BR112018071888B1

BR112018071888B1 - Ânodo seguro para células eletroquímicas

Info

Publication number: BR112018071888B1
Application number: BR112018071888-2A
Authority: BR
Inventors: Félix PRADO PUEO
Original assignee: Industrie De Nora S.P.A
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2023-03-21
Also published as: PE20181866A1; HK1258149A1; CN108713074B; EP3449043A1; CL2018003012A1; JP7399619B2; EA201892472A1; JP2019516019A; AU2017257423B2; EP3449043B1; ES2743198T3; KR20190002616A; KR102485531B1; CA3013419A1; AR108239A1; TW201809360A; MX2018013045A; JP2022184865A; BR112018071888A2; WO2017187357A1

Abstract

Trata-se de ânodo seguro para células eletroquímicas, do tipo de ânodos verticais constituídos por uma estrutura oscilante com base em uma primeira barra horizontal, segundas barras de distribuição vertical definidas por um núcleo de cobre ou alumínio com uma camada externa de titânio, e placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas fixadas às segundas barras de distribuição, em ambos os lados, de modo que o ânodo seguro incorpore um elemento adaptador que compreende, pelo menos, uma montagem limitadora de corrente, disposta entre, pelo menos, uma das segundas barras de distribuição vertical e, pelo menos, uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida, que conecta a barra de distribuição vertical à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida.

Description

DESCRIÇÃO OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0001] A Invenção a seguir, conforme expressado no cabeçalho deste relatório descritivo, se refere a um ânodo seguro para células eletroquímicas, do tipo de ânodos verticais usados em células eletroquímicas e, especificamente, na extração eletrolítica de metais, em que os ânodos consistem em uma estrutura oscilante, com base em uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, em que as barras de distribuição são definidas por um núcleo de cobre ou alumínio, e uma camada ou película externa de titânio.

[0002] Com base nessa modalidade convencional, um primeiro objetivo da invenção é que a conexão elétrica entre as barras de distribuição vertical e a placa ou placas de ânodo de titânio revestida ou não revestida é fornecida por meio de respectivos elementos adaptadores, que compreende uma montagem limitadora de corrente, a fim de impedir curtos-circuitos que poderiam destruir ou danificar as placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas.

[0003] Um segundo objetivo da invenção é reduzir a dispersão da emissão de bolhas de oxigênio com ácido sulfúrico, canalizando os mesmos através da parte central do ânodo, razão pela qual as placas de ânodo são dispostas em um ângulo em relação ao plano vertical definido pelas barras de distribuição vertical, gerando um efeito de chaminé que transporta os mesmos e facilita coleta por um coletor, evitando "névoa ácida" prejudicial e seus efeitos ambientais graves.

[0004] Isso resulta em uma vantagem econômica significativa, devido ao fato de que, por um lado, evita a destruição ou danos às placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas e, por outro lado, se um curto-circuito ocorrer, a placa afetada não é destruída e as outras placas continuam a funcionar.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0005] O presente relatório descritivo descreve um ânodo seguro para células eletroquímicas e é aplicável a células para a extração eletrolítica de metais, como cobre.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0006] Primeiro, pode ser alegado que os recipientes, tanques ou células eletroquímicas são preenchidos com uma solução eletrolítica produzida a partir de, dentre outros componentes, o metal a ser depositado, e no qual uma pluralidade de pares de ânodo/cátodo é submergida, em posições alternadas, que, quando supridos com corrente elétrica, deposita o metal nos cátodos.

[0007] Isso significa que quando ânodos verticais são usados nas ditas células para a extração eletrolítica de metais, os ditos ânodos verticais são constituídos por uma estrutura oscilante, com base em uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, as barras de distribuição que são definidas por um núcleo de cobre ou alumínio, e uma camada ou película externa de titânio.

[0008] As placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas são, portanto, conectadas de modo elétrico às barras de distribuição, em que a operação de eletrólise anódica ocorre na superfície de placas de ânodo.

[0009] Ânodos convencionais apresentam múltiplas combinações em termos do número de barras verticais por barra de suprimento de corrente horizontal.

[0010] Conforme indicado, as barras verticais convencionais usadas em processos para extração eletrolítica de metais são barras bimetálicas com um núcleo de cobre ou alumínio e uma camada ou película externa de titânio. Cobre ou alumínio apresenta a baixa resistividade elétrica que é necessária para a transmissão eficaz de correntes grandes e o titânio protege o cobre ou alumínio em relação ao ataque químico do eletrólito enquanto, ao mesmo tempo, permite a conexão das placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas a essas barras verticais.

[0011] Des sa maneira, os ânodos e, especificamente, as superfícies de ânodo usadas nos processos para extração eletrolítica de metais, a fim de obter capacidade máxima e saída ideal, operam próximos aos cátodos e têm uma grande área de superfície em relação à curta distância entre ânodo-cátodo, por exemplo, uma superfície de 100x100 centímetros com uma separação de 5 cm. Isso inevitavelmente introduz o risco de contato elétrico entre o ânodo e o cátodo ou, em outras palavras, um curto-circuito, no caso de qualquer deformação ou alteração da planicidade em qualquer ponto na superfície de cátodo.

[0012] Superfícies catódicas são instáveis por natureza devido ao fato de que sua espessura se altera rapidamente durante o próprio processo de produção, e também devido ao fato de que um aumento na espessura do cátodo em um único ponto em sua superfície reduz a distância entre ânodo- cátodo, o que reduz a resistência elétrica, e aplicar Lei de Ohm, aumenta corrente iônica no ponto em questão.

