Celda de electrodo de lecho con vertedero para extracción electrolítica de metal.

Un elemento de celda de una matriz de celda laminada para la extracción electrolítica de metal a partir desoluciones iónicas metálicas,

que comprende una cubierta de ánodo y una cubierta de cátodo separada por undiafragma aislante, la cubierta de ánodo se delimita por una placa anódica provista con por lo menos una salienteconductora para transmitir corriente eléctrica directa a un ánodo, la cubierta de cátodo se delimita por una placacatódica y se proporciona con por lo menos un tubo de aspiración capaz de establecer un lecho con vertedero degranos metálicos, se proporciona dicho diafragma con perforaciones en correspondencia de dicho lecho convertedero de granos metálicos que permite la circulación libre del electrolito mientras que obstaculiza el paso dedichos granos metálicos desde el compartimiento catódico hasta el compartimiento anódico.

Celda de electrodo de lecho con vertedero para extracción electrolítica de metal

Antecedentes de la invención La recuperación de metales a partir de celdas de lecho móvil se conoce en la técnica como una técnica muy

atractiva, aunque todavía lejos de la práctica industrial actual. Se ha descrito primero la deposición de metales de lecho móvil como una mejora del concepto más general del depósito de metal de lecho (ver por ejemplo Patente Estadounidense 4, 141, 804) otorgada a Scott et al. en la Patente Estadounidense 4, 272, 333. Se hace levitar un lecho de granos metálicos mediante un chorro líquido de electrolitos hasta que pasa el borde superior de un cátodo de metal, que desborda en una cámara delimitada por dicho cátodo y un diafragma semipermeable, que separa el lecho que cae del ánodo. Por lo tanto el lecho que cae se polariza catódicamente, y los iones metálicos en el electrolito se pueden descargar sobre los granos provocando su crecimiento. El método descrito permite cargar los granos como semillas pequeñas y descargarlos de la celda después de alcanzar el crecimiento requerido, pero tiene la desventaja obvia de ser sustancialmente un procedimiento por tandas. Por otra parte, se debe operar la celda como una única celda y no tiene posibilidad de ser apilada de manera efectiva en una disposición laminar, y por lo tanto es muy

limitada su capacidad productiva por volumen unitario o por superficie de instalación unitaria.

Se ofrece una mejora significativa de este concepto por la descripción de la Patente Estadounidenses 5, 635, 051 y 5, 958, 210, dirigida a la extracción electrolítica de zinc. En este caso, el compartimento catódico contiene un lecho con vertedero generado por el movimiento ascendente del electrolito proporcionado a un tubo de aspiración, y se divide en dos coronas circulares en las regiones que caen, dispuestas en los dos lados del tubo. Los 20 compartimientos catódicos y anódicos están separados por medio de una barrera permeable a los iones, tal como una membrana de intercambio iónico o similar. Por lo tanto se separan físicamente el anolito y el catolito y se excluyen de nuevo los granos crecientes desde el compartimiento anódico, pero se permite el paso de los iones que se van a depositar desde el compartimiento anódico hasta el catódico. La celda es de alguna manera mejor que la descrita en el documento US 4, 272, 333 en términos de capacidad productiva, siendo bastante plana, e incluso previendo la posibilidad de una disposición en paralelo de una pluralidad de tubos de aspiración y correspondientes coronas circulares de grano que caen para aumentar el tamaño de por lo menos una dimensión de los mismos. No obstante, el depósito descrito aquí es todavía un proceso por tanda típico, el agotamiento de los iones metálicos en la cámara de anolito se tiene que contrarrestar con un procedimiento de restauración delicado, con el fin de mantener una cierta estabilidad de las condiciones de la celda.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una celda de lecho con vertedero para la recuperación de metales a partir de soluciones metálicas que superan los inconvenientes de la técnica anterior.

Bajo un aspecto diferente, es un objeto de la presente invención proporcionar un método para extracción electrolítica de metal de un ion metálico que contiene electrolito que supera los inconvenientes de la técnica anterior.

