ES2198988T3 - Anodo de extraccion electrolitica y procedimiento que permite producir dicho anodo. - Google Patents
Anodo de extraccion electrolitica y procedimiento que permite producir dicho anodo.Info
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Abstract
Un método para realizar un ánodo de electroextracción que comprende a. ajustar de una chapa de aleación de plomo en una ranura en una barra colectora; b. sujetar la barra colectora en la chapa; c. electrodepositar un recubrimiento de plomo sobre la barra colectora, la clavija y la unión para formar un sellado metalúrgico alrededor de la barra colectora, la clavija y la unión entre la chapa y la barra colectora.
Description
Ánodo de extracción electrolítica y procedimiento
que permite producir dicho ánodo.
La invención se refiere a un ánodo de
electroextracción mejorado y a su método de fabricación. El ánodo
es una chapa de aleación de plomo unida a una barra colectora de
cobre. Se inserta una clavija a través de la unión entre la chapa y
la barra colectora y se deposita por electrólisis una capa de plomo
por encima de la barra colectora, la clavija y la unión entre la
barra colectora y la chapa del ánodo.
Las aleaciones de plomo se han utilizado durante
muchos años como ánodos de electroextracción para la recuperación
de cobre, níquel y cinc de soluciones de sulfato. Para la mayoría
de los usos el ánodo se produce fundiendo plomo en un molde para
producir el tamaño y la forma del ánodo. El plomo o la aleación de
plomo fluye alrededor de una barra colectora de cobre para
proporcionar contacto eléctrico entre la chapa del ánodo y la barra
colectora de cobre. El plomo también puede servir como barrera
protectora para prevenir la agresión de vapor ácido o choque
electrolítico directo sobre la barra colectora de cobre.
La chapa de aleación de plomo laminada para
ánodos ofrece más ventajas de porosidad reducida, sección
transversal más uniforme, estructura granular más uniforme y
velocidades de corrosión reducidas, que los ánodos fundidos. Sin
embargo, la chapa de aleación de plomo laminada tiene que unirse a
la barra colectora de cobre como se muestra en la figura 1. En la
mayoría de los casos la chapa del ánodo (1) se une a la barra
colectora de cobre (2) fundiendo primero plomo alrededor de la
barra colectora (3) como se muestra en la figura 1 y soldando o
quemando posteriormente la chapa laminada sobre el plomo fundido
alrededor de la barra colectora. El plomo fundido alrededor de la
barra colectora puede tener la misma composición que la chapa del
ánodo o se puede utilizar una aleación diferente para fundir
alrededor de la barra colectora antes de fijar la chapa soldándola
o quemándola.
En la patente U.S. núm. 4.373.654 se desarrolló
un nuevo método para fijar la chapa de aleación de plomo laminada a
una barra colectora de cobre. En este sistema una chapa de aleación
de plomo-calcio-estaño laminada, se
une a una barra colectora de cobre mediante una unión de soldadura
en una ranura de la barra colectora. Este método proporciona un
enlace metalúrgico completo entre la chapa y la barra diferente del
obtenido por la fundición alrededor del sistema de la barra. Un
recubrimiento fino de una aleación de plomo-estaño
por inmersión, anterior al proceso de soldadura, se formó sobre la
barra para proteger la barra colectora de cobre del vapor ácido o
choque directo del electrolítico. Sin embargo, esto no protegía a
la barra colectora totalmente y durante su uso produjo cierta una
agresión a la barra colectora de cobre. Con el tiempo la unión de
soldadura estaba expuesta y fue agredida.
La agresión a la barra colectora se previno
mediante una mejora desarrollada en la patente U.S. núm. 5.172.850.
Como se muestra en la figura 2, en esta mejora la chapa de aleación
de plomo laminada (4) está unida a la barra colectora de cobre (5)
mediante una unión soldada (6) en la ranura (7) de la barra
colectora. En la superficie de la barra colectora de cobre se forma
un recubrimiento fino de una aleación de plomo y estaño (8) por
inmersión, anterior al proceso de soldadura. La unión soldada se
sella pudelando con una aleación de relleno (9) todas las
hendiduras. Un recubrimiento de plomo (10) se electrodeposita en la
superficie de la barra colectora y sobre la unión entre la barra
colectora y la chapa del ánodo para proporcionar un sellado
metalúrgico completo alrededor de la barra colectora y la unión. El
ánodo terminado de este método proporciona una resistencia
excelente a la agresión de vapor ácido o choque directo del
electrolítico en la zona de la barra colectora.
