BR112015006769B1 - Cátodo e método de fabricação do cátodo - Google Patents
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Abstract
UM CÁTODO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO. Um eletrodo para processos eletrolíticos, o eletrodo compreendendo uma barra condutora e uma placa afixada na barra condutora, em que a barra condutora tem um elemento condutor afixado à mesma de forma à aumentar a condutividade da barra condutora.
Description
[001] Este invento diz respeito a um eletrodo para processos de eletrólise. A invenção refere-se particularmente, embora não exclusivamente, à um cátodo para um processo de eletrólise e o método de fabricação do cátodo.
[002] Cátodos para processos eletrolíticos consistem em uma barra condutora e uma placa de aço inoxidável ou titânio colocado em uma solução eletrolítica pendurada na barra condutora.
[003] Um problema com os cátodos existentes é que a barra condutora feita de cobre (que é um metal altamente condutor) está soldada à placa de aço inoxidável ou de titânio. O problema é que tal soldadura é difícil de produzir e possui má resistência à névoa ácida que é produzida, resultando potencialmente na solda sendo rapidamente corroída e que a placa se solte.
[004] Um problema com a substituição do cobre com um metal diferente é que haveria uma queda significativa de voltagem, isto, multiplicado pelo número de eletrodos em utilização e as correntes elevadas aumenta substancialmente os custos operacionais.
[005] Uma maneira de contornar isto é para revestir uma barra aço inoxidável condutora em cobre, no entanto, o revestimento de cobre se separa do aço inoxidável depois de um tempo devido à corrosão produzida pela névoa ácida da operação eletrolítica, conduzindo a uma queda de tensão maior.
[006] Outra solução da arte anterior é a de soldar o aço inoxidável para o cobre em um processo de três partes em que a primeira zona é formada de uma liga de cobreníquel, uma zona intermédia de na maior parte de uma liga de níquel e uma segunda zona de aço inoxidável-níquel. Isso resulta em uma solução satisfatória, mas requer um processo de soldadura especial usando eletrodos de níquel.
[007] Qualquer discussão de documentos, atos, materiais, dispositivos, artigos ou semelhantes que tenham sido incluídos na presente especificação é exclusivamente para efeitos de proporcionar um contexto para o presente invento. Este não é para ser tomado como uma admissão de que qualquer ou todas estas matérias formam parte da base da técnica anterior ou eram do conhecimento geral comum no campo relevante ao presente invento, tal como existia antes da data da prioridade de cada reivindicação deste pedido.
[008] É um objeto de a invenção ultrapassar ou pelo menos aliviar um ou mais dos problemas acima mencionados e / ou fornecer o consumidor com uma escolha útil ou comercial.
[009] Outros objetos preferidos da presente invenção serão evidentes a partir da descrição seguinte.
[010] Em uma forma, embora não precise ser a única ou mesmo a forma mais ampla, a invenção reside em um eletrodo para processos eletrolíticos, o eletrodo compreendendo: uma barra condutora; e uma placa afixada à barra condutora; em que a barra condutora tem um elemento condutor afixado à mesma, para aumentar a condutividade da barra condutora.
[011] Preferencialmente, o eletrodo é um cátodo. Mais preferencialmente, o cátodo pode ser utilizado em processos eletrolíticos de produção de cobre.
[012] De preferência, os processos eletrolíticos são processos eletrolíticos de produção de cobre. Por exemplo, eletro-refino de cobre ou eletro-extração.
[013] De preferência, a barra condutora é feita de aço inoxidável. Alternativamente, a barra condutora pode ser feita a partir de outro metal ou liga adequada, tal como o titânio. Faz-se observar que a barra condutora também pode ser referida como uma barra de suspensão. De preferência, o elemento condutor é afixado à barra condutora por meio de soldadura. A barra condutora tem preferivelmente uma superfície interior.
[014] De preferência, a barra condutora é oca. Mais preferencialmente, a barra condutora tem uma forma tubular que é feita por prensagem.
[015] Rolo de formação é, tipicamente, uma operação de dobragem contínua na qual uma longa tira de metal em folha é passada através de conjuntos de rolos montados em suportes consecutivos, cada conjunto realiza somente uma parte incremental da curva, até que o perfil da seção transversal desejado seja obtido. Desenho dos rolos utilizados na operação de formação de rolo começa tipicamente com uma formação de flor, que é a sequência de seções transversais do perfil, um perfil para cada suporte de rolos.
