BRPI0607476B1

BRPI0607476B1 - Placas eletrolíticas e método de produzir uma placa eletrolítica

Info

Publication number: BRPI0607476B1
Application number: BRPI0607476-6A
Authority: BR
Inventors: Keith Webb Wayne
Original assignee: Xstrata Queensland Limited
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2018-03-06
Also published as: EP1866461A1; ES2557294T3; US20100314255A1; TR201816250T4; US7807028B2; PL1866461T3; ES2694143T3; PL2886680T3; EP2886680B1; AP2293A; CA2600645A1; JP6128771B2; MX2007011014A; KR101395168B1; EA011667B1; EP2886680A1; CA2600645C; PT2886680T; CN103726076A; US20080095655A1

Abstract

placas eletrolíticas de aço inoxidável. é provida uma placa de cátodo de aço inoxidável substancialmente permanente (1) adequada para uso na refinação elétrica de cátodos de metal, o cátodo sendo composto de um aço dúplex com baixo teor de níquel ou um aço do tipo "304" inferior, em que a aderência operacional de uma eletrodeposição sobre a mesma é possibilitada mediante alteração de diversas qualidades da superfície de cátodo. também é provido um método de produzir as placas catódicas do tipo 304 ou dúplex mencionadas acima, de tal modo que a aderência operacional desejada do depósito sobre a placa não é tão forte de modo a impedir que o depósito de metal seja removido durante manejo subseqúente.

Description

(54) Título: PLACAS ELETROLÍTICAS E MÉTODO DE PRODUZIR UMA PLACA ELETROLÍTICA (51) Int.CI.: C25B 11/04; C25C 1/12; C25C 7/02 (30) Prioridade Unionista: 09/03/2005 AU 2005901127 (73) Titular(es): XSTRATA QUEENSLAND LIMITED. XSTRATA QUEENSLAND LIMITED (72) Inventor(es): WAYNE KEITH WEBB

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PLACAS ELETROLÍTICAS E MÉTODO DE PRODUZIR UMA PLACA ELETROLÍTICA

Pedidos Relacionados [001] Esse Pedido Internacional PCT reivindica prioridade a partir do Pedido Provisório de Patente Australiana 2005901127, depositado em 9 de março de 2005, o qual é aqui incorporado como referência. O pedido de Patente dos Estados Unidos 11/281.686, depositado em 16 de Novembro de 2005 também reivindica o benefício de AU 2005901127.

Campo da Invenção [002] A presente invenção se refere às placas eletrolíticas e especificamente às placas de cátodo, substancialmente permanentes, adequadas para uso na recuperação eletrolítica de metais.

[003] A invenção foi desenvolvida principalmente como uma placa de cátodo de aço inoxidável substancialmente permanente adequada para uso na extração elétrica de cátodos de cobre. A aderência operacional de uma eletrodeposição é melhorada pelas características e acabamento de superfície do cátodo; esse desenvolvimento será descrito em seguida com referência essa aplicação. Contudo, será considerado que a invenção não é limitada a esse campo específico de uso.

Antecedentes da Invenção [004] Qualquer discussão da técnica anterior ao longo do relatório descritivo de forma alguma deve ser considerada como uma admissão de que tal técnica anterior é amplamente conhecida ou forma parte do conhecimento geral comum no campo.

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2/28 [005] Refinação elétrica de cobre inclui dissolver eletroliticamente o cobre a partir de anódios impuros de aproximadamente 99,7% de Cu, e então seletivamente eletrogalvanizar o cobre dissolvido na forma pura sobre um cátodo. Essa reação ocorre em uma célula contendo um eletrólito, o qual é substancialmente uma mistura de sulfato de cobre e ácido sulfúrico.

[006] Há vários processos e aparelhos para refinação elétrica de metal. Para a extração elétrica de cobre, a melhor prática atual na indústria é no sentido da produção e uso de placas de cátodo de aço inoxidável, permanentes. Tal prática se baseia amplamente no trabalho original (e patentes) de Jim Perry et al. de Mount Isa Mines, Queensland, Austrália. Tais técnicas são geralmente conhecidas por toda a indústria como tecnologia ISA PROCESS®.

[007] Tecnologia ISA PROCESS® (também ISA PROCESS 2000™) é uma marca registrada da Mount Isa Mines Limited e foi licenciada na Austrália, Áustria, Bélgica, Canadá, Chile, China Chipre, Egito, Inglaterra, Alemanha, Índia, Indonésia, Irã, Japão, Mianmar, México, Peru, Rússia, África do Sul, Espanha, Suécia, Tailândia e Estados Unidos.

[008] Nesse processo, placas-mãe de cátodo de aço inoxidável são imersas em um banho eletrolítico com anódios de cobre. Aplicação de uma corrente elétrica faz com que o metal de base não refinado a partir do anódio se dissolva no banho eletrolítico e subsequentemente seja depositado em uma forma refinada sobre uma lâmina de cátodo da placa-mãe. O cobre eletroliticamente depositado é então removido da lâmina mediante primeiramente flexão da placa de cátodo

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3/28 para fazer com que pelo menos parte do depósito de cobre se separe da mesma, e então remoção com cunha ou jato de gás do restante do cobre a partir da lâmina.

[009] Tal remoção é realizada mediante uso de lâminas semelhantes à faca ou cunhas com borda de faca inserida entre a folha de aço e o cobre depositado na borda superior do cobre. Alternativamente, a remoção pode ser feita mediante passagem automaticamente dos cátodos carregados com cobre através de uma estação de martelagem na qual o cobre depositado é raspado habilmente próximo à sua borda superior em ambos os lados. Isso afrouxa a borda superior de cobre e a remoção é então concluída mediante direcionamento de um ou mais fluxos de ar para o espaço minúsculo entre o aço e a borda superior afrouxada do cobre. Contudo, a separação é efetuada mais preferivelmente pelo aparelho de flexão desenvolvido pelos requerentes e patenteado como Patente Australiana AU 712.612, ou pelo método relacionado (Patente dos Estados Unidos US 4.840.710) .

