PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR CELDAS ELECTROLÍTICAS DE COBRE.

Procedimiento para hacer funcionar celdas electrolíticas de cobre. La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar celdas electrolíticas de cobre que comprenden una pluralidad de placas de ánodo y de cátodo dispuestas en vertical y en paralelo entre sí, una entrada de electrolito longitudinal y una salida de electrolito, así como una celda electrolítica de cobre novedosa. En principio, en una electrolisis del cobre se lleva a disolución de manera anódica cobre en forma de iones cobre (II), que se deposita de nuevo en el cátodo en forma de cobre metálico. ánodo: Cu Cu 2+ + 2 e - cátodo: Cu 2+ + 2 e - Cu La cantidad de cobre metálico puede calcularse mediante la ley de Faraday (ecuación 1): M ·i·A·t m Ec. 1 z·F En la que m es la masa de cobre producido en g, M la masa molar de cobre en g/mol, i la densidad de corriente en A/m 2 , A la superficie de electrodo en m 2 , t el tiempo en s, z la valencia de los iones que participan en la reacción y F la constante de Faraday en As/mol. Si ahora se desea aumentar la cantidad de cobre producido con un tamaño de instalación (A) dado, sólo puede aumentarse la densidad de corriente i. Las densidades de corriente técnicamente factibles hoy en día son, por ejemplo en una electrolisis de refinado de Cu, como máximo de 350 A/m 2 . Este valor revela que en una celda electrolítica técnica sólo puede circular alrededor del 30 - 40% de la densidad de corriente límite teórica. Esta densidad de corriente límite teórica ilímite (ecuación 2) es una función de la concentración de iones cobre en el electrolito (c 0 ) y del espesor de la capa de difusión N en el electrodo. N, el número de iones que participan en el proceso, F, la constante de Faraday y D, el coeficiente de difusión, son constantes. c i n·F·D· Ec. 2 límite ES 2 365 376 T3 N El cálculo de la densidad de corriente teórica da como resultado, en las formas de construcción actuales, valores de alrededor de 1000 A/m 2 y por tanto densidades de corriente técnicas de como máximo 350 A/m 2 . En el caso de mayores densidades de corriente se produce cada vez más la formación de dendritas y en última instancia cortocircuitos eléctricos entre ánodo y cátodo, lo que reduce la eficacia del depósito del cobre catódico y del mismo modo la calidad del cátodo. Para poder ajustar una densidad de corriente esencialmente mayor, debe aumentarse la densidad de corriente límite. Esto es posible esencialmente sólo mediante una disminución del espesor de la capa de difusión de Nernst. Esta disminución puede lograrse mediante un movimiento relativo mayor entre electrolito y electrodo. Las formas de construcción usadas hoy en día de celdas electrolíticas de refinado se caracterizan porque el electrolito se introduce frontalmente y se retira de nuevo en la parte frontal opuesta. La corriente principal tiene lugar por tanto entre la pared de la celda y los electrodos o el fondo de la celda y los cantos inferiores de los electrodos. Esta corriente aplicada desde el exterior (también denominada convección forzada) sólo tiene una pequeña influencia sobre las condiciones del flujo entre los electrodos. La corriente entre los electrodos está determinada a partir de la convección natural, que se produce debido a la diferencia de densidad del electrolito delante del cátodo (electrolito más ligero debido al empobrecimiento de iones cobre) o delante del ánodo (electrolito más pesado debido al enriquecimiento de los iones cobre). Además de celdas electrolíticas con principio de corriente transversal se han propuesto por tanto también celdas en las que el electrolito circula principalmente en paralelo a las superficies de los electrodos. Se desarrollaron las denominadas celdas de canal, en las que se usa una corriente paralela con velocidad relativamente elevada, siendo necesarias construcciones de flujo en forma de tamiz para garantizar una distribución de la corriente uniforme a lo largo de toda la sección transversal del canal en el lado de entrada de electrolito delante de los grupos de electrodos. Asimismo se conocen celdas de corriente paralela con paredes intermedias de doble pared, terminando una pared con el borde del baño superior, pero sin llegar hasta el suelo del baño, mientras que la otra pared comienza en el suelo del baño, pero sin llegar hasta el borde superior. En otro baño electrolítico conocido (documento DD 87 665) están dispuestas paredes intermedias de doble o múltiple pared con aberturas distribuidas por toda la amplitud, que 2 ES 2 365 376 T3 se encuentran en un lado a la altura del canto inferior del cátodo y/o un tanto hacia arriba y en el otro lado a la altura del nivel del electrolito y/o un tanto hacia abajo. Además se conocen recipientes para la obtención electrolítica de metales, en los que para lograr una corriente paralela tiene lugar la entrada y salida de electrolito hacia o desde el espacio entre electrodos mediante placas perforadas dispuestas en paralelo a las paredes longitudinales. En otra construcción de celda, sólo está dispuesta junto a una pared longitudinal una pared de separación paralela con aberturas para el paso del electrolito hacia el espacio entre electrodos. Las aberturas de paso se distribuyen a lo largo de toda la altura del electrodo y están orientadas hacia el intersticio entre electrodos. Para lograr una corriente paralela se han propuesto además piezas guía en las paredes longitudinales de la celda, mediante las que se conduce el electrolito serpenteando alrededor de los electrodos. Una medida relativamente sencilla para logar una corriente paralela en celdas electrolíticas convencionales consiste en la disposición de dispositivos de entrada y salida de electrolito tubulares, mediante los que se conduce el electrolito hacia los dos espacios libres entre las paredes longitudinales del baño y los cantos laterales de los electrodos en direcciones opuestas. Debido a la mayor amplitud del cátodo, delante del canto lateral del cátodo se produce una acumulación del electrolito, por lo que éste circula parcialmente en