ES2557294T3 - Placas electrolíticas de acero inoxidable - Google Patents

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ES2557294T3 ES06704985.8T ES06704985T ES2557294T3 ES 2557294 T3 ES2557294 T3 ES 2557294T3 ES 06704985 T ES06704985 T ES 06704985T ES 2557294 T3 ES2557294 T3 ES 2557294T3
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Abstract

Placa electrolítica (1) adecuada como sustrato para la electrodeposición de un metal (2), estando compuesta dicha placa (1) por lo menos parcialmente de acero inoxidable dúplex, presentando dicha placa por lo menos una superficie (3) para electrodeposición de dicho metal (2) sobre la misma con un acabado superficial modificado, presentando dicha superficie (3) una rugosidad superficial para producir la adhesión necesaria para permitir una adherencia operativa de un electrodepósito y su manipulación posterior, siendo dicha adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separación mecánica de dicho electrodepósito desde la superficie (3), en la que dicho acabado modificado está definido por una rugosidad superficial Ra típicamente en el intervalo entre 0,6 y 2,5 μm.

Description

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Placas electrolfticas de acero inoxidable.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a placas electrolfticas y, en particular, a placas de catodo sustancialmente permanentes adecuadas para utilizarse en la recuperacion electrolftica de metales.
La invencion se ha desarrollado principalmente como una placa de catodo de acero inoxidable sustancialmente permanente adecuada para utilizarse en la extraccion electrolftica de catodos de cobre. La adherencia operativa de una electrodeposicion se ve reforzada por las caracterfsticas de acabado superficial del catodo; este desarrollo se describira a continuacion con referencia a esta aplicacion. Sin embargo, se apreciara que la invencion no se limita a este campo de uso particular.
Antecedentes de la invencion
La electro-refinacion de cobre incluye una disolucion electrolftica de cobre desde unos anodos impuros de aproximadamente 99,7% Cu, y despues un recubriendo selectivo del cobre disuelto en forma pura sobre un catodo. Esta reaccion se produce en una celda que contiene un electrolito, que es sustancialmente una mezcla de sulfato de cobre y acido sulfurico.
Existen diversos procesos y aparatos para la electro-refinacion de metal. Para la extraccion electrolftica del cobre, la mejore practica de la industria actual se dirige a la produccion y el uso de placas de catodo de acero inoxidable "permanentes". Esta practica se basa en gran medida en la obra original (y las patentes) de Jim Perry, y otros de Mount Isa Mines, Queensland, Australia. Dichas tecnicas se conocen general en la industria como tecnologfa ISA PROCESS®.
La tecnologfa ISA PROCESS® (tambien ISA PROCESS 2000TM) es una marca registrada de Mount Isa Mines Limited y ha sido licenciada en Australia, Austria, Belgica, Canada, Chile, China, Chipre, Egipto, Inglaterra, Alemania, India, Indonesia, Iran, Japon, Myanmar, Mexico, Peru, Rusia, Sudafrica, Espana, Suecia, Tailandia y EE.UU.
En este proceso, las placas madre de catodo de acero inoxidable se sumergen en un bano electrolftico con anodos de cobre. La aplicacion de una corriente electrica provoca que el metal base sin refinar desde el anodo se disuelva en el bano electrolftico y posteriormente se deposite en forma refinada en una lamina de catodo de la placa madre. El cobre electrolfticamente depositado se separa entonces de la hoja flexionando primero la placa de catodo para hacer que por lo menos parte del deposito de cobre se separe de la misma, y despues extrayendo con una cuna o mediante gas el resto del cobre de la hoja.
Esta extraccion se lleva a cabo utilizando unas hojas en forma de cuchilla o unas cunas con borde en cuchilla insertadas entre la lamina de acero y el cobre depositado en el borde superior del cobre. Alternativamente, la extraccion puede realizarse haciendo pasar automaticamente los catodos cargados con cobre a traves de una estacion de martilleo en la que el cobre depositado es golpeado inteligentemente cerca de su borde superior desde ambos lados. Esto desprende el borde superior de cobre y la extraccion finaliza entonces dirigiendo una o mas corrientes de aire hacia el pequeno espacio que hay entre el acero y el borde superior del cobre desprendido. Sin embargo, el decapado se realiza mas preferiblemente mediante el aparato de flexion desarrollado por los solicitantes y patentado a traves de la patente australiana n° AU 712.612, o mediante el procedimiento asociado (patente americana n° US 4.840.710).
La placa madre del catodo consiste generalmente en una hoja de acero inoxidable y una barra de suspension conectada al borde superior de la hoja para sujetar y apoyar el catodo en el bano electrolftico.
El ISA PROCESS® emplea un sistema de multiples celdas, dispuestas en serie para formar secciones practicas. En las celdas, los electrodos, cobre anodico y catodos estan conectados en paralelo.
Como alternativa al ISA PROCESS®, otra metodologfa es el uso de laminas de inicio de cobre de mayor pureza, como sustrato de catodo sobre el cual se electrodeposita el cobre. Estas laminas de inicio se producen en celdas electrolfticas especiales mediante una electrodeposicion de 24 horas de cobre sobre piezas en bruto de cobre o titanio en laminado duro.
La preparacion de la lamina de inicio incluye lavado, alisado y refuerzo de la lamina. Las laminas se suspenden entonces de unas barras de suspension de cobre enrollado mediante unos bucles conectados de tiras de cobre.
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La diferencia fundamental entre el ISA PROCESS® y la tecnologfa de laminas de inicios convencional es que el ISA PROCESS® utiliza una pieza en bruto como catodo reutilizable "permanente" en lugar de una lamina de inicio de cobre no reutilizable.
