia a la presente solicitud. Sin embargo, se apreciara que la invencion no se limita a este campo de uso particular.
Antecedentes de la invencion
Cualquier discusion del estado de la tecnica en toda la memoria descriptiva no se debe considerar de ninguna forma como una admision de que dicho estado de la tecnica sea ampliamente conocido o forme parte del conocimiento general comun en el campo.
El refinado electrolitico de cobre incluye disolver electroliticamente cobre de anodos impuros de aproximadamente 99,7 % de Cu, y entonces recubrir en bano selectivamente el cobre disuelto en forma pura sobre un catodo. Esta reaccion ocurre en una celda que contiene un electrolito, que es sustancialmente una mezcla de sulfato de cobre y acido sulfurico.
Existen diversos procesos y aparatos para el refinado electrolitico de metal. Para la extraccion electrolitica de cobre, la mejor practica de la industria actual es hacia la produccion y el uso de placas de catodo de acero inoxidable "permanente". Dicha practica se basa en gran medida en el trabajo original (y patentes) de Jim Perry, et al. de Mount Isa Mines, Queensland, Australia. Dichas tecnicas se conocen genericamente en la industria como la tecnologia ISA PROCESS®.
La tecnologia ISA PROCESS® (tambien ISA PROCESS 2000™) es una marca registrada de Mount Isa Mines Limited y ha sido autorizada en Australia, Austria, Belgica, Canada, Chile, China, Chipre, Egipto, Inglaterra, Alemania, India, Indonesia, Iran, Japon, Myanmar, Mexico, Peru, Rusia, Sudafrica, Espana, Suecia, Tailandia y EE.UU.
En este proceso, se sumergen las placas madre de catodo de acero inoxidable en un bano electrolitico con anodos de cobre. La aplicacion de una corriente electrica provoca que el metal base sin refinar del anodo se disuelva en el bano electrolitico y posteriormente se deposite en una forma refinada sobre una hoja de catodo de la placa madre. El cobre electroliticamente depositado se desprende entonces de la hoja flexionando primero la placa de catodo para provocar que al menos parte del deposito de cobre se separe de la misma, y luego extrayendo con una cuna o chorreando con gas el resto del cobre de la hoja.
Dicha extraccion se realiza usando hojas de tipo cuchilla o cunas con borde en cuchilla insertadas entre la hoja de acero y el cobre depositado en el borde superior del cobre. Alternativamente, la extraccion se puede realizar pasando automaticamente los catodos cargados de cobre a traves de una estacion de martilleo en la que el cobre depositado se golpea rapidamente cerca de su borde superior desde ambos lados. Esto desprende el borde superior de cobre y entonces la extraccion se acaba dirigiendo una o mas corrientes de aire hacia el minusculo espacio entre el acero y el borde superior desprendido del cobre. Sin embargo, la extraccion se efectua mas preferentemente mediante el aparato de flexion desarrollado por los solicitantes y patentado como la patente australiana N° AU 712.612, o mediante el metodo relacionado (patente de Estados Unidos N° US 4.840.710).
La placa madre de catodo generalmente consiste en una hoja de acero inoxidable, y una barra de suspension conectada al borde superior de la hoja para sujetar y soportar el catodo en el bano electrolitico.
ISA PROCESS® emplea un sistema de multiples celdas, dispuestas en serie para formar secciones practicas. En las celdas, los electrodos, el cobre anodico y los catodos se conectan en paralelo.
Como una alternativa a ISA PROCESS®, otra metodologia es el uso de laminas de inicio de cobre de mayor pureza, como sustrato de catodo sobre el que se electrodeposita el cobre. Estas laminas de inicio se producen en celdas
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electroliticas especiales por una electrodeposicion de 24 horas de cobre sobre cualquiera de piezas en bruto de cobre o de titanio laminadas en duro.
La preparacion de la lamina de inicio incluye el lavado, alisado y refuerzo de la lamina. Las laminas se suspenden entonces de barras de suspension de cobre laminado por bucles unidos de tiras de cobre.
La diferencia fundamental entre ISA PROCESS® y la tecnologia convencional de laminas de inicio es que ISA PROCESS® usa una pieza en bruto de catodo reutilizable 'permanente' en lugar de una lamina de inicio de cobre no reutilizable.
El elemento clave de la tecnologia es el diseno patentado de la placa de catodo ISA PROCESS®. La propia placa se fabrica de acero inoxidable "316L", soldada a una barra de suspension de seccion rectangular hueca de acero inoxidable. La barra de suspension se encapsula con cobre electroliticamente recubierto en bano para la conductividad electrica y la resistencia a la corrosion.
El acero inoxidable es un metal basado en hierro que contiene niveles muy bajos de carbono (en comparacion con el acero dulce) y diversos niveles de cromo. El cromo se combina con oxigeno para formar una pelicula superficial adherente que resiste a la oxidacion. El acero inoxidable 316L de la placa de catodo ISA PROCESS® tiene una composicion aproximada de: <0,03 % de carbono, 16-18,5 % de cromo, 10-14 % de niquel, 2-3 % de molibdeno, <2 % de manganeso, <1 % de silicio, <0,045 % de fosforo, <0,03 % de azufre y el resto hierro.
El 316L austenitico es la calidad estandar para rodamientos de molibdeno. El molibdeno proporciona a 316L excelentes propiedades globales de resistencia a la corrosion, particularmente mayor resistencia a la corrosion por picaduras y por fisuras en entornos acidos.
