MX2012006688A - Suministro, instalacion y operacion industrial de un sistema de suministro de aire a cada celda individual de un conjunto de celdas electroliticas. - Google Patents
Suministro, instalacion y operacion industrial de un sistema de suministro de aire a cada celda individual de un conjunto de celdas electroliticas.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a un sistema de suministro de aire (1) dosificado individualmente a cada celda de una pluralidad de celdas (4), que asegura sostenimiento en el tiempo de la demanda de aire individual dada en de cada celda electrolítica (2), para difundirse en burbujas a través de mangueras difusoras (16) del anillo isobárico (3), que comprende: al lo menos un soplador de aire (5) de baja presión; a lo menos una tubería de suministro (6) conectada a dicho al menos un soplador de aire (5), en donde desde dicha al menos una tubería de suministro (6) emergen ramales de mangueras alimentadoras (7) que acometen llegando hasta la pared del frontal de cada celda electrolítica (2); un flujómetro (8), que empalma con dicho ramal de manguera alimentadora, en donde la cantidad de aire medida por dicho flujómetro (8) es regulada por un regulador de flujo (9); y en donde dicho flujómetro (8) está conectado entre una primera manguera (10) y una segunda manguera (11), estando dicha primera manguera (10) empalmada con el regulador de flujo (9) y dicha segunda manguera (11) empalmada con una porción de manguera doblada (12), adosada a la pared frontal de dicha celda electrolítica (2) para permitir que un terminal de manguera (13) se conecte con el anillo isobárico (3), para que el aire dosificado emerja uniforme y establemente difundido en patrones dados de burbujas apropiadas para realzar la productividad y calidad de electrodepositación deseada mediante mangueras selectivamente seleccionadas para tal propósito (16). La presente invención también se refiere al proceso de instalación, calibración y operación del sistema.
Description
SUMINISTRO. INSTALACION Y OPERACIÓN INDUSTRIAL DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO DE AIRE A CADA CELDA INDIVIDUAL DE UN CONJUNTO
DE CELDAS ELECTROLITICAS
CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de suministro de aire individual para cada celda de un grupo de celdas electrolíticas, que asegura que cada celda reciba constante en el tiempo su demanda de aire individual establecida para lograr establemente los resultados de electrodepositación deseados, el cual está conformado por un soplador de aire de baja presión -generalmente en una ubicación remota- que genera un flujo de aire suficiente para abastecer la demanda total de aire de una pluralidad de las celdas instaladas en una planta. El flujo de al menos un soplador es conducido por una tubería de suministro, desde la cual se conectan una pluralidad de mangueras de alimentación frente a cada pared cabezal externa de la pluralidad celdas. Cada celda recibe una manguera alimentadora desde la línea de suministro de la red del soplador, cuyo terminal remata en la entrada inferior de un flujómetro dispuesto verticalmente en la pared frontal de cada celda, cuya salida superior, dispone de una segunda manguera que contornea el extremo superior de la pared cabezal de la celda, y empalma con un anillo isobárico perimetral para el suministro homogéneo y sostenido de aire a los electrodos de cada celda. Para asegurar que cada celda pueda tomar su demanda de aire adecuada en forma homogénea y sostenida en el tiempo desde la red central, la manguera alimentadora antes de la entrada inferior del flujómetro, posee una pinza de estrangulamiento o válvula reguladora de flujo, que permite regular y calibrar el caudal de aire admitido desde la tubería central a cada celda y que es medido y monitoreado por el flujómetro, según la demanda de aire establecida en cada celda. El flujómetro está diseñado, de tal forma que en el evento que la presión de la columna del electrolito sea mayor que la de entrada de aire por los difusores, dicho flujómetro tiene medios de retención hidráulica que evitan que el electrolito entre por el flujómetro a la tubería central de aire. Este sistema soluciona el problema de dosificación estable de caudales individuales de aire dados a cada celda de una pluralidad de celdas en el tiempo, desde una fuente de aire común remota a una nave de celdas o en general en una planta de electroobtención -que están normalmente ubicadas próximas a las minas en zonas de gran altura- o electrorefmación, en donde el correcto funcionamiento de cada celda electrolítica requiere una demanda de aire específica diferente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Desde hace muchos años es conocido el concepto de realzar la convección en una celda de electroobtención o electrorefinación mediante la difusión controlada de gas emitido desde un plano horizontal cerca del fondo de la celda y bajo los electrodos, para favorecer los resultados de electrodepositación metálica. Tanto la calidad del metal electrodepositado en los cátodos cosechados como la productividad de cada celda -por efecto de mayor densidad de corriente aplicable al proceso sin menoscabo de la calidad- aumentan considerablemente aplicando especialmente aireación suave al proceso en cada celda.