El elemento clave de la tecnologfa es el diseno propietario de la placa de catodo ISA PROCESS®. La propia placa esta fabricada en acero inoxidable "316L", soldada a una barra de suspension de seccion rectangular hueca de acero inoxidable. La barra de suspension esta encapsulada con cobre galvanizado para obtener conductividad electrica y resistencia a la corrosion.
El acero inoxidable es un metal a base de hierro que contiene niveles muy bajos de carbono (en comparacion con el acero suave) y varios niveles de cromo. El cromo se combina con el oxfgeno para formar una pelfcula superficial adherente resistente a la oxidacion. El acero inoxidable 316L de la placa de catodo ISA PROCESS® tiene una composicion aproximada de: <0,03% carbono, 16-18,5% cromo, 10-14% nfquel, 2-3% molibdeno, <2% manganeso, <1% silicio, <0,045% fosforo, <0,03% azufre y el resto hierro.
El 316L austenftico es la calidad para cojinetes de molibdeno estandar. El molibdeno proporciona al 316L unas excelentes propiedades de resistencia a la corrosion global, en particular una mayor resistencia al picado y a la corrosion de grietas en entornos acidos.
Sin embargo, una seleccion adecuada del acero no constituye, por si misma, una garantfa de exito. Las caracterfsticas de adherencia superficial deseada de una placa de catodo son que le proporciona una tenacidad de union suficiente entre la chapa de acero y el cobre depositado sobre la misma para evitar que el cobre se desprenda o caiga del acero por si mismo.
Para este fin, al acero inoxidable 316L se le proporciono el acabado superficial "2B". El acabado 2B tiene un brillo intermedio o mate, siendo una superficie gris plateada semi-brillante producida por laminado en frfo, suavizado y descalcificado, y despues laminado final ligeramente con rodillos pulidos. El resultado es una superficie gris semi- brillante que se denomina "laminado skinpass" o "2B" ("B" = brillante) y tiene un fndice de rugosidad superficial (Ra) entre 0,1 y 0,5 pm. El acero 2B se utiliza a menudo para equipos de procesamiento en la industria alimentaria cuando se requiere una superficie que sea facil de mantener limpia.
La suavidad y la reflectividad de la superficie mejoran a medida que el material se lamina a tamanos cada vez mas delgados. Cualquier recocido que se requiera realizar con el fin de efectuar la reduccion de calibre necesaria, y el recocido final, se lleva a cabo en una atmosfera inerte muy controlada. Por lo tanto, no se produce sustancialmente ninguna oxidacion o formacion de escamas de la superficie y no hay necesidad de decapado y pasivado adicional.
Tal como se utiliza en el ISA PROCESS®, la hoja de acero 316L con acabado 2B tiene un grosor de 3,25 mm, la cual se suelda a una barra de suspension de seccion de acero inoxidable hueca (solicitud de patente internacional, numero de publicacion WO 03/062497; publicacion de patente americana n° US 2005126906). Para mejorar la conductividad electrica, la barra de suspension se encapsula con una gruesa capa de cobre galvanizado de 2,5 mm. Los bordes verticales (patente australiana n° AU 646.450) se marcan con unas tiras laterales de plastico (solicitud de patente internacional n° PCT/AU00/00668) para evitar que el catodo de cobre se extienda alrededor de los bordes. El borde inferior es enmascarado con una pelfcula delgada de cera que, aunque evita que el cobre envuelva la placa, no proporciona un saliente para recoger la cafda de fangos anodicos, que de otro modo contaminarfan el catodo de cobre.
Debido a que la fabricacion y el cambio de laminas de inicio resulta cada vez mas costoso, las refinerfas que operan a traves de estos medios generalmente operan dos ciclos de catodo por ciclo de anodo, a saber, cada uno de los catodos de lamina de inicio se recubren generalmente con cobre metalico durante 12 a 14 dfas antes de retirarlos; a continuacion, se inserta una segunda lamina de inicio entre los anodos. En consecuencia, el ciclo del anodo es generalmente del orden de 24 a 28 dfas. Al final del ciclo del catodo el desecho del anodo se retira, se lava y se devuelve a la instalacion de fundicion para la fusion y la refundicion en anodos para ciclos adicionales de electro- refinacion.
Aunque la tecnologfa de catodo ISA PROCESS® puede adaptarse a catodos que tienen tiempos variables entre 5 y 14 dfas, generalmente se considera ideal un ciclo de catodo de 7 dfas, ya que encaja con el horario de trabajo semanal y semanas de trabajo mas cortas.
El ciclo mas corto tiene numerosos beneficios para la calidad del catodo. Cuando extrae, una unica placa de catodo produce dos laminas individuales de cobre de catodo puro. Esta tecnologfa de catodo ha dado lugar a importantes avances en los sistemas de manipulacion de electrodos de depositos de cobre. Las placas de catodo de acero inoxidable ofrecen precision en la rectitud y la verticalidad de la placa de catodo de acero inoxidable en comparacion con la lamina de inicio delgada alternativa. El catodo de acero inoxidable permanente tiene menos posibilidades de
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atrapar la cafda de lodos y otras impurezas en el deposito del catodo durante la electrolisis. En resumen, el uso de catodos de acero inoxidable permanentes permite obtener eficiencias en los procesos que, de lo contrario, serian inalcanzables empleando laminas de inicio.
Ademas, el uso de una placa de catodo de acero inoxidable mejora la eficiencia actual ya que se producen menos cortocircuitos y, por lo tanto, se forman menos nodulaciones de cobre. La calidad del catodo tambien se mejoro mediante la extraccion de bucles de laminas de inicio.