[0013] Aumentar a corrente ou deposição iônica aumenta a espessura do metal depositado nos ditos pontos, de modo que esses eventos claramente apresentam um sistema de retroalimentação positiva, que, como se sabe, são processos intrinsecamente instáveis, o que, nesses casos, acaba por criar contato entre ânodo-cátodo, ou um curto-circuito.

[0014] Ademais, qualquer erro de alinhamento ou deformação mecânica existente também ocasionará contato direto entre ânodo-cátodo, ou um curto-circuito.

[0015] Uma vez que o contato direto elétrico foi estabelecido entre o ânodo e o cátodo, as barreiras eletroquímicas potenciais entre o eletrólito e o ânodo desaparecem, e a resistência relativamente alta do eletrólito também será eliminada. Nessas circunstâncias, a corrente elétrica aumenta para valores inaceitáveis, danificando ou destruindo a placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida, ao mesmo tempo que ocasiona perdas de produção significativas.

[0016] Além disso, no processo de trabalho dos ânodos em uma célula para a extração eletrolítica de metais e, especificamente, cobre, bolhas de oxigênio com ácido sulfúrico são geradas, um fenômeno conhecido como "névoa ácida". Essa "névoa ácida" cria um problema de contaminação ambiental sério e pode afetar diretamente a saúde de operadores de usina, exigindo o uso de máscaras em recintos de célula e a deterioração do ambiente na área na qual a usina está localizada.

[0017] Por exemplo, em caso de extração eletrolítica de cobre, o eletrólito é principalmente produzido a partir de uma solução de ácido sulfúrico e sulfato de cobre. Em seu processo de eletrólise normal, o ânodo gera bolhas de oxigênio que são contaminadas, mantendo ácido sulfúrico; uma grande parte dessas bolhas deixa o eletrólito e forma parte da atmosfera circundante criar, o que é conhecido como névoa ácida.

[0018] Ademais, um limitador de corrente é um dispositivo que reage a e canaliza qualquer corrente acima de um valor particular, esse valor é característico do dispositivo ou modelo específico.

[0019] Um exemplo muito familiar é os fusíveis em residências; quando há um curto-circuito ou dos fios na rede, o fusível é queimado e desconecta, levando à escuridão. Deve-se, então, reiniciar ou substituir o fusível para fornecer iluminação novamente. Usa-se esse exemplo para explicar o conceito de redefinição e para entrar em maiores detalhes em relação à possibilidade de ter as luzes novamente ligadas automaticamente, após um período de tempo, se o curto-circuito físico não estiver mais presente, e com nenhuma intervenção externa. Nesse caso, o fusível é um fusível de reinicialização automática.

[0020] Há duas maneiras de se proteger em relação a curtos-circuitos; uma é cancelar ou forçar a corrente para zero, e a outra é modular a corrente para valores inferiores admissíveis. Ambos os casos são considerados como sendo limitadores de corrente, mas os anteriores serão chamados de limitadores liga-desliga digitais, e os últimos citados de limitadores analógicos.

[0021] Também pode ser citado o documento de patente WO 2015/079072, que descreve uma estrutura de ânodo para a extração eletrolítica de metais, que compreende uma barra de sustentação horizontal e barras verticais, revestidas com plástico ou epóxi, na qual as placas de ânodo, chamadas sub-meandros com uma área de 25 a 225 cm2, são fixadas a eletricidade que é suprida por meio dos respectivos circuitos impressos e/ou de fiação, que são protegidos por diversas estruturas de isolamento, e que são instalados dentro das barras revestidas com plástico ou epóxi.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção se refere a um ânodo para células eletroquímicas conforme definido na reivindicação 1, do tipo de ânodos verticais que compreende uma estrutura oscilante que tem/compreende: - uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e; - uma ou mais barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, em que as barras de distribuição compreendem: o um núcleo de um elemento condutor selecionado a partir do grupo que consiste em cobre, alumínio, chumbo e liga dos mesmos, e o uma camada ou película externa de um material selecionado a partir do grupo que consiste em titânio ou ligas dos mesmos, metais de válvula ou ligas dos mesmos, e chumbo ou ligas dos mesmos, e; - pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida associada às barras de distribuição vertical, caracterizado pelo fato de que o ânodo (1) incorpora um elemento adaptador (6) disposto entre pelo menos uma das barras de distribuição vertical (3) e pelo menos uma das placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas (4), em que o elemento adaptador (6) compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7) que tem um limitador de corrente (10), em que a dita montagem limitadora de corrente (7) é associada a pelo menos uma barra de distribuição vertical (3) e a pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida (4) de tal maneira que conecte a barra de distribuição vertical (3) à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida (4).

[0023] A expressão "barras de distribuição vertical" significa que qualquer e todo elemento prismático com capacidade para suportar uma posição de oscilação (vertical) e adequada para ser associada ou fixada a um elemento adaptador. As ditas uma ou mais "barras de distribuição vertical" podem ter uma seção de formato circular, oval ou poligonal, as mesmas podem exibir razões de aspecto diferentes e, no limite, ser um painel como, por exemplo, um painel de chumbo. Ademais, a expressão "placa de ânodo" significa que um elemento de qualquer formato e tamanho adequados para ser usado como um ânodo e que apresenta pelo menos uma superfície com capacidade para desenvolver oxigênio ou cloro; mais especificamente a placa anódica pode ser um material plano, curvado ou parcialmente curvado, corrugado, sólido, poroso, foraminoso, cortado, delineado ou perfurado.

