Ánodo y método para operar una celda de electrólisis.

La invención se refiere a un ánodo (1) para el proceso de electroextracción en una celda electrolítica

(4) que tiene paredes de celda (2) y una parte inferior de celda (3) para soportar un electrolito y un medio de alimentación de electrolito (6), cuyo ánodo comprende una barra de suspensión (7) para soportar el ánodo, una varilla conductora (8) para distribuir la corriente al ánodo, un elemento de ánodo (9) que tiene una estructura por lo menos parcialmente conductora, cuyo elemento de ánodo permite la penetración del electrolito y está parcialmente cubierto por un recubrimiento electrocatalítico, cuando está en conexión con el ánodo (1) se dispone un elemento no conductor (10, 12, 14), el cual está restringido a la estructura conductora de un elemento de ánodo (9) por lo menos desde su lado y cuyo elemento no conductor está dispuesto a una distancia A desde el nivel de superficie del electrolito (11), cuando el elemento no conductor proporciona un medio para unir el ánodo con la celda (4). La invención también se refiere a un método para operar una celda electrolítica que se va a usar en la electroextracción de metales.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2013/050242.

Solicitante: Outotec (Finland) Oy.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Puolikkotie 10 FI-02230 Espoo, Finland, FI FINLANDIA.

Inventor/es: VIRTANEN, HENRI, NIEMINEN,Ville, BARKER,Michael H.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS PARA LA PRODUCCION, RECUPERACION O AFINADO... > Partes constructivas de las células o su ensamblaje;... > C25C7/02 (Electrodos (ánodos consumibles para la afinación de metales C25C 1/00 - C25C 5/00 ); Sus conexiones)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS PARA LA PRODUCCION, RECUPERACION O AFINADO... > Partes constructivas de las células o su ensamblaje;... > C25C7/04 (Diafragmas; Elementos de espaciado)
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Ánodo y método para operar una celda de electrólisis.

Fragmento de la descripción:

ÁNODO Y MÉTODO PARA OPERAR UNA CELDA DE ELECTRÓLISIS

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a una nueva clase de ánodo que se va a usar en la

electroextracción. La invención se refiere además a un método para operar una celda de

electrólisis que se va a usar en la electroextracción de metales.

La electroextracción es un proceso donde el metal disuelto en un electrólito se reduce en un cátodo por medio de una corriente eléctrica. En la electroextracción se pasa una corriente a través del ánodo a través de la solución de electrólito que contiene el valor 1 del metal de modo que el valor del metal se extrae cuando es depositado en un proceso

de galvanoplastia en el cátodo. Cuando se aplica una corriente eléctrica al sistema de

electrólisis basado en sulfato, el metal se precipita en la superficie del cátodo y el agua se descompone en el ánodo donde se forman el ácido y el oxígeno. La electroextracción se realiza en una celda electrolítica que contiene una serie de ánodos y una serie de cátodos 15 dispuestos de una manera alterna. El uso comercial de la electroextracción requiere una gran cantidad de cátodos y ánodos en una única celda electrolítica. Un tipo de ánodo usado en la electroextracción ha sido un ánodo basado en plomo, que podría tener un efecto negativo en la calidad del cobre depositado. Una desventaja significativa de usar dichos ánodos basados en plomo es que durante las operaciones de electroextracción 2 pequeñas cantidades de plomo son liberadas desde la superficie del ánodo, lo cual hace que las partículas no deseadas sean suspendidas en el electrólito. Además, el sedimento de plomo tiene que ser limpiado periódicamente del fondo de la celda por ejemplo cada 45 a 9 días, y durante este tiempo la celda de electroextracción no está produciendo metal.

Una cuestión en los procesos de electroextracción un voltaje de celda más bien 25 alto que conlleva a un mayor consumo de energía. Debido al consumo alto de energía en la electroextracción y una baja resistencia a la corrosión de los ánodos mencionados, ha habido la necesidad de investigar mejores materiales de ánodo en la electroextracción. Los ánodos recubiertos de óxido metálico mixto (OMM) consisten de recubrimientos de óxido metálico mixto conductor sobre los sustratos de metal de válvula, usualmente titanio 3 o níquel. El Dimensíonally Stable Anode (Ánodo Dimensionalmente Estable) o DSA® es un tipo bien conocido de ánodo recubierto con OMM. Cuando se usan los ánodos recubiertos con OMM en electroextracción basada en sulfato, la celda puede ser operada a un menor voltaje de celda que cuando se usan ánodos basados en plomo. In tipo de ánodo dimensionalmente estable se presenta en la publicación de patente US413486, en