La calidad qufmica del catodo es muy importante con las exigencias cada vez mas estrictas (superiores a calidad LME A) que se imponen a los productores de varillas de cobre por cajones de alambre fino. Estas exigencias de calidad deben comenzar necesariamente en la fuente de produccion de cobre - las propias refinerfas de cobre catodico.
A pesar de que los principales beneficios del ISA PROCESS® se han dado en las refinerfas, se han obtenido beneficios secundarios tangibles para el usuario final, que obtiene un producto mas consistente y de mayor calidad. La intensidad de refinacion se incremento en gran medida por los beneficios del catodo de acero inoxidable permanente. El espacio entre electrodos entre el par anodo/catodo podrfa reducirse, aumentando de este modo el area activa para la electrolisis por unidad de longitud de celda.
En consecuencia, la densidad de corriente electrica para la electrolisis puede aumentarse, y actualmente, las refinerfas de ISA PROCESS® operan a aproximadamente 330 A/m2, mientras que las refinerfas de lamina de inicio convencionales normalmente operan a aproximadamente 240 A/m2.
El inventario de cobre en el proceso es una consideracion importante en una operacion de refinerfa. En combinacion, las diversas eficiencias del ISA PROCESS® aludidas anteriormente pueden reducir el cobre en el proceso del orden de un 12% - un resultado enormemente significativo.
En WO 01/88224 A se describe un catodo que comprende un acero inoxidable duplex como elemento electro- catalftico y anticorrosion. En US-A-5 254 225 se describe un electrodo realizado en una aleacion de acero inoxidable que incluye aceros inoxidables duplex. En el documento "Database CA [Online] Chemical Abstracts Service, Columbus, Ohio, US; Urda-Kiel, M. et al.: "Nucleation and initial stages of growth of copper electrodeposited on anodized 304 stainless steel' se describe el uso de la placa de acero inoxidable para el deposito de cobre.
Objetivo de la invencion
Un objetivo de la presente invencion es superar o mejorar por lo menos uno de los inconvenientes de la tecnica anterior, o proporcionar una alternativa util.
Otro objetivo de la invencion en otra forma preferida es proporcionar un procedimiento para producir una placa electrolftica de acero duplex adecuada para la electrodeposicion y adherencia de un metal sobre la misma.
Descripcion de la invencion
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se dispone una placa electrolftica de acuerdo con la reivindicacion 1 que es adecuada como sustrato para la electrodeposicion de un metal, comprendiendo dicha placa, por lo menos parcialmente, acero inoxidable duplex.
Preferiblemente, el acero inoxidable duplex es un acero con bajo contenido en nfquel y/o bajo contenido en molibdeno respecto a un acero inoxidable 316L. Preferiblemente, el acero duplex se caracteriza sustancialmente por una composicion que incluye aproximadamente: 22-26% Cr; 4-7% Ni; 0-3% Mo; y 0,1-0,3% N. Alternativamente, el acero duplex se caracteriza sustancialmente por una composicion que incluye aproximadamente: 1,5% Ni; 21,5% Cr; 5% Mn; 0,2% N.
En una realizacion, la placa electrolftica es adecuada para utilizarse como pieza en bruto de catodo de lamina de inicio.
En realizaciones, la(s) superficie(s) de la placa electrolftica se modifica(n) con el fin de impartir sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas. El termino "caracterfsticas de adhesion predeterminadas" debe interpretarse en el sentido de una superficie sobre la cual se busca la electrodeposicion de metal, que tiene su rugosidad superficial modificada para producir la adherencia necesaria para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica del electrodeposito desde la superficie modificada.
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En una realizacion preferida, la placa electrolftica es un catodo y la electrodeposicion es de cobre, ya sea por electro-refinacion o extraccion electrolftica.
En otra realizacion, un acabado superficial pulido imparte sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas. Preferiblemente, el acabado superficial pulido es una superficie de recubrimiento a la que se ha modificado su rugosidad para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un metal electrodepositado y una posterior manipulacion del mismo insuficiente, sin embargo, para impedir la separacion mecanica del metal electrodepositado desde la superficie modificada.
En una realizacion, el acabado modificado esta definido por una rugosidad superficial Ra tfpicamente en el intervalo aproximado entre 0,6 y 2,5 pm.
En una realizacion particularmente preferida, el acabado pulido esta definido por una rugosidad superficial Ra tfpicamente en el intervalo aproximado entre 0,6 y 1,2 pm.
Preferiblemente, el acabado pulido puede aplicarse mediante dispositivos tales como herramientas de desbarbado, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas.
En otra realizacion, en la superficie de la placa hay formadas una o mas cavidades, para impartir asf sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas.
En una realizacion, por lo menos algunas de las cavidades se extienden completamente a traves de la profundidad de la placa, mientras que, en una realizacion alternativa, por lo menos algunas de las cavidades se extienden solo parcialmente a traves de la profundidad de la placa.
En otra realizacion, las cavidades estan separadas de la lfnea superior de la deposicion de metal electrodepositado de manera que el metal depositado encima de la cavidad mas superior es relativamente facil de extraer y el metal depositado en el nivel de la cavidad superior o por debajo de la misma es relativamente diffcil de extraer.
Preferiblemente, las cavidades estan situadas sustancialmente a 15 a 20 cm desde la parte superior de la placa, para facilitar asf la formacion de una parte metalica superior que sea relativamente facil de extraer y una parte metalica inferior que sea relativamente diffcil de extraer.
En una realizacion, el metal electrodepositado puede extraerse mediante un aparato de flexion acunando primero entre la parte metalica superior y la placa.