[0024] Esse resumo descreve um ânodo seguro para células eletroquímicas, do tipo de ânodos verticais constituídos por uma estrutura oscilante com base em: - uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e; - barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, as barras de distribuição são produzidas a partir de: o um núcleo de cobre ou alumínio, e; o uma camada ou película externa de titânio, e; - pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida associada às barras de distribuição vertical, de modo que o ânodo seguro incorpore um elemento adaptador que compreende uma montagem limitadora de corrente, disposta entre pelo menos uma das barras de distribuição vertical e pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida, em que o elemento adaptador conecta e barra de distribuição vertical correspondente à placa de ânodo de titânio revestida fixada à mesma.

[0025] Em uma modalidade adicional, a estrutura oscilante do ânodo especificamente consiste em: - uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal; e - barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, em que as barras de distribuição consistem em: o um núcleo de cobre ou alumínio e o uma camada ou película externa de titânio; e - pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida associada às barras de distribuição vertical.

[0026] Em uma modalidade prática da invenção, o elemento adaptador do ânodo seguro é definido por uma montagem limitadora de corrente que é fixada diretamente a uma barra de distribuição vertical e a uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida, que conecta a barra de distribuição vertical à placa de ânodo.

[0027] Isso significa que o elemento adaptador é definido pela própria montagem limitadora de corrente.

[0028] Em uma primeira variante de modalidade prática da invenção, o elemento adaptador do ânodo seguro é definido por uma tira de titânio que prende uma montagem limitadora de corrente, com a tira de titânio fixada a uma barra de distribuição vertical e a placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida correspondente, em que a placa de ânodo tem uma área de superfície de 250 a 1.670 cm2, fixada à montagem limitadora de corrente.

[0029] Em uma segunda variante de modalidade prática da invenção, o elemento adaptador de ânodo seguro é definido por uma tira de titânio que prende duas montagens de limitador de corrente, uma em cada uma de suas duas extremidades, com a tira de titânio fixada a uma barra de distribuição vertical e o par de montagens de limitador de corrente é fixado à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida correspondente.

[0030] Do mesmo modo, o elemento adaptador de ânodo seguro, que compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente, é fixado à barra de distribuição vertical correspondente, que define um ângulo suave em relação a um plano vertical, com a placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida que é fixada ao mesmo que tem o mesmo ângulo. Como "ângulo suave", deve ser entendido um ângulo menor em relação à linha vertical, ou seja, um ângulo de uma magnitude menor. De preferência, conforme mostrado nas Figuras, o ângulo suave é igual ou menor que 3,25 graus em relação ao plano vertical da barra (3). Em uma modalidade mais preferencial, o ângulo suave é de 3 graus em relação ao plano vertical da barra (3).

[0031] Os elementos adaptadores de ânodo que compreendem pelo menos uma montagem limitadora de corrente podem ter magnitudes diferentes no ângulo suave no qual os mesmos são montados, em que as placas de ânodo associadas aos mesmos também são anguladas dependendo dos ângulos diferentes em relação a um plano vertical.

[0032] Ademais, os elementos adaptadores de ânodo que compreendem pelo menos uma montagem limitadora de corrente, e que têm magnitudes diferentes no ângulo suave no qual os mesmos são montados, são fixados, ao longo do comprimento da segunda barra de distribuição vertical correspondente, com uma magnitude que aumenta do fundo para o topo, ocasionando um efeito de chaminé no fluxo para cima de bolhas de oxigênio e ácido.

[0033] A tira de titânio, que forma parte do elemento adaptador, pode ter uma configuração tubular, que incorpora um limitador de corrente em sua porção interna central, associada a pelo menos uma folha inclinada em ângulos retos que se estendem para o lado de fora e a qual a placa de ânodo correspondente é fixada.

[0034] Do mesmo modo, a tira de titânio, que forma parte do elemento adaptador, pode ter um bloco de resina epóxi ou um material similar interposto na mesma, na qual um limitador de corrente é incorporado.

[0035] Visto que a sobrevivência do ânodo é normalmente afetada pelos curtos-circuitos mencionados anteriormente e não devido a outras causas, um ânodo pode ser tido como seguro quando tem capacidade de suportar curtos-circuitos sem que sofram dano significativo e permanecendo operacional.

[0036] Portanto, a montagem limitadora de corrente, que forma parte do elemento adaptador, e na qual o limitador de corrente é integrado, é definida por uma caixa. O termo caixa significa que um alojamento, um invólucro, um compartimento parcial ou total que aloja ou inclui, completamente ou em parte, uma tira de titânio. A caixa pode ser produzida a partir de qualquer material, desde que o mesmo seja adequado para seu propósito desejado, bem como para ser imersa no ambiente ácido de um banho eletrolítico para a extração eletrolítica de metais. Em um invólucro preferencial, a caixa é produzida a partir de um material condutor adequado para o propósito comentado e, mais preferencialmente, é produzida a partir de titânio ou suas ligas. A caixa pode compreender ou não um material isolante, de tal maneira que, em uma modalidade particular, a tira de titânio seja isolada por um material isolante da caixa que contém a mesma, em que o meio isolante incorpora um, dois ou mais limitadores de corrente, conectados por um terminal à tira de titânio intermediária e à caixa por outro terminal.

[0037] Do mesmo modo, a montagem limitadora de corrente, que forma parte do elemento adaptador, e na qual o limitador de corrente é integrado, é definida por um par de peças de titânio/cobre biometálicas, em que as superfícies de cobre estão voltadas umas para as outras, com um limitador de corrente interposto entre as mesmas, constituído por uma camada de polímero e respectivas folhas de cobre em ambas as superfícies, uma depressão de perímetro e central transversal que corresponde à largura do cobre de ambas as peças biometálicas opostas que são incorporadas, em que a dita depressão é preenchida com resina epóxi ou um isolante similar.