En el arte previo, se encuentran varios diseños de aparatos que permiten difundir gas en burbujas de baja presión dentro de una celda electrolítica. Uno de ellos es mediante un anillo ¡sobárico que se instala sobre el fondo de la celda y debajo de los electrodos, siguiendo el perímetro interior de ésta, normalmente un perímetro rectangular. Estos anillos están conformados por tubos de sección circular conectados de forma rectangular para conducir por su interior el gas necesario a baja presión, para generar burbujas que emanan uniformemente desde el plano horizontal inferior bajo los electrodos de la celda hasta la superficie del electrolito. Para ello, los costados opuestos de dicho anillo están conectados de lado a lado por una pluralidad de elementos difusores paralelos, como tubos o mangueras microporosas o microperforadas, en donde las burbujas emergen a
baja presión por las perforaciones de los tubos o mangueras con un diámetro inicial que va aumentando en la medida que las burbujas van ascendiendo, lo que ocurre por que disminuye gradualmente la presión de la columna de electrolito sobre las burbujas.
Existen varios documentos de patentes, que entregan soluciones para lograr la provisión de burbujas de gas saturado o aire al electrolito en una celda de electroobtención o electrorefinación
En el documento US 1 ,260,830 publicado el 26 de Marzo de 1918, titulado "Depositación electrolítica de cobre de soluciones ácidas", se divulga la electrodepositación de cobre por medios de agitación continua de electrolito, particularmente barriendo la superficie de los ánodos verticales con una mezcla de gas de anhídrido sulfuroso y vapor, proyectada desde orificios perforados en cañerías transversales de plomo, dispuestas paralelas y debajo de los ánodos en la celda, con los orificios orientados de manera que el fluido emerja en un ángulo oblicuo de choque con las superficies de los ánodos, forzando continuamente la circulación del electrolito con el máximo de agitación y turbulencia ocurriendo por impacto de la mezcla directamente en las caras de los ánodos.
El documento US 3,928,152 publicado el 23 de Diciembre de 1975, titulado "Método para la recuperación electrolítica de metal empleando convección mejorada del electrolito" describe un método de electrodepositación de cobre de alta calidad producido sobre placas de cátodos permanentes a muy altas densidades de corriente. Para lograr mayor productividad incluso se reduce la separación entre los electrodos al mínimo con separadores-distanciadores que los posicionan precisamente entre sí, y simultáneamente se provee una agresiva agitación continua del electrolito mediante tubos burbujeadores de gas colocados bajo cada cátodo, dispuestos para barrer las caras de los cátodos con las cortinas de burbujas que emergen de agujeros en los tubos.
En el documento US 3,959,112 publicado el 25 de Mayo de 1976, titulado "Dispositivo para proporcionar distribución uniforme aire en celdas de
electrodepositación agitadas con aire" se divulgan dispositivos burbujeadores de aire dispuestos transversales al largo de la celda paralelos por sendas caras del cátodo, justo debajo del borde inferior. Los dispositivos comprenden tubos rígidos con perforaciones que permiten descargar aire en burbujas de diámetros relativamente grandes con mínima perdida de carga, por lo cual dichos tubos están forrados exteriormente con mangas de material permeable de mayor diámetro que oponen resistencia y restringen el paso de dichas burbujas, y las hacen emerger continuamente de las mangas como cortinas de burbujas finas que luego barren verticalmente sendas caras del cátodo y con ello inhiben la formación de rugosidades en los depósitos de metal .
El documento US 4,263,120 publicado el 21 de Abril de 1981 , titulado "Celda electrolítica para la recuperación de metales no ferrosos y ánodo mejorado para la misma", divulga la operación del proceso con agitación del electrolito mediante tubos perforados burbujeadores de gas dispuestos bajo los ánodos para crear turbulencia en el electrolito que asciende barriendo las interfaces de los electrodos.
El documento CL 527-01 publicado el 27 de Septiembre de 2002, hoy Patente CL 44.803 titulado "Sistema y método para captar y extraer neblina ácida desde contenedores de hormigón polimérico, en donde las paredes laterales, frontal y posterior se modifican para que asiente horizontalmente una cubierta térmica que forma una cámara conectada a ductos de extracción; método de fabricación y contenedor para tales fines", divulga una celda electrolítica que comprende entre otros elementos, un ducto para inyección de aire fresco con medios difusores de gas instalados paralelos, y en un plano en la parte inferior de la celda que dirige las burbujas de aire bajo los ánodos.
El documento CL 2140-2004 publicado el 27 de Julio de 2006 (equivalente al documento WO 2005/0 9502), titulado "Método para operar una celda electrolítica que comprende disponer elementos de burbujeo del electrolito en la celda y suministrar gas de burbujeo a los elementos; aparato para burbujear dicha celda; y celda electrolítica para la recuperación electrolítica de cobre", divulga un difusor de gases para la transferencia por burbujeo de gases a medios líquidos que comprende un elemento consistente en un cuerpo de unión cilindrica que se prolonga a una zona troncocónica que termina en un rebordeo; entre la zona cilindrica y la zona de rebordeo existe un tabique de separación multiperforado, en que por el interior del cuerpo cilindrico circula aire a presión y velocidad constante, generando una corriente de gas que se distribuye por cada uno de los orificios del tabique multiperforado, generándose minicorrientes de gas.