En otra realizacion, en la superficie de la placa estan formadas una o mas partes de ranura para impartir asf sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas. Las partes de ranura puede ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa, pero preferiblemente son no horizontales debido a la limitacion de ranura en V junto con el hecho de que el aparato de separacion extrae el metal electrodepositado de arriba a abajo.
En otra realizacion, sobre la superficie de la placa estan situadas una o mas partes salientes, para impartir asf sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas. Las partes salientes pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa. La(s) parte(s) saliente(s) sustancialmente horizontal(es), proporciona(n) una mayor adherencia operativa, con la consiguiente compensacion de que puede acumularse mas lodos de anodo sobre la(s) misma(s), comprometiendose asf la pureza de la electrodeposicion.
En otra realizacion, la superficie de la placa se graba, para impartir asf sobre la placa unas caracterfsticas de adhesion predeterminadas. Preferiblemente, el grabado se realiza por medios electroqufmicos.
En otras realizaciones, la placa incluye tecnologfa de esquinas recortadas y/o tecnologfa de ranuras en V, para facilitar asf la extraccion de electrodeposito de la misma.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invencion, se dispone un procedimiento de electrodeposicion de un metal sobre una placa electrolftica de acuerdo con el primer aspecto y/o el segundo aspecto.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invencion, se dispone un procedimiento para producir una placa electrolftica de acero duplex adecuado para la electrodeposicion y la adhesion de metales sobre la misma, incluyendo dicho procedimiento:
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modificar la superficie de una placa de acero duplex para obtener una superficie de revestimiento con una rugosidad superficial modificada para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un deposito de metal electrolftico y su posterior manipulacion, siendo dicha adherencia lo insuficientemente fuerte como para evitar la separacion mecanica de dicho metal electrodepositado desde dicha superficie modificada.
De acuerdo con un quinto aspecto de la presente invencion, se dispone una placa electrolftica de acero inoxidable duplex cuando se forma a traves de un procedimiento de acuerdo con el cuarto aspecto.
De acuerdo con un sexto aspecto de la presente invencion, se dispone un procedimiento para producir una placa electrolftica de acero de calidad 304 adecuada para la electrodeposicion y la adherencia de metal sobre la misma, incluyendo dicho procedimiento:
modificar la superficie de una placa de acero de calidad 304 para obtener una superficie de revestimiento con una rugosidad superficial modificada para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un deposito de metal electrolftico y su posterior manipulacion, siendo dicha adherencia lo insuficientemente fuerte como para evitar la separacion mecanica de dicho metal electrodepositado desde dicha superficie modificada.
De acuerdo con un septimo aspecto de la presente invencion, se dispone placa de acero de calidad 304 cuando se forma a traves de un procedimiento de acuerdo con el sexto aspecto.
A pesar de las ventajas indicadas anteriormente, el imprevisible precio (y actualmente en rapido aumento) tanto del nfquel como del molibdeno ha impuesto una creciente presion sobre el uso economico de acero inoxidable 316L como industria de placa de catodo estandar.
La tecnologfa de catodo reutilizable empleada actualmente adolece del inconveniente del prohibitivo coste de las materias primas asociadas a esta. En consecuencia, el ambito de uso de catodos de reutilizables es pequeno. Sorprendentemente, se ha encontrado que la combinacion de nuevos materiales y un acabado superficial gestionado pueden permitir ahorros tanto en cantidad como en coste de las materias primas utilizadas en la fabricacion del catodo. Las reducciones de coste, a su vez, pueden aumentan el ambito del mercado del catodo reutilizable y puede existir el potencial de extender esto a la electrodeposicion de otros metales.
Existe una oportunidad para el desarrollo de una placa de catodo "permanente" alternativa viable. Desafortunadamente, un material de este tipo no ha sido facilmente inminente, debido por lo menos en parte a los problemas duales de disponer una placa de catodo que simultaneamente presente:
1. Una resistencia a la corrosion suficiente en el medio H2SO4/CuSO4 fuertemente acido; y
2. Una adherencia de contacto operativa suficiente del deposito de cobre para permitir un transporte seguro de los electrodos chapados hasta las maquinas de tratamiento de electrodos, en el que la adhesion debe permitir una facil separacion a traves de medios ffsicos del deposito sin dano qufmico o ffsico a la hoja del catodo.
Por consiguiente, existe la necesidad de materiales alternativos que presenten las anteriores caracterfsticas, asf como de producir una placa de catodo que sea economicamente mas viable. Se ha considerado el uso de aceros inoxidables austenfticos con menor contenido en nfquel, al igual que el uso de aceros no austenfticos. Sin embargo, el uso de aceros duplex de bajo contenido en nfquel se considero una placa de catodo alternativa viable, en caso de que estuviera disponible en un acabado apropiado.
El tipo de acero inoxidable mas ampliamente utilizado es el acero inoxidable 'Austenftico'. Una estructura de acero "totalmente austenftico" tiene un contenido de nfquel de por lo menos un 7%, lo que le da ductilidad, una gran escala de temperaturas de trabajo, propiedades no magneticas y una buena soldabilidad. La gama de aplicaciones del acero inoxidable austenftico incluye artfculos para el hogar, recipientes, tuberfas y receptaculos industriales, fachadas arquitectonicas y estructuras de construccion.
El acero inoxidable 'ferrftico' tiene propiedades similares a las de acero dulce, pero con mejor resistencia a la corrosion. El mas comun de estos aceros incluye entre un 12 y un 17% de cromo, utilizandose principalmente un 12% en aplicaciones estructurales y un 17% en artfculos para el hogar, calderas, lavadoras y arquitectura de interiores.
