Un sistema para la captación de efluentes producidos por una cuba electrolítica (1) destinada a la producción de aluminio,

y para extraer dichos efluentes de la cuba en una corriente de gas, comprendiendo dicho sistema una cubierta (20) para confinar los efluentes, al menos un canal de descarga (25, 25', 25'', 25''') para recoger dicha corriente de gas, y medios de aspiración (30, 31) para extraer dicha corriente de gas de la cuba a través de dicho canal o canales de descarga (25, 25', 25'', 25'''), incluyendo dicha cubierta trampillas desmontables (21) y opcionalmente al menos una puerta (23) para acceder al interior de la cubierta (20); caracterizado porque dicho sistema comprende además al menos un tubo (50, 50', 50'') que se compone de lo siguiente: - un primer extremo (51, 51', 51'') que está directa o indirectamente conectado a una alimentación de aire a presión (53), y - un segundo extremo (52, 52', 52'') que está ubicado dentro de dicho canal o canales de descarga (25, 25', 25'', 25'''), incluye al menos una abertura (54) y está orientado de modo que el aire a presión pueda proyectarse a través de dicha abertura (54) de una manera tal que aumente dicho caudal de gas en dicho canal o canales de descarga (25, 25', 25'', 25''')

Ámbito de la invención

La invención se refiere a la producción de aluminio por medio de electrólisis ígnea. Más específicamente, se refiere a la extracción y tratamiento de efluentes suspendidos en el aire producidos por las cubas electrolíticas diseñadas para la producción de aluminio.

Estado de la técnica

El metal aluminio se produce a nivel industrial mediante electrólisis ígnea, es decir por electrólisis de alúmina en solución en un baño de criolita fundida, utilizando el muy conocido proceso de Hall-Héroult. Una planta de producción de aluminio comprende múltiples cubas electrolíticas, por general varios centenares, que se disponen en filas y se conectan en serie. Los Títulos de Patente N° 6.409.894 a nombre de Aluminium Pechiney describen las disposiciones habituales de las plantas destinadas a la producción de aluminio mediante la utilización de cubas electrolíticas.

Las reacciones electrolíticas, las reacciones secundarias y la elevada temperatura de trabajo lleva a la formación de efluentes suspendidos en el aire que contienen en particular dióxido de carbono, productos fluorados y polvo (alúmina, baño electrolítico, etc.).

La emisión de estos efluentes a la atmósfera está severamente controlada y regulada, no sólo en lo que se refiere a la atmósfera ambiente en la sala de electrólisis, para seguridad del personal que trabaja cerca de las cubas electrolíticas, sino también en cuanto a la contaminación de la atmósfera. En muchos países, la normativa sobre contaminación establece límites para las cantidades de efluentes que se descargan a la atmósfera.

A fin de evitar la liberación de efluentes a la atmósfera ambiente, una solución conocida es contar con una cuba electrolítica con un sistema de extracción de efluentes que por lo general incluye una cubierta para confinar los efluentes y un ventilador para aspirar los efluentes hacia arriba. La cubierta está comunicada a través de una red de conductos con una instalación de tratamiento común a una serie de cubas.

Las cubas electrolíticas deben atenderse durante la operación. Por ejemplo, los ánodos desgastados deben cambiarse por ánodos nuevos y el aluminio líquido producido por las cubas debe ser regularmente extraído. Con este fin, la cubierta incluye medios tal como trampillas o puertas que permiten acceder a la parte interior de las cubas para realizar operaciones de mantenimiento. No obstante, el retiro de las trampillas o la apertura de las puertas disminuye la eficiencia de captación del sistema de extracción y permite que algunos efluentes escapen a la atmósfera circundante.

El Título de Patente de los EE.UU. N° 4.668.352 a nombre de Aluminium Pechiney presenta un dispositivo y un proceso en el cual los medios de aspiración pasan automáticamente al modo de aspiración incrementada cuando se detecta la apertura de la cubierta. Más precisamente, se mide continuamente la temperatura de los gases en los conductos de extracción de cada cuba, y el sistema pasa al modo de aspiración incrementada cuando se detecta en algún conducto una caída abrupta de la temperatura causada por la apertura de la cubierta. El modo de aspiración incrementada se obtiene accionando una rejilla o aleta móvil. No obstante, las rejillas y aletas están expuestas a temperaturas elevadas, compuestos corrosivos y atmósfera cargada de polvo que pueden dañarlos y por consiguiente reducir la confiabilidad del sistema.

La Solicitud de Patente Internacional N° WO 01/36716 a nombre de Norsk Hydro presenta un sistema de aspiración doble que comprende, para cada cuba, un segundo canal colector, un ventilador adicional y opcionalmente una válvula de tres vías. Este sistema es complicado e incluye medios mecánicos sometidos a las condiciones severas causadas por los efluentes. Además, esta solución aumenta significativamente los costos de inversión, dado que requiere redes de conductos separadas.