[0010] A placa-mãe de cátodo geralmente consiste em uma lâmina de aço inoxidável, e uma barra suspensora conectada à borda superior da lâmina para segurar e sustentar o cátodo no banho eletrolítico.

[0011] ISA PROCESS® emprega um sistema de múltiplas células dispostas em série para formar seções práticas. Nas células, os eletrodos, o cobre anódico e os cátodos são conectados em paralelo.

[0012] Como uma alternativa ao ISA PROCESS®, outra metodologia é o uso de folhas de partida de cobre de pureza superior, como o substrato de cátodo no qual o cobre é

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4/28 eletrodepositado. Essas folhas de partida são produzidas em células eletrolíticas especiais pode intermédio de uma eletrodeposição de 24 horas de cobre sobre cobre laminado duro ou peças em bruto de titânio.

[0013] A preparação da folha de partida inclui lavagem, endireitamento e enrijecimento da folha. As folhas são então suspensas a partir das barras suspensoras de cobre laminado mediante laços fixados de tiras de cobre.

[0014] A diferença fundamental entre ISA PROCESS® e a tecnologia de folha de partida convencional é que ISA PROCESS® utiliza peça em bruto de cátodo reutilizável permanente em vez de uma folha de partida de cobre nãoreutilizável.

[0015] O elemento fundamental da tecnologia é o modelo patenteado da placa de cátodo ISA PROCESS®. A própria placa é fabricada a partir de aço inoxidável 316L, soldado a uma barra suspensora de seção oca retangular de aço inoxidável. A barra suspensora é encapsulada com cobre eletrogalvanizado para condutividade elétrica e resistência à corrosão.

[0016] Aço inoxidável é um metal baseado em ferro que contém níveis de carbono muito baixos (em comparação com aço doce) e diversos níveis de cromo. O cromo combina com oxigênio para formar uma película de superfície aderente que resiste à oxidação. O aço inoxidável 316L da placa de cátodo ISA PROCESS® tem uma composição aproximada de <0,03% de carbono, 16-18,5% de cromo, 10-14% de níquel, 23% de molibdênio, <2% de manganês, <1% de silício, <0,045% de fósforo, <0,03% de enxofre e o restante de ferro.

[0017] O 316L austenítico é o tipo padrão contendo

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5/28 molibdênio. O molibdênio proporciona ao 316L excelentes propriedades de resistência à corrosão global, particularmente maior resistência à corrosão de furos e fissuras em ambientes acídicos.

[0018] Contudo, a seleção do aço apropriado não garante, em si, o sucesso. As características desejadas de aderência de superfície de uma placa de cátodo são a de que ela proporcione uma tenacidade suficiente de fixação entre a folha de aço e o cobre depositado sobre a mesma para impedir que o cobre se desprenda ou solte do aço por iniciativa própria.

[0019] Com essa finalidade, o aço inoxidável 316L é provido com o acabamento de superfície 2B. O acabamento 2B é intermediário ao brilho e fosco, sendo uma superfície semi-brilhosa, cinza prateada produzida mediante laminação a frio, abrandamento e remoção de crosta, e então laminação final ligeiramente com rolos polidos. O resultado é uma superfície cinza semi-brilhosa que é denominada skinpassrollet ou 2B (B = brilho) e tem um índice de aspereza de superfície (Ra) entre 0,1 e 0,5 pm. O aço 2B frequentemente é usado para processar equipamento dentro da indústria alimentícia quando for exigida uma superfície que seja fácil de manter limpa.

[0020] A lisura e refletividade da superfície melhoram à medida que o material é laminado em tamanhos cada vez mais finos. Qualquer recozimento que precise ser feito para realizar a redução exigida em espessura, e o recozimento final, são realizados em atmosfera inerte controladas muito rigorosamente. Portanto, substancialmente nenhuma oxidação ou formação de crosta da superfície ocorre e não há

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6/28 necessidade de desoxidação e passivação adicional.

[0021] Como usada no ISA PROCESS®, a lâmina de aço 316L com acabamento 2B tem 3,25 mm de espessura, a qual é soldada a uma barra suspensora de seção de aço inoxidável oca (Publicação de Patente Internacional WO 03/062497; Publicação de Patente US 2005126906). Para melhorar a condutividade elétrica, a barra suspensora é encapsulada com um revestimento de cobre eletrogalvanizado de 2,5 mm de espessura. As bordas verticais (Patente Australiana AU 646.450) são marcadas com tiras de borda de plástico (Pedido de Patente Internacional PCT/AU00/00668) para impedir que o cátodo de cobre se desenvolva em torno das bordas. A borda inferior é mascarada com uma película fina de cera que, enquanto impedindo que o cobre envolva a placa, não proporciona uma saliência para coletar lodos de anódio que caem, que de outro modo contaminariam o cobre de cátodo.

[0022] Como a fabricação e mudança das folhas de partida são cada vez mais dispendiosas, as refinarias operacionando por intermédio desses meios geralmente operam dois ciclos de cátodo por ciclo de anódio, isto é, os cátodos da folha de partida são geralmente individualmente galvanizados eletricamente com cobre metálico durante 12 a 14 dias antes de eles serem removidos; uma segunda folha de partida é então inserida entre os anódios. Consequentemente, o ciclo de anódio é geralmente da ordem de 24 a 28 dias. No fim do ciclo de cátodo o refugo de anódio é removido, lavado e retornado para a instalação de fundição para fundição e re-fundição em anódios para ciclos adicionais de refinação elétrica.

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7/28 [0023] Embora a tecnologia de cátodo ISA PROCESS® possa acomodar idades de cátodo variáveis de 5 a 14 dias, um ciclo de cátodo de 7 dias é geralmente considerado ideal, uma vez que se ajusta à programação de trabalho semanal e semanas de trabalho mais curtas.

