WO2014005240A1 - Catodos de bordes perimetrales y esquinas redondeados, que facilitan su introducción en guias de cátodo, de una estructura aislante removible, que sirve para fijar la posición de ánodos y cátodos - Google Patents

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Pedro AYLWIN GÓMEZ
Andrés CARDOEN AYLWIN
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells

Definitions

  • the electrolytic deposit of metals is normally carried out in masonry cells, coated with insulating materials and resistant to temperature and acids or bases depending on the type of electrolyte used.
  • the electrolyte is fed by one end of the Cell, while the spent electrolyte is discharged by the opposite lower end, if the feed has been by the upper edge, or vice versa.
  • removable insulating structures are used to fix the position of anodes and cathodes, as indicated in the Chilean Patent No. 45288 of August 11, 2009, in which They mount the anodes, cathodes, electrolyte circulation pipes and air distribution and mist extraction pipes, all of which can be removed from the cell at the end of the production cycle for maintenance, replacing it with another, drastically reducing the losses of production.
  • the removable insulating structure mentioned above has as many cathode guides, as cathodes are used in the cell, in which the guides are located vertically on both sides of the cell, at a distance slightly greater than the width of the cathodes, and are they materialize through omega or "U" cross section profiles.
  • these cathode guide profiles have a head, which inside has a similar shape to half a funnel divided by a vertical diametral plane, in order to facilitate the downward introduction of the cathodes.
  • the introduction of the cathodes to the cell is done by hanging a quantity of stainless steel cathodes or other material suitable for this purpose, in a device that is handled by a crane bridge and that once placed in position on the cell is lowered , until one end of the cathode support bars, rests on one side of the cell on the energized rails and the other end of the support bar rests on the other side of the cell on the insulating material located on the upper lateral edge of the cell.
  • the Chilean patent application 199900200 describes a directional piece of the movements of entry and exit of a cathode plate in an electro-holding cell, which comprises a solid body of elastomeric material with rounded vertices, a metallic steel insert inside which allows fix the piece on the edge of the plate.
  • US2007051621 (A1) - 2007-03-08 discloses a cathode whose vertical edges are coated to prevent deposition at said edges and whose lower vertices have chamfered.
  • US2002066667 (A1) -2002-06-06 discloses a cathode whose vertical edges are coated with an electrolyte-resistant ceramic coating, to prevent the concentration of flow lines, in said cathode locations.
  • this utility model which consists of a standard flat cathode of stainless steel or other suitable material, such as the one illustrated in Figure N ° 3, to which all edges have been removed live on both vertical edges (3 and 7) and on the lower edge (5) as well as on its lower corners (4 and 6).
  • the elimination of the living edges of the edges (3, 7 and 5) has materialized by rounding each of the living edges, with a radius of size less than half the thickness of the cathode, which retains a flat area in the center on the sides of the cathode both in the vertical (3 and 7) and in its lower horizontal (5).
  • rounding was performed by forming in each corner a quarter of an ellipse whose major axis was made parallel to the vertical edges of the cathode.
  • rounding was performed by forming in each corner a quarter of an ellipse whose minor axis was made parallel to the vertical edges of the cathode.
  • rounding can be done using any second degree curve, or another.
  • the cathode functionality of this Utility Model can be improved by polishing the corners and rounded edges, further facilitating the sliding of the cathodes in the guides, increasing the life of the guide heads.
  • the polishing operation can consider two stages, a first roughing stage, for which an angular emery with thick abrasive discs can be used to remove all living edges, and a second polishing stage, in which grain emery stones can be used fine, such as 100 Tyler meshes and then finish with emeralds of 200 Tyler meshes or more, depending on the level of polishing you want to achieve.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of an Electrolytic Cell with anode and cathode guides, in which the cathode shown on the cell will be introduced.
  • FIG 2 shows a cross-sectional view of an Electrolytic Cell, in which a cathode has been completely introduced into the cathode guides.
  • Figure 3 shows a front elevation view of a cathode of this Utility Model.
  • Figure 4 shows a profile view of a Cathode of this Utility Model.
  • Figure 5 shows a partial isometric view of a removable insulating structure to fix the position of anodes and cathodes, in which a cathode of this Utility Model has been introduced.