Una chapa de ánodo de plomo soldada en la ranura
de una barra colectora de cobre y posteriormente recubierta de una
capa de plomo electrodepositada sobre la barra colectora y sobre la
unión entre la barra colectora y la chapa del ánodo produce un
ánodo con un enlace metalúrgico completo entre la chapa del ánodo y
la barra colectora así como un sellado completo alrededor de la
barra colectora y la unión. Este método de producción de ánodos de
electroextracción se ha probado para producir baja resistencia
entre la barra colectora y la chapa del ánodo mientras se protege
la barra colectora y la unión de la agresión del vapor ácido o
choque directo del electrolito en la barra y la unión soldada.
En algunos casos se producido un fallo prematuro
de los ánodos al dañarse la unión soldada en el borde de la chapa.
Este daño se causa al dejar caer el ánodo desde cierta distancia de
tal manera que la barra colectora entra en contacto con el lado de
la celda y se dobla hacia arriba. Esta deformación de la barra
colectora puede causar una delaminación de la barra de la chapa del
ánodo en un extremo de la unión soldada. La rotura del enlace de
soldadura puede producir la entrada de electrólitos en la unión
causando la corrosión de la interfaz de la barra colectora/chapa
del ánodo.
El ánodo se puede levantar accidentalmente y caer
posteriormente durante la extracción de los cátodos cuando la grúa
accidentalmente coge un ánodo así como ej cátodo. Debido a que el
gancho no es lo suficientemente largo para sujetar el ánodo, cae de
nuevo en el tanque cuando los cátodos se levantan de la celda.
Otros incidentes como cortocircuitos en los que crecen dendritas del
cátodo de cobre y se fijan al ánodo, tienen como resultado que se
eleva la parte del ánodo hacia fuera durante la extracción del
cátodo. Cuando el enlace entre el ánodo y el cátodo se ha roto,
debido al peso del ánodo, el ánodo cae en la celda.
El ánodo también se puede dañar al retirar los
ánodos de la celda para retirar depósitos o escamas adherentes o
para limpiar el sedimento de la celda. En tales casos se retiran los
ánodos de la celda con una grúa y se depositan sobre rejillas.
Dependiendo de la experiencia del operario de la grúa se pueden
dejar caer los ánodos sobre las rejillas. También se pueden
manipular los ánodos mecánicamente como por ejemplo para retirar el
depósito PbO2/MnO2 del ánodo como en la electroextracción de cinc.
Este tipo de manipulación puede incluir la caída del ánodo que
puede dañar el borde de la unión soldada. La fuerza del ánodo que
cae y entra en contacto con el lado de la celda puede resultar en el
doblamiento de la barra colectora. Cuando la barra colectora está
doblada la mayor parte de la fuerza se transmite al borde de la
interfaz de la barra colectora/chapa del ánodo porque esta interfaz
es más rígida que sólo la barra colectora. Si la fuerza es
suficiente, puede que se desprenda la barra colectora de la chapa
del ánodo en el extremo de la unión soldada.
La presente invención proporciona un método para
proteger la unión soldada de la barra colectora/chapa del ánodo de
daños debidos a mala manipulación.
La presente invención proporciona un ánodo de
electroextracción mejorado del tipo que tiene una chapa del ánodo
de plomo soldada en una barra colectora de cobre. La mejora
comprende sujetar la chapa del ánodo a la barra colectora de cobre
para prevenir daños en la unión soldada si se cae o manipula mal el
ánodo. La superficie de la barra colectora, la clavija y la unión
entre la barra colectora y la chapa del ánodo está recubierta con
una capa de plomo mediante electrodeposición para proporcionar un
sellado metalúrgico completo alrededor de la barra colectora y la
unión.
La figura 1 es una vista lateral de un ánodo de
la técnica anterior. La figura 2 es una vista lateral de la
realización preferida del ánodo descrito en la patente U.S. núm.