Resumen de la invención Bajo un primer aspecto, la invención consiste en un elemento de celda de extracción electrolítica de lecho con vertedero que se puede laminar en una matriz de elementos equivalentes en una forma modular.

Bajo otro aspecto, la invención consiste de un elemento de celda de extracción electrolítica de lecho con vertedero que comprende una cubierta de cátodo delimitada por una placa catódica y provista con un tubo de aspiración capaz de establecer un lecho con vertedero de granos metálicos crecientes, una placa anódica provista con salientes para sostener mecánicamente un ánodo metálico y transmitir corriente eléctrica a este, y un diafragma semipermeable aislante que separa los compartimientos catódico y anódico lo que permite el paso libre del electrolito mientras que obstaculiza el paso de los granos metálicos.

Bajo todavía otro aspecto, la invención consiste en una matriz de elementos de celda de lecho con vertedero de extracción electrolítica apilados, cada uno delimitado por una placa anódica y una placa catódica, cada placa 45 anódica entra en contacto con la placa catódica de la celda adyacente, preferiblemente por medio de tiras de contacto.

Bajo todavía otro aspecto, la invención consiste en un método para extracción electrolítica de metales a partir de soluciones metálicas mediante crecimiento controlado de granos metálicos con vertedero, llevado a cabo en una matriz de elementos de celda modular en donde el electrolito se deja circular libremente entre el compartimiento 50 anódico y catódico luego de fluir a través de un diafragma semipermeable aislante.

Estos y otros aspectos serán evidentes a partir de la siguiente descripción.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista posterior de la cubierta de cátodo de una celda de extracción electrolítica de lecho con vertedero de acuerdo con una realización preferida de la invención.

La Figura 2 y la figura 3 son respectivamente la vista delantera y posterior de la cubierta de ánodo de una celda de extracción electrolítica de lecho con vertedero de acuerdo con una realización preferida de la invención.

La Figura 4 es la misma vista delantera de la cubierta de ánodo como en la figura 2, que incluye adicionalmente un diafragma de cara completa de aislamiento de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 5 muestra los parámetros geométricos de dos tipos de tela que se pueden utilizar alternativamente para la construcción del diafragma de la figura 4.

La Figura 6 es una vista delantera del compartimiento catódico de la celda, que comprende un tubo de aspiración que establece un lecho con vertedero de granos metálicos en los dos lados de este.

La Figura 7 es un boceto de una doble boquilla para cargar el tubo de aspiración de la celda de acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención.

La Figura 8 es un alargamiento de la región superior del tubo de aspiración mostrado en la figura 6, que incluye un deflector para controlar la altura del lecho con vertedero y un elemento del sistema de sobreflujo, de acuerdo con una realización preferida de la invención.

La Figura 9 es una sección superior de la celda que muestra elementos de aislamiento para el tubo de aspiración y el diafragma de acuerdo con una realización preferida de la invención.

La Figura 10 es un esquema de la circulación de electrolito de la celda de la invención.

Descripción detallada de la invención Se describirá la invención haciendo referencia a los dibujos de ejemplo adjuntos, sin embargo no están destinados a limitar la misma.

La celda de la invención se diseña para actuar preferiblemente como un elemento de una matriz laminada de celdas equivalentes, aunque también se puede utilizar como una celda única para extracción electrolítica de metal.

La celda de la invención es adecuada para llevar a cabo la extracción electrolítica de muchos materiales diferentes, que incluyen pero no se limitan a, cobre, estaño, manganeso, zinc, níquel, cromo y cobalto.