donde la idea es estabilizar la distribución de corriente entre el ánodo DSA y el cátodo espesando la estructura del ánodo DSA en las áreas marginales. La publicación US 21276281 presenta el ánodo para usar en las celdas de electroextracción. De acuerdo con la publicación, el electrodo incluye una barra de suspensión y un elemento de electrodo que incluye por lo menos una varilla conductora y un sustrato, una conexión que acopla la barra de suspensión y por lo menos una varilla conductora, y un sello que aísla la conexión. Un electrodo comprende una barra de suspensión que incluye por lo menos un agujero empotrado, y un elemento de electrodo que comprende por lo menos una varilla conductora ajustada a presión en dicho por lo menos agujero empotrado y un sustrato acoplado a dicha varilla conductora.

Los esfuerzos pasados de investigación y desarrollo se han centrado en las formas de aumentar la capacidad de producción por área de planta para la electroextracción del cobre, lo cual impacta directamente en el costo-efectividad del proceso de electroextracción. Para aumentar la producción de la planta de electrólisis y la celda, es conveniente aumentar la densidad de la corriente durante la electrólisis, y conseguir una mayor velocidad de deposición del cobre sobre los cátodos. La densidad de la corriente en el lado del cátodo está limitada por la calidad del cobre depositado, en la medida que la sobretensión aumentada en los cátodos más las impurezas se depositan con una densidad de corriente aumentada. Además, aumentar la densidad de corriente también conlleva a un aumento de la velocidad de la corrosión del plomo de los ánodos de plomo y consecuentemente más plomo circula en el electrólito y el plomo se puede incluir en los cátodos, necesitando un aumento en la frecuencia de la limpieza de la celda para controlar el plomo y disminuyendo la velocidad de producción.

Debido a la alta inversión y los costos operativos de las plantas de electrólisis y las plantas que procesan cátodos que constan de una grúa y máquinas de desmontaje, las cuales se combinan en el denominado tanque-casa, se han hecho intentos durante bastante tiempo en el aumento de la eficiencia económica de tanto la electrólisis de refinación y la electrólisis de extracción / electroextracción. Esto depende en gran medida de la eficiencia de la electrólisis asi como del número de los movimientos del cátodo y por lo tanto de la cantidad del cobre depositado por cátodo. Una forma de disminuir los gastos de capital del tanque-casa es mediante el aumento de la longitud del cátodo, aumentando de este modo la capacidad de producción por celda sin necesidad de aumentar la densidad de la corriente, el área de la planta o el número de celdas electrolíticas.

La publicación WO 25/864 presenta un proceso para extraer o refinar cobre electroquímicamente, cuando la idea de la invención es aumentar la carga de cobre por cátodo. Para aumentar la eficiencia económica de dichos procesos y plantas, se propone de acuerdo con la publicación sumergir por lo menos un cátodo en el electrólito en una longitud de por lo menos 1.2 metro durante la operación de la electrólisis.

Aún se pueden presentar problemas cuando se usan cátodo con gran longitud. Cuando se usan ánodos de plomo con cátodos jumbo, es decir cátodos de gran longitud, se puede presentar una deformación del ánodo durante la electroextracción y originar cortocircuitos al proceso. Puede haber problemas especialmente con el primer y último ánodos en una celda, fluyendo la corriente solamente en un lado del ánodo, lo cual puede causar deformación o deformación progresiva del ánodo. La deformación conlleva a aumentar el número de cortocircuitos y una menor eficiencia de la corriente. Si se usan ánodos de plomo con los cátodos jumbo, se necesita un mantenimiento de la celda más frecuente para remover la sedimentación de plomo de la celda. Además, para una distribución uniforme de corriente, es beneficioso colocar los ánodos a distancias iguales desde los cátodos. Para evitar dichas cuestiones o problemas, ha existido la necesidad de desarrollar una nueva clase de ánodo que se va a usar con cátodos largos con una estructura rígida y se localiza en la posición correcta en la celda.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la invención es proporcionar un ánodo para el proceso de electroextracción, especialmente cuando el ánodo se va a usar con cátodos "jumbo" que tienen una longitud general (de 1.2 m o más larga) y para evitar problemas que estabilicen la posición del ánodo dentro de la celda electrolítica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El ánodo y el método de la invención se caracterizan por las definiciones de las reivindicaciones independientes. Las modalidades preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

La invención presenta un ánodo para un proceso de electroextracción en una celda electrolítica que...