[016] De preferência, o elemento condutor é feito de cobre ou de uma liga de cobre.
[017] Alternativamente, o elemento condutor pode ser feito a partir de um outro metal apropriado ou liga que possua baixa resistividade. Tipicamente, o elemento condutor é soldado a uma superfície interior da barra condutora. De preferência, o elemento condutor é soldado a uma superfície interior da barra condutora antes da barra condutora ser formada. Por exemplo, o elemento condutor é soldado a uma folha ou placa, a qual é, então, moldada em rolo em uma barra condutora.
[018] De preferência, a chapa é feita de aço inoxidável. Alternativamente, a chapa pode ser feita a partir de outro metal ou liga apropriado, tal como o titânio.
[019] De preferência, a barra condutora é feita a partir do mesmo material que a placa.
[020] Mais preferencialmente, a barra condutora e de placa é feita de aço inoxidável.
[021] Tipicamente, a placa está soldada à barra condutora. Alternativamente, a placa pode ser integralmente formada com a barra condutora.
[022] Em uma forma de realização, a barra condutora pode ter uma primeira e uma segunda porção substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção desfasada axialmente a partir da primeira e segunda porção, uma quarta porção disposta entre a primeira e terceira porção e uma quinta porção, disposta entre a segunda e terceira porção. Tipicamente a placa é afixada à terceira porção. De preferência, o eixo da terceira porção é inferior ao nível do eixo da primeira e segunda porção. Uma vantagem disso é que uma parte maior da placa pode estar em contato com uma solução eletrolítica. De preferência, a barra condutora é formada em rolo para com referida forma.
[023] Em outra forma, a invenção reside em um método de fabrico de um eletrodo, o método incluindo as etapas de: afixar um elemento condutor a uma superfície interior de uma barra condutora; e afixar uma placa para com a barra condutora.
[024] De preferência, a etapa de fixação do elemento condutor a uma superfície interior da barra condução envolve a soldagem do elemento de condução para com a barra condução.
[025] De preferência, a etapa de fixar a placa para com a barra condução envolve a soldagem da chapa para com a barra condução.
[026] De preferência, o método inclui a etapa de formar a barra condução em uma forma oca e/ou uma forma tubular. De preferência, a etapa de formar a barra condução em uma forma oca e/ou uma forma tubular envolve a formação em rolo da barra condutora.
[027] De preferência, o método inclui a etapa de formar a barra condutora de tal modo que uma primeira e segunda parte estão substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção é axialmente deslocada em relação à primeira e segunda porção, uma quarta porção está colocada entre a primeiro e terceira porção e uma quinta porção está disposta entre a segunda e a terceira porção. De preferência, a etapa de formação da barra de condução em tal configuração envolve a formação em rolo da barra condutora. Mais preferencialmente, o método inclui a etapa de formar a barra condutora de tal modo que uma primeira e segunda porção estão substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada está disposta entre a primeira e segunda porções, em que os eixos da terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada são angulares em relação aos eixos das primeira e segunda porções. De preferência, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada formam um ângulo obtuso. Alternativamente, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada formam um ângulo reto ou um ângulo agudo. De preferência, a terceira porção inclinada é adjacente à quarta porção inclinada.
[028] Em outra forma, a invenção reside em um eletrodo para processos eletrolíticos, o eletrodo compreende: uma barra condutora; e uma placa afixada à barra condutora; em que pelo menos parte da barra condutora mergulha abaixo de uma aresta superior da placa.
[029] Preferencialmente, pelo menos, uma parte superior da barra condutora mergulha abaixo de uma aresta superior da placa. De preferência, a barra condutora tem uma primeira e uma segunda porção substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção inclinada e quarta parte inclinada disposta entre a primeira e a segunda porções, em que os eixos da terceira porção inclinada e a quarta porção angular são inclinados em relação aos eixos das primeira e segunda porções. De preferência, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada formam um ângulo obtuso.
[030] Alternativamente, a terceira parte inclinada e a quarta parte inclinada formam um ângulo reto ou um ângulo agudo. De preferência, a terceira porção inclinada é adjacente à quarta porção inclinada. De preferência, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada estão inclinadas para dentro em relação a uma aresta superior da placa.
[031] De preferência, a placa compreende pelo menos um recorte. De preferência, pelo menos um entalhe está situado entre um plano definido pela aresta superior da placa e um plano definido pela parte mais baixa da barra condutora.