[0024] O ciclo mais curto tem diversos benefícios para a qualidade do cátodo. Quando separada, uma única placa de cátodo produz duas folhas individuais de cobre de cátodo puro. Essa tecnologia de cátodo conduziu a grandes avanços nos sistemas de manejo de eletrodo de estruturas de tanque de cobre. As placas de cátodo de aço inoxidável oferecem precisão em termos de retidão e verticalidade da placa de cátodo de aço inoxidável em comparação com a folha de partida fina alternativa. O cátodo de aço inoxidável permanente tem menos probabilidade de reter lodos que caem e outras impurezas no depósito de cátodo durante a eletrólise. Resumidamente, o uso de cátodos de aço inoxidável permanentes permite eficiências de processo de outro que de outro modo não poderiam ser conseguidas empregando as folhas de partida.

[0025] Além disso, o uso de uma placa de cátodo de aço inoxidável melhora a eficiência atual uma vez que ocorre um número menor de curtos-circuitos e, portanto, menos nodulações de cobre são formadas. A qualidade do cátodo também foi aperfeiçoada pela eliminação dos laços de folha de partida.

[0026] A qualidade química do cátodo é excessivamente importante com demandas ainda mais rigorosas (excedendo o Tipo A LME) sendo impostas aos produtores de haste de cobre pelos projetistas de arame fino. Tais demandas de qualidade

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8/28 devem começar necessariamente na fonte de produção de cobre - as próprias refinarias de cobre de cátodo.

[0027] Não obstante isso, os maiores benefícios do ISA PROCESS® têm sido para os refinadores, benefícios secundários tangíveis foram proporcionados ao usuário final, que obtém um produto mais consistente, de qualidade superior. A intensidade de refinação foi grandemente aumentada pelos benefícios do cátodo de aço inoxidável permanente. A folga entre eletrodos entre o par de anódio/cátodo poderia ser reduzida, desse modo aumentando a área ativa para eletrólise por unidade de comprimento de célula.

[0028] Consequentemente, a densidade de corrente elétrica para eletrólise pode ser aumentada, e atualmente, as refinarias ISA PROCESS® estão operando em torno de 330 A/m², enquanto que as refinarias de folha de partida convencional operam tipicamente em torno de 240 A/m².

[0029] O inventário de cobre em processamento é uma consideração importante em uma operação de refinaria. Em combinação, as várias eficiências ISA PROCESS® mencionadas acima podem reduzir o cobre em processamento na ordem de 12% - um resultado muito significativo.

Objetivo da Invenção [0030] Um objetivo da presente invenção é o de superar ou melhorar pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior, ou prover uma alternativa útil.

[0031] É um objetivo da invenção em uma forma preferida prover uma placa de cátodo de aço inoxidável do tipo 304 e/ou dúplex, substancialmente permanente, adequada para uso na refinação elétrica e/ou extração elétrica de

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9/28 cátodos de cobre.

[0032] É um objetivo adicional da presente invenção em outra forma preferida, prover um método de produzir uma placa eletrolítica de aço dúplex adequada para a eletrodeposição e aderência de um metal sobre a mesma, e um método de produzir uma placa eletrolítica de aço do tipo 304 adequada para a eletrodeposição e aderência de um metal sobre a mesma.

Revelação da Invenção [0033] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é provida uma placa eletrolítica adequada como um substrato para a eletrodeposição de um metal, a placa sendo pelo menos parcialmente compreendida de aço inoxidável dúplex.

[0034] Preferivelmente, o aço inoxidável dúplex é um aço com baixo teor de níquel e/ou baixo teor de molibdênio em relação ao aço inoxidável 316L. Preferivelmente, o aço dúplex é caracterizado substancialmente por uma composição incluindo aproximadamente: 22-2 6% de Cr; 4-7% de Ni; 0-3% de Mo; e 0,1-0,3% de N. Alternativamente, o aço dúplex é caracterizado substancialmente por uma composição incluindo aproximadamente: 1,5% de Ni; 21,5% de Cr; 5% de Mn; 0,2% de

N.

[0035] Em uma modalidade, a placa eletrolítica é adequada para uso como uma peça em bruto de cátodo de folha de partida.

[0036] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é provida uma placa eletrolítica adequada como um substrato para a eletrodeposição de um metal, a placa sendo pelo menos parcialmente compreendida de aço “Tipo 304”.

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10/28 [0037] Em uma modalidade, a placa eletrolítica é substancialmente permanente e/ou reutilizável, por exemplo, uma placa-mãe de cátodo.

[0038] Preferivelmente, o aço Tipo 304 é caracterizado substancialmente por uma composição incluindo aproximadamente: <0,8% de C; 17,5-20% de Cr; 8-11% de Ni; <2% de Mn; <1% de Si; <0,045% de P; <0,03% de S; o restante Fe.

[0039] Em outra modalidade, o aço inoxidável Tipo 304 é preparado com um acabamento 2B.

[0040] Em modalidades do primeiro e segundo aspectos, a superfície(s) da placa eletrolítica é modificada de modo a transmitir para a placa características de adesão predeterminadas. O termo características de adesão predeterminadas” deve ser considerado como significando que uma superfície na qual se procura a eletrodeposição de metal tem sua aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um eletrodepósito e subsequente manejo de mesma, aderência sendo insuficientemente forte de modo a prevenir a separação mecânica do eletrodepósito a partir da superfície modificada.

[0041] Em uma modalidade preferida, a placa eletrolítica é um cátodo e a eletrodeposição é de cobre, quer seja mediante refinação elétrica ou extração elétrica.

[0042] Em outra modalidade, um acabamento de superfície polida transmite à placa as características de adesão predeterminadas. Preferivelmente, o acabamento de superfície polida é uma superfície de eletrogalvanização que teve a sua aspereza de superfície modificada para

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11/28 produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um metal eletrodepositado e seu manejo subsequente, ainda assim insuficiente para impedir a separação mecânica do metal eletrodepositado a partir da superfície modificada.

[0043] Em uma modalidade, o acabamento polido é definido por uma aspereza de superfície Ra tipicamente dentro da faixa apropriada de 0,6 a 2,5 pm.

[0044] Em uma modalidade particularmente preferida, o acabamento polido é definido por uma aspereza de superfície Ra tipicamente dentro da faixa aproximada de 0,6 a 1,2 pm.