  • Figure 6 shows a cross-sectional view according to A-A ( Figure 2) of a traditional cathode inserted in the cathode guides used in the removable insulating structure to fix the position of anodes and cathodes.
  • Figure 7 shows a cross-sectional view according to A-A ( Figure 2) of a cathode of this Utility Model, inserted in the cathode guides used in the removable insulating structure to fix the position of anodes and cathodes, whose edges They were rounded with a radius less than half the cathode thickness.
  • Figure 8 shows a cross-sectional view according to A-A ( Figure 2) of a cathode of this Utility Model, inserted in the cathode guides used in the removable insulating structure to fix the position of anodes and cathodes, whose edges They were rounded with a radius equal to half the cathode thickness.
  • Figure 9 shows a partial view of an enlarged cross-section, of an Electrolytic Cell, with a removable insulating structure to fix the position of anodes and cathodes.
  • Plenum for extraction of acid mist from the electrolytic cell 11.
  • the anodes were loaded and then the 20 cathodes in a specially adapted device.
  • the cathodes used, the vertical and horizontal living edges were removed, rounding them to a circular section, with a radius equal to half the cathode thickness, while the corners of the lower vertices were rounded to a quarter of a circle each one, with a radius equal to 2.25 thicknesses of cathode.
  • the edges of both resulting quarter quarters were rounded to half rods of radius equal to medium cathode thickness.
  • the 20 cathodes were positioned on the cathode guides of the removable insulating structure, lowering the device with the 20 cathodes, by means of the Crane bridge of the Ship in which the Pilot Cell was located. Then the cell was filled with electrolyte, circulating it for 30 minutes, to verify that normal operating conditions were reproduced. After 30 minutes, its circulation was stopped and the cathodes were removed.

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Description

CATODOS DE BORDES PERI ETRALES Y ESQUINAS REDONDEADOS, QUE FACILITAN SU INTRODUCCIÓN EN GUIAS DE CÁTODO, DE UNA ESTRUCTURA AISLANTE REMOVIBLE, QUE SIRVE PARA FIJAR LA POSICIÓN DE ÁNODOS Y CÁTODOS
DESCRIPCION DE LO CONOCIDO EN LA MATERIA
El depósito electrolítico de metales se realiza normalmente en Celdas de albañilería, revestidas de materiales aislantes y resistentes a la temperatura y a los ácidos o bases según sea el tipo de electrolito que se utilice.
En dichas Celdas, normalmente el electrolito se alimenta por un extremo de la Celda, en tanto que el electrolito gastado se descarga por el extremo inferior opuesto, si la alimentación ha sido por el borde superior, o viceversa.
En ocasiones se ha empleado la circulación transversal del electrolito, esto es paralela a la cara de los ánodos y cátodos, mediante la introducción de tuberías perforadas, en que la alimentación se realiza mediante una tubería longitudinal perforada ubicada en el fondo a un costado de la Celda, en tanto que la descarga se realiza por rebalse, o a través de otra tubería perforada, ubicada en el costado superior opuesto de la Celda. En cada una de las situaciones descritas, la posición de las tuberías una vez ubicadas permanecen inalterables y pasan a formar parte de la Celda.
Recientemente, a fin de mejorar la eficiencia en la operación de las celdas, se utiliza estructuras aislantes removibles para fijar la posición de ánodos y cátodos, como la señalada en la Patente Chilena N° 45288 de 11 de Agosto de 2009, en la que se montan los ánodos, cátodos, cañerías de circulación de electrolito y tuberías de distribución de aire y extracción de neblina, todo lo cual puede retirarse de la celda al final del ciclo de producción para realizar su mantenimiento, reemplazándola por otra, disminuyendo drásticamente las pérdidas de producción.
La estructura aislante removible mencionada anteriormente, dispone de tantas guías de cátodo, como cátodos se utilicen en la celda, en que las guías se ubican verticalmente a ambos lados de la celda, a una distancia ligeramente mayor que el ancho de los cátodos, y se materializan mediante perfiles de sección transversal omega o "U". En su parte superior, estos perfiles guía cátodos tienen un cabezal, que por su interior tienen forma similar a la mitad de un embudo dividido por un plano diametral vertical, a fin de facilitar la introducción descendente de los cátodos.