Sin embargo, la seleccion apropiada del acero no garantiza, por si misma, el exito. Las caracteristicas de adherencia superficial deseadas de una placa de catodo son que proporcione una tenacidad de union suficiente entre la hoja de acero y el cobre depositado encima para evitar que el cobre se pele o desplome del acero voluntariamente.
Para este fin, al acero inoxidable 316L se le proporciona el acabado superficial "2B". El acabado 2B tiene brillo intermedio y mate, siendo una superficie gris plateada semi-brillante producida por laminado en frio, recocido y descascarillado, y luego laminado final ligeramente con rodillos pulidos. El resultado es una superficie gris semi- brillante que se denomina "laminado de temple" o "2B" ("B" = brillante) y tiene un indice de aspereza superficial (Ra) de entre 0,1 y 0,5 pm. El acero 2B se usa frecuentemente para equipos de proceso dentro de la industria alimentaria cuando se requiere una superficie que sea facil de mantener limpia.
La suavidad y reflectividad de la superficie mejoran a medida que el material se lamina a tamanos cada vez mas delgados. Cualquier temple que se necesite hacer para efectuar la reduccion requerida del calibre, y el temple final, se efectua en una atmosfera inerte muy estrechamente controlada. Por tanto, sustancialmente no ocurre oxidacion o descascarillado de la superficie y no existe necesidad de decapado y pasivado adicionales.
Como se usa en ISA PROCESS®, la hoja de acero 316L con acabado 2B tiene 3,25 mm de espesor, que se suelda a una barra de suspension de seccion hueca de acero inoxidable (publicacion de patente internacional numero WO 03/062497; publicacion de patente de EE.UU. N° US 2005126906). Para mejorar la conductividad electrica, la barra de suspension se encapsula con un recubrimiento de cobre recubierto electroliticamente en bano de 2,5 mm. Los bordes verticales (patente australiana N° AU 646.450) se marcan con tiras de borde de plastico (solicitud de patente internacional numero PCT/AU00/00668) para evitar que el catodo de cobre crezca alrededor de los bordes. El borde inferior se oculta con una delgada pelicula de cera que, aunque evita que el cobre envuelva la placa, no proporciona un saliente para recoger la caida de fangos anodicos, que de otro modo contaminarian el cobre del catodo.
Debido a que la fabricacion y el cambio de laminas de inicio es cada vez mas caro, las refinerias que operan a traves de estos medios generalmente operan dos ciclos de catodo por ciclo de anodo, concretamente, cada uno de los catodos de lamina de inicio se recubren en bano generalmente con cobre metalico durante 12 a 14 dias antes de retirarlos; a continuacion, se inserta una segunda lamina de inicio entre los anodos. Por consiguiente, el ciclo del anodo es generalmente del orden de 24 a 28 dias. Al final del ciclo del catodo, se retira el desecho del anodo, se lava y se devuelve a la instalacion de fundicion para la fusion y la refundicion en anodos para ciclos adicionales de refinado electrolitico.
Aunque la tecnologia de catodo ISA PROCESS® se puede adaptar a tiempos de catodos variables desde 5 hasta 14 dias, generalmente se considera ideal un ciclo de catodo de 7 dias, ya que encaja con el horario de trabajo semanal y semanas de trabajo mas cortas.
El ciclo mas corto tiene numerosos beneficios para la calidad del catodo. Cuando se extrae, una unica placa de catodo produce dos laminas individuales de cobre de catodo puro. Esta tecnologia de catodo ha conducido a importantes avances en los sistemas de manipulacion de electrodos de depositos de cobre. Las placas de catodo de acero inoxidable ofrecen precision en la rectitud y la verticalidad de la placa de catodo de acero inoxidable en comparacion con la lamina de inicio delgada alternativa. El catodo de acero inoxidable permanente tiene menos
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posibilidades de atrapar los lodos descendentes y otras impurezas en el deposito del catodo durante la electrolisis. En resumen, el uso de catodos de acero inoxidable permanentes permite obtener eficiencias en los procesos que, de lo contrario, serian inalcanzables empleando laminas de inicio.
Ademas, el uso de una placa de catodo de acero inoxidable mejora la eficiencia de corriente ya que se producen menos cortocircuitos y, por lo tanto, se forman menos nodulaciones de cobre. La calidad del catodo tambien se mejoro mediante la eliminacion de bucles de laminas de inicio.
La calidad quimica del catodo es muy importante con las exigencias cada vez mas estrictas (superiores a grado A de LME) que se imponen a los productores de varillas de cobre por cajones de alambre fino. Dichas exigencias de calidad deben comenzar necesariamente en la fuente de produccion de cobre - las propias refinerias de cobre catodico.
A pesar de que los principales beneficios de ISA PROCESS® se han dado en las refinerias, se han obtenido beneficios secundarios tangibles para el usuario final, que obtiene un producto mas consistente de mayor calidad. La intensidad del refino aumento en gran medida por los beneficios del catodo de acero inoxidable permanente. Se podria reducir el espacio entre electrodos entre el par anodo/catodo, aumentando de este modo el area activa para la electrolisis por unidad de longitud de celda.
En consecuencia, se puede aumentar la densidad de corriente electrica para la electrolisis, y actualmente, las refinerias de ISA PROCESS® operan a aproximadamente 330 A/m2, mientras que las refinerias de lamina de inicio convencionales normalmente operan a aproximadamente 240 A/m2.