El acero 'duplex' tiene una estructura de dos fases de proporciones casi iguales de austenita y ferrita. La estructura duplex ofrece tanto resistencia como ductilidad. Los aceros duplex se utilizan principalmente en la industria petroqufmica, del papel, la pulpa y de construccion naval. Pueden utilizarse varias combinaciones de elementos de
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aleacion para obtener este estado ferrftico/austenftico. La composicion de los aceros duplex mas comunes se encuentra dentro de los lfmites: 22-26% Cr; 4- 7% Ni; 0-3% Mo; con una pequena cantidad de nitrogeno (0,1 -0,3%) para estabilizar la austenita. Un acero inoxidable duplex comercial adecuado contiene aproximadamente un 1,5% Ni; un 21,5% Cr; un 5% Mn; y un 0,2% N.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el conocimiento generalmente aceptado en la industria de la electro- refinacion es que el acabado 2B es necesario en una placa de catodo si se va a adherir suficientemente un metal electrodepositado a la misma. Aunque parte de la resistencia a la corrosion de los aceros inoxidables duplex disponible presentan una resistencia a la corrosion consistente con los requisitos de la industria de la electro- refinacion, estos materiales no estan disponibles en un acabado 2B.
Dado que el acabado 2B no puede impartirse sobre acero duplex por fabricacion, se penso una alternativa viable para imitar sus caracterfsticas de adhesion superficial, a saber, la produccion de un acabado "similar al 2B" por pulido y/o cepillado de la superficie del acero duplex.
Contrariamente al conocimiento aceptado que requiere un acabado 2B, los solicitantes han encontrado sorprendentemente que cuando se utiliza acero duplex "tal cual" en una placa de catodo para la extraccion electrolftica de cobre, entonces la adhesion operativa del deposito a la placa es aceptablemente rapida como para permitir la posterior manipulacion necesaria.
Sin embargo, se han desarrollado otras dos modificaciones dentro del alcance de la presente invencion con el fin de ampliar la eficacia de placas de catodo de acero duplex.
En primer lugar, a la superficie del catodo puede aplicarse un "bloqueo ffsico", tal como salientes, ranuras y/o orificios. Los salientes y/o ranuras pueden ser horizontales, verticales, diagonales o cualquier combinacion de los mismos a traves de una o mas superficies del catodo. Opcionalmente, el(los) saliente(s) y/o ranura(s) puede(n) disponerse sustancialmente horizontal(es) a lo ancho de la parte del pie tanto de la cara anterior como posterior del catodo. El(los) saliente(s) y/o ranura(s) sirve(n) para evitar el "enrollado" de un deposito de cobre por electrodeposicion proporcionando una superficie contra la cual un deposito solido no pueda "deslizar" por gravedad. Sin embargo, una saliente sustancialmente horizontal adolece del problema mencionado anteriormente de proporcionar una superficie sobre la cual pueden acumularse lodos de anodo, y una ranura sustancialmente horizontal imparte una limitacion de ranuras en V sobre la superficie del catodo.
Preferiblemente, la(s) ranura(s) esta(n) dispuesta(s) sustancialmente vertical(es) sustancialmente a lo largo de la placa. Esta preferencia surge del modo de funcionamiento normal del dispositivo de extraccion de flexion ISA PROCESS®, que funciona de arriba a abajo. En caso de que las ranuras se dispongan horizontales, entonces la limitacion de ranuras en V resultante puede provocar que el metal electrodepositado extrafdo de la superficie se fracture alrededor de la ranura.
Del mismo modo, la colocacion de uno o mas orificios en la(s) superficie(s) de la placa de catodo permite que el cobre recubra el interior de los orificios, proporcionando asf una mejor adherencia al catodo. El(los) orificio(s) puede(n) extenderse total o parcialmente a traves de la profundidad/anchura de la placa, y preferentemente estan situados a 15-20 cm desde la parte superior de la placa para permitir la deposicion de una parte chapada superior por encima del orificio mas superior, y una parte chapada inferior en el nivel del orificio superior y por debajo del mismo.
La parte chapada superior sera relativamente facil de extraer, ya que su adhesion a la placa no se mejora respecto a la placa no perforada. Sin embargo, la parte chapada inferior sera relativamente diffcil de extraer ya que la mayor adherencia operativa provocada por el recubrimiento metalico dentro de una o mas cavidades mejora la adherencia operativa. Por consiguiente, el dispositivo de extraccion, que funciona de arriba a abajo sobre la superficie de la placa electrolftica hace cuna entre la parte chapada superior y la propia placa para facilitar mas la extraccion posterior de la parte chapada inferior.
La placa queda sujeta y flexionada en la primera etapa de extraccion del deposito de cobre. Preferiblemente, un deposito formado dentro de un orificio y la adherencia proporcionada por este puede romperse con una maquina. Por lo tanto, el tamano/numero/colocacion/profundidad optimo de los orificios pueden variar de acuerdo con la escala, duracion del ciclo del catodo y el metal que se refina.
Un segundo medio para proporcionar una mejor adherencia operativa es grabar electroqufmicamente la superficie del catodo con el fin de crear una superficie grabada a la cual pueda adherirse mejor un deposito de cobre por electrodeposicion. Este grabado electroqufmico debe conservar, sin embargo, la verticalidad sustancial de la placa de acero inoxidable de manera que a partir de esta todavfa pueda producirse una hoja de cobre sustancialmente plana.
