BRPI0311993B1 - conjunto de cátodo para uso no refino de metais e método de fabricação do mesmo - Google Patents

Abstract

"barra suspensora de catodo encapsulada e método de fabricação". catodo para uso no refino ou extração de metais, tipicamente usado no eletro-refino ou extração de cobre, compreendendo uma placa de depósito substancialmente plana fixamente presa ao longo de uma borda superior da mesma a uma barra suspensora alongada, desse modo, definindo uma conexão. um revestimento protetor é preso à placa de depósito e circunda, pelo menos parcialmente, a barra suspensora, de modo que uma cavidade é definida na região da conexão. um material resistente à corrosão enche a cavidade. dessa maneira, o material resistente à corrosão impede que substâncias corrosivas penetrem na conexão. o material resistente à corrosão impede que a solução eletrolítica corrosiva e outros líquidos corroerem a conexão condutiva entre a placa de depósito e a barra suspensora, o que poderia, de outro modo, reduzir a eficácia do catodo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção Para: "CONJUNTO DE CÁTODO PARA USO NO REFINO DE METAIS E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a catodos de depósito tipicamente usados no refino ou extração de metais. Em particular, a presente invenção se refere a um conjunto de catodo de depósito compreendendo uma placa de depósito de catodo compreendendo uma placa de uma barra suspensora envolvida em um revestimento protetor em que o vão entre o revestimento e a junta soldada interna da placa de depósito na barra suspensora é enchido, desse modo, encapsulando a solda em um material resistente à corrosão e impedindo o ingresso de meios corrosivos.

ANTECEDENTE DA INVENÇÃO 0 refino ou extração de muitos metais não ferrosos pode ser obtida através de eletrólise. Para metais os quais são mais prontamente oxidados e reduzidos do que a água, uma técnica de eletro-refino compreende colocação de um anodo fabricado do metal bruto e um catodo juntos em um banho de ácido adequado. Aplicação de uma tensão entre o anodo e o catodo faz com que o metal bruto se oxide e ions de metal puro migram eletroliticamente através do banho de ácido para o catodo. Os ions de metal são depositados sobre o catodo como um metal refinado de elevada pureza, deixando a maioria das impurezas sobre o fundo do banho de ácido. Alternativamente, no processo de eletro-extração, o anodo é fabricado de um outro material que não o metal que está sendo refinado, por exemplo, para a eletro-extração de cobre, um anodo usado é fabricado de uma liga de chumbo, estanho e cálcio (Pb, Sn e Ca) . 0 metal a ser refinado, cobre nesse caso, é distribuído ao banho eletrolítico na forma solúvel, primariamente a partir de um processo de extração de solvente e lixiviação. Aplicação de uma tensão através do anodo e do catodo faz com que o cobre migre da solução e se deposite sobre o catodo em um estado metálico refinado.

Os catodos são, tipicamente, compreendidos de uma placa de depósito quadrada, plana presa ao longo de uma borda superior a uma barra suspensora eletricamente condutiva. A barra suspensora, a qual fica sobre o tanque que aloja o banho de ácido durante refino, está, por sua vez, em contato elétrico com uma fonte de energia externa, convencionalmente por meio de um par de barras coletoras eletricamente condutivas as quais correm em paralelo ao longo das bordas opostas do tanque e sobre as quais as extremidades da barra suspensora repousam. A barra suspensora, portanto, serve a uma dupla finalidade: proporcionar o meio para suspensão da placa de depósito com o banho de ácido e proporcionar uma via para o fluxo ou corrente elétrica entre a placa de depósito e a fonte de energia.