5.172.850. La figura 3 es una vista lateral de la realización
preferida del ánodo de la presente invención. La figura 4 es una
vista frontal del ánodo de la invención.
En la práctica de la presente invención, una
chapa del ánodo de plomo (11) está unida a una barra colectora de
cobre (12) de tal manera que permite buena conductividad entre la
barra colectora y la chapa de aleación de plomo. Las figuras 3 y 4
muestran la manera preferida de unión de la barra colectora y la
chapa del ánodo. Como se muestra en la figura 3, la chapa de
aleación de plomo está ajustada fuertemente en una ranura
longitudinal (13) de una barra colectora de cobre. Óptimamente, la
chapa se une a la barra colectora utilizando soldadura (14) para
rellenar la ranura y la unión soldada se sella pudelando con una
aleación de relleno (16) todas las hendiduras. La unión entre la
barra colectora y la chapa del ánodo esta reforzada con una o más
clavijas (17) insertadas a través de la unión entre la barra
colectora y la chapa de aleación de plomo para prevenir daños
durante su manipulación. La barra colectora, las clavijas y la unión
están cubiertas por un recubrimiento de plomo (18) mediante
electrodeposición formando así un ánodo que es considerablemente
resistente a la corrosión con una integridad estructural
mejorada.
La inserción de una clavija o remache totalmente
a través de la barra colectora de cobre y la chapa de aleación de
plomo en la zona de la unión soldada previene dañar el borde de la
unión soldada cuando se caen o manipulan mal los ánodos.
Preferentemente, la clavija se coloca lo más cerca posible del
borde de la unión soldada de tal manera que pueda soportar parte del
esfuerzo cortante aplicado a la unión soldada si se cae o manipula
mal el ánodo. La clavija se puede introducir a través de la unión
mediante la fuerza o taladrando un agujero a través de la unión de
la barra colectora/chapa del ánodo e insertar una clavija en él. La
clavija o remache se puede extender más allá de la superficie de
la barra colectora de cobre. La clavija, al igual que la barra
colectora de cobre y la unión entre la barra colectora y la chapa
del ánodo, está cubierta por una capa electrodepositada de plomo
para proporcionar un sellado metalúrgico sobre la barra colectora y
la unión.
De acuerdo con la invención, el material del
ánodo de aleación de plomo utilizado en la electroextracción está
formado como una chapa. El material de la chapa de plomo empleado
en los ánodos de la invención puede ser cualquier aleación de plomo
adecuada para el uso en la electroextracción. Ejemplos de tales
aleaciones incluyen plomo-plata,
plomo-calcio-plata,
plomo-calcio-bario-plata,
plomo-antimonio,
plomo-antimonio-arsénico,
plomo-calcio,
plomo-estroncio-estaño,
plomo-calcio-bario-estaño,
plomo-calcio-estroncio-estaño
y aleaciones de
plomo-calcio-estaño. La chapa se
puede formar fundiendo, extruyendo o laminando el material de
aleación. Las referencias al material del ánodo de plomo pretenden
incluir aquí todas las aleaciones de plomo, independientemente de
su formación, que sean adecuadas como material para ánodos en la
electroextracción de electrólitos de ácido sulfúrico.
La barra colectora de cobre se puede sumergir
total o parcialmente en una aleación de plomo y estaño para
producir un sustrato (15) para electrodeposición. Por ejemplo una
aleación de plomo que contiene una cantidad suficiente de
componente de estaño adicional que enlaza con la barra de cobre,
puede ser una material de recubrimiento efectivo. Un material de
recubrimiento preferido es una aleación de
plomo-estaño-antimonio que contiene
al menos un 50% de plomo.
La chapa del ánodo (11) puede unirse con una
barra colectora (12) como se describe en la patente U.S. núm.
4.373.654. Sin embargo, cualquier medio que no requiera ampliar el
ánodo a un tamaño significativo mayor al ancho de la barra
colectora y que permita buena conductividad entre la chapa de plomo
y la barra colectora, se puede utilizar.