[0045] Preferivelmente, o acabamento polido pode ser aplicado por dispositivos tais como ferramentas de polimento, esmerilhadeiras angulares, máquinas de lixar elétricas ou pneumáticas, ou uma combinação dos mesmos.

[0046] Em outra modalidade, uma ou mais cavidades são formadas na superfície da placa, desse modo para transmitir à placa características de adesão predeterminadas.

[0047] Em uma modalidade, pelo menos algumas das cavidades se estendem completamente pela espessura da placa, enquanto que em uma modalidade alternativa, pelo menos algumas das cavidades se estendem apenas parcialmente pela espessura da placa.

[0048] Em outra modalidade, as cavidades são espaçadas a partir da linha de deposição superior do metal eletrodepositado de tal modo que o metal depositado acima da cavidade mais elevada é relativamente fácil de remover e o metal depositado em ou abaixo do nível da cavidade mais elevada é relativamente difícil de remover.

[0049] Preferivelmente, as cavidades estão localizadas

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12/28 substancialmente 15 cm a 20 cm a partir do topo da placa, desse modo para facilitar a formação de uma porção de metal superior removida de forma relativamente fácil e uma porção de metal inferior removida de forma relativamente difícil.

[0050] Em uma modalidade, o metal eletrodepositado é removível por um aparelho de flexão primeiro acunhando entre a porção de metal superior e a placa.

[0051] Em uma modalidade adicional, uma ou mais porções de ranhura são formadas na superfície da placa, desse modo para transmitir à placa as características de adesão predeterminadas. As porções de ranhura podem ser substancialmente de qualquer formato ou orientação na superfície da placa, mas preferivelmente não são horizontais devido à limitação de ranhura-V aliada ao fato de que o aparelho de separação remove o metal eletrodepositado a partir de cima para baixo.

[0052] Em outra modalidade, uma ou mais porções de saliência estão localizadas na superfície da placa, desse modo para transmitir à placa as características de adesão predeterminadas. As porções de saliência podem ser substancialmente de qualquer formato ou orientação na superfície da placa. A porção(s) de saliência substancialmente horizontal proporciona maior aderência operacional, com a contrapartida inerente de que mais lodo de anódio pode se acumular sobre as mesmas, desse modo comprometendo a pureza da eletrodeposição.

[0053] Em outra modalidade, a superfície da placa é gravada, desse modo para transmitir à placa as características de adesão predeterminadas. Preferivelmente, a gravação é realizada por intermédio de meio

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13/28 eletroquímico.

[0054] Em modalidades adicionais, a placa inclui tecnologia de canto cortado e/ou tecnologia de ranhura-V, desse modo para facilitar a remoção do eletrodepósito sobre a mesma.

[0055] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é provido um método de eletrodepositar um metal em uma placa eletrolítica de acordo com o primeiro aspecto e/ou segundo aspecto.

[0056] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção é provido um método de produzir uma placa eletrolítica de aço dúplex adequada para eletrodeposição e aderência de metal sobre a mesma, o método incluindo:

[0057] modificar a superfície de uma placa de aço dúplex para obter uma superfície de eletrogalvanização com aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um depósito de metal eletrolítico e subsequente manejo do mesmo, aderência sendo insuficientemente forte para impedir a separação mecânica do metal eletrodepositado a partir da superfície modificada.

[0058] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção é provida uma placa eletrolítica e aço inoxidável dúplex quando formada por um método de acordo como quarto aspecto.

[0059] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção é provido um método de produzir uma placa eletrolítica de aço do tipo 304 adequada para a eletrodeposição e aderência de metal sobre a mesma, o método incluindo:

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14/28 modificar a superfície da placa de aço Tipo 304 para se obter uma superfície de eletrogalvanização com aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um depósito de metal eletrolítico e subsequente manipulação do mesmo, a aderência sendo insuficientemente forte para impedir a separação mecânica do metal eletrodepositado a partir da superfície modificada.

[0060] De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção é provida uma placa eletrolítica de aço do Tipo 304 quando formada por um método de acordo com o sexto aspecto.

[0061] Apesar das vantagens mencionadas acima, o preço imprevisível (e atualmente em rápida ascensão) tanto do níquel como do molibdênio impôs pressão crescente sobre o uso econômico do aço inoxidável 316L como uma placa de cátodo padrão da indústria.

[0062] A tecnologia de cátodo reutilizável atualmente empregada sofre a desvantagem do custo proibitivo das matérias primas a ela associadas. Consequentemente, o escopo para uso de cátodos reutilizáveis é estreito. Descobriu-se surpreendentemente que a combinação de novos materiais e um acabamento de superfície gerenciado pode permitir economias tanto na quantidade como no custo das matérias primas utilizadas na fabricação de cátodo. As reduções de custo realizadas podem, por sua vez, aumentar o escopo do mercado de cátodo reutilizável e pode haver o potencial de estender isso para a eletrodeposição de outros metais.

[0063] Existe uma oportunidade para o desenvolvimento

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15/28 de uma placa de cátodo permanente alternativa viável. Infelizmente, tal material não está facilmente disponível devido pelo menos em parte aos problemas conjugados de prover uma placa de cátodo que simultaneamente apresente:

1. Suficiente resistência à corrosão no meio H2SO4/CUSO4 fortemente acídico; e

2. Aderência de contato operacional suficiente do depósito de cobre para permitir transporte seguro dos eletrodos eletrogalvanizados para as máquinas de manejo de eletrodo, em que aderência deve permitir a pronta separação mediante meio físico do depósito sem dano químico ou físico à lâmina catódica.

[0064] Consequentemente, há a necessidade de materiais alternativos exibindo as características acima, de modo a produzir uma placa de cátodo mais economicamente viável. O uso de aços inoxidáveis austeníticos de níquel inferior tem sido considerado, da mesma forma que tem sido considerado o uso de aços não-austeníticos. Contudo, o uso de aços dúplex de baixo teor de níquel foi considerado como uma placa de cátodo alternativa viável, se o mesmo estiver disponível em um acabamento adequado.