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Una ventaja obvia de las placas de catodo de acero duplex se confirma en el coste. El acero duplex es generalmente mas economico que el acero 316L. Ademas, el acero duplex es mucho mas fuerte que el acero 316L utilizado actualmente en placas de catodo, lo que significa que las placas de catodo duplex previsiblemente podran producirse mas delgadas, sin comprometer su funcionalidad esencial. Necesariamente una placa debe ser lo suficientemente fuerte como para someterse a una flexion de separacion del electrodeposito desde la superficie del catodo. Mientras que las placas de catodo 316L tienen tfpicamente un grosor del orden de 3,25 mm, el acero duplex es, en principio, lo suficientemente fuerte como para sostener una placa de catodo de un grosor de aproximadamente 1 mm. Sin embargo, la colocacion selectiva de salientes, ranuras y/u orificios sobre la(s) superficie(s) de la placa de catodo significa que tales placas tienen un grosor preferiblemente del orden de entre 2,0 y 2,25 mm. En cualquier caso, con los precios actuales, un catodo de acero inoxidable duplex de 2,25 mm de grosor representa un ahorro de coste significativo adicional respecto a la placa de catodo 316L de 3.25 mm de grosor funcionalmente equivalente. La importancia de este ahorro en terminos de eficiencia economica de electro-refinerfas a escala industrial no debe subestimarse.
Otro mercado para la placa de catodo de acero inoxidable duplex es como lamina de inicio. La tecnologfa de laminas de inicio se ha descrito anteriormente, y las ventajas de obtener una lamina de inicio de acero duplex apropiada se manifiesta tanto en eficiencia de costes como de proceso.
Otro desarrollo dentro del alcance de la presente invencion ha sido el uso de un acero "304" de menor calidad como placa de catodo. El acero de calidad 304 tiene una composicion tfpica de: <0,8% C; 17,5-20% Cr; 8-11% Ni; <2% Mn; <1% Si; 0,045% P; <0.03% S; y el resto en Fe.
La calidad 304 es el acero inoxidable mas versatil y ampliamente utilizado. La estructura austenftica equilibrada del 304 permite embutirlo severamente sin recocido intermedio, lo que ha hecho que esta calidad sea dominante en la fabricacion de piezas inoxidables embutidas tales como fregaderos, piezas huecas y cacerolas. La calidad 304 se forma facilmente por doblado o enrollado en una variedad de componentes para aplicaciones en campos industriales, arquitectonicos, y de transporte. La estructura austenftica tambien le da al 304 una excelente tenacidad.
El acero de calidad 304 ha sufrido, sin embargo, el estigma de considerarse demasiado susceptible a la corrosion para ser eficaz como placa de catodo. Esta sujeto a picadas y a la corrosion de grietas en entornos calidos de cloruros; se considera resistente al agua potable con cloruros de hasta aproximadamente 200 mg/L a temperatura ambiente, reduciendose a aproximadamente 150 mg/L a 60 °C. Por estas razones, el acero de calidad 304 se ha ignorado en gran medida como potencial placa de catodo sustancialmente permanente.
Sin embargo, el acero de calidad 304 puede producirse en un acabado 2B, y los solicitantes han encontrado sorprendentemente que las placas de catodo con acabado 2B realizadas en acero 304 con un grosor de 3,0-3,25 mm son inesperadamente eficaces cuando se utiliza en la extraccion electrolftica de cobre.
Los solicitantes han desarrollado un acabado pulido o desbarbado, adecuado para producir una adherencia operativa suficiente de un deposito de cobre por electrodeposicion, y aun asf permitir la separacion inmediata del deposito con maquinaria de extraccion de catodo ISA PROCESS® ahora convencional.
El acero inoxidable puede "pulirse" antes o despues del montaje en una configuracion de catodo. En consecuencia, el equipo utilizado en cada caso sera diferente. Lo principal es utilizar una de las herramientas comerciales disponibles para desbastar o pulir metales. Estas pueden ser herramientas, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico. La eleccion de los medios de pulido y la seleccion de la velocidad del dispositivo utilizado es crucial para obtener el acabado correcto de la superficie de chapado del diseno del catodo previsto.
Otro desarrollo previsible dentro del alcance de la presente invencion es la aplicacion de la tecnologfa de catodo de esquinas recortadas a la(s) placa(s) de catodo(s) duplex y/o calidad 304. La tecnologfa de catodo de esquinas recortadas se describe en la solicitud de patente internacional de los solicitantes n° PCT/AU2004/000565. La periferia lateral y la periferia inferior de la hoja del catodo terminan cerca de la respectiva inferior y lateral con partes de borde de esquina extendiendose y conectandose entre extremos opuestos del borde inferior a los respectivos bordes laterales.
Ademas, se preve que las placas de catodo duplex y/o calidad 304 de la presente invencion puedan utilizarse en combinacion con la tecnologfa de ranuras en V. Las partes del borde inferior y/o del borde de esquina de la placa de catodo incluyen una ranura tal como una ranura en V para ayudar en la separacion del cobre de la hoja de catodo en dos laminas separadas.
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Breve descripcion de los dibujos
A continuacion, se describira una realizacion preferida de la invencion, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los cuales:
La figura 1 es una vista frontal de una placa electrolftica de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que muestra una pluralidad de cavidades dentro de la superficie frontal de la placa para aumentar la adherencia operativa de un electrodeposito;
La figura 2 es una vista en seccion segun la lfnea 2-2 de la figura 1, que muestra las cavidades que se extienden por toda la profundidad de la placa electrolftica;
La figura 3 es una vista frontal de una placa electrolftica de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, que muestra una parte de una ranura horizontal que se extiende sustancialmente a traves de la anchura de la placa; La figura 4 es una vista en seccion segun la lfnea 4-4 de la figura 3, que muestra la profundidad relativa a la que puede formarse la parte de la ranura;
La figura 5 es una vista frontal de una placa electrolftica de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, que muestra una parte saliente horizontal que se extiende sustancialmente a traves de la anchura de la parte del pie de la placa;
La figura 6 es una vista lateral de la placa electrolftica mostrada en la figura 5, que muestra la parte saliente que se extiende tanto a la cara delantera como trasera de la placa;
La figura 7 es una vista frontal de una realizacion particularmente preferida de la presente invencion, que incorpora la realizacion mostrada en las figuras 1 y 2 con tecnologfa de esquinas recortadas;
La figura 8 es una vista lateral ampliada de la parte de pie de otra realizacion particularmente preferida de la presente invencion, que incorpora tecnologfa de ranuras en V; y
La figura 9 es una fotograffa de una placa de ensayo fabricada de acuerdo con la presente invencion.