Após um período de tempo adequado quando cobre suficiente migrou do anodo para o catodo, ou da forma solúvel (solução) para o catodo, o catodo é removido do banho de ácido. Alternativamente, Outros metais podem ser usados para a fabricação de catodos. No caso de um desses metais ser usado, o metal refinado pode ser extraído através de uma variedade de técnicas de extração bem conhecidas, incluindo raspagem, martelagem, o uso de ar comprimido, etc. Esse tem o benefício de que o catodo pode ser reutilizado com pouco ou nenhum outro trabalho preparatório sendo requerido que não a remoção do metal previamente refinado. A técnica anterior revela uma série de catodos com folhas de depósito e outros elementos fabricados de metais os quais são diferentes do metal que está sendo refinado. Exemplos de tais metais incluem alumínio,titânio e aço inoxidável. Esses metais exibem uma série de qualidades as quais encorajam seu uso como placas de depósito, incluindo uma resistência à tensão relativamente elevada e resistência à corrosão muito boa. Contudo, o aumento na resistência à tensão e na resistência à corrosão é, tipicamente, compensado por uma diminuição na condutividade e, portanto, uma redução na eficácia do processo. A técnica anterior revela conjuntos de catodos onde a barra suspensora é fabricada do mesmo ou de um material similar à placa de depósito. A barra suspensora e a placa de depósito são soldadas juntas e a barra suspensora, a solda e uma pequena porção da placa de depósito são, então, revestidos em um revestimento altamente condutivo, tal como cobre, a fim de melhorar a condutividade entre as trilhas condutivas e a placa de depósito. Esses conjuntos de catodos da técnica anterior sofrem da deficiência de que o fluxo de corrente e, desse modo, a eficácia do processo eletrolitico, é limitado enormemente pela espessura do revestimento condutivo. Adicionalmente, o revestimento condutivo é exposto aos fluidos corrosivos do banho de ácido devido a respingos, etc., o que pode causar corrosão por pite e outros efeitos corrosivos que reduzem adicionalmente a condutividade do revestimento, bem como a migração eletrolítica do revestimento para a superfície da placa de depósito.

De forma a se dirigir às deficiências acima e outras, a técnica anterior revela conjuntos alternativos onde a barra suspensora é fabricada de um material altamente condutivo com resistência interna muito baixa, tal como cobre sólido, com a placa de depósito sendo presa, tipicamente via uma solda, à barra suspensora. Devido ao uso de metais diferentes, contudo, a solda é particularmente suscetível à corrosão galvânica prematura e, portanto, a barra suspensora, a solda e uma pequena porção da placa de depósito são envolvidas em um revestimento adequadamente formado e perfeitamente adaptado do mesmo ou de um material similar à placa de depósito. As bordas do revestimento são, então, soldadas à placa de depósito, desse modo, protegendo a barra suspensora, até certo ponto, contra os efeitos dos conteúdos corrosivos do banho eletrolítico. Adicionalmente, a barra suspensora é usada para puxar a placa de depósito do banho de ácido quando de término do processo de depósito, o qual pode deixar uma massa considerável de metal depositado sobre a placa de depósito, o revestimento também proporciona o benefício adicional de reforço do conjunto.

Uma deficiência principal, contudo, do conjunto da técnica anterior acima, é que líquido corrosivo, tipicamente, escapa do banho de ácido, envolvendo a solda entre a blindagem e a placa de depósito e penetra na junta entre a barra suspensora e a placa de depósito. Isso leva à migração eletrolítica dos metais e corrosão da junta, desse modo, reduzindo a condutividade do conjunto e a eficácia da unidade como um todo. Adicionalmente, uma vez que a junta está escondida atrás do revestimento, lavagem para remover o eletrólito corrosivo é difícil, se não impossível, e, portanto, os efeitos do líquido corrosivo são difíceis de eliminar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção se dirige às deficiências acima e outras através do fornecimento de um catodo para uso no refino de metais. 0 catodo compreende uma placa de depósito substancialmente plana fixamente presa ao longo de uma borda superior da mesma a uma barra suspensora alongada, desse modo, definindo uma conexão. Um revestimento protetor envolve a placa de depósito e circunda, pelo menos parcialmente, a barra suspensora, de modo que uma cavidade é definida na região da conexão. Um material resistente à corrosão é usado para encher a cavidade. 0 material resistente à corrosão impede que substâncias corrosivas penetrem na conexão.