El documento CL 727-2006 publicado el 07 de Julio de 2006, titulado "Dispositivo agitador de electrolito que consiste en una estructura paralelepípeda, reticulada, plana y de planta regular, formada de materiales compuestos poliméricos anticorrosivos y no conductores eléctricos y que comprende un anillo distribuidor ¡sobárico de gas, medios difusores de gas; y sistema agitador de electrolito", divulga un dispositivo agitador de electrolito inmerso en contenedores para celdas electrolíticas de los procesos de electroobtención y de electrorefinación de metales no ferrosos, conformado por cañerías de materiales anticorrosivos y no conductores, las que se encuentran unidas por elementos conectores, estando dichas cañerías unidas conectadas de un lado al otro por medios difusores de gas, en que dichas cañerías y elementos conectores conforman un anillo ¡sobárico, el cual se encuentra insertado y encapsulado en el interior de un perfil conformado monolíticamente de materiales compuestos poliméricos anticorrosivos y no conductores eléctricos, que conforman una estructura paralelepipédíca perimetral plana, homologa a la forma del fondo de los contenedores, estando dicha estructura perimetral reticulada para darle rigidez e impartirle necesaria resistencia estructural para ser autosoportante.
El documento CL 0025-2008 publicado el 14 de Marzo de 2008, divulga un sistema de aireación por microburbujas para la electroobtención de cobre a alta densidad de corriente, comprende tuberías independientes para el aire y el electrolito, conectadas por boquillas inyectoras para el paso del chorro de mezcla electrolito-aire al interior de la celda y una línea de aspiración y un generador de impulsos.
El documento CL00642-2007 publicado el 26 de Octubre de 2007, describe un equipo para la circulación de electrolito y gases en una celda electrolítica, comprende tubería perforada para la circulación del electrolito y uno o más circuito de tubería perforada para la inyección de gases, fijadas a una estructura de soporte con una pluralidad de guías de ánodos y cátodos para introducirla y retirarla de la celda.
En general en todo el arte previo descrito, si bien se muestran ventajas en los resultados del proceso de electrodepositación al suministrar burbujas de aire en el electrolito, aunque todas las soluciones están orientadas a describir el suministro de aireación dentro una sola celda. Ninguno de estos documentos aborda la problemática de generar y distribuir el aire dosificado exactamente a cada una de las celdas en un grupo de celdas, en una nave de celdas o en general en una planta de electroobtención o electrorefinación, en donde cada celda electrolítica demanda una cantidad de aire determinada.
Dentro de las plantas de electroobtención o electrorefinación, los equipos aireadores de las celdas pueden cambiar abrupta o paulatinamente sus características neumáticas dentro su vida útil, por lo que los equipos aireadores deben cambiarse o reponerse sistemáticamente cuando pierden sus características originales o en la medida que s fren deterioros por otras causas. La operación de las celdas electrolíticas requiere armonizar varios parámetros operacionales conocidos en el arte, hasta obtener resultados de electrodepositación deseado, y mantener dicha armonía debidamente regulada y controlada en un protocolo de operación en el tiempo, entre los cuales se encuentran principalmente: voltaje, densidad de corriente, temperatura, tenor de cobre, pH y flujo del electrolito, entre otros. De estos parámetros depende la calidad del cobre depositado en los cátodos obtenidos durante la cosecha. Con la introducción de aireación suave en las celdas, se agrega otro parámetro adicional al protocolo de operación que también necesita armonización, control y regulación igual que los ya mencionados, como es la difusión homogénea y controlada de gas, preferentemente aire, desde un plano horizontal cerca del fondo de la celda y bajo los electrodos, para realzar la convección que favorece los resultados de electrodepositación metálica. En la práctica, todos estos parámetros son regulados acorde al resultado que se vaya obteniendo de electrodepositación en los cátodos. En la medida que la calidad del depósito de metal en los cátodos mejora, los parámetros se van manteniendo estables durante la operación de la celda, y solo se reajustan, en la medida que varíe adversamente la calidad de los cátodos cosechados. La variabilidad, depende de los parámetros del proceso de electrodepositación y también del grado de uso, estado, vida útil y reposición de la celda y sus equipos asociados. Es por ello que resulta complejo armonizar estos parámetros, para cada celda dentro de una planta, y sobretodo mantenerlos uniformes en cada celda, y por lo tanto, resulta absolutamente necesario proveer medios, sistema y método de monitoreo constante de ellos. Por lo arriba expuesto, el caudal de aire que demanda cada celda es variable en el tiempo según lo sean características neumáticas de sus medios difusores, y por lo tanto, se hace necesario determinar celda a celda, el flujo óptimo que debe recibir para obtener los resultados uniformes y sostenidos de electrodepositación deseados en todas las celdas de la planta.