El inventario de cobre en el proceso es una consideracion importante en una operacion de refineria. En combinacion, las diversas eficiencias de ISA PROCESS® aludidas anteriormente pueden reducir el cobre en el proceso del orden de 12 % - un resultado enormemente significativo.
En el documento "Database CA [Online] Chemical Abstracts Service, Columbus, Ohio, US; Urda-Kiel, M. et al.: "Nucleation and initial stages of growth of copper electrodeposited on anodized 304 stainless steel" se ensena el uso de la placa de acero inoxidable como lamina de inicio de catodo para el deposito de cobre. Se ensena una relacion entre la rugosidad y la adhesion de laminas de electrodo en el documento US 2 646 391 A. El documento US 3 883 411 A ensena la electrodeposicion de depositos de niquel sobre piezas en bruto de catodo permanente. El documento WO 03/093538 A1 desvela una placa inoxidable 316L.
Objeto de la invencion
Es un objeto de la presente invencion vencer o mejorar al menos una de las desventajas del estado de la tecnica, o proporcionar una alternativa util.
Es un objeto de la invencion en una forma preferida proporcionar una placa de catodo de acero inoxidable duplex sustancialmente permanente y/o de grado 304 adecuada para su uso en el refino electrolitico y/o extraccion electrolitica de catodos de cobre.
Es un objeto adicional de la presente invencion en otra forma preferida proporcionar un metodo de produccion de una placa electrolitica de acero duplex adecuado para la electrodeposicion y adherencia de un metal encima, y un metodo de produccion de una placa electrolitica de acero de grado 304 adecuado para la electrodeposicion y adherencia de un metal encima.
Divulgacion de la invencion
Se proporciona una placa electrolitica sustancialmente permanente y/o reutilizable adecuada como un sustrato para la electrodeposicion de un metal, teniendo dicha placa al menos una superficie para la electrodeposicion de dicho metal encima con un acabado superficial mejorado, teniendo dicha superficie una rugosidad superficial para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para prevenir la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie, estando dicha placa al menos parcialmente comprendida de acero de "grado 304", en la que dicho acabado modificado es un acabado pulido definido por una rugosidad superficial Ra dentro del intervalo 0,6 a 2,5 pm.
Segun un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona una placa electrolitica adecuada como sustrato para la electrodeposicion de un metal, estando dicha placa al menos parcialmente comprendida de acero de "grado 304".
En una realizacion, la placa electrolitica es sustancialmente permanente y/o reutilizable, por ejemplo, una placa madre de catodo.
Preferentemente, el acero de grado 304 se caracteriza sustancialmente por una composicion que incluye aproximadamente: <0,8 % de C; 17,5-20 % de Cr; 8-11 % de Ni; <2 % de Mn; <1 % de Si; <0,045 % de P; <0,03 % de S; el resto Fe.
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En otra realizacion, el acero inoxidable de grado 304 se prepara con un acabado 2B.
En realizaciones del primer y segundo aspectos, la(s) superficie(s) de la placa electrolftica se modifica(n) para conferir sobre la placa caracterfsticas de adhesion predeterminadas. Se debe considerar que el termino "caractensticas de adhesion predeterminadas" significa que una superficie sobre la que se busca la electrodeposicion de metal tiene su rugosidad superficial modificada para producir la adherencia necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica del electrodeposito de la superficie modificada.
En una realizacion preferida, la placa electrolftica es un catodo y la electrodeposicion es de cobre, ya sea por refinado electrolftico o extraccion electrolftica.
En otra realizacion, un acabado superficial pulido confiere sobre la placa caractensticas de adhesion predeterminadas. Preferentemente, el acabado superficial pulido es una superficie de recubrimiento en bano a la que se ha modificado su rugosidad para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un metal electrodepositado y su posterior manipulacion, sin embargo, insuficiente para impedir la separacion mecanica del metal electrodepositado de la superficie modificada.
En una realizacion, el acabado modificado se define por una rugosidad superficial Ra normalmente dentro del intervalo aproximado 0,6 a 2,5 pm.
En una realizacion particularmente preferida, el acabado pulido se define por una rugosidad superficial Ra normalmente dentro del intervalo aproximado 0,6 a 1,2 pm.
Preferentemente, el acabado pulido se puede aplicar mediante dispositivos tales como herramientas de desbarbado, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas.
En otra realizacion, se forman una o mas cavidades en la superficie de la placa, para asf conferir sobre la placa las caractensticas de adhesion predeterminadas.
En una realizacion, al menos algunas de las cavidades se extienden completamente a traves de la profundidad de la placa, mientras que, en una realizacion alternativa, al menos algunas de las cavidades se extienden solo parcialmente a traves de la profundidad de la placa.
En otra realizacion, las cavidades se separan de la lfnea superior de la deposicion de metal electrodepositado de manera que el metal depositado encima de la cavidad mas superior es relativamente facil de retirar y el metal depositado en el nivel de la cavidad superior o por debajo de la misma es relativamente diffcil de retirar.
Preferentemente, las cavidades estan situadas sustancialmente a 15 a 20 cm desde la parte superior de la placa, para asf facilitar la formacion de una parte metalica superior relativamente facil de retirar y una parte metalica inferior relativamente diffcil de retirar.