[0038] É outro objetivo da invenção uma célula eletroquímica para extração eletrolítica de metais que compreendem pelo menos um ânodo conforme anteriormente definido. Em um invólucro preferencial, a célula é para extração eletrolítica de um metal não ferroso, incluindo, porém, sem limitação cobre ou níquel.

[0039] Para completar a descrição fornecida abaixo, e com o propósito de ajudar a tornar as características da invenção mais prontamente entendíveis, o presente relatório descritivo é acompanhado por um conjunto de Figuras que, a título de ilustração e não de limitação, representam os detalhes mais característicos da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0040] A Figura 1 mostra uma vista lateral de um ânodo convencional, no qual a barra de suprimento de corrente horizontal, as barras de distribuição vertical e as duas placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas associadas às barras de distribuição vertical são visíveis.

[0041] As Figuras 2 e 3 mostram respectivas vistas plantas e em elevação frontais da fixação convencional por soldagem da placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida a uma barra vertical.

[0042] As Figuras 4 e 5 mostram respectivas vistas plantas e em elevação frontais da fixação de uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida a uma barra de distribuição vertical através de um elemento adaptador que compreende uma montagem limitadora de corrente.

[0043] As Figuras 6 e 7 mostram respectivas vistas plantas e em elevação frontais da fixação de uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida a uma barra de distribuição vertical através de um elemento adaptador que compreende, conforme especificado em uma primeira modalidade prática, uma tira de titânio e uma montagem limitadora de corrente.

[0044] A Figura 8 mostra uma vista frontal de um elemento adaptador fixado a uma barra de distribuição vertical constituída por uma tira de titânio e com as respectivas montagens de limitador de corrente em suas extremidades.

[0045] A Figura 9 mostra uma vista plana de uma modalidade na qual o elemento adaptador compreende, de acordo com uma segunda modalidade prática, uma tira de titânio e duas montagens de limitador de corrente.

[0046] As Figuras 10 e 11 mostram respectivas vistas em corte transversal da conexão de uma montagem limitadora de corrente, de acordo com duas variações de modalidade prática, com a extremidade de uma tira de titânio.

[0047] As Figuras 12 e 13 mostram uma vista frontal da fixação de um elemento adaptador constituído por uma tira de titânio e duas montagens de limitador de corrente, a uma barra vertical, e uma vista plana com as respectivas placas de ânodo fixadas às montagens de limitador de corrente.

[0048] A Figura 14 mostra uma vista plana de uma primeira variante de uma modalidade prática da tira de titânio, que forma parte do elemento adaptador, com uma configuração tubular e que incorpora pelo menos um limitador de corrente dentro do mesmo, associado a uma folha de extensão inclinada em ângulos retos as quais a placa de ânodo correspondente é fixada.

[0049] A Figura 15 mostra uma vista plana de uma segunda variante de uma modalidade prática da tira de titânio, que forma parte do elemento adaptador, no qual o próprio limitador de corrente é incorporado a um bloco de resina epóxi ou um material similar, com a tira de titânio anteriormente mencionada dividida pelo limitador, em que a dita tira de titânio é fixada a uma barra vertical em uma extremidade e à placa de ânodo correspondente na outra.

[0050] As Figuras 16, 17 e 18 mostram respectivas vistas frontais, em elevação e planas de uma modalidade prática na qual as placas de ânodo são montadas em um ângulo suave em relação ao plano vertical.

[0051] As Figuras 19 e 20 mostram uma vista plana e frontal de uma modalidade prática na qual diversas placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas são fixadas a uma segunda barra de distribuição vertical, que mostra como as placas de ânodo têm um ângulo suave, em que o ângulo aumenta da porção inferior para a porção superior ou, em outras palavras, do fundo para o topo, gerando um efeito de chaminé.

[0052] A Figura 21 mostra uma elevação lateral da modalidade da Figura anterior na qual a trajetória que as bolhas seguem como resultado do efeito de chaminé criado pela disposição angulada das placas de ânodo é mostrada.

[0053] As Figuras 22 e 23 mostram uma vista frontal da fixação de um elemento adaptador que compreende uma montagem limitadora de corrente que tem um limitador de corrente e uma margem interna que é uma tira de titânio que tem um formato em U e fixada a uma barra vertical, em que a dita tira de titânio é alojada em uma margem externa que é uma caixa moldada como um recipiente em formato de U, e uma vista plana com as respectivas placas de ânodo fixadas à montagem limitadora de corrente.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE PREFERENCIAL

[0054] Conforme mostrado nas Figuras anteriormente mencionadas e de acordo com a numeração especificada, pode ser visto como iniciar com uma configuração convencional na qual o ânodo 1 é constituído por uma estrutura oscilante com base em uma barra condutora de suprimento de corrente 2 e diversas barras de distribuição vertical 3, às quais pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida 4 é fixada (doravante será feita referência às mesmas simplesmente como placas de ânodo), em que a Figura 1 dos desenhos mostra como, na dita modalidade prática, o ânodo tem duas placas de ânodo 4. Na dita modalidade convencional, as placas de ânodo 4 são fixadas às barras de distribuição vertical 3 por pontos de soldagem 5, conforme mostrado na Figura 2 dos desenhos.

[0055] Começando com a configuração convencional descrita acima, um primeiro objetivo da invenção tem como base a incorporação de um elemento adaptador 6, que compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente 7, conforme mostrado na Figura 4, através do qual a conexão ou suprimento de corrente elétrica é estabelecida para as placas de ânodo 4 da barra de distribuição vertical correspondente 3.