[0065] O tipo mais amplamente usado de aço inoxidável é o aço inoxidável austenítico. Uma estrutura de aço completamente austenítico tem um teor de níquel de pelo menos 7%, o que proporciona à mesma ductilidade, uma grande escala de temperatura de serviço, propriedades nãomagnéticas e propriedade de soldagem adequada. A gama de aplicações do aço inoxidável austenítico inclui utensílios domésticos, recipientes, tubos e recipientes industriais, fachadas arquitetônicas e estruturas de construção.

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16/28 [0066] Aço inoxidável ferrítico tem propriedades similares a do aço doce, mas com resistência à corrosão superior. O mais comum desses aços inclui entre 12 e 17% de cromo, com 12% usado na maior parte em aplicações estruturais e 17% em utilidades domésticas, caldeiras, máquinas de lavar e arquitetura interna.

[0067] Aços dúplex têm uma estrutura de duas fases de proporções quase iguais de austenita e ferrita. A estrutura dúplex proporciona resistência e ductilidade. Os aços são usados na maior parte na indústria petroquímica, de papel, de polpa e de construção de navios. Diversas combinações de elementos de ligação podem ser usadas para se obter esse estado ferrítico/austenítico. A composição dos aços dúplex, mais comuns, está dentro dos limites: 222 6% de Cr; 4-7% de Ni; 0-3% de Mo; com uma pequena quantidade de nitrogênio (0,1-0,3%) para estabilizar a austenita. Um aço inoxidável dúplex comercial adequado contém aproximadamente 1,5% de Ni; 21,5% de Cr; 5% de Mn; e 0,2% de N.

[0068] Como mencionado acima, o conhecimento geralmente aceito dentro da indústria de refinação elétrica é que o acabamento 2B é necessário em uma placa de cátodo se um metal eletrodepositado deve aderir suficientemente a ela. Embora alguns dos aços inoxidáveis dúplex, disponíveis, apresentem resistência à corrosão consistente com as exigências da indústria de refinação elétrica, esses materiais não estão disponíveis em um acabamento 2B.

[0069] Como o acabamento 2B não pode ser transmitido ao aço dúplex mediante fabricação, uma alternativa viável foi considerada para imitar as características de adesão de

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17/28 superfície, isto é, a produção de um acabamento semelhante a 2B” mediante polimento e/ou escovação da superfície do aço dúplex.

[0070] Ao contrário do conhecimento aceito exigindo um acabamento 2B, os requerentes surpreendentemente descobriram que quando aço dúplex é usado no estado em que se encontra” em uma placa de cátodo para a extração elétrica de cobre, então aderência operacional do depósito à placa é aceitavelmente rápida de modo a permitir o manejo adicional necessário.

[0071] Contudo, duas modificações adicionais foram desenvolvidas dentro do escopo da presente invenção de modo a ampliar a eficácia das placas catódicas de aço dúplex.

[0072] Em primeiro lugar, um travamento físico” tal como saliências, ranhuras e/ou furos pode ser aplicado à superfície do cátodo. Saliências e/ou ranhuras podem ser horizontais, verticais, diagonais ou qualquer combinação dos mesmos através de uma ou mais superfícies do cátodo. Opcionalmente, a saliência(s) e/ou ranhura(s) podem ser dispostas substancialmente horizontalmente através da largura da porção de base de ambas as faces frontal e posterior do cátodo. A saliência(s) e/ou ranhura(s) serve para prevenir o desenrolamento” de um depósito de cobre extraído eletricamente mediante provisão de uma superfície contra a qual o depósito sólido não pode deslizar” sob ação da gravidade. Contudo, uma saliência substancialmente horizontal sofre do problema anteriormente mencionado de prover uma superfície sobre o qual lodo de anódio pode se acumular; e uma ranhura substancialmente horizontal transmite uma limitação de ranhura-V à superfície de

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18/28 cátodo.

[0073] Preferivelmente, a ranhura(s) é (são) disposta(s) substancialmente verticalmente ao longo do comprimento da placa. Essa preferência surge do modo de operação normal do dispositivo de remoção de flexão ISA PROCESS®, o qual opera do topo para a base. Se as ranhuras forem colocadas horizontalmente, então a limitação e ranhura-V resultante pode fazer com que o metal eletrodepositado removido da superfície frature em torno da ranhura.

[0074] Similarmente, a colocação de um ou mais furos sobre a superfície(s) da placa de cátodo permite que o cobre seja eletrogalvanizado dentro dos furos, desse modo proporcionando melhor aderência ao cátodo. O furo(s) pode se estender completamente ou parcialmente através da espessura/largura da placa, e está localizado preferivelmente a 15-20 cm a partir do topo da placa para permitir a deposição de uma porção eletrogalvanizada superior acima do furo mais elevado, e uma porção eletrogalvanizada inferior em e abaixo do nível do furo mais alto.

[0075] A porção eletrogalvanizada superior será relativamente fácil de remover, uma vez que sua adesão à placa não é melhorada em relação à placa não perfurada. Contudo, a porção eletrogalvanizada inferior será relativamente difícil de remover uma vez que maior aderência operacional causada pela eletrogalvanização de metal dentro de uma ou mais cavidades melhora a aderência operacional. Consequentemente, o dispositivo de remoção, operando de cima para baixo na superfície da placa

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19/28 eletrolítica realiza ação de acunhar entre a porção eletrogalvanizada superior e a própria placa para melhor facilitar a remoção da porção eletrogalvanizada inferior posteriormente.

[0076] A placa é agarrada e flexionada no primeiro estágio de remoção do depósito de cobre. Preferivelmente, um depósito formado dentro de um furo, e a aderência provida dessa forma, pode ser rompido por máquina. Consequentemente, o tamanho/número/colocação/profundidade ótimos dos furos podem variar de acordo com a escala, extensão de ciclo catódico e o metal sendo refinado.

[0077] Um segundo meio de prover melhor aderência operacional é o de gravar eletroquimicamente a superfície do cátodo de modo a criar uma superfície gravada à qual um depósito de cobre extraído eletricamente pode melhor aderir. Tal gravação eletroquímica pode, contudo, reter a verticalidade substancial da placa de aço inoxidável de tal modo que uma folha de cobre substancialmente plana ainda pode ser produzida a partir da mesma.