Realizacion preferida de la invencion
Haciendo referencia a los dibujos, la placa electrolftica 1 adecuada como sustrato para la electrodeposicion de un metal 2 se compone de acero inoxidable duplex o acero de calidad 304.
Si se requiere una placa electrolftica de acero inoxidable duplex, el acero adecuado es un acero con bajo contenido en nfquel y/o bajo contenido en molibdeno respecto a un acero inoxidable 316L y la placa es adecuada para utilizarse como pieza en bruto de catodo de lamina de inicio.
Si se requiere una placa electrolftica de acero de calidad 304, la placa es sustancialmente permanente y/o reutilizable. En una realizacion particularmente preferida, el acero de calidad 304 se prepara con un acabado 2B.
Si el acero duplex o bien de calidad 304 es suficiente, la(s) superficie(s) de la placa electrolftica 1 se modifica(n) con el fin de impartir sobre la placa unas "caracterfsticas de adhesion predeterminadas". Este termino debe entenderse en el sentido de que se ha modificado la rugosidad superficial de la superficie 3 de la placa electrolftica 1 sobre la cual se busca la electrodeposicion del metal 2 para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa del metal electrodepositado 2 y la posterior manipulacion del mismo, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para evitar la separacion mecanica de la electrodeposicion 2 desde la superficie modificada
3.
En una realizacion particularmente preferida, la placa electrolftica 1 es un catodo y el metal electrodepositado 2 es cobre por electrodeposicion.
Un medio de impartir las buscadas caracterfsticas de adhesion predeterminadas al catodo 1 es por medio de un acabado superficial pulido. El acabado superficial pulido es una superficie chapada 3 a la que se ha modificado su rugosidad superficial para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa del deposito de cobre por electrodeposicion 2 y la posterior manipulacion del mismo y, sin embargo, insuficiente para impedir la separacion mecanica del cobre por electrodeposicion desde la superficie modificada 3. El acabado pulido esta definido por una rugosidad superficial Ra tfpicamente en el intervalo aproximado entre 0,6 y 2,5 |im, y mas preferiblemente en el intervalo aproximado entre 0,6 y 1,2 |im. El acabado pulido puede aplicarse mediante dispositivos tales como herramientas de desbarbado, amoladoras angulares, maquinas de lijado electricas o de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas.
Haciendo referencia especfficamente a las figuras 1 y 2 de los dibujos adjuntos, que definen otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 se forman una o mas cavidades 4, para impartir de este modo las caracterfsticas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las dimensiones y caracterfsticas ffsicas de estas cavidades se seleccionan de manera que se evite un puente o union entre las dos partes con eficacia.
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Las cavidades pueden extenderse completamente a traves de la profundidad de la placa (figura 2), o solo parcialmente a traves de la profundidad de la placa. Las cavidades 4 estan separadas de la lfnea de deposicion superior 5 del metal electrodepositado 2 de manera que el metal depositado encima de la cavidad mas superior 4 es relativamente facil de extraer y el metal depositado en el nivel de dicha cavidad superior o por debajo de la misma es relativamente diffcil de extraer. Las cavidades 4 se encuentran sustancialmente a 15 a 20 cm de la parte superior 6 de la placa 1, para facilitar asf la formacion de una parte de metal superior que se extraiga de una manera relativamente facil 7 y una parte metalica inferior que se extraiga de una manera relativamente diffcil 8. El metal electrodepositado 2 es extrafble mediante un aparato de flexion 9 haciendo cuna primero entre la parte metalica superior 7 y la superficie chapada 3.
Haciendo referencia especfficamente a las figuras 3 y 4 de los dibujos adjuntos, que definen otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 hay formada una o mas partes de ranura 10, impartiendo de este modo las caracterfsticas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las partes de ranura pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de dicha placa. Sin embargo, una parte de ranura sustancialmente horizontal imparte una limitacion inherente de ranuras en V sobre la superficie chapada 3.
Haciendo referencia especfficamente a las figuras 5 y 6 de los dibujos adjuntos, que definen todavfa otra realizacion preferida, en la superficie 3 de la placa 1 hay formadas una o mas partes salientes 11, para impartir asf las caracterfsticas de adhesion predeterminadas sobre la placa. Las partes salientes pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie de la placa.
Todavfa en otra realizacion preferida, las caracterfsticas de adhesion predeterminadas se imparten en la superficie de la placa 3 por grabado electroqufmico.
Haciendo referencia especfficamente a la figura 7, que define todavfa otra realizacion preferida, la placa electrolftica 1 puede incorporar tecnologfa de esquinas recortadas 12.
Haciendo referencia especfficamente a la figura 8, que define todavfa otra realizacion preferida, la placa electrolftica 1 puede incorporar tecnologfa de ranuras en V 13.