RESEÑA DE LA INVENCION
Para solucionar el problema arriba descrito, la presente invención se refiere a un sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, que asegura la demanda de aire especificada establemente en el tiempo en cada celda. Dicho sistema está conformado por a lo menos un soplador de aire de baja presión que genera un flujo de aire, equivalente a la suma de las demandas individuales del caudal de las celdas individuales distribuidas en una planta, que es conducido por a lo menos una tubería, desde la cual emerge una pluralidad de mangueras
alimentadoras hacia las paredes frontales de cada una de las celdas de la pluralidad celdas. Cada celda recibe una primera manguera desde la línea central, cuyo terminal remata en la entrada inferior de un flujómetro dispuesto verticalmente ubicado en su pared frontal. Desde el extremo superior del flujómetro emerge una segunda manguera alimentadora que pasa sobre el borde superior de la celda, doblándose adosada por la pared interna hasta empalmar convenientemente con un sistema de difusión controlada, como por ejemplo un sistema con anillo isobárico para la distribución del suministro del aire admitido de la red a la celda, y con sus difusores que eventualmente lo entregan homogéneamente distribuido en el electrolito. Para asegurar que cada celda reciba sostenidamente en el tiempo la demanda de aire adecuada para el correcto funcionamiento de sus difusores, en la porción de la manguera alimentadora antes de la entrada inferior del flujómetro, se dispone una pinza de estrangulamiento o válvula reguladora de flujo, que permite regular, calibrar y monitorear la estabilidad de calibración de la demanda de caudal de aire establecido, el cual es medido por el flujómetro con una bolita que flota verticalmente sobre el caudal de aire y se mantiene en posición según la demanda de aire al interior de la celda. El flujómetro está equipado con sensores de máximo y mínimo de la posición vertical de la bolita flotante que emite señales hacia una unidad de control, permitiendo oportunamente tomar acciones correctivas en el evento de fallas suministro de aire en alguna celda. El flujómetro también está diseñado, de tal forma que en el evento que la presión generada por la columna hidráulica del electrolito sea mayor que la del aire entrante por los difusores, dicho flujómetro tiene medios de retención que evitan que el electrolito ingrese por el flujómetro a la tubería central de aire.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se acompañan, que se incluyen para proporcionar una mejor compresión del invento, quedan incorporados y constituyen parte de esta
descripción, ilustran el arte previo y una de las ejecuciones del invento, y junto con la descripción sirven para explicar los principios de esta invención.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del sistema de suministro de aire para un grupo de celdas.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva ampliada, del sistema de suministro de aire para un grupo de celdas mostrado en la figura 1.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva ampliada, del empalme interior de las celdas con el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas mostrado en la figura 1.
La figura 4 muestra una perspectiva del flujómetro utilizado en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención.
La figura 5 muestra una vista en medio corte del flujómetro utilizado en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención.
La figura 6 muestra una vista en medio corte de una segunda modalidad del flujómetro utilizado en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una primera modalidad de manguera selectivamente perforada, utilizada en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención, con perforaciones alineadas a 0o.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva de una segunda modalidad de manguera selectivamente perforada, utilizada en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención, con una distribución de grupos de perforaciones alineadas a 0o.
La figura 9 muestra una vista en perspectiva de una tercera modalidad de manguera selectivamente perforada, utilizada en el sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, de la presente invención, con perforaciones alineadas a 0o y 30°.
La figura 10 muestra una vista en corte transversal de las mangueras utilizadas en el sistema de la presente invención, la cual tiene perforaciones entre -90° y +90° preferentemente entre -30° y +30°
La figura 11 muestra una vista esquemática del sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, mostrado en la figura 1.
La figura 12 muestra una vista esquemática de una segunda modalidad del sistema de suministro de aire para un grupo de celdas.
La figura 3 muestra una vista esquemática del sistema de suministro de aire para un grupo de celdas, mostrado en la figura 1 , con un sistema de monitoreo.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas (4), que asegura la demanda de aire individual requerido en cada celda electrolítica (2) de manera amigable a la operación industrial de las celdas, que debe difundirse al electrolito a través de un sistema de difusión de aire en forma controlada, uniforme y sostenida en el tiempo para su correcto funcionamiento, a fin de lograr establemente en el tiempo resultados uniformes de la electro-depositación deseada, como por ejemplo usando mangueras selectivamente perforadas (16) con diámetros, disposiciones y patrones dados para entregar un caudal de aire determinado con una perdida de carga dada instaladas en un sistema de difusión controlada de aire, como por ejemplo el anillo isobárico (3).