Também é proporcionado um método para a fabricação de um conjunto de catodo para uso no refino de metais. 0 catodo é do tipo compreendendo uma placa de depósito para eletrodeposição de metais. 0 método compreende as etapas de: (a) fornecimento de uma placa de depósito substancialmente plana tendo uma borda superior; (b) fixação de uma barra suspensora alongada sobre a referida borda superior da referida placa de depósito, desse modo, proporcionando um conjunto de placa de depósito; (c) fixação de um revestimento protetor ao referido conjunto de placa de depósito, de modo a abranger substancialmente a área de fixação entre a referida barra suspensora e a referida borda superior da referida placa de depósito, desse modo, definindo uma cavidade entre o referido revestimento e o referido conjunto de placa de depósito; e (d) enchimento da referida cavidade com um material resistente à corrosão, desse modo, proporcionando um conjunto de catodo fabricado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 é uma vista elevacional lateral de um catodo de acordo com uma concretização ilustrativa da presente invenção; e A figura 2 é uma vista transversal seccional ao longo de 2-2 da figura 1 de um catodo de acordo com uma concretização ilustrativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES ILUSTRATIVAS

As concretizações ilustrativas da presente invenção serão agora descritas.

Fazendo referência à figura 1, é ilustrado um conjunto de catodo geralmente indicado pelo numeral 10. O conjunto de catodo 10 é compreendido de uma placa de depósito substancialmente quadrada 12 fabricada de um material eletricamente condutivo tendo uma resistência à tensão relativamente elevada e boa resistência à corrosão. Em uma concretização ilustrativa, aço inoxidável autentico AISI tipo 316L de aproximadamente 3,25 mm de espessura é usado para fabricar a placa de depósito 12 com a superfície da placa de depósito 12 sendo, de preferência, acabada pela ASTM A480, Tipo 2B, com 0,16 a 0,60 mícrons de robustez.

De forma a impedir deslizamento do cobre depositado sobre a superfície da placa de depósito 12 em torno das bordas, o que pode levar à separação mecânica do cobre depositado (não mostrado) da superfície sobre a placa de depósito 12, um par de cobrejuntas longitudinais conforme em 14 é preso ao longo das bordas 16 da placa de depósito 12, se estendendo da borda inferior 18 até um ponto acima do nivel máximo do eletrólito 20 no qual a placa de depósito 12 é imersa. As cobrejuntas longitudinais 14 são fabricadas de um material não condutivo, por exemplo, polipropileno, a fim de proporcionar uma vedação contra o ingresso de eletrólito e cobre sobre as bordas laterais 16. Antes de instalação das cobrejuntas longitudinais 14, uma fita de gaxeta de vedação auto-adesiva (não mostrada) é instalada sobre as bordas laterais 16 para melhorar adicionalmente a vedação.

Fazendo referência à figura 2, a borda superior 22 da placa de depósito 12 é presa a uma barra suspensora de cobre 24 primeiro através de inserção de placa de depósito 12 em uma ranhura 26 usinada na superfície inferior 28 da barra suspensora de cobre 24. A placa de depósito 12 é, então, soldada à barra suspensora de cobre 24 usando-se técnicas de soldagem TIG. Dessa maneira, um primeiro par de soldas contínuas 30 é formado sobre ambas as superfícies e ao longo da largura toda da placa de depósito 12 no ponto onde as superfícies da placa de depósito 12 encontram a superfície inferior da barra suspensora 24.

Em uma concretização alternativa, a borda superior 22 da placa de depósito não é inserida em uma ranhura mas, ao contrário, é introduzida contra a superfície inferior 28 da barra suspensora 24. A barra suspensora 24 é fabricada de um cobre sólido não ligado de elevada pureza, tal como cobre eletrolítico refinado com a designação UNS (Sistema de Numeração Unificado) C11000 e o primeiro par de soldas continuas 30 serve primariamente para proporcionar boa condução de corrente elétrica entre a placa de depósito 12 e a barra suspensora de cobre 24.