El solicitante se abocó a encontrar una solución para el problema de encontrar medios alternativos aceptables desde el punto de vista industrial, para incrementar la capacidad de extracción de una cuba electrolítica.

Descripción de la invención

Un objeto de la invención es un sistema para la captación de efluentes producidos por una cuba electrolítica destinada a la producción de aluminio, y para extraer dichos efluentes de la cuba en una corriente de gas, comprendiendo dicho sistema una cubierta para confinar los efluentes, al menos un canal de descarga para recoger dicha corriente de gas, y medios de aspiración para extraer dicha corriente de gas de la cuba a través de dicho canal

o canales de descarga, donde dicha cubierta incluye trampillas desmontables y opcionalmente al menos una puerta

para acceder al interior de la cubierta; y dicho sistema comprende además al menos un tubo que se compone de lo siguiente:

- un primer extremo que está directa o indirectamente conectado a una alimentación de aire a presión, y -un segundo extremo que está ubicado dentro de dicho canal o canales de descarga, incluye al menos una abertura y está orientado de modo que el aire a presión pueda proyectarse a través de dicha abertura de una manera tal que permita aumentar dicho caudal de gas en dicho canal o canales de descarga. Otro objeto de la invención es un proceso para la captación de efluentes producidos por una cuba electrolítica destinada a la producción de aluminio, y para extraer dichos efluentes de la cuba en una corriente de gas que circula en al menos un canal de descarga, comprendiendo dicho proceso lo siguiente: -incorporar a la cuba un sistema para la captación de efluentes, de acuerdo con la invención, -conectar dicho tubo o tubos, con una alimentación de aire a presión, -activar dichos medios de aspiración de modo de crear un caudal en dicho canal o canales de descarga, -suministrar aire a presión a dicho tubo o tubos, con un caudal específico de manera de incrementar el caudal de gas en dicho canal o canales de descarga.

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Por lo general, el aire a presión se suministra a dicho tubo o tubos cuando se retira al menos una trampilla de la cuba o cuando se abre dicha puerta.

Es una ventaja que la presión y el caudal del aire a presión en dicho tubo o tubos se regulan de conformidad con las necesidades reales de aspiración. Esta realización de la invención permite un control más estricto de las necesidades de suministro de aire a presión.

La invención posibilita variar con eficiencia el caudal de gas que circula por el o los canales de descarga sin que se requiera una presión o caudales excesivamente elevados para el aire a presión. La invención evita el uso de partes mecánicas ubicadas en la corriente de efluentes que salen de la cuba.

El solicitante estima que el caudal de gas R que circula por el o los canales de descarga, es decir, el caudal de gas portador de efluentes que sale de una cuba, puede aumentarse por medio de un coeficiente de entre 1,5 y 3, utilizando un caudal especificado de aire a presión Ro, es decir el caudal de aire a presión impulsado por la abertura de un tubo en el canal de descarga de la cuba, o sea entre el 5 y el 15% del caudal normal de gas en el o los canales de descarga, y una presión Po del aire a presión que sea inferior a 5 bares.

La invención se describe a continuación con mayor detalle, con referencia a las realizaciones preferidas y a las figuras adjuntas.

La Figura 1 ilustra una vista en corte de una cuba electrolítica tipo, destinada a la producción de aluminio. La Figura 2 ilustra la parte superior de una cuba electrolítica equipada con un sistema de captación de efluentes. La Figura 3 ilustra esquemáticamente un conjunto de cubas electrolíticas que incluye un sistema para captar efluentes y medios de aspiración comunes. Las Figuras 4 y 5 ilustran esquemáticamente realizaciones de una cuba electrolítica provista de un sistema para captar efluentes de acuerdo con la invención. La Figura 6 ilustra una posible realización de un sistema de acuerdo con la invención.

Una cuba electrolítica (1) diseñada para la producción de aluminio es por lo general rectangular, cuyos lados largos tienen en general de 10 a 20 metros de longitud y cuyos lados cortos tienen en general de 3 a 5 metros de longitud y a menudo se los denomina extremos.

