BR112014009801B1

BR112014009801B1 - Compartimento anódico e célula eletroquímica para recuperação por eletrólise de metal

Info

Publication number: BR112014009801B1
Application number: BR112014009801-8A
Authority: BR
Inventors: Giuseppe Faita
Original assignee: Industrie De Nora S.P.A
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2020-08-11
Also published as: ITMI20111938A1; BR112014009801A2; EA025814B1; CA2847819C; WO2013060786A1; AR088479A1; CA2847819A1; TW201317398A; MX2014004999A; EP2776611B1; ES2556039T3; KR20140082788A; US20140246306A1; CL2014001071A1; JP6113178B2; AU2012330375B2; EP2776611A1; JP2014530961A; US9206517B2; TWI563127B

Abstract

compartimento anódico e célula eletroquímica para recuperação por eletrólise de metal. a presente invenção se refere a um compartimento anódico para células de recuperação por eletrólise de metal delimitado por uma armação em formato de quadro que compreende um envoltório que inclui um separador permeável fixado ao dito formato de quadro por meio de um flange em formato de quadro, sendo que pelo menos um anodo é obtido a partir de um substrato de metal válvula revestido com pelo menos uma camada catalítica resistente à corrosão, em que o dito anodo é inserido dentro do dito envoltório, e um desnebulizador localizado acima do dito anodo e delimitado pelo dito separador e pela dita armação. a presente invenção também se refere a uma célula eletroquímica para recuperação por eletrólise de metal que compreende pelo menos um tal compartimento anódico.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção presente refere-se a um compartimento anódico de uma célula para recuperação por eletrólise de metal equipado com um anodo que consiste em um substrato de metal fornecido com um revestimento que compreende uma camada catalítica. O compartimento anódico é projetado para conter bolhas de oxigênio geradas pela reação anódica na superfície do anodo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Os processos de recuperação por eletrólise são geralmente executados em células eletroquímicas não divididas que contêm um banho eletrolítico e uma multiplicidade de ânodos e cátodos; em tais processos como, por exemplo, eletrodeposição de cobre, a reação eletroquímica ocorre no cátodo, geralmente feito de aço inoxidável, levando à deposição de cobre em forma metálica no próprio cátodo. No anodo, geralmente feito de chumbo, como resultado da reação eletroquímica, oxigênio gasoso é produzido, o qual é destacado a partir da superfície do eletrodo na forma de bolhas que migram em direção à superfície do eletrólito. Uma vez que atingem a superfície livre dos eletrólitos, as bolhas se rompem dando origem a uma névoa ácida (aerossol), que fundamentalmente consiste em gotículas de eletrólito ácido suspensas na atmosfera que sobrepõe o banho eletrolítico. Névoas ácidas, além de serem nocivas para a saúde das pessoas que trabalham no ambiente circundante, são corrosivas e perigosas para todas as partes de metal do espaço celular e podem danificar a presente instrumentação.

[003] Inúmeras técnicas químicas e físicas são conhecidas e usadas para controlar a concentração das névoas ácidas liberadas no ambiente circundante da eletrodeposição das células de metal; isso inclui o emprego de tensoativos e métodos mecânicos tais como, por exemplo, o uso de camadas de esferas que flutuam na superfície eletrolítica, que forçam as bolhas de gás ao longo de uma trajetória tortuosa, onde acontece a separação das névoas ácidas.

[004] Recentemente, houve tentativas para substituir ânodos de chumbo, sujeitos a realização de material nocivo no decurso do tempo, com ânodos não consumíveis obtidos em um substrato catalisado superficialmente de titânio ou outro metal válvula. Além de garantir uma melhor eficiência de energia, esse tipo de anodo é mais resistente a corrosão, evitando também o problema de impurezas do chumbo produzidas durante o processo.

[005] Todavia, foi observado que a evolução do oxigênio no último tipo de ânodos envolve oxigênio em forma de bolhas de tamanho muito reduzido (microbolhas), o que leva a uma maior liberação de névoas ácidas comparado aos ânodos de chumbo. Portanto, os métodos citados acima, para controle de névoas ácidas, não têm a mesma eficácia.

[006] Portanto, foi evidenciada a necessidade de fornecer um novo sistema adequado para reduzir ou eliminar névoas ácidas em processos de eletrodeposição com o uso de ânodos de metal válvula que compreende camadas catalíticas superficiais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Vários aspectos da invenção são apresentados nas reivindicações anexas.