En la práctica preferida mostrada en la figura 3,
la barra colectora (12) tiene una ranura longitudinal (13) en la
que encaja perfectamente la chapa de plomo. La barra y la chapa de
plomo están unidas preferentemente por un material de soldadura
(14). La soldadura es preferentemente un material que contiene
estaño y otros materiales y que tiene un punto de fusión bajo y
suficiente fluidez para permitir la penetración en la ranura y el
enlace entre la barra de cobre y la chapa de aleación de plomo. Tal
penetración y enlace maximiza el contacto entre la barra y la chapa
del ánodo mejorando así la conductividad. En la superficie de la
barra colectora se forma un recubrimiento fino de una aleación de
plomo y estaño (15) por inmersión, anterior al proceso de
soldadura. La operación de quemado final se realiza pudelando con
una aleación de relleno (16) todas las hendiduras. La aleación de
relleno debería enlazarse con la soldadura, con la barra de cobre o
la aleación de recubrimiento de la barra y con la chapa del ánodo.
Debería rellenar todas las hendiduras y crear una unión de
transición lisa entre la barra y la chapa. Las aleaciones de
relleno preferidas son: la aleación de recubrimiento de la barra,
una aleación de plomo-antimonio, como por ejemplo
una aleación de plomo-6% de antimonio, una soldadura
de plomo-poco estaño, una aleación de
plomo-cobre, o una aleación de
plomo-plata.
La unión entre la chapa del ánodo y la barra
colectora de cobre está reforzada para prevenir daños en la unión
al insertar una clavija (17) a través de la barra colectora, la
unión y la chapa de aleación de plomo. Esta clavija previene daños
en la unión soldada resistiendo las grandes tensiones ejercidas
sobre la unión soldada por la deformación de la barra colectora
causada por la mala manipulación o la caída del ánodo.
Preferentemente se insertan dos clavijas cerca de cualquier extremo
de la unión como se muestra en la figura 4.
La clavija se puede insertar como un remache
forzado a través de la barra colectora o mediante una clavija
insertada en un agujero taladrado a través de la barra colectora,
la unión soldada, la interfaz de la chapa del ánodo. La clavija
puede ser de cobre, latón, bronce, acero inoxidable u otro material
suficientemente fuerte para resistir la deformación inducida por la
caída del ánodo.
En la práctica de la presente invención, se
electrodeposita un recubrimiento de plomo (18) sobre la superficie
exterior de la barra colectora recubierta y sobre la unión. El
recubrimiento sólo tiene que tener un grosor suficiente para
garantizar la cobertura total de la barra, la clavija y la unión con
una capa resistente a la corrosión.
La electrodeposición se puede efectuar
simplemente invirtiendo la chapa del ánodo y la barra colectora
unidas y sumergiendo el ánodo en una solución galvanoplástica hasta
que la barra colectora, la clavija y la unión estén completamente
cubiertas por la solución. A continuación se conecta eléctricamente
el ánodo de tal manera que el ánodo funciona como un cátodo. El
ánodo utilizado en el proceso de galvanoplastia es cualquier
material de plomo adecuado del cual se puede disolver el plomo y
depositarlo en el "cátodo" de la barra colectora de cobre. Se
prefieren ánodos de plomo puro, pero también se pueden utilizar
diferentes aleaciones de plomo. Una corriente adecuada se aplica
después durante un período de tiempo suficiente para producir el
recubrimiento deseado.
El baño puede constar de una solución de
fluoborato de plomo, sulfamato de plomo, fluorosilicato de plomo u
otros baños galvanoplásticos de los que se puede electrodepositar
plomo sobre la superficie de la barra colectora. En este proceso,
el metal se disuelve de un ánodo de plomo puro o de aleación de
plomo y se electrodeposita en la barra colectora de cobre
recubierta produciendo un sellado metalúrgico completo alrededor de
la barra colectora por el recubrimiento electrodepositado. El
grosor de la capa electrodepositada puede variar de 0,001'' (0,025
mm) a 0,160'' (4 mm). El ámbito normal es de 0,020'' (0,5 mm) a
0,080'' (2mm).
El ejemplo siguiente es ilustrativo de la
invención.