Fazendo referência novamente à figura 1, além da figura 2, a barra suspensora 24, a borda superior 22 da placa de depósito 12 e o primeiro par de soldas continuas 30, são encapsulados em um revestimento de aço inoxidável alongado 32, o revestimento 32 fabricado de uma folha de aço inoxidável AISI tipo 316 de 1,5 mm de espessura. O revestimento 32 é adequadamente formado e inclui um encaixe livre, de modo que ele pode deslizar livremente sobre o conjunto de barra suspensora/placa de depósito acompanhando a solda continua da barra suspensora 24 à placa de depósito 12.

Uma vez posicionadas sobre a barra suspensora 24 e a placa de depósito 12, as bordas inferiores 34 do revestimento 32 são soldadas sobre as superfícies da placa de depósito 12. A soldagem resulta no depósito de um segundo par de soldas contínuas 36 ao longo da largura toda da placa de depósito 12, imediatamente abaixo do primeiro par de soldas continuas 30. O revestimento 32 e o segundo par de soldas contínuas 36 proporcionam uma finalidade dupla de reforço da barra suspensora, bem como fornecimento de alguma proteção contra o ingresso de solução corrosiva de eletrólito e outros liquidos no primeiro par de soldas continuas 30 e na junta entre a borda superior 22 da placa de depósito 12 e a superfície inferior 28 da barra suspensora 24. Adicionalmente, as bordas inferiores em direção às extremidades 38 do revestimento 32 são unidas e soldadas juntas.

Fazendo referência à figura 1, conforme estabelecido acima, durante o processo de eletro-refino, a placa de depósito 12 é imersa no banho de eletrólito (não mostrado) até um nível aproximado indicado pelo numeral 20. A placa de depósito é sustentada nesse nível pelas extremidades 40 da barra suspensora de cobre 24, a qual repousa sobre um par de barras coletoras eletricamente condutivas correndo em paralelo ao longo das bordas opostas do tanque (todos não mostrados) contendo o banho de eletrólito. Uma vez que uma massa considerável de metal pode ser depositada sobre a placa de depósito 12 durante o processo de eletro-refino (até 200 kg ou mais sobre uma folha de 1 m quadrado) , uma força considerável pode ser exercida sobre a junta entre a placa de depósito 12 e a barra suspensora de cobre 24. 0 reforço alivia muito do esforço que podería, de outro modo, ser exercido sobre o primeiro par de soldas contínuas 30 pela massa de metal depositado, desse modo, reduzindo a possibilidade de que o primeiro par de soldas continuas 30 seja rompido ou de outro modo fraturado, desse modo, reduzindo a condutividade. Isso, por sua vez, melhora a robustez e confiabilidade do conjunto de catodo 10 e, como um resultado, sua vida útil.

Fazendo referência novamente à figura 2, além da figura 1, embora uma vez soldado na placa o revestimento 32 proporcione alguma proteção contra o ingresso de solução corrosiva de eletrólito sobre o primeiro par de soldas continuas 36, a vedação proporcionada pelo segundo par de soldas continuas 36 não é hermética. Portanto, caso não se verifique, existe potencial de que solução corrosiva de eletrólito ou outros líquidos eventualmente penetre no segundo par de soldas continuas e afete prejudicialmente a junta entre a barra suspensora 24 e a placa de depósito 12. Esse problema é exacerbado pelo desgaste e dilaceramento inevitáveis os quais surgem da inserção e extração repetida do conjunto de catodo 10 do banho de eletrólito (não mostrado), bem como da remoção de metais refinados da placa de depósito 12 e lavagem e repolimento das superfícies da placa de depósito 12 antes de sua reinserção no banho de eletrólito. Portanto, para proporcionar proteção adicional contra o ingresso de solução corrosiva ou outros líquidos atrás do revestimento 32, um vedante resistente à corrosão 42, por exemplo, uma resina epóxi, é injetado em um espaço criado entre a superfície inferior 28 da barra suspensora 24 e a superfície interna 44 do revestimento 32. Isso assegura que a condutividade elétrica entre a barra suspensora de cobre 24 e a placa de depósito 12 proporcionada pelo primeiro par de soldas contínuas 30 seja mantido durante um período prolongado de tempo.