[032] De preferência, a barra condutora é uma barra condutora tal como descrito na presente especificação. Alternativamente, a barra condutora pode ser feita de cobre e / ou uma liga de cobre.
[033] Em outra forma, a invenção reside em uma barra condutora oca para um eletrodo possuindo: um elemento condutor afixado a uma superfície interior da barra condutora.
[034] De preferência, a barra condutora é feita de aço inoxidável. Alternativamente, a barra condutora pode ser feita a partir de um outro metal ou liga apropriada, tal como o titânio. De preferência, o elemento condutor é afixado à barra condutora por meio de soldadura.
[035] De preferência, o elemento condutor é feito de cobre ou de uma liga de cobre.
[036] Alternativamente, o elemento condutor pode ser feito a partir de um outro metal apropriado ou liga que possua baixa resistividade. De preferência, o elemento condutor é soldado a uma superfície interior da barra condutora antes da barra condutora ser formada. Por exemplo, o elemento condutor é soldado a uma folha ou placa, a qual é, então, moldada em rolo em uma barra condutora.
[037] De preferência, a barra condutora tem uma primeira e uma segunda porção substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção desfasada axialmente a partir da primeira e segunda porção, uma quarta porção disposta entre a primeira e terceira porção e uma quinta porção disposta entre a segunda e a terceira porção.
[038] Mais preferencialmente, a barra condutora tem uma primeira e segunda porção substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção inclinada e quarta porção inclinada disposta entre a primeira e a segunda porções, em que os eixos da terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada são angulares em relação aos eixos das primeira e segunda porções. De preferência, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada formam um ângulo obtuso. Alternativamente, a terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada formam um ângulo reto ou um ângulo agudo. De preferência, a terceira porção inclinada é adjacente à quarta porção inclinada.
[039] Para auxiliar a compreensão da invenção e permitir que um técnico no assunto ponha o invento em prática, as formas de realização preferidas da invenção serão descritas, por meio de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, em que: A FIG. 1 mostra uma seção de um cátodo da arte anterior;A FIG. 2 mostra vista esquemática em perspectiva de acordo com uma forma de realização da invenção;A FIG. 3 mostra uma vista em corte transversal esquemática de uma barra condutora e um elemento condutor de acordo com uma forma de realização da invenção;A FIG. 4 mostra uma vista em corte transversal esquemática da barra condutora e um elemento condutor da figura 3 soldada entre si;A FIG. 5 mostra uma vista em corte transversal esquemática da barra condutora da figura 4 moldada em forma de cavidade;A FIG. 6 mostra uma vista em corte transversal esquemática da barra condutora soldada da figura 5;A FIG. 7 mostra uma vista em corte transversal esquemática da barra condutora da figura 6 e uma placa;A FIG. 8 mostra uma vista em corte transversal esquemática da barra condutora e da placa da figura 7 soldadas entre si; A FIG. 9 mostra uma vista em corte transversal esquemática de uma barra de condutora de acordo com uma forma de realização da invenção;A FIG. 10 mostra uma vista esquemática de um elétrodo de acordo com uma forma de realização da invenção;A FIG. 11 mostra uma vista esquemática de um elétrodo de acordo com uma forma de realização da invenção;A FIG. 12 mostra uma vista esquemática de um elétrodo de acordo com uma forma de realização da invenção.
[040] A Figura 1 mostra um cátodo da arte anterior (100) que tem uma barra condutora de cobre (101) e uma placa de aço inoxidável (103). A placa de aço inoxidável (103) é soldada à barra condutora (101) por soldaduras (105). Um problema com as soldas de aço inoxidável/cobre (05) é que elas são susceptíveis à corrosão e não fornecem soldas de alta resistência estrutural.
[041] Com referência à figura 2, nela está representado um elétrodo sob a forma de um cátodo (10). O cátodo (10) compreende uma barra condutora (20) afixada a uma placa (30) por soldaduras (32). Um membro condutor (26) é afixado à barra condutora (20) por soldaduras (28).
[042] A barra condutora (20) e a placa (30) são feitas de aço inoxidável e, como tal, as soldaduras (32) são soldas de aço inoxidável de alta resistência estrutural tendo resistência à corrosão. A barra condutora (20) é ocq, com uma superfície interna (22).
[043] A barra condutora (20) é soldado por uma soldadura (24) para proporcionar uma barra condutora em forma de tubo (20).