En una realizacion, el metal electrodepositado se puede retirar mediante un aparato de flexion acunando primero entre la parte metalica superior y la placa.
En otra realizacion, en la superficie de la placa se forman una o mas partes de ranura para asf conferir sobre la placa las caractensticas de adhesion predeterminadas. Las partes de ranura pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa, pero preferentemente son no horizontales debido a la limitacion de ranura en V junto con el hecho de que el aparato de separacion extrae el metal electrodepositado de arriba a abajo.
En otra realizacion, sobre la superficie de la placa estan situadas una o mas partes salientes, para conferir asf sobre la placa las caractensticas de adhesion predeterminadas. Las partes salientes pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa. La(s) parte(s) saliente(s) sustancialmente horizontal(es), proporciona(n) mayor adherencia operativa, con la consiguiente compensacion de que puede acumularse mas lodo anodico sobre la(s) misma(s), comprometiendose asf la pureza de la electrodeposicion.
En otra realizacion, la superficie de la placa se graba, para conferir asf sobre la placa las caractensticas de adhesion predeterminadas. Preferentemente, el grabado se realiza por medios electroqufmicos.
En otras realizaciones, la placa incluye tecnologfa de esquinas recortadas y/o tecnologfa de ranuras en V, para facilitar asf la extraccion del electrodeposito de la misma.
Segun un tercer aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo de electrodeposicion de un metal sobre una placa electrolftica segun el primer aspecto y/o el segundo aspecto.
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Segun un cuarto aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo de produccion de una placa electrolitica de acero duplex adecuado para la electrodeposicion y la adherencia de metales sobre la misma, incluyendo dicho metodo:
modificar la superficie de una placa de acero duplex para obtener una superficie de recubrimiento en bano con rugosidad superficial modificada para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un deposito de metal electrolitico y su posterior manipulacion, siendo dicha adherencia lo insuficientemente fuerte
La tecnologia de catodo reutilizable empleada actualmente adolece de la desventaja del prohibitivo coste de las materias primas asociadas a esta. Por consiguiente, el alcance para el uso de catodos reutilizables es estrecho. Se ha descubierto de manera sorprendente que la combinacion de nuevos materiales y un acabado superficial gestionado puede permitir ahorros tanto en la cantidad como en el coste de las materias primas utilizadas en la fabricacion del catodo. Las reducciones de coste, a su vez, pueden aumentar el alcance del mercado de catodos reutilizables y puede existir el potencial de extender esto a la electrodeposicion de otros metales.
Existe una oportunidad para el desarrollo de una placa de catodo "permanente" alternativa viable. Desafortunadamente, dicho material no ha sido facilmente inminente, debido al menos en parte a los problemas duales de proporcionar una placa de catodo que simultaneamente presente:
1. Resistencia a la corrosion suficiente en el medio H2SO4/CuSO4 fuertemente acido; y
2. Adherencia de contacto operativa suficiente del deposito de cobre para permitir el transporte seguro de los electrodos recubiertos en bano hasta las maquinas de manipulacion de electrodos, en las que la adherencia debe permitir la facil separacion por medios fisicos del deposito sin dano quimico o fisico a la hoja del catodo.
Por consiguiente, existe la necesidad de materiales alternativos que presenten las anteriores caracteristicas, para producir una placa de catodo economicamente mas viable. Se ha considerado el uso de aceros inoxidables austeniticos con menor contenido en niquel, al igual que el uso de aceros no austeniticos. Sin embargo, el uso de aceros duplex de bajo contenido en niquel se considero una placa de catodo alternativa viable, en caso de que estuviera disponible en un acabado apropiado.
El tipo de acero inoxidable mas ampliamente usado es el acero inoxidable 'Austenitico'. Una estructura de acero "totalmente austenitico" tiene un contenido de niquel de al menos 7 %, lo que le da ductilidad, una gran escala de temperatura de trabajo, propiedades no magneticas y buena soldabilidad. La gama de aplicaciones del acero inoxidable austenitico incluye articulos para el hogar, recipientes, tuberias y receptaculos industriales, fachadas arquitectonicas y estructuras de construccion.
El acero inoxidable 'ferritico' tiene propiedades similares a las de acero dulce, pero con mejor resistencia a la corrosion. El mas comun de estos aceros incluye entre 12 y 17 % de cromo, usandose principalmente 12 % en aplicaciones estructurales y 17 % en articulos para el hogar, calderas, lavadoras y arquitectura de interiores.
El acero 'duplex' tiene una estructura de dos fases de proporciones casi iguales de austenita y ferrita. La estructura duplex ofrece tanto resistencia como ductilidad. Los aceros duplex se usan principalmente en la industria petroquimica, del papel, la pulpa y de construccion naval. Se pueden usar diversas combinaciones de elementos de aleacion para obtener este estado ferrftico/austenftico. La composicion de los aceros duplex mas comunes esta dentro de los limites: 22-26 % de Cr; 4-7 % de Ni; 0-3 % de Mo; con una pequena cantidad de nitrogeno (0,1-0,3 %) para estabilizar la austenita. Un acero inoxidable duplex comercial adecuado contiene aproximadamente 1,5 % de Ni; 21,5 % de Cr; 5 % de Mn; y 0,2 % de N.