Para que el sistema de suministro de aire (1) entregue dicha demanda dada en forma controlada uniforme y sostenida en el tiempo a cada celda
electrolítica (2), éste se compone de a lo menos un soplador de aire de baja presión (5), el cual es conducido por a lo menos una tubería central de suministro (6), desde la cual salen ramales de mangueras alimentadoras (7) que llegan hasta la pared frontal de cada celda electrolítica (2). Dicho ramal empalma con un flujómetro (8), cuyo control de aire es regulado por el regulador de flujo (9), que puede ser una pinza de estrangulamiento controlado de la manguera, o bien, una válvula apropiada. El flujómetro (8) está conectado entre una primera manguera alimentadora (10) y una segunda manguera alimentadora (11), en donde la primera manguera (10) proviene del regulador de flujo (9) y la segunda manguera (11) empalma con la porción de manguera doblada (12), adosada adecuadamente en la pared frontal de la celda electrolítica (2) para permitir que el terminal ( 3) de manguera alimentadora se conecte al anillo isobárico (3), para que el aire sea difundido al electrolito por las mangueras selectivamente perforadas (16), que forman parte del sistema de suministro de aire (1) de la presente invención.
El flujómetro (8) que igualmente forma parte del sistema de suministro de · aire (1) de la presente invención, está conformado preferentemente por un tubo translúcido (14) en cuyo interior se aloja una bolita (15), la cual flota estáticamente según el flujo de aire efectivamente alimentado a la celda. Dicho tubo translúcido tiene forma de tronco de cono invertido, de tal forma que el diámetro de la porción inferior es menor que el de la bolita (15), con el objeto que éste funcione también como una válvula de retención de emergencia, en el evento que la presión de la columna del electrolito al interior de la celda electrolítica (2), sea mayor a la presión del flujo de aire, con lo cual, la bolita (15) baja, y se va cerrando por la conicidad del tubo, interrumpiendo el paso del electrolito hacia la línea o tubería central de suministro (6), ocluyendo en paso del electrolito al posicionarse dicha bolita (15) en el asiento (23). El flujómetro (8) se suministra sendos límites al desplazamiento de la bolita, un límite superior máximo (24) y un límite inferior mínimo (25), los que pueden acoplarse a un sensor electrónico (26) que transmite señales de proximidad a través de un medio de comunicación (27), que puede ser un cableado o un medio inalámbrico, hacia un medio de monitoreo (28) remoto de
la operación de la celda, para verificar cercanía a dichas posiciones extremas de la bolita (15), y poder enviar oportunamente señales de alarma a dicho medio de monitoreo (28), en el evento que la bolita se acerque o traspase el límite máximo (24) o el límite mínimo (25), de tal forma de permita al operador reaccionar y tomar acciones operacionales correctivas que correspondan en el evento de condiciones anómalas en el suministro de aire en alguna celda electrolítica (2) del grupo de celdas electrolíticas (4). Si el caudal de suministro aire es muy bajo o muy alto, la bolita (15) podría resultar o muy liviana o muy pesada y poco apropiada para ocluir eficazmente el paso del electrolito al posicionarse en el asiento (23). Por tal motivo, en una segunda modalidad, según se muestra en la figura 6, el flujómetro (8) puede contar con una segunda bolita (30) más apropiada y un asiento de oclusión (29) que permite cerrar el paso del electrolito si la presión de éste es mayor a la presión del flujo de aire. Una persona versada en el arte podrá usar otro medio equivalente, como por ejemplo una válvula unidireccional, para impedir que el electrolito pase al sistema de suministro de aire, en el evento que la presión de la columna del electrolito (contrapresión) en la celda sea mayor a la presión del caudal de aire alimentado a la celda electrolítica.
Uno de los problemas que ha enfrentado el arte previo, y que ha impedido el suministro sostenido en el tiempo de aire individual correctamente dosificado a cada celda de un grupo de celdas electrolíticas (4), es el hecho que con frecuencia se usan mangueras microporosas como difusores, por ejemplo de caucho reciclado, que son mangueras utilizadas con agua para irrigación del subsuelo de terrenos agrícolas, aplicación para la que no requieren caracterización hidráulica muy precisa. Este tipo de mangueras tiene una distribución de porosidad al azar, generada por la conformación misma de la manguera, al ser formadas por aglomeración de gránulos de caucho, y de hecho, para uso con aire, estas mangueras no tienen características neumáticas estables por metro de longitud (caudal dado de aire con perdida de carga dada) por lo que no son realmente apropiadas como difusores estables de aire. Además, la característica variabilidad aleatoria para uso con aire que exhiben dichas
mangueras microporosas incluso nuevas al inicio de su vida útil, no pueden siquiera sostenerse en el tiempo dado que frecuentemente se obstruyen con material particulado presente en el electrolito que penetra a su interior por los poros grandes, cuando por alguna razón se corta el suministro del aire hacia la celda (2), estando sumergidas en electrolito; al restituirse el flujo de aire las partículas extrañas no encuentran agujeros de tamaños suficientes para salir de las mangueras, obstruyendo las salidas de aire a su paso. La utilización masiva de estas mangueras como difusores de aire, genera la problemática, por una parte, que cada celda electrolítica (2) debe difundir homogéneamente un flujo dado de aire al electrolito -y mantenerlo constante en el tiempo- para obtener los beneficios en su electrodepositación que le proporciona la aireación suave en las condiciones descritas, y por otra, teniendo en cuenta las condiciones de fabricación de dicha manguera microporosa, lo irregular y aleatorio de sus microperforaciones, con un caudal dado de aire alimentado al electrolito de la celda, la densidad y uniformidad de difusión de burbujas en el electrolito es totalmente diferente entre celda y celda, requiriéndose un sistema que permita dosificar caudales individuales apropiados a los medios de difusión de aire establemente en el tiempo desde una fuente común de aire.