[044] O elemento condutor (26) é feito de cobre e as soldaduras (28), não são obrigadas a serem tão fortes como as soldaduras (32), visto que uma há carga estrutural mínima colocada sobre estas soldaduras (28).
[045] As soldaduras (28) são primordialmente para fins de condutividade de tal modo que a condutividade da barra condutora de aço inoxidável (20) é aumentada pelo elemento condutor de cobre (26). Uma vantagem de ter o elemento condutor (26) soldado a uma superfície interior (22) da barra condutora (20) é que o elemento condutor (26) e as soldaduras (28) são menos susceptíveis à corrosão. Um benefício da soldadura do elemento condutor (26) para com a barra condutora (20) é que o elemento condutor (26) não precisa proporcionar uma resistência estrutural para a barra condutora (20), e como tal, menos material de cobre pode ser usado, resultando em custos reduzidos.
[046] Com referência às figuras 3, 4, 5, 6, 7 e 8, mostra-se um cátodo (10) durante as várias etapas de produção. Na figura 3, o elemento condutor (26) está colocado na superfície interna (22) (isto é, esta vai se tornar a superfície interior) da barra condutora (20) (ou seja, esta placa ou folha de material irá se tornar a barra condutora). Na figura 4, o elemento condutor (26) é afixado à barra condutora (20) por soldaduras (28). Na figura 5, a barra condutora (20) é formada em rolo para proporcionar uma forma oca.
[047] Na figura 6, a barra condutora (20) é selada ao longo do seu comprimento por solda (24). Na figura (7), a placa (30) está posicionada adjacente à barra condutora (20). Na figura 8, a placa (30) é afixada à barra condutora (32) por soldaduras.
[048] Com referência à figura 9, é mostrada uma vista em corte transversal de uma barra condutora (20) de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A barra condutora (20) é feita de aço inoxidável e tem um elemento condutor (26), feita de cobre e afixada a uma superfície interior (22) da barra condutora (20) por soldaduras (28). Como pode ser visto a partir da figura 9, o componente condutor (26) tem a forma de corte transversal em “U”. Uma vantagem disto é que o elemento condutor (26) pode ser feito por dobragem ou formação em rolo a partir de um material em folha ou placa.
[049] Com referência à figura 10, mostra-se um cátodo (10) de acordo com a presente invenção com uma barra condutora em forma de “linha reta” (20) e uma placa (30) que é colocada em solução eletrolitica (50).
[050] Com referência à figura 11, mostra-se um cátodo (10) de acordo com a presente invenção, com a barra condutora (20), tendo uma primeira porção (70) e uma segunda porção (72) substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção (74) está desfasada axialmente a partir da primeira porção (70) e a segunda (72) porções, e uma quarta porção (76) está disposta entre a primeira porção (70) e terceira porção (74) e uma quinta porção (78) está disposta entre a segunda porção (72) e terceira porção (74). A placa (30) é afixada à terceira porção (74) da barra condutora (20). A placa (30) é colocada na solução eletrolítica (50).
[051] Como pode ser observado comparando-se as Figuras 10 e 11, o cátodo (10) da Figura 11 tem uma parte maior da placa (30) na solução eletrolitica, e isto resulta em uma menor queda de tensão entre a barra condutora (20) e a parte da placa (30), a qual está na solução eletrolitica (50).
[052] Com referência à figura 12, mostra-se um cátodo (10) de acordo com a presente invenção com uma barra condutora (20) que tem uma primeira porção (80) e segunda porção (82) substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção inclinada (84) e uma quarta porção inclinada (86) estão dispostas entre a primeira porção (80) e a segunda porção (82). A terceira porção inclinada (84) e a quarta porção inclinada (86) são inclinadas em relação à primeira porção (80) e a segunda porção (82). A placa (30) está afixada à barra condutora (20) e é colocada na solução eletrolitica (50). Como pode ser visto a partir da Figura 12, parte da terceira porção inclinada (84) e da quarta porção inclinada (86) da barra condutora (20) mergulham abaixo de uma aresta superior (90) da placa (30). Recortes (60) estão localizados de forma adjacente à barra condutora (20) e uma aresta superior (90) da chapa (30).
[053] Ao longo da especificação o objetivo tem sido o de descrever o invento sem limitar o invento à qualquer forma de realização ou conjunto específico de características. Os técnicos no assunto relevante podem realizar variações das formas de realização específicas que, no entanto, vão cair dentro do âmbito da invenção. Por exemplo, as características individuais de uma forma de realização podem ser combinadas com outro modo de realização.