El elemento de celda de la invención comprende una cubierta de cátodo y una cubierta de ánodo, cada una delimitada por una placa metálica. La placa metálica anódica de la celda es adecuada para ser acoplada eléctricamente en una forma sencilla a la placa catódica de la celda adyacente en la matriz laminada; en una realización preferida, se efectúa este acoplamiento eléctrico al sujetar el mismo a una pluralidad de elementos de celda única en una pila, de tal manera que se puede retirar y/o reemplazar cada elemento de celda única en cualquier momento, por ejemplo para propósitos de mantenimiento, luego de liberar la presión de sujeción y extraer la misma. La cubierta de cátodo se elabora preferiblemente de acero inoxidable, pero para muchas otras aplicaciones son adecuados otros materiales, tales como níquel o titanio. En una realización preferida, la cubierta de cátodo se elabora de una matriz de barras de acero inoxidable rectangulares con una placa catódica soldada a las mismas. Haciendo referencia a la figura 1, se muestra el lado posterior de una cubierta de cátodo (100) provista con orificios de pernos (2) en el reborde o de manera más general en la región más periférica... [Seguir leyendo]

1. Un elemento de celda de una matriz de celda laminada para la extracción electrolítica de metal a partir de soluciones iónicas metálicas, que comprende una cubierta de ánodo y una cubierta de cátodo separada por un diafragma aislante, la cubierta de ánodo se delimita por una placa anódica provista con por lo menos una saliente conductora para transmitir corriente eléctrica directa a un ánodo, la cubierta de cátodo se delimita por una placa catódica y se proporciona con por lo menos un tubo de aspiración capaz de establecer un lecho con vertedero de granos metálicos, se proporciona dicho diafragma con perforaciones en correspondencia de dicho lecho con vertedero de granos metálicos que permite la circulación libre del electrolito mientras que obstaculiza el paso de dichos granos metálicos desde el compartimiento catódico hasta el compartimiento anódico.

2. El elemento de celda de la reivindicación 1 en donde dicha por lo menos una saliente de conducción se forma como una nervadura.

3. El elemento de celda de la reivindicación 2 en donde dichas nervaduras tienen una primera superficie principal hacia donde se asegura dicho ánodo, y una segunda superficie principal provista con una tira de contacto, dicha tira de contacto se une por soldadura a dicha placa anódica.

4. El elemento de celda de las reivindicaciones 2 o 3 en donde dicha cubierta de ánodo comprende adicionalmente separadores en forma de nervadura.

5. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicha cubierta de cátodo se construye de una matriz de barras.

6. El elemento de celda de la reivindicación 5 en donde dichas barras tienen forma rectangular.

7. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicha cubierta de cátodo comprende por lo menos una ventana para inspección.

8. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicha cubierta de ánodo y dicha cubierta de cátodo comprenden regiones planas periféricas tales como marcos o rebordes para asegurar dicha cubierta de ánodo a dicha cubierta de cátodo.

9. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicha cubierta de ánodo se elabora de titanio o una aleación del mismo, y dicha cubierta de cátodo se elabora de acero inoxidable, níquel o titanio.

10. El elemento de celda de la reivindicación 9 en donde dicho ánodo es una estructura de titanio foraminosa recubierta con metales nobles u óxidos de metales nobles en por lo menos una superficie del mismo.

11. El elemento de celda de las reivindicaciones 9 o 10 en donde dicha cubierta de ánodo se pone en contacto con la cubierta de cátodo del elemento de celda adyacente en la matriz de celda con por lo menos una tira bimetálica interpuesta entre ellos.

12. El elemento de celda de la reivindicación 11 en donde dicha por lo menos una tira bimetálica se une mediante soldadura a por lo menos una de dicha cubierta de cátodo y dicha cubierta de ánodo.

13. El elemento de celda de la reivindicación 12 en donde dicha por lo menos una tira bimetálica se une mediante soldadura a dicha cubierta de ánodo en correspondencia de dicha por lo menos una saliente de conducción.

14. El elemento de celda de la reivindicación 13 en donde dicha por lo menos una tira bimetálica y dicha por lo menos una saliente de conducción se unen mediante soldadura a dicha cubierta de ánodo en una única etapa.

15. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicho diafragma aislante forma una empaquetadura de cara completa que contribuye al sello hidráulico entre dicha cubierta de ánodo y dicha cubierta de cátodo por lo menos en la porción periférica de la misma.