[008] Sob um aspecto, a invenção se refere a um compartimento anódico de uma células de recuperação por eletrólise de metal delimitado por uma armação em formato de quadro que compreende um anodo que é obtido a partir de uma substrato de metal válvula revestido com pelo menos um camada catalítica resistente à corrosão, sendo que o dito anodo é inserido dentro de um envoltório que consiste em um separador permeável, sendo que o dito separador permeável é fixado a dito armação em formato de quadro, também por meio de um flange em formato de quadro, sendo que um desnebulizador é localizado acima do anodo e delimitado pelo dito separador permeável e pela dita armação. Uma configuração de tal natureza tem a vantagem de manter microbolhas confinadas em um espaço fechado. A armação em formato de quadro que fixa o separador permeável pode ser de material plástico, por exemplo, sendo formada através de quatro segmentos retos presos em extremidades. 0 elemento de flange para fixar o separador permeável ao quadro também pode ser de material plástico e preso, por exemplo, através de aparafusamento.

[009] 0 termo compartimento anódico, conforme usado no presente documento, quer dizer uma estrutura que é aplicada para cada anodo presente na eletrodeposição da célula, opcionalmente para substituir um anodo de chumbo pré- existente. Em uma modalidade, o compartimento anódico compreende um anodo com uma estrutura mecânica que consiste em uma rede expandida, uma folha perfurada ou uma folha planar.

[010] Alternativamente, o compartimento anódico compreende um anodo que tem uma estrutura mecânica que consiste em um par de redes expandidas ou folhas perfuradas dispostas paralelamente e voltadas umas para as outras. A última solução fornece um anodo subdividido em dois elementos paralelos de revestimento que podem ter a vantagem de minimizar a queda ôhmica e homogeneizar a distribuição atual.

[011] Em uma modalidade, o compartimento anódico, de acordo com a invenção, compreende um anodo que tem uma estrutura mecânica simples ou dupla caracterizada pelo fato de que o metal válvula do substrato é titânio e pelo menos um camada catalítica aplicada sobre o substrato compreende óxidos de irídio e de tântalo.

[012] Em uma modalidade adicional, o compartimento anódico compreende um separador permeável que pode consistir em uma folha porosa ou uma membrana de troca de cátions, por exemplo, do tipo hidrocarboneto. No caso do separador poroso ser uma folha porosa, a porção da folha em contato com a fase de gás pode ser, opcionalmente, fornecida com uma camada impermeável a fim de evitar a possível fuga de oxigênio para o ambiente.

[013] Em uma modalidade, o desnebulizador é fabricado a partir de um material plástico ou de uma camada de espuma plástica expandida ou de lâminas finas compactadas de forma próxima. 0 desnebulizador tem o propósito de reter as névoas eletrolíticas ácidas, extraídas através do oxigênio, separado a partir da fase líquida. Após atravessar o desnebulizador, o oxigênio é ventilado para a atmosfera ou, de preferência é enviado para um coletor conectado a um aspirador para ainda reduzir os possíveis traços residuais da névoa ácida para evitar, na medida do possível, a sua liberação para o ambiente externo.

[014] Sob outro aspecto, a invenção se refere a uma célula eletroquímica para recuperação por eletrólise de metal que compreende pelo menos um compartimento anódico como descrito acima.

[015] A estrutura proposta é adequada para instalação em usinas de extração de metal através do modo eletroquímico, em particular para extração de cobre e níquel, de nova construção ou como um substituto de eletrodos de chumbo pré-existentes.

[016] Algumas implantações que exemplificam a invenção agora serão descritas com referência ao desenho anexo, que tem o único propósito de ilustrar a disposição recíproca dos diferentes elementos em relação a dita implantação particular da invenção; em particular, desenhos não são necessariamente desenhados em escala.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] A Figura 1 mostra uma vista frontal e uma vista lateral correspondente de uma modalidade possível de um compartimento anódico que compreende um anodo formado através de um par de redes expandidas que tem duas barras coletoras de corrente dispostas em seu interior.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[018] A Figura 1 mostra uma vista frontal e a vista lateral correspondente de uma modalidade do compartimento anódico delimitado por uma armação de plástico 2, um flange fixo 3 para onde um separador poroso 4 é preso, um anodo formado através de um par de redes paralelas expandidas voltadas umas para as outras 5, um revestimento 6 direcionado para evitar a fuga de oxigênio para o ambiente externo, gaxetas 7, um desnebulizador 8, barras coletoras de corrente 9 e bocal de saída de oxigênio 1.

[019] Alguns dos resultados mais significativos obtidos pelos inventores estão presentes nos exemplos seguintes, que não pretendem ser uma limitação da extensão da Invenção.