[054] Serão apreciados que várias outras alterações e modificações podem ser efetuadas à forma de realização descrita, sem nos afastarmos do espírito e âmbito da invenção.
[055] Ao longo desta especificação, a palavra "compreendem", ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo", será entendida como implicando a inclusão de um elemento declarado, sua totalidade ou etapa, ou grupo de elementos, sua totalidade ou etapas, mas não a exclusão de qualquer outro elemento, sua totalidade ou etapa, ou grupo de elementos, sua totalidade ou etapas.
Claims (18)
1. “Cátodo” para processo eletrolítico, caraterizado pelo cátodo compreender:- Uma barra condutora; e- Uma placa afixada à barra condutora, em que pelo menos uma parte superior da barra condutora mergulhe abaixo de uma aresta superior da placa.
2. “Cátodo” para processo eletrolítico, caraterizado pelo cátodo compreender:- Uma barra condutora; e- Uma placa afixada à barra condutora e em que a barra condutora tem um elemento condutor afixado à ela para aumentar a condutividade da barra condutora, e em que pelo menos uma parte superior da barra condutora mergulhe abaixo de uma aresta superior da placa.
3. “Cátodo”, de acordo com a reivindicação 2, caraterizado pela placa ser formada integralmente com a barra condutora.
4. “Cátodo”, de acordo com as reivindicação 2 ou 3, caraterizado pela barra condutora ter uma primeira e uma segunda porção substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção deslocada axialmente da primeira e da segunda porção, uma quarta porção disposta entre a primeira porção e a terceira porção e uma quinta porção dispostas entre a segunda e a terceira porção.
5. “Cátodo”, de acordo com a reivindicação 4, caraterizado pelo eixo da terceira porção está abaixo do nível dos eixos da primeira e da segunda porção.
6. “Cátodo”, de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caraterizado pela placa ser afixada à terceira porção.
7. “Cátodo”, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caraterizado pela barra condutora ter uma forma tubular e o membro condutor ser soldado a uma superfície interna da barra condutora.
8. “Cátodo”, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo cátodo ser usado para processos eletrolíticos da produção de cobre.
9. “Cátodo”, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela barra condutora ser feita de aço inoxidável.
10. “Uma barra condutora oca para um cátodo”, caracterizado pela barra condutora oca compreender:-uma primeira e segunda porção substancialmente em alinhamento axial; e-uma terceira porção inclinada e uma quarta porção inclinada disposta entre a primeira e a segunda porções, em que os eixos da terceira porção inclinada e da quarta porção inclinada estão anguladas em relação aos eixos da primeira e da segunda porções, e em que um elemento condutor é afixado a uma superfície interna da barra condutora, em que o cátodo inclui uma placa fixada à barra condutora e em que pelo menos uma parte superior da barra condutora mergulha abaixo de uma superfície superior da placa.
11. “Cátodo ou uma barra condutora oca”, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela barra condutora ser formada por formação de rolo.
12. “Método de fabricação de um cátodo”, o dito método caracterizado por incluir as etapas de:-afixar um membro condutor a uma superfície interna de uma barra condutora; e- afixar uma placa à barra condutora, em que pelo menos uma parte superior da barra condutora mergulhe abaixo de uma aresta superior da placa.
13. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir a etapa de formar a barra condutora, de modo que uma primeira e uma segunda porção da barra condutora estejam substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção da barra condutora é axialmente deslocada da primeira e da segunda porção, uma quarta porção da barra condutora é disposta entre a segunda e a terceira porção.
14. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir a etapa de formar a barra condutora, de modo que uma primeira e segunda porção da barra condutora estejam substancialmente em alinhamento axial, uma terceira porção inclinada e a quarta porção inclinada da barra condutora são dispostas entre a primeira e segunda porção, em que os eixos da terceira porção inclinada e da quarta porção inclinada são angulados em relação aos eixos da primeira e segunda porção.
15. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelas terceira e quarta porções inclinadas formarem um ângulo obtuso.
16. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelas terceira e quarta porções inclinadas formam um ângulo reto ou um ângulo agudo.
17. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13, 14, 15 ou 16, caracterizado pela etapa de afixar um elemento condutor a uma superfície interna de uma barra condutora envolver a soldagem do membro condutor a uma superfície interna da barra condutora antes que a barra condutora seja formada.
18. “Método de fabricação de um cátodo”, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pela etapa de formação da barra condutora envolver a formação de rolo na barra condutora.
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