Como se ha mencionado anteriormente, el conocimiento generalmente aceptado dentro de la industria del refinado electrolitico es que el acabado 2B es necesario en una placa de catodo si se va a adherir suficientemente un metal electrodepositado a la misma. Aunque parte de los aceros inoxidables duplex disponibles presentan resistencia a la corrosion de acuerdo con los requisitos de la industria de refinado electrolitico, estos materiales no estan disponibles en un acabado 2B.
Como el acabado 2B no se puede conferir sobre acero duplex por fabricacion, se penso una alternativa viable para imitar sus caracteristicas de adhesion superficial, concretamente, la produccion de un acabado "similar a 2B " por pulido y/o cepillado de la superficie del acero duplex.
Contrariamente al conocimiento aceptado que requiere un acabado 2B, los solicitantes han descubierto sorprendentemente que cuando se usa acero duplex "tal cual" en una placa de catodo para la extraccion electrolitica de cobre, entonces la adherencia operativa del deposito a la placa es aceptablemente rapida como para permitir la posterior manipulacion necesaria.
Sin embargo, se han desarrollado dos modificaciones adicionales dentro del alcance de la presente invencion de manera que se amplie la eficacia de las placas de catodo de acero duplex.
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En primer lugar, a la superficie del catodo se puede aplicar un "bloqueo fisico", tal como salientes, ranuras y/u orificios. Los salientes y/o ranuras pueden ser horizontales, verticales, diagonales o cualquier combinacion de los mismos a traves de una o mas superficies del catodo. Opcionalmente, el (los) saliente(s) y/o ranura(s) se puede(n) disponer sustancialmente horizontal(es) a traves de la anchura de la parte del pie tanto de la cara anterior como posterior del catodo. El (Los) saliente(s) y/o ranura(s) sirve(n) para evitar el "enrollado" de un deposito de cobre de extraccion electrolitica proporcionando una superficie contra la que un deposito solido no pueda "deslizar" por gravedad. Sin embargo, un saliente sustancialmente horizontal adolece del problema mencionado anteriormente de proporcionar una superficie sobre la que puede acumularse lodo anodico, y una ranura sustancialmente horizontal confiere una limitacion de ranuras en V sobre la superficie del catodo.
Preferentemente, la(s) ranura(s) se dispone(n) sustancialmente verticalmente a lo largo de sustancialmente la longitud de la placa. Esta preferencia surge del modo de funcionamiento normal del dispositivo de retirada de flexion ISA PROCESS®, que funciona de arriba a abajo. En caso de que las ranuras se dispongan horizontalmente, entonces la limitacion de ranuras en V resultante puede provocar que el metal electrodepositado retirado de la superficie se fracture alrededor de la ranura.
Similarmente, la colocacion de uno o mas orificios en la(s) superficie(s) de la placa de catodo permite que el cobre recubra en bano el interior de los orificios, proporcionando asi una mejor adherencia al catodo. El (Los) orificio(s) se puede(n) extender total o parcialmente a traves de la profundidad/anchura de la placa, y preferentemente estan situados 15-20 cm desde la parte superior de la placa para permitir la deposicion de una parte revestida en bano superior por encima del orificio mas superior, y una parte revestida en bano inferior en el nivel del orificio mas superior y por debajo del mismo.
La parte chapada superior sera relativamente facil de retirar, ya que su adhesion a la placa no se potencia con respecto a la placa no perforada. Sin embargo, la parte recubierta en bano inferior sera relativamente dificil de retirar ya que la mayor adherencia operativa provocada por el recubrimiento en bano metalico dentro de una o mas cavidades potencia la adherencia operativa. Por consiguiente, el dispositivo de retirada, que funciona de arriba a abajo sobre la superficie de la placa electrolitica, hace cuna entre la parte recubierta en bano superior y la propia placa para facilitar mas la retirada posterior de la parte recubierta en bano inferior.
La placa queda sujeta y flexionada en la primera etapa de retirada del deposito de cobre. Preferentemente, un deposito formado dentro de un orificio y la adherencia proporcionada por este puede romperse con una maquina. Por consiguiente, el tamano/numero/colocacion/profundidad optimo de los orificios puede variar segun la escala, duracion del ciclo del catodo y el metal que se refina.
Un segundo medio para proporcionar mejor adherencia operativa es grabar electroquimicamente la superficie del catodo para crear una superficie grabada a la que pueda adherirse mejor un deposito de cobre de extraccion electrolitica. Dicho grabado electroquimico debe retener, sin embargo, la verticalidad sustancial de la placa de acero inoxidable de manera que a partir de esta todavia pueda producirse una hoja de cobre sustancialmente plana.
Una ventaja obvia de las placas de catodo de acero duplex se confirma en el coste. El acero duplex es generalmente mas barato que el acero 316L. Ademas, el acero duplex es mucho mas fuerte que el acero 316L usado actualmente en placas de catodo, que significa que las placas de catodo duplex previsiblemente podran producirse mas delgadas, sin comprometer su funcionalidad esencial. Necesariamente una placa debe ser lo suficientemente fuerte como para someterse a una flexion de separacion del electrodeposito desde la superficie del catodo. Mientras que las placas de catodo 316L tienen normalmente un espesor del orden de 3,25 mm, el acero duplex es, en principio, lo suficientemente fuerte como para sostener una placa de catodo de un espesor de aproximadamente 1 mm. Sin embargo, la colocacion selectiva de salientes, ranuras y/u orificios sobre la(s) superficie(s) de la placa de catodo significa que dichas placas tienen un espesor preferentemente del orden de entre 2,0 y 2,25 mm. Independientemente, con los precios actuales, un catodo de acero inoxidable duplex de 2,25 mm de espesor representa un ahorro de coste significativo adicional respecto a la placa de catodo 316L de 3,25 mm de espesor funcionalmente equivalente. No se debe subestimar la importancia de este ahorro en terminos de eficiencia economica de refinerias electroliticas a escala industrial.