[0056] De acordo com as Figuras 4 e 5, em uma modalidade prática, o elemento adaptador 6 compreende uma montagem limitadora de corrente 7, que é fixada diretamente a uma barra de distribuição vertical 3 e a uma placa de ânodo 4, de modo que a corrente elétrica alcance a placa de ânodo através do limitador de corrente 7 da barra de distribuição vertical 3. Nessa modalidade, a própria montagem limitadora de corrente 7 atua como o elemento adaptador 6.

[0057] Além disso, de acordo com as Figuras 6 e 7 dos desenhos, em uma primeira variante de uma modalidade prática, o elemento adaptador 6 é definido por uma tira de titânio 8 que é fixada em uma de suas extremidades a uma barra de distribuição vertical 3 e na outra extremidade, incorporando uma montagem limitadora de corrente 7, enquanto, de acordo com Figura 8 dos desenhos, em uma segunda variante de uma modalidade prática, o elemento adaptador 6 é produzido a partir de uma tira de titânio 8, fixado a uma barra de distribuição vertical 3, e que tem ambas as montagens de limitador de corrente 7 em cada extremidade, às quais a respectiva placa de ânodo 4 é fixada, em que a corrente elétrica alcança as placas de ânodo 4, da barra de distribuição vertical 3, através da tira de titânio 8 e do limitador de corrente correspondente 7.

[0058] A montagem limitadora de corrente, de preferência, auto-redefinição, será incorporada com o uso de qualquer mecanismo disponível na indústria, ou seja, um disjuntor bimetálico, fusíveis digitais com reinicialização automática, fusíveis analógicos com reinicialização automática, transistores com corte ou regulagem, etc.

[0059] A título de exemplificação, e de acordo com as Figuras 8, 9 e 10 dos desenhos, pode ser afirmado que um primeiro tipo de montagem limitadora de corrente 7 a ser usado como um componente do elemento adaptador 6 pode ser definido por um par de peças biometálicas de titânio/cobre 9, com as superfícies de cobre voltadas umas para as outras, com um limitador de corrente 10 interposto entre as mesmas, constituído por uma camada de polímero e respectivas folhas de cobre em ambos os lados, com uma depressão de perímetro e central transversal que corresponde à largura do cobre de ambas as peças biometálicas 9 voltadas umas para as outras, em que a dita depressão é preenchida com resina epóxi 11 ou um isolante similar.

[0060] Dessa maneira, a Figura 8 dos desenhos mostra como, em relação à montagem limitadora de corrente 7, as duas partes de desfasamento corresponderiam ao cobre da peça biometálica 9 e o contorno ao redor das mesmas corresponderia à depressão de perímetro e central transversal que, na conexão das duas peças biometálicas 9 com o próprio limitador de corrente 10 interposto entre as mesmas, seria preenchido com resina epóxi 11 ou outro material isolante.

[0061] Um segundo tipo de montagem limitadora de corrente 7, de acordo com Figuras 11, 12 e 13 dos desenhos, pode ser constituído por uma caixa de titânio 12 na qual uma extremidade da tira de titânio 8 é alojada com um material isolante 13 interposto, e em que o material isolante 13 incorpora dois limitadores de corrente 10 no mesmo, de modo que, de preferência, incorpore duas caixas de titânio 12, conforme mostrado na Figura 13 dos desenhos, uma em cada extremidade da tira de titânio 8, que é conectada por um terminal à tira de titânio 8, e por seu outro terminal à caixa de titânio 12, em outras palavras, o fluxo de eletricidade seria barra de distribuição vertical 3 - tira de titânio 8 - limitador de corrente 10 - caixa de titânio 12 - placa de ânodo 4.

[0062] Observe que foi omitida a explicação para a extensão para 3, 4, etc. limitadores por elemento adaptador devido ao fato de que é considerado óbvio com base nos casos apresentados com 1 e 2 limitadores por adaptador.

[0063] O material isolante 13 pode ser uma camada de resina epóxi ou plástico material, ou qualquer outro material equivalente.

[0064] Logicamente, a estrutura descrita em relação ao elemento adaptador, pode, do mesmo modo, ter outras modalidades equivalentes àquelas descritas e, desse modo, na Figura 14 dos desenhos, pode ser visto como a tira de titânio 8, que forma parte do elemento adaptador 6, pode ter uma configuração tubular e aloja o limitador de corrente 10 dentro da mesma, perfeitamente isolado, associada a uma primeira folha 14 inclinada em ângulos retos às quais a placa de ânodo correspondente 4 é fixada. Do mesmo modo, uma configuração dupla também é possível, de modo que duas folhas 14 inclinadas em ângulos retos se estendam a partir de dentro da tira tubular 8, uma em cada extremidade, às quais as placas de ânodo correspondentes 4 são fixadas.

[0065] Do mesmo modo, de acordo com a modalidade da Figura 15, o próprio limitador de corrente, que forma parte do elemento adaptador 6, pode ser incorporado a um bloco 15 de resina epóxi interposto na tira de titânio 8, em que o mesmo é dividido em duas partes, e a tira de titânio 8 que é inclinada em ângulos retos a fim de ter capacidade para fixar o mesmo à respectiva placa de ânodo 4. Como no invólucro anterior, o elemento adaptador pode ter uma configuração dupla para fixar o mesmo a duas placas de ânodo 4.