La introducción de los cátodos a la celda, se realiza colgando una cantidad de cátodos de acero inoxidable u otro material apto para éste fin, en un dispositivo que se maneja mediante un puente grúa y que una vez ubicados en posición sobre la celda se hace descender, hasta que un extremo de las barras de soporte de los cátodos, se apoye en un costado de la celda sobre los rieles energizados y el otro extremo de la barra de soporte se apoye en el otro costado de la celda sobre el material aislante ubicado sobre el borde superior lateral de la celda.
Esta operación presenta una serie de dificultades cuando la carga se realiza en una celda electrolítica tradicional, dificultades que se acentúan cuando en la celda se emplea la estructura aislante removi le en que los cátodos deben deslizarse por el interior de la sección omega o "U" de las guías de cátodo. Para facilitar la introducción de los cátodos a las celdas tradicionales, se han ideado diversos aparatos como el descrito en la solicitud de Patente Chilena 199801442, que describe un "dispositivo que permite mejorar la aislación entre ánodos y cátodos en los procesos de electroobtención de minerales, que comprende un elemento soporte con un par de brazos, donde las paredes del elemento soporte tienen puntas biseladas y los cantos laterales superiores son redondeados".
La solicitud de patente chilena 199900200 describe una pieza direccionadora de los movimientos de entrada y salida de una placa de cátodo en una celda de electroobtención, que comprende un cuerpo macizo de material elastomérico con vértices redondeados, un inserto metálico de acero en su interior que permite fijar la pieza sobre el borde de la placa.
Otro desarrollo para facilitar la introducción de los cátodos se describe en la patente número 36119 del 28 de julio de 1988, en la que se describe un método y aparato para colocar automáticamente en estanque de electrólisis en posición adecuada placas, ánodos y cátodos, haciendo posible su colocación ordenada, sin que se topen entre sí.
La Patente US2007051621 (A1)- 2007-03-08, describe un cátodo cuyos bordes verticales están revestidos para evitar el depósito en dichos bordes y cuyos vértices inferiores se han achaflanado.
La Patente US2002066667(A1) -2002-06-06, describe un cátodo cuyos bordes verticales se recubren con un revestimiento cerámico resistente al electrolito, para prevenir la concentración de las líneas de flujo, en dichas ubicaciones del cátodo.
Debido a la forma angular de los bordes perimetrales verticales y horizontal inferior de los cátodos, que normalmente se fabrican con aristas vivas, se producen problemas durante su introducción en las guías de las estructuras removibles aislantes para el posicionamiento de ánodos y cátodos, ya sea demorando la introducción de los cátodos en las guías, destruyendo los extremos superiores de las guías, o disminuyendo la vida útil de éstas por la repetición de choques y golpes de las aristas vivas de los bordes de los extremos inferiores de los cátodos, con los extremos superiores de las guías.
DESCRIPCION DEL MODELO DE UTILIDAD
En la producción de metales por electrólisis, en celdas que emplean en su interior estructuras removibles de material aislante con guías para posicionar ánodos y cátodos, al introducir los cátodos a la celda por descenso, se producen choques y roces entre la parte inferior de los cátodos y la parte superior de las guías de los cátodos, guías que al estar fabricadas con materiales plásticos, se van deteriorando hasta quedar inutilizados, debiendo detenerse la operación para efectuar su reemplazo. Este problema implica un costo de reemplazo y un costo por pérdida de producción, debido al tiempo perdido para su reemplazo. El problema indicado en el párrafo anterior, es resuelto por este modelo de utilidad, que consiste en un cátodo plano estándar de acero inoxidable u otro material adecuado, como el ilustrado en la figura N°3, al que se le han eliminado todas las aristas vivas en ambos bordes verticales (3 y 7) y en el borde inferior (5) así como también en sus esquinas inferiores (4 y 6).
En una realización de este modelo, como la que se muestra en la figura N°7, la eliminación de las aristas vivas de los bordes (3, 7 y 5) se ha materializado redondeando cada una de las aristas vivas, con un radio de tamaño inferior a la mitad del espesor del cátodo, lo cual retiene una zona plana al centro en los costados del cátodo tanto en los verticales (3 y 7) como en su horizontal inferior (5).