[0078] Uma vantagem óbvia das placas catódicas de aço dúplex se refere ao custo. O aço dúplex é geralmente mais barato do que o aço 316L. Além disso, o aço dúplex é muito mais forte do que o aço 316L atualmente usado nas placas catódicas, significando que as placas catódicas dúplex previsivelmente poderão ser produzidas mais finas, sem comprometer a sua funcionalidade essencial. Uma placa necessariamente deve ser forte o suficiente para ser submetida à flexão de separação do eletrodepósito a partir da superfície catódica. Enquanto as placas catódicas 316L são tipicamente da ordem de 3,25 mm de espessura, o aço

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20/28 dúplex é, em princípio, suficientemente forte para sustentar a placa de cátodo de aproximadamente 1 mm de espessura. Contudo, a colocação seletiva de saliências, ranhuras e/ou furos na superfície(s) da placa de cátodo significa que tais placas são preferivelmente da ordem de 2,0-2,25 mm de espessura. Entretanto, com os preços atuais, um cátodo de aço inoxidável dúplex de 2,25 mm de espessura representa uma economia de custo significativa adicional em relação à placa de cátodo 316L de 3,25 mm de espessura funcionalmente equivalente. A significância dessas economias em termos da eficiência econômica das refinarias elétricas de escala industrial não deve ser subestimada.

[0079] Um mercado adicional para a placa de cátodo de aço inoxidável dúplex é como uma folha de partida. Tecnologia de folha de partida foi descrita acima, e as vantagens de se obter uma folha de partida de aço dúplex adequada são manifestadas tanto em termos de eficiências de custo como de processo.

[0080] Um desenvolvimento adicional dentro do escopo da presente invenção foi o uso de aço do tipo 304 inferior como uma placa de cátodo. O aço 304 tem uma composição típica de: <0,8%; 17,5-20% de Cr; 8-11% de Ni; <2% de Mn; <1% de Si; <0,045% de P; <0,03% de S; e o restante em Fe.

[0081] Aço Tipo 304 é o aço inoxidável mais versátil e amplamente utilizado. A estrutura austenítica equilibrada do aço 304 permite que ele seja estirado severamente de forma profunda sem recozimento intermediário, o que tornou esse tipo dominante na fabricação de peças de aço inoxidável, estiradas, tais como pias, bateria de cozinha e

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21/28 panelas. O aço Tipo 304 é facilmente formado a rolo ou decomposto em uma variedade de componentes para aplicações nos campos: industrial, arquitetural, e de transporte. A estrutura austenítica também proporciona excelente resistência ao aço 304.

[0082] O aço do tem sido

Tipo 304, contudo, estigmatizado pelo fato de ser considerado muito suscetível à corrosão para ser eficaz como uma placa de cátodo. Ele está sujeito à corrosão de furos e fissuras em ambientes de cloreto quente; é considerado resistente à água potável com até aproximadamente 200 mg/L de cloretos em temperatura ambiente, reduzindo até aproximadamente 150 mg/L a 60°C. Por essas razões, o aço Tipo 304 tem sido amplamente ignorado como uma potencial placa de cátodo substancialmente permanente.

[0083] Contudo, o aço Tipo 304 pode ser produzido em um acabamento 2B, e os requerentes descobriram surpreendentemente que as placas catódicas com acabamento 2B feitas a partir do aço 304 até uma espessura de 3,0-3,25 mm são inesperadamente ineficazes quando usadas na extração elétrica de cobre.

[0084] Os Requerentes desenvolveram um acabamento polido ou lixado, adequado para produzir aderência operacional suficiente de um depósito de cobre extraído eletricamente, ainda assim permitindo a fácil separação do depósito com a maquinaria de extração de cátodo ISA PROCESS® agora convencional.

[0085] O aço inoxidável pode ser polido antes ou após a montagem em uma configuração de cátodo. Consequentemente, o equipamento usado em cada caso será

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22/28 diferente. O principal é utilizar uma das ferramentas comerciais disponíveis para esmerilhar ou polir metais. Essas podem ser ferramentas de lixar, esmerilhadeiras angulares, máquinas de lixar elétricas ou pneumáticas, etc. A escolha do meio de polimento e a seleção preferida do dispositivo utilizado são cruciais para se obter o acabamento correto da superfície de eletrogalvanização do modelo de cátodo pretendido.

[0086] Outro desenvolvimento previsível dentro do escopo da presente invenção é aplicação de tecnologia de cátodo de canto cortado à placa(s) catódica(s) do Tipo 304 e/ou dúplex. Tecnologia de cátodo de canto cortado é revelada no Pedido de Patente Internacional do Requerente PCT/AU2004/000565. A periferia lateral e a periferia inferior da lâmina catódica terminam antes das periferias, inferior e lateral, respectivas, com as porções de borda de canto estendendo-se entre e conectando as extremidades opostas da borda inferior às bordas laterais respectivas.

[0087] Além disso, é considerado que as placas catódicas do tipo 304 e/ou dúplex da presente invenção podem ser usadas em conjunto com tecnologia de ranhura-V. A borda inferior e/ou as porções de borda de canto da placa de cátodo incluem uma ranhura tal como uma ranhura-V para auxiliar na separação do cobre a partir da lâmina catódica em duas folhas separadas.