Los ánodos se produjeron haciendo ranuras en la
barra colectora de cobre, recubriéndolos por inmersión con una capa
fina (0, 002-0,005 '') de una aleación de
plomo-15% de estaño- 1% de antimonio. Una chapa de
una aleación de plomo-calcio-estaño
laminada se unió con la barra recubierta rellenando la ranura con
una aleación de plomo-70% de estaño e introduciendo
la chapa laminada dentro de la ranura de la barra. La unión fue
sellada con un metal de relleno de plomo-6% de
antimonio.
Los extremos de la unión soldada se sujetaron con
remaches de latón 0,125''D que se introdujeron con presión de aire
a través de la barra colectora, la unión y la chapa.
Los ánodos terminados se invirtieron y
sumergieron en un baño galvanoplástico de fluoborato de plomo de
tal manera que se sumergieron en el electrólito la barra colectora
de cobre completa y parte de la chapa de aleación de
plomo-calcio-estaño laminada. La
conexión eléctrica se realizó de tal manera que el ánodo se
convirtió en un cátodo. Como material del ánodo se utilizó plomo
puro. Una corriente de aproximadamente 200 A/m^{2}se aplicó
durante 16 horas dando como resultado la deposición de alrededor de
0,028'' (0,77 mm) de recubrimiento de plomo sobre la barra.
Un ánodo producido según el proceso descrito se
elevó a una altura de tres pies por encima de una celda tanque
simulada y se dejó caer para simular las condiciones de mal uso que
se pueden experimentar en el tanque. El ánodo producido sujetando
los extremos de la unión sufrió una deformación severa de la barra
colectora pero la unión no se agrietó ni se delaminó.
Un ánodo producido de acuerdo con la patente U.S.
núm. 5.172.850 fue sometido a las mismas condiciones de mal uso. La
barra colectora se deformó severamente y la unión soldada en un
extremo del ánodo tenia una grieta de tres pulgadas (7,62 cm) de
longitud.
Claims (7)
1. Un método para realizar un ánodo de
electroextracción que comprende
- a.
- ajustar de una chapa de aleación de plomo en una ranura en una barra colectora;
- b.
- sujetar la barra colectora en la chapa;
- c.
- electrodepositar un recubrimiento de plomo sobre la barra colectora, la clavija y la unión para formar un sellado metalúrgico alrededor de la barra colectora, la clavija y la unión entre la chapa y la barra colectora.
2. El método de la reivindicación 1 que
comprende
- a.
- la formación de una chapa de material de ánodo de aleación de plomo;
- b.
- la formación de una barra colectora de cobre con una ranura longitudinal de tal tamaño que un extremo de la chapa de aleación de plomo se ajusta fuertemente en ella;
- c.
- el ajuste de dicho extremo de la chapa de plomo en dicha ranura de la barra colectora;
- d.
- la soldadura de la barra colectora con la chapa;
- e.
- la sujeción de la barra colectora en la chapa a través de la unión;
- f.
- la inmersión de la barra colectora sujeta y la unión soldada en un baño de galvanoplástico de plomo, y
- g.
- la electrodeposición de un recubrimiento de plomo sobre la barra colectora, la clavija y la unión por la que se forma un sellado metalúrgico alrededor de la barra colectora, la clavija y la unión soldada.
3. El método según la reivindicación 1 en el que
la barra colectora está como mínimo parcialmente recubierta de una
aleación de estaño antes de ajustar la chapa de plomo en la ranura
de la barra colectora.
4. El método según la reivindicación 1 en el que
la chapa está sujeta a los extremos de la barra colectora.
5. El método según la reivindicación 1 en el que
la chapa está sujeta en la barra colectora mediante un remache.
6. El método según la reivindicación 1 en el que
la chapa está sujeta en la barra colectora mediante una
clavija.
7. Un ánodo de electroextracción que
comprende
- a.
- una chapa de material de aleación de plomo;
- b.
- una barra colectora de cobre que tiene una ranura longitudinal en la que se ajusta fuertemente la chapa;
- c.
- una clavija a través de la unión entre la barra colectora de cobre y la chapa, y
- d.
- un sellado metalúrgico alrededor de la clavija, la barra colectora y la unión entre la chapa y la barra colectora.
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