Un mercado adicional para la placa de catodo de acero inoxidable duplex es como una lamina de inicio. Se ha descrito anteriormente la tecnologia de laminas de inicio, y las ventajas de obtener una lamina de inicio de acero duplex apropiada se manifiestan tanto en los costes como en las eficiencias de proceso.
Un desarrollo adicional dentro del alcance de la presente invencion ha sido el uso de un acero "304" de menor calidad como la placa de catodo. El acero de grado 304 tiene una composicion tipica de: <0,8 % de C; 17,5-20 % de Cr; 8-11 % de Ni; <2 % de Mn; <1 % de Si; 0,045 % de P; <0,03 % de S; y el resto en Fe.
304 es el acero inoxidable mas versatil y ampliamente usado. La estructura austenitica equilibrada del 304 permite embutirlo severamente sin recocido intermedio, lo que ha hecho que esta calidad sea dominante en la fabricacion de piezas inoxidables embutidas tales como fregaderos, piezas huecas y cacerolas. La grado 304 se forma facilmente por doblado o enrollado en una variedad de componentes para aplicaciones en campos industriales, arquitectonicos y de transporte. La estructura austenitica tambien le da al 304 una excelente tenacidad.
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El acero de grado 304 ha sufrido, sin embargo, el estigma de ser considerado demasiado susceptible a la corrosion como para ser eficaz como placa de catodo. Esta sujeto a corrosion por picaduras y por fisuras en entornos de cloruro templado; se considera resistente al agua potable con cloruros de hasta aproximadamente 200 mg/l a temperatura ambiente, reduciendose a aproximadamente 150 mg/l a 60 °C. Por estos motivos, el acero de grado 304 ha sido ignorado en gran medida como potencial placa de catodo sustancialmente permanente.
Sin embargo, el acero de grado 304 se puede producir en un acabado 2B, y los solicitantes han descubierto sorprendentemente que las placas de catodo con acabado 2B realizadas en acero 304 hasta un espesor de 3,0-3,25 mm son inesperadamente eficaces cuando se usan en la extraccion electrolitica de cobre.
Los solicitantes han desarrollado un acabado pulido o desbarbado, adecuado para producir adherencia operativa suficiente de un deposito de cobre de extraccion electrolitica, y aun asi permitir la separacion inmediata del deposito con maquinaria de retirada de catodo ISA PROCESS® ahora convencional.
El acero inoxidable se puede "pulir" antes o despues del montaje en una configuracion de catodo. Por consiguiente, el equipo usado en cada caso sera diferente. Lo principal es utilizar una de las herramientas comerciales disponibles para desbastar o pulir metales. Estas pueden ser herramientas de desbarbado, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico, etc. La eleccion de los medios de pulido y la seleccion de la velocidad del dispositivo utilizado es crucial para obtener el acabado correcto de la superficie de recubrimiento en bano del diseno del catodo previsto.
Otro desarrollo previsible dentro del alcance de la presente invencion es la aplicacion de la tecnologia de catodo de esquinas recortadas a la(s) placa(s) de catodo(s) duplex y/o de grado 304. La tecnologia de catodo de esquinas recortadas se desvela en la solicitud de patente internacional de los solicitantes N° PCT/AU2004/000565. La periferia lateral y la periferia inferior de la hoja del catodo terminan cerca de las respectivas periferias inferior y lateral con partes de borde de esquina que se extienden entre y que conectan extremos opuestos del borde inferior a los respectivos bordes laterales.
Ademas, se preve que las placas de catodo duplex y/o de grado 304 de la presente invencion se puedan utilizar conjuntamente con la tecnologia de ranuras en V. Las partes del borde inferior y/o del borde de esquina de la placa de catodo incluyen una ranura tal como una ranura en V para ayudar en la separacion del cobre de la hoja del catodo en dos laminas separadas.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion, se describira una realizacion preferida de la invencion, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una vista frontal de una placa electrolitica segun una realizacion de la presente invencion, que muestra una pluralidad de cavidades dentro de la superficie frontal de la placa para aumentar la adherencia operativa de un electrodeposito;
la Figura 2 es una vista en seccion tomada en la linea 2-2 de la Figura 1, que muestra las cavidades que se extienden por toda la profundidad de la placa electrolitica;
la Figura 3 es una vista frontal de una placa electrolitica segun otra realizacion de la presente invencion, que muestra una parte de una ranura horizontal que se extiende sustancialmente a traves de la anchura de la placa;
la Figura 4 es una vista en seccion tomada en la linea 4-4 de la Figura 3, que muestra la profundidad relativa a la que se puede formar la parte de la ranura;
la Figura 5 es una vista frontal de una placa electrolitica segun otra realizacion de la presente invencion, que muestra una parte saliente horizontal que se extiende sustancialmente a traves de la anchura de la parte del pie de la placa;
la Figura 6 es una vista lateral de la placa electrolitica mostrada en la Figura 5, que muestra la parte saliente que se extiende tanto a la cara delantera como trasera de la placa;
la Figura 7 es una vista frontal de una realizacion particularmente preferida de la presente invencion, que incorpora la realizacion mostrada en las Figuras 1 y 2 con tecnologia de esquinas recortadas;
la Figura 8 es una vista lateral ampliada de la parte de pie de otra realizacion particularmente preferida de la presente invencion, que incorpora tecnologia de ranuras en V; y
la Figura 9 es una fotografia de una placa de ensayo fabricada segun la presente invencion.