Descrição Resumida dos Desenhos [0088] Uma modalidade preferida da invenção será descrita agora, apenas como exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais:

A Figura 1 é uma vista frontal de uma placa

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23/28 eletrolítica de acordo com uma modalidade da presente invenção, mostrando uma pluralidade de cavidades dentro da superfície frontal da placa para aumentar a aderência operacional de um eletrodepósito;

A Figura 2 é uma vista em seção tomada na linha 2-2 da Figura 1, mostrando as cavidades se estendendo por toda a espessura da placa eletrolítica;

A Figura 3 é uma vista frontal de uma placa eletrolítica de acordo com outra modalidade da presente invenção, mostrando uma porção de ranhura horizontal se estendendo substancialmente através da largura da placa;

A Figura 4 é uma vista secional tomada na linha 4-4 da Figura 3, mostrando a profundidade relativa na qual a porção de ranhura pode ser formada;

A Figura 5 é uma vista frontal de uma placa eletrolítica de acordo com outra modalidade da presente invenção, mostrando uma porção de saliência horizontal se estendendo substancialmente através da largura da porção de base da placa;

A Figura 6 é uma vista lateral da placa eletrolítica mostrada na Figura 5, mostrando a porção de saliência se estendendo até as faces, frontal e posterior, da placa;

A Figura 7 é uma vista frontal de uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, incorporando a modalidade mostrada nas Figuras 1 e 2 com tecnologia de canto cortado;

A Figura 8 é uma vista lateral ampliada da porção de base de outra modalidade particularmente preferida da presente invenção, incorporando tecnologia de ranhura-V; e

A Figura 9 é uma fotografia de uma placa de teste feita

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24/28 de acordo com a presente invenção.

Modalidade Preferida da Invenção [0089] Com referência aos desenhos, a placa eletrolítica 1 adequada como um substrato para a eletrodeposição de um metal 2 é composta de um aço inoxidável dúplex ou aço Tipo 304.

[0090] Onde uma placa eletrolítica de aço inoxidável dúplex é exigida, o aço apropriado é um aço de baixo teor de níquel e/ou baixo teor de molibdênio em relação ao aço inoxidável 316L, e a placa é adequada para uso como uma peça em bruto de cátodo de placa de partida.

[0091] Onde a placa eletrolítica de aço Tipo 304 é exigida, a placa é substancialmente permanente e/ou reutilizável. Em uma modalidade particularmente preferida, o aço Tipo 304 é preparado com um acabamento 2B.

[0092] Onde aço dúplex ou do Tipo 304 será suficiente, a superfície(s) da placa eletrolítica 1 é modificada de modo a transmitir à placa as características de adesão predeterminadas”. Esse termo deve ser considerado como significando que a superfície 3 da placa eletrolítica 1 sobre a qual a eletrodeposição do metal 2 é procurada teve sua aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional do metal eletrodepositado 2 e subsequente manejo do mesmo, a aderência sendo insuficientemente forte para impedir a separação mecânica da eletrodeposição 2 a partir da superfície modificada 3.

[0093] Em uma modalidade particularmente preferida, a placa eletrolítica 1 é um cátodo e o metal eletrodepositado 2 é cobre extraído eletricamente.

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25/28 [0094] Um meio de transmitir as características de adesão predeterminadas procuradas para o cátodo 1 é por intermédio de um acabamento de superfície polido. O acabamento de superfície polido é uma superfície de eletrogalvanização 3 que teve sua aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir a aderência operacional do depósito de cobre extraído eletricamente 2 e seu subsequente manejo, ainda assim insuficiente para prevenir a separação mecânica do cobre eletrodepositado a partir da superfície modificada 3. O acabamento polido é definido por uma aspereza de superfície Ra tipicamente dentro de uma faixa aproximada de 0,6 a 2,5 pm, e mais preferivelmente dentro da faixa aproximada de 0,6 a 1,2 pm. Dispositivos tais como ferramentas de brunir, esmerilhadeiras angulares, máquinas de lixar elétricas ou pneumáticas, ou suas combinações podem aplicar o acabamento polido.

[0095] Com referência especificamente às Figuras 1 e 2 dos desenhos anexos, que delineiam outra modalidade preferida, uma ou mais cavidades 4 são formadas na superfície 3 da placa 1, desse modo para transmitir as características de adesão predeterminadas à placa. As dimensões e características físicas de tal cavidade são selecionadas de tal modo que uma ponte ou união entre os dois lados é efetivamente evitada.

[0096] As cavidades podem se estender totalmente pela espessura da placa (Figura 2), ou apenas parcialmente pela espessura da placa. As cavidades 4 são espaçadas da linha de deposição superior 5 do metal eletrodepositado 2 de tal modo que o metal depositado acima da cavidade superior 4 é

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26/28 relativamente fácil de ser removido e o metal depositado em ou abaixo do nível da cavidade mais elevada é relativamente difícil de ser removido. As cavidades 4 são localizadas substancialmente a 15 cm até 20 cm a partir do topo 6 da placa 1, desse modo para facilitar a formação de uma porção de metal superior relativamente fácil de ser removida 7; e uma porção de metal inferior relativamente difícil de ser removida 8. O metal eletrodepositado 2 é removível por intermédio de um aparelho de flexão 9 primeiramente acunhando entre a porção de metal superior 7 e a superfície de eletrogalvanização 3.

[0097] Com referência especificamente às Figuras 3 e 4 dos desenhos anexos, as quais delineiam outra modalidade preferida, uma ou mais porções de ranhura 10 são formadas na superfície 3 da placa 1, desse modo para transmitir as características de adesão predeterminadas à placa. As porções de ranhura podem ser substancialmente de qualquer formato ou orientação na superfície da placa. Contudo, uma porção de ranhura substancialmente horizontal transmite uma limitação de ranhura-V inerente na superfície de eletrogalvanização 3.

[0098] Com referência especificamente às Figuras 5 e 6 dos desenhos anexos, as quais delineiam ainda outra modalidade preferida, uma ou mais porções de saliência 11 são formadas na superfície 3 da placa 1, desse modo para transmitir as características de adesão predeterminadas à placa. As porções de saliência podem ser substancialmente de qualquer formato ou orientação na superfície da placa.

[0099] Em ainda outra modalidade preferida, as características de adesão predeterminadas são transmitidas

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27/28 à superfície da placa 3 mediante gravação eietroquímica.

[00100] Com referência especificamente à Figura 7, a qual delineia ainda outra modalidade preferida, a placa eletrolítica 1 pode incorporar tecnologia de canto cortado

12.

[00101] Com referência especificamente à Figura 8, a qual delineia ainda outra modalidade preferida, a placa eletrolítica 1 pode incorporar tecnologia de ranhura-V 13.