el intersticio entre electrodos en cuestión. También se conoce un baño electrolítico en el que la corriente paralela se consigue mediante una entrada del electrolito desde el fondo del baño. En este caso, las aberturas de entrada de electrolito se encuentran por debajo del ánodo y están orientadas verticalmente hacia arriba. En el documento DD 109 031 se describe una celda electrolítica con entrada de electrolito longitudinal, en la que en uno o ambos lados longitudinales se instala una caja de entrada de electrolito que abarca toda la longitud del baño, que se extiende casi hasta el canto inferior del cátodo, cerrada por debajo y por los lados, abierta por encima del nivel del electrolito, que en el lado dirigido hacia los electrodos presenta aberturas de paso orientadas de manera horizontal y paralela a los electrodos, que se extienden en la zona de los cantos inferiores de cátodo a lo largo de una zona determinada del intersticio entre cátodos. Según una forma de realización, la superficie transversal de todas las aberturas de paso es menor que la superficie transversal horizontal abierta en el lado superior de la caja de entrada de electrolito, para lograr una baja sobrepresión. Las celdas de corriente paralela mencionadas anteriormente tienen sin embargo numerosas desventajas, por lo que hasta ahora no han podido imponerse frente a las celdas de corriente transversal. De este modo, la celda de canal requiere una gran capacidad de bombeo para lograr las altas velocidades de corriente. Para la separación del lodo del ánodo arrastrado es necesaria una filtración continua del electrolito. Igualmente, debido al riesgo de formación de remolinos de lodo del ánodo, las aberturas de entrada de electrolito no son adecuadas en el fondo del baño. También en celdas de corriente paralela con paredes intermedias simples pueden aparecer incluso considerables ramificaciones de corriente a pesar de las bajas velocidades de corriente. La disposición de la entrada o salida de electrolito en el fondo del baño conlleva también asimismo el riesgo de una formación de remolinos del lodo del ánodo y por consiguiente el empeoramiento de la calidad del cátodo. Un riesgo de este tipo existe también en el caso de la disposición de paredes intermedias de doble pared, de las que en cada caso una no llega hasta el fondo del baño. Además se dan condiciones desfavorables para el mezclado del electrolito del baño y del electrolito nuevo. Una desventaja adicional es la carga de tales paredes intermedias de doble pared. Así, estas paredes deben realizarse de manera especialmente estable para absorber las cargas del ánodo, lo que sin embargo está relacionado con graves problemas de materiales. En los baños de corriente paralela con paredes intermedias de doble o múltiple pared, si bien... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para hacer funcionar celdas electrolíticas de cobre que comprenden una pluralidad de placas de ánodo y de cátodo dispuestas en vertical y en paralelo entre sí, una entrada de electrolito longitudinal y una salida de electrolito, caracterizado porque el electrolito se introduce a través de la entrada de electrolito de manera horizontal y paralela a los electrodos en cada intersticio entre electrodos en cada caso a la altura del tercio inferior de los electrodos con una velocidad de desde 0,3 hasta 1,0 m/s, estando dispuestas las placas de cátodo de manera estacionaria con respecto a la dirección de introducción. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el electrolito se introduce en la celda con una velocidad de desde 0,3 hasta 0,6 m/s. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el electrolito se deja avanzar longitudinalmente. 4. Celda electrolítica de cobre, que comprende una pluralidad de placas de ánodo y de cátodo dispuestas en vertical y en paralelo entre sí, una entrada de electrolito longitudinal y una salida de electrolito, caracterizada porque la entrada de electrolito comprende una caja de entrada cerrada que se extiende por una pared longitudinal de la celda hasta la zona del canto inferior del electrodo, que puede suspenderse en los lados frontales de la celda y que puede unirse con una fuente de electrolito y que está dotada de medios para la disposición estacionaria de cada placa de cátodo así como de al menos una abertura, en particular una boquilla, para la alimentación dirigida del electrolito, en las zonas que se extienden a través del tercio inferior de la altura del electrodo y en cada caso correspondientes al intersticio entre electrodos. 5. Celda electrolítica de cobre según la reivindicación 4, caracterizada porque los medios para la disposición estacionaria de las placas de cátodo están formados como medios para el guiado vertical. 6. Celda electrolítica de cobre según la reivindicación 5, caracterizada porque los medios para el guiado vertical están formados como discos circulares o ruedas, centrándose las placas de cátodo en cada caso entre dos discos o ruedas separados y dispuestos de manera adyacente. 7. Celda electrolítica de cobre según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque la salida de electrolito está dispuesta frontalmente. 8. Celda electrolítica de cobre según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque la salida de electrolito está dispuesta longitudinalmente. 9. Caja de entrada de electrolito para una celda electrolítica de cobre, estando la caja de entrada cerrada y extendiéndose por una pared longitudinal de la celda hasta la zona del canto inferior del electrodo, caracterizada porque puede suspenderse en los lados frontales de la celda y puede unirse con una fuente de electrolito y está dotada de medios para la disposición estacionaria de cada placa de cátodo así como de al menos una abertura, en particular una boquilla, para la alimentación dirigida del electrolito, en las zonas que se extienden a través del tercio inferior de la altura del electrodo y en cada caso correspondientes al intersticio entre electrodos. 7 ES 2 365 376 T3 8 ES 2 365 376 T3 9 ES 2 365 376 T3 ES 2 365 376 T3 11 ES 2 365 376 T3 12 ES 2 365 376 T3 13