[0066] O número de barras de distribuição vertical 3 e placas de ânodo 4 por ânodo 1 não afeta o objetivo da invenção, mas um número adequado das mesmas tornaria possível ajustar o desempenho e o custo da instalação, de modo que um número prático de elementos seja: 3 barras verticais, 30 elementos adaptadores por ânodo, em que cada um alimenta 2 placas de ânodo, portanto, um total de 60 placas de ânodo por ânodo. Além disso, as placas de ânodo têm uma área de 250 a 1.670 cm2

[0067] Além disso, em um ânodo convencional, o número de placas de ânodo 4 é um ou dois, de modo que no caso de duas placas, haja uma por superfície, conforme mostrado na Figura 1 dos desenhos. Embora o objetivo da invenção possa ser aplicado a esse modelo convencional, sua eficácia aumenta se um número maior de placas de ânodo 4 for instalado por ânodo, e também, o custo e dificuldades de instalação impediria valores excessivamente altos, estabelecendo, desse modo, um compromisso entre os dois.

[0068] É considerado que uma área de material de ânodo define uma placa de ânodo que é diferente de outra desde que a resistência elétrica entre ambas as áreas seja suficientemente alta de modo que, quando um contato catódico é estabelecido com uma das mesmas, a outra possa continuar seu processo de eletrólise, pelo menos para a ordem de 30% de atividade.

[0069] Cada elemento adaptador 6 compreenderá pelo menos uma montagem limitadora de corrente 7 que, em caso de um curto-circuito, cortará a corrente ou pelo menos limitará essa corrente a valores aceitáveis, em que valores aceitáveis são considerados como sendo valores que não são perigosas à integridade do ânodo e que não representam uma grande perda de corrente. É recomendado um valor similar à corrente nominal ou operacional normal, mas se poderia trabalhar com valores maiores sem afetar de modo significativo desempenho até uma corrente de curto-circuito que não excede cinco vezes o valor da corrente operacional nominal.

[0070] Além disso, um segundo objetivo da invenção é tentar controlar as emissões de "névoa ácida" produzida por eletrólise anódica. Para realizar isso, nas células para a extração eletrolítica de metais, como cobre, para ânodos que alimentam duas placas anódicas 4, conforme mostrado na Figura 1, espaçados entre 10 a 30 mm, por meio de disposição das placas de ânodo 4 em um ângulo suave, conforme mostrado nas Figuras 17, 20, e 21, é possível controlar e canalizar as bolhas produzidas, obtendo a trajetória seguida, de acordo com as setas “A", como resultado do ângulo das placas de ânodo, que pode ser obtido em uma variedade muito ampla de maneiras.

[0071] Ademais, variar a magnitude do ângulo das placas de ânodo, e dispor as mesmas com um ângulo crescente do fundo até uma disposição ser criada, em um padrão ziguezague invertido, que gera um efeito de chaminé que torna possível evitar dispersão e permite emissão controlada das bolhas de ácido conforme as mesmas são confinadas e se elevam como se em uma chaminé entre os dois lados das placas de ânodo de um ânodo.

[0072] O ângulo das placas de ânodo, conforme mencionado, pode ser alcançado de maneiras diferentes, e como tal, no primeiro lugar, o elemento adaptador 6 que compreende uma montagem limitadora de corrente 7, a Figura 5 dos desenhos, pode ser fixado à barra de distribuição vertical 3 diretamente com o ângulo desejado, ou a própria tira de titânio 8 pode ser fixada à barra de distribuição vertical correspondente 3 de acordo com o ângulo desejado ou a própria tira de titânio 8, conforme mostrado nas Figuras 17 e 18, pode ser torcido e suas extremidades podem ser anguladas, e quando a montagem limitadora de corrente correspondente for fixada, a placa de ânodo fixada à mesma terá o ângulo desejado.

[0073] Esse fenômeno que concentra o fluxo para cima de bolhas dentro do ânodo fornece as seguintes vantagens: ^ redução da resistência do eletrólito para a passagem da corrente entre o ânodo e o cátodo, devido ao fato de que as bolhas para cima entre o ânodo e o cátodo são isolantes, de modo que os mesmos aumentem resistência eficaz do eletrólito; V deposição de cobre mais uniforme na placa de cátodo; é bem conhecido que há maior densidade de corrente e, portanto, uma maior incidência de curtos-circuitos na parte inferior do ânodo, ou em outras palavras, uma espessura de cobre ligeiramente maior na parte inferior. Se as bolhas que se concentram na parte superior forem impedidas entre o ânodo e o cátodo, a placa de cobre que é obtida será mais plana com uma diferença menor em espessura entre as partes superior e inferior da placa de cobre; V reduzir a probabilidade de que essas bolhas alcançarão o cátodo e ocasionarão oxidação, que tem um efeito negativo sobre a eficácia do processo de deposição catódica do metal e sua qualidade, e; V quando uma porcentagem grande de bolhas de ácido se eleva através da área interna restrita das duas superfícies anódicas, a instalação de um coletor na saída da chaminé permitirá coleta muito eficaz da "névoa ácida" e, como resultado, reduzir significativamente contaminação ambiental.

[0074] Além disso, em uma modalidade prática mostrada nas Figuras 22 e 23 dos desenhos, a montagem limitadora de corrente (7) compreende pelo menos uma margem externa que é uma caixa (12) que contém um material isolante (13) e pelo menos uma margem interna que é uma tira de titânio (8), em que a dita pelo menos uma margem interna é parcial ou completamente alojada dentro da dita pelo menos uma margem externa, em que a dita pelo menos uma margem externa e pelo menos uma margem interna têm um perfil em formato de U, de tal maneira que a pelo menos uma margem interna seja fixada e envolva parcialmente uma porção de pelo menos uma dentre as ditas uma ou mais barras de distribuição vertical (3) e em que a dita pelo menos uma margem externa é associada ou fixada a pelo menos uma placa de ânodo (4).