Realizacion preferida de la invencion
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Haciendo referencia a los dibujos, la placa electrolitica 1 adecuada como sustrato para la electrodeposicion de un metal 2 esta compuesta de acero inoxidable duplex o acero de grado 304.
Si se requiere una placa electrolitica de acero inoxidable duplex, el acero apropiado es un acero con bajo contenido en niquel y/o bajo contenido en molibdeno con respecto a un acero inoxidable 316L y la placa es adecuada para su uso como pieza en bruto de catodo de lamina de inicio.
Si se requiere una placa electrolitica de acero de grado 304, la placa es sustancialmente permanente y/o reutilizable. En una realizacion particularmente preferida, el acero de grado 304 se prepara con un acabado 2B.
Si el acero duplex o bien de grado 304 es suficiente, la(s) superficie(s) de la placa electrolitica 1 se modifica(n) para conferir sobre la placa unas "caracteristicas de adhesion predeterminadas". Se debe entender que este termino significa que se ha modificado la rugosidad superficial de la superficie 3 de la placa electrolitica 1 sobre la que se busca la electrodeposicion del metal 2 para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa del metal electrodepositado 2 y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para evitar la separacion mecanica de la electrodeposicion 2 de la superficie modificada 3.
En una realizacion particularmente preferida, la placa electrolitica 1 es un catodo y el metal electrodepositado 2 es cobre de extraccion electrolitica.
Un medio de conferir las buscadas caracteristicas de adhesion predeterminadas al catodo 1 es a modo de un acabado superficial pulido. El acabado superficial pulido es una superficie chapada 3 a la que se ha modificado su rugosidad superficial para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa del deposito de cobre de extraccion electrolitica 2 y su posterior manipulacion, aun insuficiente para impedir la separacion mecanica del cobre de extraccion electrolitica de la superficie modificada 3. El acabado pulido se define por una rugosidad superficial Ra normalmente dentro del intervalo aproximado 0,6 a 2,5 pm, y mas preferentemente dentro del intervalo aproximado 0,6 a 1,2 pm. Dispositivos tales como herramientas de desbarbado, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas, pueden aplicar el acabado pulido.
Haciendo referencia especificamente a las Figuras 1 y 2 de los dibujos adjuntos, que resumen otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 se forman una o mas cavidades 4, para asi conferir las caracteristicas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las dimensiones y caracteristicas fisicas de dichas cavidades se seleccionan de manera que se evite eficazmente un puente o union entre las dos partes.
Las cavidades se pueden extender completamente a traves de la profundidad de la placa (Figura 2), o solo parcialmente a traves de la profundidad de la placa. Las cavidades 4 estan separadas de la linea de deposicion superior 5 del metal electrodepositado 2 de manera que el metal depositado encima de la cavidad mas superior 4 es relativamente facil de retirar y el metal depositado en el nivel de dicha cavidad mas superior o por debajo de la misma es relativamente dificil de retirar. Las cavidades 4 se encuentran sustancialmente 15 a 20 cm de la parte superior 6 de la placa 1, para asi facilitar la formacion de una parte de metal superior que se retira de una manera relativamente facil 7 y una parte metalica inferior que se retira de una manera relativamente dificil 8. El metal electrodepositado 2 se puede retirar mediante un aparato de flexion 9 haciendo cuna primero entre la parte metalica superior 7 y la superficie chapada 3.
Haciendo referencia especificamente a las Figuras 3 y 4 de los dibujos adjuntos, que resumen otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 se forman una o mas partes de ranura 10, para asi conferir las caracteristicas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las partes de ranura pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de dicha placa. Sin embargo, una parte de ranura sustancialmente horizontal confiere una limitacion inherente de ranuras en V sobre la superficie chapada 3.
Haciendo referencia especificamente a las Figuras 5 y 6 de los dibujos adjuntos, que resumen todavia otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 se forman una o mas partes salientes 11, para asi conferir las caracteristicas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las partes salientes pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa.
En otra realizacion preferida adicional, las caracteristicas de adhesion predeterminadas se confieren en la superficie de la placa 3 por grabado electroquimico.
Haciendo referencia especificamente a la Figura 7, que resume todavia otra realizacion preferida, la placa electrolitica 1 puede incorporar tecnologia de esquinas recortadas 12.
Haciendo referencia especificamente a la Figura 8, que resume todavia otra realizacion preferida, la placa electrolitica 1 puede incorporar tecnologia de ranuras en V 13.
En uso, se evita que el cobre de extraccion electrolitica 2 depositado sobre el catodo 1 se desacople de la placa por una o mas de modificacion (modificaciones) superficial(es) segun una o mas realizaciones de la invencion, como se ha descrito anteriormente.