Tipicamente, o material resistente à corrosão 42 é injetado através de perfuração de pequenos orifícios conforme em 46 no revestimento protetor 32. O material resistente à corrosão 42 na forma de fluxo livre é, então, injetado no espaço entre a superfície inferior da barra suspensora de cobre 24 e a superfície interna 44 do revestimento 32 ao longo da extensão toda do revestimento 32. 0 material resistente à corrosão 42 então, endurece, formando uma vedação hermética em torno do primeiro par de soldas contínuas 30.

Fazendo referência agora à figura 1, conforme estabelecido acima durante o processo de refino, uma massa considerável de metal pode ser depositada sobre a placa de depósito 12. Portanto, de forma a auxiliar na extração automática do conjunto de catodo 10 do tanque de eletrólito (não mostrado), um par de ranhuras retangulares conforme em 48 são usinadas através da placa de depósito 12 no ponto imediatamente abaixo do segundo par de soldas continuas 36. Ganchos (não mostrados) ou outro dispositivo de elevação, tal como os dentes de um elevador em forquilha, podem ser inseridos nas ranhuras 48 e o conjunto de catodo elevado.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Conjunto de cátodo (10) para uso no refino de metais compreendendo: uma placa de depósito (12) substancialmente plana fixamente presa ao longo de uma borda superior (22)da mesma a uma barra suspensora alongada (24), desse modo, definindo uma conexão; um revestimento protetor (32) envolvendo a referida placa de depósito e circundando, pelo menos parcialmente, a referida barra suspensora, de modo que uma cavidade é definida na região da referida conexão; e um material (42)enchendo a referida cavidade; caracterizado pelo fato de que o referido material enchendo a referida cavidade é uma resina epóxi resistente à corrosão.

2. Conjunto de cátodo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida placa de depósito é presa à referida barra suspensora por meio de pelo menos uma solda.

3. Conjunto de cátodo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido material (42) resistente à corrosão impede que substâncias corrosivas penetrem na referida solda.

4. Conjunto de cátodo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida placa de depósito e o referido revestimento são fabricados de aço inoxidável.

5. Conjunto de cátodo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento é preso à referida placa de depósito por meio de pelo menos uma solda (36).

6. Conjunto de cátodo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um padrão em V invertido é usinado em uma borda inferior (18) da referida placa de depósito.

7. Método para a fabricação de um conjunto de cátodo (10) como definido na reivindicação 1, para uso no refino de metais, o referido cátodo sendo do tipo compreendendo uma placa de depósito (12) para eletrodeposição de metais, o referido método compreendendo as etapas de: (a) fornecimento de uma placa de depósito substancialmente plana (12) tendo uma borda superior (22); (b) fixação de uma barra suspensora alongada (24) sobre a referida borda superior da referida placa de depósito, desse modo proporcionando um conjunto de placa de depósito; e (c) fixação de um revestimento protetor (32) ao referido conjunto de placa de depósito, de modo a abranger substancialmente a área de fixação entre a referida barra suspensora e a referida borda superior da referida placa de depósito, caracterizado pelo fato de que o referido revestimento protetor define uma cavidade entre o referido revestimento e o referido conjunto de placa de depósito; e compreendendo ainda a etapa de: (d) enchimento da referida cavidade com uma resina epóxi resistente à corrosão (42), desse modo, proporcionando um conjunto de cátodo fabricado.

8. Método para a fabricação de um conjunto de cátodo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de fixação incluir soldagem da referida borda superior à referida barra suspensora.

9. Método para a fabricação de um conjunto de cátodo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de enchimento compreende perfuração de pelo menos um orifício (46) no referido revestimento protetor e injeção de uma fase líquida do referido material resistente à corrosão (42) na referida cavidade, o referido material resistente à corrosão subsequentemente endurecendo em uma fase sólida.

10. Método para a fabricação de um conjunto de cátodo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o referido material resistente à corrosão é uma resina epóxi.

11. Método para a fabricação de um conjunto de cátodo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a referida etapa de fixação compreende soldar o referido revestimento à referida placa de depósido por meio de pelo menos uma solda (36).