EXEMPLO

[020] Um compartimento anódico conforme mostrado na Figura 1 foi montado em uma célula experimental de laboratório. A célula compreende dois cátodos de aço inoxidável de 100 centímetros de altura e 70 centímetros de largura com um compartimento anódico de acordo com a Figura 1 colocado entre os mesmos, que compreende um anodo obtido a partir de um substrato que consiste em um par de redes paralelas expandidas de 70x70 centímetros voltadas umas para as outras, feitas de titânio, que tem uma camada catalítica à base de óxido de tântalo e irídio com um carregamento total de 9 g/m2 e uma razão molar Ta: Ir de 35:65 referida aos elementos. 0 compartimento anódico compreende adicionalmente duas folhas porosas de polipropileno hidrofílico com pó de sílica, equipado na parte superior com uma pequena camada de neoprene impermeável a gás, e um desnebulizador que consiste em uma célula aberta de corpo de poliuretano expandido que tem poros de 100 pm de diâmetro médio. 0 cobre foi eletroextraído por 5 horas em densidade de corrente constante de 700 A/m2. 0 eletrólito contem 60 g/1 de sulfato cúprico e 100 g/1 de sulfato ácido. Caracterizações de ácidos aerossóis foram executadas a uma altura aproximada de 40 centímetros acima do nível da célula em todo o perímetro por um tempo de 45 minutos. Uma concentração média de 0,3 mg de aerossol por m3 de ar foi detectada.

CONTRAEXEMPLO

[021] Uma célula foi montada compreendendo dois cátodos de aço inoxidável de 100 centímetros de altura e 70 centímetros de largura com um anodo colocado entre os mesmos, obtido a partir de um substrato que consiste em um par de redes paralelas expandidas de 70x70 centímetros voltadas umas para as outras, feitas de titânio, que tem uma camada catalítica à base de óxido de tântalo e irídio com um carregamento total de 9 g/m2 e uma razão molar Ta:Ir de 35:65 referida aos elementos. 0 cobre foi eletroextraído por 5 horas em densidade de corrente constante de 700 A/m2. 0 eletrólito contem 60 g/1 de sulfato cúprico e 100 g/1 de sulfato ácido. Três camadas de microesferas de polipropileno com um diâmetro de 19 mm foram colocadas na superfície eletrolítica exposta. Caracterizações de ácidos aerossóis foram executadas a uma altura aproximada de 40 centímetros acima do nível da célula em todo o perímetro por um tempo de 45 minutos. Uma concentração média de 0,3 mg de aerossol por m3 de ar foi detectada.

[022] A descrição anterior não é destinada a limitar a Invenção, que pode ser usada de acordo diferentes modalidades sem se desviar dos escopos da mesma e cuja extensão é definida exclusivamente pelas reivindicações anexas.

[023] Através da descrição e das reivindicações do presente pedido, o termo "compreendendo" e variações destes, tais como "compreende" e "compreender" não pretendem excluir a presença de outros elementos, componentes ou etapas de processos adicionais.

[024] A discussão dos documentos, atos, materiais, dispositivos, artigos e semelhantes está incluída neste relatório descritivo unicamente com o propósito de proporcionar um contexto para a presente invenção. Não é sugerido ou representado que qualquer ou todas essas matérias faziam parte da base da técnica anterior ou eram do conhecimento geral comum no campo relevante para a presente invenção antes da data de prioridade de cada reivindicação deste pedido.

Claims

1. COMPARTIMENTO ANÓDICO PARA CÉLULAS DE RECUPERAÇÃO POR ELETRÓLISE DE METAL delimitado por uma armação em formato de quadro caracterizado por compreender: - um envoltório que inclui um separador permeável fixado à dita armação em formato de quadro por meio de um flange em formato de quadro, - pelo menos um anodo obtido a partir de um substrato de metal válvula revestido com pelo menos uma camada catalitica resistente à corrosão, em que o dito anodo é inserido dentro do dito envoltório, - um desnebulizador localizado acima do dito anodo e delimitado pelo dito separador e pela dita armação.

2. COMPARTIMENTO ANÓDICO PARA CÉLULAS DE RECUPERAÇÃO POR ELETRÓLISE DE METAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito substrato de metal válvula ter uma estrutura mecânica que consiste em uma rede expandida, uma placa perfurada ou uma placa plana.

3. COMPARTIMENTO ANÓDICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito substrato de metal válvula ter uma estrutura mecânica que consiste em um par de redes expandidas ou placas perfuradas dispostas paralelamente e voltadas umas para as outras.

4. COMPARTIMENTO ANÓDICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo metal válvula do dito substrato ser titânio e a dita camada catalitica do dito anodo compreender óxidos de iridio e tântalo.

5. COMPARTIMENTO ANÓDICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito separador permeável ser selecionado dentre uma folha porosa e uma membrana de troca de cations do tipo hidrocarboneto.

6. COMPARTIMENTO ANÓDICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito desnebulizador ser fabricado a partir de um material plástico ou de uma camada de espuma plástica expandida ou de lâminas finas compactadas de forma próxima.

7. CÉLULA ELETROQUÍMICA PARA RECUPERAÇÃO POR ELETRÓLISE DE METAL caracterizada por compreender pelo menos um compartimento anódico, conforme definido na reivindicação 1.