[00102] Em uso, o cobre extraído eletricamente 2 depositado sobre o cátodo 1 é impedido de se desengatar da placa por intermédio de uma ou mais modificação (modificações) de superfície de acordo com uma ou mais modalidades da invenção como descrito acima.

[00103] Também é provido um método de produzir uma placa eletrolítica de aço Tipo 304 ou de aço inoxidável dúplex 1 adequada para eletrodeposição e aderência de metal sobre a mesma, o método incluindo modificar a superfície da placa 1 para obter uma superfície de eletrogalvanização 3 com aspereza de superfície modificada para produzir adesão necessária para permitir aderência operacional de um depósito de metal eletrolítico 2 e subsequente manejo do mesmo, a aderência sendo insuficientemente forte para prevenir separação mecânica do metal eletrodepositado 2 a partir da superfície modificada

3.

[00104] Será considerado que a invenção ilustrada provê uma placa de cátodo de aço inoxidável Tipo 340 e/ou dúplex substancialmente permanente para uso na refinação elétrica e/ou extração elétrica de cátodos de cobre.

[00105] Embora a invenção tenha sido descrita com

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28/28 referência a um exemplo específico, será considerado por aqueles versados na técnica que a invenção pode ser incorporada em muitas outras formas.

[00106] A menos que o contexto claramente exija ao contrário, em toda a descrição e reivindicações, os termos compreende, compreendendo, e semelhantes devem ser considerados em um sentido inclusivo ao contrário de um sentido exclusivo ou exaustivo; quer dizer, no sentido de incluindo, mas não limitado a.

[00107] Como usado ao longo das reivindicações, o termo características de adesão predeterminadas deve ser considerado como significando que a superfície da placa eletrolítica sobre a qual se procura a eletrodeposição teve sua aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional e uma eletrodeposição e subsequente manejo da mesma, a aderência sendo insuficientemente forte para impedir a separação mecânica da eletrodeposição a partir da superfície modificada.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Placa eletrolítica (1) adequada como um substrato para a eletrodeposição de um metal (2), caracterizada por ser pelo menos parcialmente compreendida de aço inoxidável dúplex ou aço Tipo 304, tal placa (1) dotada de pelo menos uma superfície (3) para eletrodeposição de metal sobre a mesma, a superfície (3) modificada dotada de aspereza de superfície para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um depósito de metal eletrolítico e subsequente manipulação do mesmo, a aderência sendo insuficientemente forte para impedir a separação mecânica do metal eletrodepositado a partir da superfície modificada, a dita placa (1) compreendendo um acabamento 2B ou um acabamento de superfície polido definido por uma aspereza de superfície Ra tipicamente compreendido na faixa de 0,6 a 2,5 pm.

2. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço inoxidável dúplex é um aço de baixo teor de níquel e/ou baixo teor de molibdênio em relação ao aço inoxidável 316L. 3. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço dúplex se caracteriza substancialmente por uma composição compreendendo: 22-26% de Cr; 4-7 % de Ni; 0- 3% de Mo; e 0,1- 0,3% de N. 4. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço

dúplex se caracteriza substancialmente por uma composição compreendendo: 1,5% de Ni; 21,5% de Cr; 5% de Mn; 0,2% de

N.

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5. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço dúplex se caracteriza substancialmente por uma composição compreendendo: 21,5-26% de Cr; 1,5-7% de Ni; 0-3% de Mo; e 0,1-0,3% de N.

6. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço dúplex compreende 1,5-7% de Ni. 7. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço dúplex compreende 21,5-26% de Cr. 8. Placa eletrolítica (1), de acordo com a

reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aço Tipo 304 se caracteriza substancialmente por uma composição incluindo: <0,8% de C; 17,5-20% de Cr; 8-11% de Ni; <2% de Mn; <1% de Si; <0,045% de P; <0,03% de S; o restante da composição compreendendo Fe.

9. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a placa é adequada para uso com uma peça em bruto de cátodo de folha de partida.

10. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a placa é substancialmente permanente e/ou reutilizável.

11. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a placa eletrolítica é um cátodo e a eletrodeposição é de cobre, níquel ou cobalto, seja mediante refinação elétrica ou extração elétrica.

12. Placa eletrolítica (1), de acordo com a

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3/4 reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o acabamento polido é definido por uma aspereza de superfície Ra tipicamente compreendido na faixa de 0,6 a 1,2 pm.

13. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma superfície na forma de uma ou mais cavidades (4) , uma ou mais porções de ranhura (10) , uma ou mais porções de saliência (11), gravação, tecnologia de canto cortado (12) e/ou tecnologia de ranhura-V (13).

14. Placa eletrolítica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o metal (2) eletrodepositado é removível por intermédio de um aparelho de flexão (9) primeiramente acunhando entre a porção de metal superior (7) e a placa.

15. Placa eletrolítica caracterizada pelo fato de compreender uma placa eletrolítica (1) conforme definida na reivindicação 1 fixada a uma barra adaptada para sustentar e transmitir corrente elétrica para a placa em um banho eletrolítico.

16. Método de produzir uma placa eletrolítica (1) de aço dúplex ou aço Tipo 304, conforme definida na reivindicação 1, sendo a placa (1) adequada para a eletrodeposição e aderência de metal (2) sobre a mesma, o método caracterizado por compreender:

modificar a superfície de uma placa de aço dúplex ou aço Tipo 304 para obter uma superfície de eletrogalvanização (3) com aspereza de superfície modificada para produzir a adesão necessária para permitir aderência operacional de um depósito de metal eletrolítico e subsequente manejo da mesma, a aderência sendo

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4/4 insuficientemente forte para impedir a separação mecânica do metal eletrodepositado a partir da superfície modificada, em que a etapa de modificação compreende modificar a superfície (3) usando ferramentas de polimento, esmerilhadeiras angulares, máquinas de lixar elétricas ou pneumáticas, ou uma combinação dos mesmos.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da etapa de modificação compreender a gravação da superfície por intermédio de meio eletroquímico.

18. Placa eletrolítica (1) de aço dúplex ou aço Tipo 304, caracterizada pelo fato de ser produzida pelo método conforme definido na reivindicação 16.

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