[0075] Es sa modalidade tem a vantagem de simplificar a produção dos elementos adaptadores e reduzir os custos de produção. De fato, a dita modalidade pode fornecer um aprimoramento em termos de fabricação, integração e eficácia elétrica do elemento adaptador de acordo com a invenção. Em relação à fabricação, o perfil em formato de U da tira de titânio (8) e a caixa (12) permite gerenciar e/ou reduzir de modo eficaz a quantidade de titânio necessária para construir o elemento adaptador. O recipiente é construído a partir de dois perfis em U colocando-se um dentro do outro; esses perfis são fabricados em tiras longas automaticamente e com alta eficácia com o uso de máquinas de dobra sem a necessidade de soldagem e dificulta o corte. Ademais, soldagem dos indicadores de limitadores de corrente é realizada com muito conforto e eficácia, levando a si mesma a ser um processo robotizado; isso significa alta capacidade de fabricação em custos muito competitivos. Finalmente, em relação à eficácia elétrica, deve ser levado em consideração que ao envolver ou circundar a barra de distribuição de corrente com o próprio adaptador, a trajetória de corrente é perpendicular à face do adaptador, que significa seção máxima e comprimento mínimo do circuito.

[0076] A modalidade descrita antes no presente documento pode ser usada em uma configuração que permite um efeito de chaminé, se assim desejado. Em tal invólucro, é a placa de ânodo a ser montada com uma inclinação ou curvatura em relação à posição vertical para direcionar o fluxo das bolhas de gás da reação eletroquímica que ocorre no ânodo. Por exemplo, as placas de ânodo são inclinadas para serem conformadas como o símbolo integral "J", ou quaisquer outros formatos que o indivíduo versado seria reconhecido facilmente como adequado para o propósito. De modo alternativo, entre as placas de ânodo e o elemento adaptador, é possível inserir um conformador ou borda condutora que permite soldagem da placa de ânodo com um ângulo em relação à direção vertical.

[0077] Finalmente, a presente invenção adicionalmente se refere às seguintes modalidades A a K: A) Um ânodo seguro para células eletroquímicas, do tipo de ânodos verticais constituído por uma estrutura oscilante com base em: - uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e; - barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, em que as barras de distribuição são definidas por: o um núcleo de cobre ou alumínio, e; o uma camada ou película externa de titânio, e; - pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida e associada às barras de distribuição vertical, em que o ânodo seguro (1) é caracterizado por incorporar um elemento adaptador de ânodo seguro (6), disposto entre pelo menos uma das barras de distribuição vertical (3) e pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida (4), em que o elemento adaptador (6) compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7) na qual o limitador de corrente (10) é integrado, que, associado a uma barra de distribuição vertical (3) e uma placa de ânodo de titânio revestida (4), conecta a barra de distribuição vertical (3) à placa de ânodo de titânio revestida (4). B) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo seguro é definido por uma montagem limitadora de corrente (7), na qual o limitador de corrente (10) é integrado, que é fixado a uma barra de distribuição vertical (3) e uma placa de ânodo de titânio revestida (4). C) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo seguro é definido por uma tira de titânio (8), prendendo pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7), em que a tira de titânio (8) é fixada a uma barra de distribuição vertical (3) e em que a placa de ânodo correspondente de titânio revestida (4) é fixada à montagem limitadora de corrente (7). D) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A e C, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo seguro é definido por uma tira de titânio (8), prendendo duas montagens de limitador de corrente (7), uma em cada extremidade, em que a tira de titânio (8) é fixada a uma barra de distribuição vertical (3) e em que a placa de ânodo correspondente de titânio revestida (4) é fixada ao par de montagens de limitador de corrente (7). E) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo seguro, que compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7), é fixado à barra de distribuição vertical correspondente (3), que define um ângulo suave em relação a um plano vertical, em que a placa de ânodo de titânio revestida (4) é fixada à mesma que tem o mesmo ângulo. F) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item E, caracterizado pelo fato de que os elementos adaptadores (6) do ânodo compreendem pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7), podem ter magnitudes diferentes no ângulo de montagem suave dos mesmos, em que a placa de ânodo (4) é associada aos mesmos que também é angulada dependendo de ângulos diferentes em relação a um plano vertical. G) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item F, caracterizado pelo fato de que os elementos adaptadores (6) do ânodo compreendem pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7), e que têm magnitudes diferentes no ângulo de montagem suave dos mesmos, são fixados, ao longo do comprimento da segunda barra de distribuição vertical correspondente (3), com uma magnitude que aumenta do fundo para o topo, ocasionando um efeito de chaminé. H) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item C, caracterizado pelo fato de que a tira de titânio (8), que forma parte do elemento adaptador (6), tem uma configuração tubular, que incorpora um limitador de corrente (10) em sua porção interna central, associada a pelo menos uma folha (14) inclinada em ângulos retos que se estendem para o lado de fora e a qual a placa de ânodo correspondente (4) é fixada. I) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item C, caracterizado pelo fato de que a tira de titânio (8), que forma parte do elemento adaptador (6), tem um bloco (15) de resina epóxi ou um material similar interposto na mesma, na qual um limitador de corrente (10) é incorporado. J) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A, caracterizado pelo fato de que a montagem limitadora de corrente (7), que forma parte do elemento adaptador (6), e na qual o limitador de corrente (10) é integrado, é definida por uma caixa (12) que aloja uma tira de titânio (8), isolada por um material isolante (13) da caixa (12) que contém a mesma, em que o material isolante (13) incorpora dois limitadores de corrente (10), conectados por um terminal à tira de titânio intermediária (8) e à caixa (12) pelo outro terminal. K) O ânodo seguro para células eletroquímicas, de acordo com a modalidade de item A, caracterizado pelo fato de que a montagem limitadora de corrente (7), que forma parte do elemento adaptador (6), e na qual o limitador de corrente (10) é integrado, é definida por um par de peças de titânio/cobre biometálicas (9), com as superfícies de cobre voltadas umas para as outras, com um limitador de corrente (10) interposto entre as mesmas, constituído por uma camada de polímero e respectivas camadas de cobre em ambos os lados, com uma depressão de perímetro e central transversal que corresponde à largura do cobre de ambas as peças biometálicas opostas (9), em que a dita depressão é preenchida com resina epóxi (11) ou um isolante similar.