Según se ilustra en la Figura 1, una cuba electrolítica (1) comprende un recipiente (2) que está habitualmente ubicado debajo de un piso (100) común a... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para la captación de efluentes producidos por una cuba electrolítica (1) destinada a la producción de aluminio, y para extraer dichos efluentes de la cuba en una corriente de gas, comprendiendo dicho sistema una cubierta (20) para confinar los efluentes, al menos un canal de descarga (25, 25, 25, 25) para recoger dicha corriente de gas, y medios de aspiración (30, 31) para extraer dicha corriente de gas de la cuba a través de dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25), incluyendo dicha cubierta trampillas desmontables (21) y opcionalmente al menos una puerta (23) para acceder al interior de la cubierta (20); caracterizado porque dicho sistema comprende además al menos un tubo (50, 50, 50) que se compone de lo siguiente: -un primer extremo (51, 51, 51) que está directa o indirectamente conectado a una alimentación de

aire a presión (53), y

- un segundo extremo (52, 52, 52) que está ubicado dentro de dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25), incluye al menos una abertura (54) y está orientado de modo que el aire a presión pueda proyectarse a través de dicha abertura (54) de una manera tal que aumente dicho caudal de gas en dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25).

2. Un sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho segundo extremo (52, 52, 52) está orientado de modo tal que el aire a presión sea proyectado esencialmente a lo largo de la dirección de dicha corriente de gas.

3. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicho segundo extremo (52, 52, 52) está provisto opcionalmente de una tobera que constituye dicha abertura (54).

4. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la dimensión de dicha abertura (54) es de entre 5 mm2 y 300 mm2.

5. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la dimensión de dicha abertura (54) es de entre 10 mm2 y 80 mm2.

6. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el tubo o tubos (50, 50, 50) están conectados a la alimentación de aire a presión (53) a través de una válvula (55, 55, 55).

7. Un sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha válvula (55, 55, 55) se selecciona entre válvulas de accionamiento eléctrico y válvulas de accionamiento neumático.

8. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque dicha válvula (55, 55, 55) está acoplada a un sistema de regulación.

9. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha alimentación de aire a presión (53) puede suministrar aire a presión a una presión especificada y a un caudal especificado.

10. Un sistema según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho caudal especificado Ro es de entre el 5 y el 15% de dicho caudal de gas.

11. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la presión especificada es inferior a 5 bares.

12. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25) incluyen un tramo de conducto (27) con una sección transversal interna que varía a lo largo de dicho tramo de conducto, y porque dicho segundo extremo (52, 52, 52) está ubicado dentro de dicho tramo de conducto.

13. Un sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho tramo de conducto (27) cuenta con una entrada (271) y una salida (272) e incluye un estrechamiento (28) entre dicha entrada (271) y dicha salida (272).

14. Un sistema según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho segundo extremo (52, 52, 52) está ubicado en la cercanía de dicho estrechamiento (28).

15. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque dicho segundo extremo (52, 52, 52) está ubicado antes de un plano (29) donde la sección de dicho estrechamiento

(28) es más angosta.

16. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque los medios de aspiración incluyen al menos un ventilador (31).

17. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque dichos medios de aspiración incluyen un conducto (30) que es común a al menos dos cubas electrolíticas y está conectado a al menos un ventilador común (31).

18. Un sistema según la reivindicación 17, caracterizado porque dicho ventilador (31) está ubicado en una instalación (40) para el tratamiento de dichos efluentes o después de ésta.

19. Un proceso para la captación de efluentes producidos por una cuba electrolítica (1) destinada a la producción de aluminio, y para extraer dichos efluentes de la cuba (1) en una corriente de gas que circula en al menos un canal de descarga (25, 25, 25, 25), caracterizado porque dicho proceso comprende lo siguiente: -incorporar a la cuba un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, -conectar dicho tubo o tubos (50, 50, 50) con una alimentación de aire a presión (53), -activar dichos medios de aspiración (30, 31) de modo de crear un caudal en dicho canal o canales de

descarga (25, 25, 25, 25), -suministrar aire a presión a dicho tubo o tubos (50, 50, 50) a un caudal específico de manera de incrementar el caudal de gas en dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25).

20. Un proceso según la reivindicación 19, caracterizado porque la alimentación de aire a presión a dicho tubo

o tubos (50, 50, 50) se activa de forma manual o automática, o una combinación de ambas.

21. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 19 y 20, caracterizado porque se suministra aire a presión a dicho tubo o tubos (50, 50, 50) cuando se retira de la cuba al menos una trampilla (21).

22. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque se suministra aire a presión a dicho tubo o tubos (50, 50, 50) cuando se abre una puerta (23).

23. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado porque se suministra aire a presión a dicho tubo o tubos (50, 50, 50) a un primer caudal especificado cuando se retira de la cuba al menos una trampilla (21), y a un segundo caudal especificado cuando se abre dicha puerta (23).

24. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado porque la relación Po/P entre la presión Po en el interior de dicho tubo o tubos (50, 50, 50) y la presión P en el interior de dicho canal o canales de descarga (25, 25, 25, 25) donde está ubicado el extremo de salida (52, 52, 52) del tubo o tubos (50, 50, 50) es menor o igual a 4, de modo tal de evitar ondas de choque.

25. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, caracterizado porque el caudal especificado es de entre el 5 y el 15% de dicho caudal de gas.