Tambien se proporciona un metodo de produccion de una placa electrolitica de acero 1 de acero inoxidable duplex o de grado 304 adecuado para la electrodeposicion y la adherencia de metal 2 sobre la misma, incluyendo el metodo modificar la superficie 3 de la placa 1 para obtener una superficie recubierta en bano 3 con rugosidad superficial modificada para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un deposito de metal 5 electrolitico 2 y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte como para evitar la separacion mecanica del metal electrodepositado 2 de la superficie modificada 3.
Se apreciara que la invencion ilustrada proporciona una placa de catodo de acero inoxidable duplex sustancialmente permanente y/o de grado 304 adecuada para su uso en refinado electrolitico y/o extraccion electrolitica de catodos de cobre.
10 Aunque la invencion se ha descrito con referencia a un ejemplo especifico, los expertos en la tecnica apreciaran que la invencion puede realizarse de muchas otras formas.
A menos que el contexto lo requiera claramente de otro modo, en toda la descripcion y las reivindicaciones, las palabras 'comprender', 'que comprende', y similares, se deben interpretar en un sentido incluyente a diferencia de un sentido excluyente o exhaustivo; es decir, en el sentido de "que incluye, pero no se limita a".
15 Como se usa en todas las reivindicaciones, se debe considerar que el termino "caracteristicas de adhesion predeterminadas" significa que la superficie de la placa electrolitica sobre la que se busca la electrodeposicion tiene su rugosidad superficial modificada para producir la adherencia necesaria para permitir la adherencia operativa de una electrodeposicion y su posterior manipulacion, siendo dicha adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de la electrodeposicion de la superficie modificada.
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Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una placa electrolitica (1) sustancialmente permanente y/o reutilizable adecuada como un sustrato para la electrodeposicion de un metal (2), teniendo dicha placa (1) al menos una superficie (3) para la electrodeposicion de dicho metal (2) encima con un acabado superficial mejorado, teniendo dicha superficie (3) una rugosidad superficial para producir la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para prevenir la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie (3), estando dicha placa (1) al menos parcialmente comprendida de acero de "grado 304", en la que dicho acabado modificado es un acabado pulido definido por una rugosidad superficial Ra dentro del intervalo 0,6 a 2,5 pm.
  2. 2. Una placa electrolitica (1) segun la reivindicacion 1, en la que dicho acero de grado 304 se caracteriza sustancialmente por una composicion que comprende aproximadamente: <0,8 % de C; 17,5-20 % de Cr; 8-11 % de Ni; <2 % de Mn; <1 % de Si; <0,045 % de P; y <0,03 % de S, en la que el resto de dicha composicion, en particular, comprende Fe y dicho acero inoxidable de grado 304, en particular, se prepara con un acabado "2B".
  3. 3. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha placa electrolitica (1) es un catodo y dicha electrodeposicion es de cobre, ya sea por refinado electrolitico o extraccion electrolitica.
  4. 4. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho acabado modificado es un acabado pulido definido por una rugosidad superficial Ra dentro del intervalo 0,6 a 1,2 pm y en la que dicho acabado modificado, en particular, es un acabado pulido que se puede aplicar por dispositivos tales como una herramienta de desbarbado, amoladora angular, maquina de lijado electrica/de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas.
  5. 5. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que en la superficie (3) de dicha placa (1) se forman una o mas cavidades (4), para asi conferir sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para evitar la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie (3).
  6. 6. Una placa electrolitica (1) segun la reivindicacion 5, en la que al menos algunas de dichas cavidades (4) se extienden completamente o solo parcialmente a traves de la profundidad de dicha placa (1).
  7. 7. Una placa electrolitica (1) segun la reivindicacion 5, en la que dichas cavidades (4) estan separadas de la linea de deposicion superior de dicho metal electrodepositado (2) de manera que el metal depositado (2) encima de dicha cavidad mas superior (4) es relativamente facil de retirar y el metal depositado (2) en el nivel de dicha cavidad mas superior (4) o por debajo de la misma es relativamente dificil de retirar.
  8. 8. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que dichas cavidades (4) estan situadas sustancialmente a 15 a 20 cm desde la parte superior de dicha placa (1), para asi facilitar la formacion de una parte metalica superior relativamente facil de retirar (7) y una parte metalica inferior relativamente dificil de retirar (8).
  9. 9. Una placa electrolitica (1) segun la reivindicacion 8, en la que dicho metal electrodepositado (2) se puede retirar mediante un aparato de flexion acunando primero entre dicha parte metalica superior (7) y dicha placa (1).
  10. 10. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que en la superficie (3) de dicha placa (1) se forman una o mas partes de ranura, para asi conferir sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para evitar la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie (3), en la que dichas partes de ranura, en particular, pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie (3) de dicha placa (1).
  11. 11. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que en la superficie (3) de dicha placa (1) se situan una o mas partes salientes, para asi conferir sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para prevenir la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie (3), en la que dichas partes salientes, en particular, pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie (3) de dicha placa (1).
  12. 12. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que se graba la superficie (3) de dicha placa (1), para asi conferir sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir la adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo dicha adhesion insuficientemente fuerte para prevenir la separacion mecanica de dicho electrodeposito de la superficie (3).
  13. 13. Una placa electrolitica (1) segun la reivindicacion 12, en la que dicho grabado se realiza por medios electroquimicos.
  14. 14. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha placa (1) incluye tecnologia de esquinas recortadas.
  15. 15. Una placa electrolitica (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha placa (1) incluye tecnologia de ranuras en V.
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