Claims

1. Ânodo para células eletroquímicas, do tipo de ânodos verticais fornecidos com uma estrutura oscilante que tem: - uma barra condutora de suprimento de corrente horizontal e; - uma ou mais barras de distribuição vertical conectadas à barra de suprimento de corrente, em que as barras de distribuição compreendem: o um núcleo de um elemento condutor selecionado a partir do grupo que consiste em cobre, alumínio, chumbo e liga dos mesmos, e o uma camada ou película externa de um material selecionado a partir do grupo que consiste em titânio ou ligas dos mesmos, metais de válvula ou ligas dos mesmos, e chumbo ou ligas dos mesmos, e; - pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida associada às barras de distribuição vertical, caracterizado pelo fato de que o ânodo (1) incorpora um elemento adaptador (6) disposto entre pelo menos uma das barras de distribuição vertical (3) e pelo menos uma das placas de ânodo de titânio revestidas ou não revestidas (4), em que o elemento adaptador (6) compreende pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7) que tem um limitador de corrente (10), em que a dita montagem limitadora de corrente (7) é associada a pelo menos uma barra de distribuição vertical (3) e a pelo menos uma placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida (4) de tal maneira que conecte a barra de distribuição vertical (3) à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida (4).

2. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) é fixado à barra de distribuição vertical (3) e à placa de ânodo revestida por titânio (4).

3. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo compreende uma tira de titânio (8) que prende a pelo menos uma montagem limitadora de corrente (7), de tal maneira que a tira de titânio (8) seja fixada à barra de distribuição vertical (3) e a montagem limitadora de corrente (7) seja fixada à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida correspondente (4).

4. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo compreende uma tira de titânio (8) que tem duas extremidades que prendem duas montagens de limitador de corrente (7), uma em cada extremidade, de tal maneira que a tira de titânio (8) seja fixada à barra de distribuição vertical (3) e o par de montagens de limitador de corrente (7) seja fixado à placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida correspondente (4).

5. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento adaptador (6) do ânodo é fixado à barra de distribuição vertical (3) que define um ângulo suave em relação ao plano vertical da barra (3), de tal maneira que a placa de ânodo de titânio revestida ou não revestida (4) fixada à montagem limitadora de corrente (7) também tenha o mesmo ângulo.

6. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 5, em que o ânodo é caracterizado por compreender mais de um elemento adaptador (6), em que cada elemento adaptador (6) é fixado à barra de distribuição vertical (3) que define um ângulo suave em relação ao plano vertical da barra (3) que tem uma magnitude diferente dos outros ângulos, de tal maneira que as placas de ânodo (4) associadas às montagens de limitador de corrente (7) também tenham os mesmos ângulos.

7. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o ângulo é igual ou menor que 3,25 graus em relação ao plano vertical da barra (3).

8. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a magnitude dos ângulos definidos pelos elementos adaptadores (6) em relação ao plano vertical da barra (3) aumenta do fundo para o topo ao longo do comprimento da barra de distribuição vertical (3).

9. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a tira de titânio (8) tem uma configuração tubular, que incorpora o limitador de corrente (10) em sua porção interna central associada a pelo menos uma folha (14) inclinada em ângulos retos que se estende para o lado de fora da placa de ânodo correspondente (4) a qual a folha (14) é fixada.

10. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o limitador de corrente (10) do elemento adaptador (6) é incorporado a um bloco (15) de resina epóxi ou um material similar interposto na tira de titânio (8).

11. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a montagem limitadora de corrente (7) compreende uma caixa (12) que tem um material isolante (13) que aloja a tira de titânio (8), o material isolante (13) que incorpora dois limitadores de corrente (10) conectados à tira de titânio (8) por um terminal e à caixa (12) por outro terminal.

12. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a montagem limitadora de corrente (7) compreende um par de peças de titânio/cobre biometálicas (9), em que as superfícies de cobre estão voltadas uma para outra, com um limitador de corrente (10) interposto entre as mesmas, constituídas por uma camada de polímero e respectivas camadas de cobre em ambos os lados, com uma depressão de perímetro e central transversal que corresponde à largura do cobre de ambas as peças biometálicas opostas (9), em que a dita depressão é preenchida com resina epóxi (11) ou um isolante similar.

13. Ânodo para células eletroquímicas, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a montagem limitadora de corrente (7) compreende pelo menos uma margem externa que é uma caixa (12) que contém um material isolante (13) e pelo menos uma margem interna que é uma tira de titânio (8), em que a dita pelo menos uma margem interna é parcial ou completamente alojada dentro da dita pelo menos uma margem externa, em que a dita pelo menos uma margem externa e pelo menos uma margem interna têm um perfil em formato de U, de tal maneira que a pelo menos uma margem interna seja fixada e envolva parcialmente uma porção de pelo menos uma dentre as ditas uma ou mais barras de distribuição vertical (3) e em que a dita pelo menos uma margem externa é associada ou fixada a pelo menos uma placa de ânodo (4).

14. Célula eletroquímica para extração eletrolítica de metais caracterizada por compreender pelo menos um ânodo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

15. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que o metal é um metal não ferroso.