En otra realización de este modelo la eliminación de las aristas vivas de los bordes verticales (3 y 7) y del horizontal inferior (5) se ha materializado mediante la ejecución de una media caña circular, de radio igual a la mitad del espesor del cátodo, como se ilustra en la Figura N° 8.
El redondeo de las esquinas inferiores (4 y 6) se materializó en una realización del modelo, redondeándolas en círculo, formándose un cuarto de círculo en cada esquina.
En otra materialización de este modelo, el redondeo se realizó formando en cada esquina un cuarto de elipse cuyo eje mayor se hizo paralelo a los bordes verticales del cátodo.
En otra materialización de este modelo, el redondeo se realizó formando en cada esquina un cuarto de elipse cuyo eje menor se hizo paralelo a los bordes verticales del cátodo.
En general, el redondeo puede realizarse utilizando cualquier curva de segundo grado, u otra.
En todas las materializaciones descritas anteriormente, la funcionalidad del cátodo de este Modelo de Utilidad puede mejorarse, puliendo las esquinas y los bordes redondeados, facilitándose aún más el deslizamiento de los cátodos en las guías, aumentando la vida útil de los cabezales de las guías. La operación de pulido puede considerar dos etapas, una primera etapa de desbaste, para lo cual puede utilizarse un esmeril angular con discos abrasivos gruesos para eliminar todas las aristas vivas, y una segunda etapa de pulido, en la que pueden utilizarse piedras esmeriles de grano fino, como por ejemplo de 100 mallas Tyler para luego terminar con esmeriles de 200 mallas Tyler o más, dependiendo del nivel de pulido que se quiera lograr.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una vista en corte transversal de una Celda Electrolítica con Guías de ánodos y Cátodos, en la que se introducirá el cátodo que se muestra sobre la celda.
La Figura 2 muestra una vista en corte transversal de una Celda Electrolítica, en la que se ha introducido completamente un cátodo en las guías de cátodo. La Figura 3 muestra una vista en elevación frontal de un cátodo de este Modelo de Utilidad.
La Figura 4 muestra una vista en perfil de un Cátodo de este Modelo de Utilidad.
La Figura 5 muestra una vista isométrica parcial, de una estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos, en la que se ha introducido un cátodo de este Modelo de Utilidad.
La Figura 6 muestra una vista en corte transversal según A - A (Figura 2), de un cátodo tradicional insertado en las guías de cátodo utilizadas en la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
La Figura 7 muestra una vista en corte transversal según A - A (Figura 2), de un cátodo de este Modelo de Utilidad, insertado en las guías de cátodo utilizadas en la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos, cuyos bordes fueron redondeados con radio inferior a la mitad del espesor del cátodo.
La Figura 8 muestra una vista en corte transversal según A - A (Figura 2), de un cátodo de este Modelo de Utilidad, insertado en las guías de cátodo utilizadas en la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos, cuyos bordes fueron redondeados con radio igual a la mitad del espesor del cátodo.
La Figura 9 muestra una vista parcial de un corte transversal ampliado, de una Celda Electrolítica, con una estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
Los números indicados en las Figuras, tienen el siguiente significado:
1. Lámina Catódica.
2. Barra Catódica.
3. Borde vertical izquierdo de la lámina catódica.
4. Esquina inferior izquierda de la lámina catódica.
5. Borde horizontal inferior de la lámina catódica.
6. Esquina inferior derecha de la lámina catódica.
7. Borde vertical derecho de la lámina catódica.
8. Cabezal superior de la guía izquierda de cátodo.
9. Cabezal superior de la guía derecha de cátodo.
10. Muro izquierdo de albañilería de la celda electrolítica.
11. Plenum para extracción de neblina ácida, de la celda electrolítica.
12. Nivel del electrolito en la Celda.
13. Guía inferior de cátodo.
14. Cabezal superior de la guía de cátodo. 15. Perfil diagonal lateral, de la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
16. Bastidor longitudinal inferior, de la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
17. Bastidor longitudinal superior, de la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
18. Bastidor transversal inferior, de la estructura aislante removible para fijar la posición de ánodos y cátodos.
19. Vista en perspectiva de la guía inferior de cátodo, con un cátodo insertado, 20. Vista en perspectiva de la guía inferior de ánodo.