16. El elemento de celda de la reivindicación 15 en donde dicho diafragma aislante se proporciona con una máscara de aislamiento adicional en correspondencia de las regiones que contactan los bordes externos de dicho ánodo y /o los bordes verticales de dicho por lo menos un tubo de aspiración.

17. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicho diafragma aislante se elabora de una tela tejida.

18. El elemento de celda de la reivindicación 17 en donde dicha tela se teje como un tejido plano o tejido holandés inverso.

19. El elemento de celda de la reivindicación 18 en donde dicha tela tiene una relación de diámetro de alambre de trama a alambre de urdimbre comprendida entre 1.15 y 1.5.

20. El elemento de celda de la reivindicación 19 en donde dicha tela tiene una relación de diámetro de alambre de trama a alambre de urdimbre de aproximadamente 5:4.

21. El elemento de celda de las reivindicaciones 17 a 20 en donde la relación de espaciamiento de alambre de urdimbre a diámetro de alambre de urdimbre es mayor de 3.

22. El elemento de celda de las reivindicaciones 17 a 21 en donde dicha tela tejida tiene un espesor comprendido entre 0.4 y 0.6 mm.

23. El elemento de celda de las reivindicaciones 17 a 22 en donde dicha tela es una tela de poliéster.

24. El elemento de celda de la reivindicación 10 en donde dicho diafragma aislante se obtiene al aplicar un recubrimiento aislante a la superficie de dicho ánodo de titanio foraminoso opuesto a dicha por lo menos una superficie recubierta con metales nobles u óxidos de metales nobles.

25. El elemento de celda de la reivindicación 24 en donde dicho recubrimiento de aislamiento es un recubrimiento de cerámica.

26. El elemento de celda de la reivindicación 25 en donde dicho recubrimiento de cerámica se selecciona del grupo que consiste de óxidos de metal de válvula y carburo de silicio.

27. El elemento de celda de la reivindicación 26 en donde dicho recubrimiento de cerámica se aplica mediante rociado de plasma.

28. El elemento de celda de la reivindicación 24 en donde dicho recubrimiento de aislamiento comprende un material polimérico fluorado.

29. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicho por lo menos un tubo de aspiración es un tubo de forma rectangular.

30. El elemento de celda de la reivindicación 29 en donde dicho tubo de forma rectangular se elabora de un metal resistente a corrosión, preferiblemente acero inoxidable o titanio.

31. El elemento de celda de la reivindicación 30 en donde dicho tubo metálico de forma rectangular se proporciona con un recubrimiento externo aislante y/o con cinta de espuma por lo menos en las dos superficies principales de la misma paralelas a dicha placa anódica y dicha placa catódica.

32. El elemento de celda de las reivindicaciones 29 a 31 en donde la profundidad de dicho tubo en forma rectangular es equivalente a la distancia entre dicha placa catódica que delimita dicha cubierta de cátodo y dicho diafragma.

33. El elemento de celda de las reivindicaciones 29 a 32 en donde el fondo de dicho por lo menos un tubo de aspiración se proporciona con una entrada alargada con respecto al ancho del tubo.

34. El elemento de celda de las reivindicaciones 29 a 33 en donde dicho por lo menos un tubo de aspiración se proporciona con elementos en forma de punta de flecha ubicados en su parte más baja, el ángulo de los mismos con la horizontal está comprendido entre 60 y 80° y preferiblemente equivalente a aproximadamente 70°.

35. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores en donde dicho por lo menos un tubo de aspiración comprende una base provista con por lo menos una boquilla para cargar el electrolito, generando por lo tanto un movimiento capaz de establecer dicho lecho con vertedero de granos metálicos.

36. El elemento de celda de la reivindicación 35 en donde dicha por lo menos una boquilla es una boquilla doble que comprende una porción externa ubicada en la base de la celda y una porción interna que se extiende dentro de o cerca de la entrada de dicho por lo menos un tubo de aspiración.

37. El elemento de celda de la reivindicación 35 o 36 en donde dicha porción interna de la boquilla doble se proporciona con perforaciones que permiten el paso del electrolito y obstaculizan el paso de dichos granos metálicos.

38. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores comprende adicionalmente por lo menos un deflector ubicado sobre la parte superior de dicho por lo menos un tubo de aspiración adecuado para controlar la altura de dicho lecho con vertedero.

39. El elemento de celda de la reivindicación 38 en donde dicho por lo menos un deflector generalmente tiene forma de tejado.

40. El elemento de celda de las reivindicaciones 38 o 39 en donde dicho por lo menos un deflector se proporciona con agujeros que permiten el paso libre del electrolito y obstaculizan el paso de dichos granos metálicos.

41. El elemento de celda de las reivindicaciones precedentes provisto adicionalmente con un sistema de sobreflujo de grano que comprende por lo menos un vertedero ubicado a una altura adyacente a la parte superior de dicho por lo menos un tubo de aspiración y un tanque para recolectar los granos del sobreflujo.

42. El elemento de celda de la reivindicación 41 en donde dicho tanque se proporciona con medios para descargar dichos granos de sobreflujo desde el fondo.

43. El elemento de celda de la reivindicación 41 o 42 en donde dicho tanque tiene un fondo en forma de cono.

44. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores que comprende adicionalmente un electrolito tubo de drenaje provisto con un elemento de filtro que permite la descarga del electrolito desde la celda mientras que evita la descarga de dichos granos metálicos.

45. El elemento de celda de las reivindicaciones anteriores que comprende adicionalmente un dispositivo de drenaje de grano para descargar dichos granos metálicos del mismo provisto con un tubo de drenaje y un elemento de separación en forma de T cargado con electrolito en la pata horizontal del mismo.

46. Una matriz de elementos de celda de extracción electrolítica apilados que comprende una cubierta de ánodo delimitada por una placa anódica y una cubierta de cátodo delimitada por una placa catódica y que incluye un tubo de aspiración que establece un lecho con vertedero de los granos metálicos, dicha placa anódica pone en contacto la placa catódica de la celda adyacente en la matriz.

47. La matriz de la reivindicación 46 en donde dicha placa anódica contacta dicha placa catódica de dicha celda adyacente por medio de una tira de contacto bimetálica.

48. La matriz de las reivindicaciones 46 o 47 en donde dicha cubierta de ánodo y dicha cubierta de cátodo de cada elemento de celda se aseguran mutuamente antes de apilar los elementos de celda.

49. La matriz de las reivindicaciones 46 a 48 en donde los elementos de celda son elementos de celda de las reivindicaciones 1 a 45.

50. Un método para la extracción electrolítica de un metal que comprende cargar los granos metálicos en el compartimiento catódico de un elemento de celda de las reivindicaciones 1 a 45, colocar dichos granos en contacto eléctrico con dicha placa catódica, y enganchar dichos granos sujetos a un potencial catódico en un lecho con vertedero bajo la acción de un ión metálico que lleva electrolito proporcionado a través de dicho por lo menos un tubo de aspiración.

51. El método de la reivindicación 50 en donde dicho lecho con vertedero se forma de por lo menos una corona circular en forma generalmente rectangular llena dispuesta en un lado de dicho por lo menos un tubo de aspiración.

52. El método de la reivindicación 50 en donde dicho lecho con vertedero se forma de dos coronas circulares generalmente en forma rectangular cargadas dispuestas en lados opuestos dicho por lo menos un tubo de aspiración.

53. El método de la reivindicación 51 o 52 en donde dichas dos coronas circulares en forma rectangular cargadas permiten la auto-formación de los conos móviles de granos que llenan las esquinas inferiores de dicha cubierta de cátodo y que permiten la formación natural de canales de flujo de grano en el espacio vertical por debajo de la base de dicho por lo menos un tubo de aspiración.

54. El método de las reivindicaciones 50 a 53 en donde dicho metal que se va a electroobtener se selecciona del grupo que consiste de cobre, estaño, manganeso, zinc, níquel, cromo y cobalto.