Por lo arriba expuesto, con el objeto dosificar establemente un flujo de aire dado dentro de cada celda electrolítica (2), de manera alternativa, este sistema contempla además que los difusores en anillos isobáricos a los cuales se alimenta con aire, sean conformados con mangueras selectivamente perforadas que permiten asegurar que se mantienen estables las características neumáticas de cada anillo isobárico individual en el tiempo, de manera de poder ajusfar el caudal de alimentación aire preciso desde la red de aire a la demanda exacta de cada celda para correcta aireación.
En las figuras 7 a 9, se muestran tres alternativas de perforaciones, y en la figura 10, se muestran los ángulos de perforación en un corte transversal, los cuales están en un rango de -90° a +90°, tomando como referencia el eje vertical de la manguera. Las mangueras selectivamente perforadas (16) , están
conformadas para ser parte del sistema de la presente invención, con mangueras de material flexible anticorrosivo (17) de paredes relativamente gruesas, las cuales tienen una distribución lineal o no de perforaciones (18) paralelas al eje longitudinal de la manguera (16), en donde dichas mangueras con perforaciones, cuando son ubicadas en la celda electrolítica (2), dichas perforaciones en cantidad y agrupadas o no en patrones quedan globalmente orientadas como se desee respecto a la superficie del electrolito para burbujeo homogéneo y uniforme. En una primera modalidad, las perforaciones (18) están equidistantemente separadas a lo largo de la manguera y a 0o; y en una segunda modalidad, las perforaciones están agrupadas en grupos de perforaciones (19) a 0o, en donde cada grupo de perforaciones (19), está separado equidistantemente. El hecho que los agujeros sean selectivamente perforados, con perforaciones cuyo diámetro fluctúan en el rango de 0,2 a 0,6 mm, permite que se conozca a priori, las características neumáticas de los difusores elegidos para abastecer establemente la demanda deseada de aire de cada celda electrolítica (2) y así obtener en ella los beneficios de la aireación suave.
El sistema de suministro de aire, funciona en los términos prácticos aquí descritos, tal como se muestra en el esquema de la figura 11. Sin embargo, es importante considerar que el flujómetro (8) podría sufrir desperfectos, o bien presentarse problemas con el sistema difusor al interior de la celda, o se requiera efectuar ensayos de los efectos en electrodepositación en una de las celdas electrolíticas (2) del conjunto de celdas (4) con otras demandas de aire alternativas. Para tales efectos, entre cada celda electrolítica (2) y la línea o tubería de suministro de aire (6), es instalado una derivación ó bypass (20). La entrada del bypass (20) es conectada al ramal de manguera (7) y la salida es conectada a la segunda manguera (11) de empalme, a la salida del flujómetro (8). Para poder anular el efecto del flujómetro (8), además del regulador de flujo (9), se provee de un segundo regulador de flujo (21), de tal manera que el flujómetro (9) quede totalmente desactivado. Para que el flujo de aire continúe hacia la celda, el bypass (20) está provisto de llave de paso corte (on-off) (22).
Cuando el sistema de suministro de aire está instalado en la celda, es necesario llevar a cabo un protocolo de puesta en marcha, operación y monitoreo, para asegurar correcto funcionamiento del proceso de electrodepositación.
Para tal efecto, es necesario tener en cuenta que una celda electrolítica tiene varios parámetros operacionales conocidos en el arte, que deben ser regulados y controlados, entre los cuales se encuentran: voltaje, tensión, temperatura, densidad del electrolito y pH entre otros. De estos parámetros depende la calidad del cobre depositado en los cátodos obtenidos durante la cosecha. Como se ha señalado, con la aireación suave se agrega otro parámetro adicional al protocolo de operación que también necesita control y regulación a los ya mencionados, como es la difusión homogénea y controlada de gas, preferentemente aire, desde un plano horizontal cerca del fondo de la celda y bajo los electrodos, para favorecer los resultados de electrodepositación metálica. En la práctica, todos estos parámetros son regulados acorde al resultado que se vaya obteniendo de electrodepositación en los cátodos. En la medida que la calidad del depósito de metal en los cátodos mejora, los parámetros se van manteniendo estables durante la operación de la celda, y solo se reajustan, en la medida que varíe adversamente la calidad de los cátodos cosechados. Esta variabilidad, va a depender del grado de uso, vida útil y reposición de la celda y sus elementos constitutivos. Es por ello, que resulta complejo correlacionar todos estos parámetros dentro de una planta, para cada celda, y por lo tanto, resulta absolutamente necesario un monitoreo constante de ellos, siendo de preferencia la utilización de medios de monitoreo con sensores electrónicos, que entregue señales de alerta en el evento que dichos parámetros salgan de los rangos preestablecidos.