21. Vista en corte transversal de un cátodo tradicional, cuyo borde vertical presenta aristas vivas,
22. Vista en corte transversal de un cátodo de este Modelo de Utilidad, con borde vertical redondeado, con radio inferior a la mitad del espesor del cátodo.
23. Vista en corte transversal de un cátodo de este Modelo de Utilidad, con borde vertical redondeado, con radio igual a la mitad del espesor del cátodo. EJEMPLO DE APLICACIÓN
Para verificar la eficacia de éste Modelo de Utilidad, se habilitó una Celda Electrolítica Piloto con estructura aislante removible, para posicionar 20 cátodos y 21 ánodos a escala natural.
En primer lugar, se cargaron los ánodos y luego los 20 cátodos en un dispositivo especialmente adaptado.
A los cátodos utilizados, se les eliminó las aristas vivas verticales y horizontales, redondeándolas a una sección circular, de radio igual a la mitad del espesor del cátodo, en tanto que las esquinas de los vértices inferiores, se redondearon a un cuarto de círculo cada una, con un radio igual a 2,25 espesores de cátodo. Los cantos de ambos cuartos de círculo resultantes, se redondearon a medias cañas de radio igual a medio espesor de cátodo.
Luego del redondeo a media caña, todos los bordes se pulieron con esmeril de 100 mallas Tyler.
A continuación, se posicionaron los 20 cátodos en las guías de cátodo de la estructura aislante removible, haciendo descender el dispositivo con los 20 cátodos, mediante el puente grúa de la Nave en que se ubicó la Celda Piloto. En seguida se procedió a llenar la celda con electrolito, haciéndolo circular por 30 minutos, para verificar que se reproducían las condiciones normales de operación. Cumplido el lapso de 30 minutos, se detuvo su circulación y se retiraron los cátodos.
A continuación se procedió a examinar los cabezales de las Guías de cátodo, para observar si se habían producido marcas de posibles efectos de choque o roce entre las esquinas o bordes de los cátodos, y las guías de cátodo, especialmente en la zona superior de las guías.
El proceso de colocación y retiro de los cátodos, se repitió cien veces, y luego se examinó nuevamente los cabezales y las guías de los cátodos, no encontrándose evidencia de huellas de golpes, de roces o de daños producidos entre los cátodos y las guías.

Claims

REIVINDICACIONES
Cátodo de acero inoxidable u otro material adecuado para ser utilizado en una Celda Electrolítica de producción de metales, que emplea una estructura aislante removible para posicionar ánodos y cátodos, CARACTERIZADO por tener vértices redondeados en sus esquinas inferiores y tener aristas redondeadas en sus bordes.
Cátodo de acero inoxidable u otro material adecuado para ser utilizado en una Celda Electrolítica de producción de metales, que emplea una estructura aislante removible para posicionar ánodos y cátodos según la Reivindicación 1 CARACTERIZADO porque los vértices inferiores se han redondeado a una forma equivalente a una curva de segundo grado.
Cátodo de acero inoxidable u otro material adecuado para ser utilizado en una Celda Electrolítica de producción de metales, que emplea una estructura aislante removible para posicionar ánodos y cátodos según las Reivindicaciones 1 y 2, CARACTERIZADO porque sus bordes verticales y horizontal inferior se han redondeado a una forma correspondiente a una curva de segundo grado.
Cátodo de acero inoxidable u otro material adecuado para ser utilizado en una Celda Electrolítica de producción de metales, que emplea una estructura aislante removible para posicionar ánodos y cátodos según las Reivindicaciones 1 y 2, CARACTERIZADO porque sus bordes verticales y horizontal inferior se han redondeado a cuartos de círculo, de un radio inferior a la mitad del espesor del cátodo.
Cátodo de acero inoxidable u otro material adecuado para ser utilizado en una Celda Electrolítica de producción de metales, que emplea una estructura aislante removible para posicionar ánodos y cátodos según las Reivindicaciones 1 , 2, 3, y 4, CARACTERIZADO porque sus vértices inferiores y sus bordes están pulidos.
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