En funcionamiento, se evita que el cobre por electrodeposicion 2 depositado sobre el catodo 1 se desacople de la placa por una o mas de la(s) modificacion(es) superficial(es) de acuerdo con una o mas realizaciones de la invencion, tal como se ha descrito anteriormente.
Se dispone tambien un procedimiento para producir una placa electrolftica de acero 1 de acero inoxidable duplex o de calidad 304 adecuado para la electrodeposicion y la adhesion de metal 2 sobre la misma, incluyendo el procedimiento modificar la superficie 3 de la placa 1 para obtener una superficie chapada 3 con una rugosidad superficial modificada para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un deposito de metal electrolftico 2 y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte como para evitar la separacion mecanica del metal electrodepositado 2 desde la superficie modificada 3.
Se apreciara que la invencion ilustrada proporciona una placa de catodo de acero inoxidable duplex sustancialmente permanente adecuada para utilizarse en electro-refinacion y/o electrodeposicion de catodos de cobre.
Aunque la invencion se ha descrito con referencia a un ejemplo especffico, los expertos en la materia apreciaran que la invencion puede realizarse de muchas otras formas.

Claims (22)

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    1. Placa electrolftica (1) adecuada como sustrato para la electrodeposicion de un metal (2), estando compuesta dicha placa (1) por lo menos parcialmente de acero inoxidable duplex, presentando dicha placa por lo menos una superficie (3) para electrodeposicion de dicho metal (2) sobre la misma con un acabado superficial modificado, presentando dicha superficie (3) una rugosidad superficial para producir la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su manipulacion posterior, siendo dicha adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de dicho electrodeposito desde la superficie (3), en la que dicho acabado modificado esta definido por una rugosidad superficial Ra tfpicamente en el intervalo entre 0,6 y 2,5 pm.
  2. 2. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicho acero inoxidable duplex es un acero con bajo contenido en nfquel y/o bajo contenido en molibdeno respecto al acero inoxidable 316L.
  3. 3. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que dicho acero duplex se caracteriza sustancialmente por una composicion que comprende aproximadamente: 22-26% Cr; 4,7% Ni; 0-3% Mo; y 0,1-0,3% N.
  4. 4. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que dicho acero duplex se caracteriza sustancialmente por una composicion que comprende aproximadamente: 1,5% Ni; 21,5% Cr; 5% Mn; 0,2% N.
  5. 5. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha placa (1) es adecuada para utilizarse como pieza en bruto de catodo de lamina de inicio en blanco.
  6. 6. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha placa electrolftica (1) es un catodo y dicha electrodeposicion es de cobre, por electro-refinacion o bien por electrodeposicion.
  7. 7. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicha rugosidad superficial Ra es tfpicamente en el intervalo aproximado entre 0,6 y 1,2 pm.
  8. 8. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha rugosidad superficial se aplica mediante dispositivos tales como herramienta de desbarbado, amoladora angular, maquina de lijado electrica/de accionamiento neumatico, o una combinacion de las mismas.
  9. 9. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en la superficie (3) de dicha placa (1) hay formada una o mas cavidades (4) para impartir asf sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de dicho electrodeposito desde la superficie (3).
  10. 10. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 9, en la que algunas de dichas cavidades (4) se extienden completamente a traves de la profundidad de dicha placa (1).
  11. 11. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 9, en la que algunas de dichas cavidades (4) se extienden solo parcialmente a traves de la profundidad de dicha placa (1).
  12. 12. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en la que dichas cavidades (4) quedan separadas de la lfnea de deposicion superior de dicho metal electrodepositado (2) de manera que el metal depositado (2) encima de dicha cavidad mas superior (4) es relativamente facil de extraer y el metal depositado (2) en el nivel de dicha mas superior (4) o por debajo del mismo es relativamente diffcil de extraer.
  13. 13. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en la caracterizada por el hecho de que dichas cavidades (4) se encuentran situadas entre 15 y 20 cm desde la parte superior de dicha placa (1) para facilitar asf la formacion de una parte metalica superior (7) que sea relativamente facil de extraer y una parte metalica inferior (8) que sea relativamente diffcil de extraer.
  14. 14. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 13, en la que dicho metal electrodepositado (2) puede extraerse mediante un aparato de flexion haciendo cuna primero entre dicha parte metalica superior (7) y dicha placa (1).
  15. 15. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en la superficie (3) de la placa (1) hay formadas una o mas partes de ranura para impartir asf sobre dicha placa (1) las caracterfsticas
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    de adhesion necesarias para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de dicho electrodeposito desde la superficie (3).
  16. 16. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 15, en la que dichas partes de ranura pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie (3) de dicha placa (1).
  17. 17. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que sobre la superficie (3) de la placa (1) hay formadas una o mas partes salientes, para impartir asf sobre dicha placa (1) las caracterfsticas de adhesion necesarias para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de dicho electrodeposito desde la superficie (3).
  18. 18. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 17, en la que dichas partes salientes pueden ser sustancialmente de cualquier forma u orientacion sobre la superficie (3) de dicha placa (1).
  19. 19. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la superficie (3) de la placa (4) se graba, para impartir asf sobre dicha placa (1) la adhesion necesaria para permitir una adherencia operativa de un electrodeposito y su posterior manipulacion, siendo la adherencia insuficientemente fuerte para impedir la separacion mecanica de dicho electrodeposito desde la superficie (3).
  20. 20. Placa electrolftica (1) de acuerdo con la reivindicacion 19, en la que dicho grabado se realiza por medios electroqufmicos.
  21. 21. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha placa (1) incluye tecnologfa de esquinas recortadas.
  22. 22. Placa electrolftica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha placa (1) incluye tecnologfa de ranuras en V.
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