 


Reivindicaciones:

1. Un ánodo (1) para el proceso de electroextracción en una celda electrolítica (4) que tiene paredes de celda (2) y una parte inferior de la celda (3) para soportar un electrólito y un medio de alimentación de electrólito (6), cuyo ánodo comprende una barra de suspensión (7) para soportar el ánodo, una varilla conductora (8), para distribuir la corriente hacia el ánodo, teniendo un elemento de ánodo (9) por lo menos una estructura parcialmente conductora, cuyo elemento de ánodo permite la penetración del electrólito y está por lo menos parcialmente cubierto por el recubrimiento electrocatalítico, caracterizado porque en conexión con el ánodo (1) se dispone un elemento no conductor (1, 12, 14), el cual está restringido a la estructura conductora del elemento de ánodo (9) por lo menos desde un lado y el elemento no conductor (1, 14) del ánodo (1) se forma excluyendo parte del elemento de ánodo (9) del recubrimiento catalítico, cuyo elemento no conductor está dispuesto a una distancia A desde el nivel de superficie del electrólito (11), cuando el elemento no conductor proporciona un medio para unir el ánodo con la celda electrolítica (4).

2. El ánodo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud A está dispuesta entre ,3-2 metros.

3. El ánodo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos 2 por ciento de la superficie del ánodo se excluye del recubrimiento electrocatalítico.

4. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el elemento no conductor se hace de por lo menos un objeto no conductor (12) unido al elemento de ánodo (9).

5. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el ánodo se une a la celda electrolítica (4) mediante elementos de anclaje (13) localizados en la parte inferior de la celda (3).

6. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el ánodo se une a la celda electrolítica mediante elementos de anclaje (13) localizados en la pared de la celda.

7. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el ánodo se une en la celda electrolítica mediante elementos de anclaje (13) localizados en el medio de alimentación del electrólito (6).

8. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el ánodo se une a la celda electrolítica mediante elementos de anclaje (13) unidos al cátodo próximo al ánodo (1).

9. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque la estructura conductora del elemento de ánodo (9) consiste de una estructura de malla, incluyendo preferentemente por lo menos uno de los siguientes: Ti, Ni, Pb, Ta, Zr o Nb.

1. El ánodo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el recubrimiento electrocatalítico consiste de un óxido metálico del grupo Pt o una mezcla de óxidos metálicos.

11. El ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-1, caracterizado porque la altura B entre la parte superior (16) del elemento no conductor (1, 12, 14) y la superficie inferior del ánodo (15) está dispuesta para que esté entre.5-.3 m.

12. Un método para operar una celda de electrólisis que se va a usar en la electroextracción de metal, cuando el metal es electrodepositado en la superficie del cátodo desde una solución de electrólito (5) en una celda electrolítica (4), teniendo paredes de celda (2) y una parte inferior de la celda (3), cuya celda (4) contiene un electrólito (5) donde los ánodos (1) y los cátodos se sumergen de una manera alternativa, en la que el ánodo es soportado por una barra de suspensión (7) en la varilla conductora, la cual distribuye la corriente al ánodo, cuando el elemento del ánodo (9) tiene una estructura por lo menos parcialmente conductora que permite la penetración del electrólito y un recubrimiento electrocatalítico, caracterizado porque el ánodo está unido a la celda electrolítica (4) mediante un elemento no conductor (1, 12, 14) dispuesto en conexión con el ánodo (1), cuyo elemento no conductor está restringido a la estructura conductora del elemento de ánodo por lo menos desde su lado y cuyo elemento no conductor está dispuesto a una distancia A desde el nivel de superficie del electrólito (11).

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el ánodo está unido en la parte inferior de la celda electrolítica (3) mediante elementos de anclaje (13).

14. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el ánodo está unido a la pared de la celda electrolítica (2) mediante elementos de anclaje.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el ánodo 1 está unido al medio de alimentación del electrólito (6) mediante elementos de anclaje (13).

16. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el ánodo está unido al cátodo próximo al ánodo mediante elementos de anclaje (13).

17. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-16, caracterizado

porque el electrólito es alimentado por lo menos desde dos colectores en la celda, cuando el otro está en la parte inferior de la celda.

18. El uso del ánodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en la 2 electroextracción del cobre metálico, Cu.