Por lo arriba expuesto, el caudal de aire que demanda cada celda es diferente en el tiempo según las características neumáticas de sus medios difusores, y por lo tanto, se hace necesario determinar celda a celda, el flujo óptimo que debe recibir.
Para lograr esto, se proponen los siguientes pasos, que permiten operar el sistema de suministro de aire de la presente invención:
(a) Determinar la demanda de aire de cada celda acorde a los parámetros de funcionamiento y resultados de los cátodos cosechados;
(b) Medir el flujo de aire entre la entrada y salida del flujómetro (8), para calibrarlo al flujo de aire determinado en la etapa (a);
(c) Determinar el peso de una bolita (15) para ser contenida en el flujómetro (8), de tal forma que ésta se mantenga flotablemente estática, respecto del flujo de aire determinado en la etapa (a);
(d) Introducir la bolita (15) determinada en etapa (c), dentro del flujómetro (8);
(e) Calibrar el flujómetro (8), de tal forma que la bolita quede entre un límite máximo (24) y un límite mínimo (25).
Una vez que la celda ha sido calibrada con el flujo de aire adecuado, es posible monitorear este parámetro para el buen funcionamiento de la celda. Para ello, se puede conectar un sensor (26) que transmita señales a través un medio de comunicación (27) hacia un medio de monitoreo (28), para verificar que la bolita (15) se mantenga entre el límite máximo (24) o el límite mínimo (25). Si la bolita sale de los rangos establecidos, se emite una señal de alerta, de tal forma de permite tomar acciones en el evento de condiciones anómalas en alguna celda electrolítica (2) del grupo de celdas electrolíticas (4).
La bolita (15) puede ser ajustada visualmente entre el rango del límite máximo (24) y límite mínimo (25) por medio de un tubo translúcido (14), de acuerdo a lo arriba expuesto. Sin embargo, si el flujómetro (8) posee un sistema de sensores, este ajuste puede ser realizado por medios de electrónicos, en donde los sensores se ubican entre dichos límites máximo (24) y límite mínimo (25), enviando señales al medio de monitoreo (28).
??
Claims (24)
1. Un sistema de suministro de aire (1 ) para un grupo de celdas electrolíticas (4) dispuestas para dosificar la demanda de aire individual de cada celda electrolítica (2) que deben ser alimentados a su electrolito a través de un sistema de difusión de aire controlado, caracterizado porque comprende: al menos un soplador baja presión (5); por lo menos una tubería central de alimentación (6) conectada al menos a dicho soplador (5); una pluralidad de ramales de mangueras alimentadoras (7) que emergen al menos de dicho tubo central de alimentación de aire (6), cada uno destinado a ser dispuesto en la pared frontal de una celda electrolítica (2); un medidor de flujo (8) dispuestos en cada ramal de mangueras alimentadoras (7); un regulador de flujo (9) dispuestos en cada ramal de mangueras alimentadoras (7) para regular el volumen de aire medido por el medidor de flujo (8), en donde dicho medidor de flujo (8) está conectado entre una primera manguera de alimentación (10) de dicho ramal (7) y una segunda manguera de alimentación (1 1) de dicho ramal (7), dicha primera manguera (10) estando conectada con el regulador de flujo (9) y dicha segunda manguera (1 1 ) estando conectada a una porción de la manguera doblada (12) adecuada para ser colocada en las paredes de dicha celda electrolítica (2) para permitir que un extremo de la manguera (13) sea conectada con un anillo isobárico (3), de modo que el aire alimentado se puede difundir homogéneamente y sostenidamente en el tiempo al electrolito por medio de mangueras selectivamente perforadas (16), y en donde entre cada celda electrolítica (2) y el tubo de alimentación central (6) se dispone una derivación ó bypass (20).
2. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el regulador de flujo (9) es una pinza de estrangulamiento para la manguera de alimentación (7).
3. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) según la reivindicación 1 , caracterizado porque el regulador de flujo (9) es una válvula.
4. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con las reivinidcaciones 1 a 3, caracterizado porque la entrada a dicho bypass (20) está conectada a la manguera del ramal (7) y la salida está conectada a la segunda manguera de alimentación (11).
5. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque además del regulador de flujo (9) se proporciona un segundo regulador de flujo (21) para permitir la desactivación del medidor de flujo (8).
6. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho derivación (20) está provista de una válvula de corte on-off (22).
7. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho medidor de flujo (8) comprende un tubo translúcido (14) en cuyo interior se aloja una bolita (15), dicho tubo translúcido teniendo un límite superior máximo (24) y un límite inferior mínimo (25) en donde la bolita (15) estáticamente flota de acuerdo con el flujo de aire efectivamente alimentado a la celda.
8. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque dicho tubo translúcido tiene una forma cónica invertida.
9. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la porción inferior de dicho tubo se suministra con un asiento (23) para que la bolita (15) alojada obstruya el paso de fluidos y que actúa como una válvula de retención de emergencia, en el caso de que la presión en la columna hidráulica del electrolito dentro de la celda electrolítica (2) sea mayor que la presión del flujo de aire alimentado, en la celda electrolítica (2).
10. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque en la porción inferior del medidor de flujo (8) se proporciona una segunda bolita (30) que está alojada y se dispone con un asiento de oclusión correspondiente (29) para permitir bloquear el paso al electrólito si su contrapresión es mayor que la presión del flujo de aire alimentado a la celda electrolítica (2).
11. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque en la porción inferior del medidor de flujo (8) se dispone una válvula unidireccional que permite cortar el paso del electrolito si su contrapresión es mayor que la presión del flujo de aire alimentado a la celda electrolítica (2).
12. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho medidor de flujo (8) tiene sensores (26) adecuados para emitir señales de alerta a unos medios de monitoreo (28) permitiendo acciones oportunas que se deben tomar en caso de detección de anomalías o fallos del sistema de suministro de aire (1) en cualquier celda electrolítica (2).
13. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) • de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque dicho mangueras selectivamente perforadas (16) están formadas por tubos flexibles de materiales anticorrosivos (17) que tienen una distribución selectiva de perforaciones (18) paralelas al eje longitudinal de la manguera (16).
14. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las perforaciones están separados equidistantemente a lo largo de la longitud de la manguera.
15. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las perforaciones están dispuestas en grupos, los grupos de perforaciones están separadas de manera equidistante.
16. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque los ángulos de las perforaciones vistos en corte transversal, están dentro de un rango de - 90 ° a + 90 °.
17. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de celdas electrolíticas (4) de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque dicho intervalo es preferiblemente de - 30 0 a + 30 °.
18. Un sistema de suministro de aire (1) para un grupo de células (4) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque dichas perforaciones tienen un diámetro que oscila entre 0.2 a 0.6 mm.
19. Un proceso para la operación de un sistema de suministro de aire (1), por un grupo de células (4), dispuestas para alimentar a la demanda de aire individual de cada celda electrolítica (2) homogéneamente a través de mangueras perforadas (16) de un anillo isobárico (39), en donde cada celda opera con los parámetros del proceso que se ajustan y se controlan, entre otros voltaje de la célda, la densidad de corriente, la temperatura del electrolito, la densidad y el pH, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: a. determinar la demanda de aire de cada celda electrolítica (2) de acuerdo con los parámetros de proceso armonizados con resultados de calidad deseados que se cosechan en los cátodos; b. medir el flujo de aire entre la entrada y la salida de un medidor de flujo (8) situado en la pared frontal de cada celda para calibrar el flujo de aire determinado en la etapa (a), dicho medidor de flujo (8) que tiene una bolita (15) que flota en un tubo cónico translúcido (14) de acuerdo con el flujo de aire alimentado a la celda electrolítica (2); c. determinar el peso de la bolita (15) a ser alojada en el interior del medidor de flujo (8), la longitud del tubo translúcido (14) y su ángulo cónico, de modo que la bolita (15) se mantenga flotando constantemente a un cierto nivel dentro del tubo (14) con el flujo de aire determinado en la etapa (a); d. introducir la bolita (15) determina en la etapa (c) dentro de medidor de flujo (8); e. calibrar el medidor de flujo (8) de modo que la bolita permanezca entre un límite máximo (24) y un límite mínimo (25) con el flujo de aire determinado en la etapa (a) que fluye en la celda electrolítica (2).
20. Un proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende conectar un sensor (26) para transmitir señales a través de medios de comunicación (27) a un medio de monitoreo central (28).
21. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado porque además comprende la etapa de verificar que la bolita (15) se mantenga entre el límite máximo (24) y el límite mínimo (25).
22. Un proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque además comprende el paso de emitir señales de alerta en los eventos que dicha bolita (15) se aproxima al límite máximo (24) o el límite mínimo (25) o excede el rango dado entre ellos.
23. Un proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la posición estable de la bolita flotante (15) se ajusta visualmente entre el límite máximo (24) y el límite mínimo (25) por medio del tubo translúcido (14).
24. Un proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la posición estable de la bolita (15) se ajusta electrónicamente a través de señales emitidas desde los sensores ajustables situados en el límite máximo dado (24) y el límite mínimo (25).
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