MXPA01011306A - Aparato para controlar el flujo en un proceso de deposicion electrolitica. - Google Patents
Aparato para controlar el flujo en un proceso de deposicion electrolitica.Info
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Abstract
Una celda de extraccion electrolitica tiene un tanque con un extremo superior abierto, definido por un borde de tanque, electrolito dentro del tanque y una pluralidad de placas de electrodo metalicas y planas dispuestas dentro del tanque en un arreglo paralelo, separadas y costado a costado. Placas de electrodo adyacentes definen una abertura de electrodo entre ellas. Un multiple inyector esta dispuesto en el fondo del tanque para alimentar electrolito dentro del tanque en ubicaciones por debajo de las placas de electrodo. Una rejilla de colectores compuesta por una pluralidad de colectores que tienen orificios, define un nivel superior de electrolito mediante la recoleccion de electrolito desde el tanque. Los orificios estan dispuestos en relacion separada dentro del extremo superior abierto del tanque definido por el borde de tanque. El rejilla de recolectores y el inyector creando un flujo de electrolito ascendente entre las placas conforme el electrolito fluye desde ubicaciones del multiple debajo de las placas hacia los orificios.
Description
APARATO PARA CONTROLAR EL FLUJO EN UN PROCESO DE DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA Campo de la Invención La presente invención se refiere en forma general a la deposición electrolítica de metales y, más particularmente, a una celda de extracción electrolítica y a un sistema de flujo de electrólito para ésta. Si bien la presente invención es particularmente aplicable a un proceso de extracción electrolítica para la formación de cobre, y será descrita con referencia a esto, la invención también encuentra aplicación ventajosa en la deposición electrolítica de otros tipos de metales y compuestos metálicos.
Antecedentes de la Invención Se sabe bien que los metales pueden extraerse a partir de iones metálicos en una solución electrolítica a través de un proceso de extracción electrolítica. Un proceso de extracción electrolítica utiliza la conocida técnica del revestimiento metálico o de compuestos metálicos fuera de una solución electrolítica sobre una placa de electrodo. La extracción electrolítica moderna típicamente ocurre en un tanque relativamente grande, no conductor, que contiene iones metálicos disueltos en una solución electrolítica. Una pluralidad de placas cátodo y ánodo, paralelas y dispuestas lado a lado, están suspendidas en la solución electrolítica. En una celda de extracción electrolítica de cobre, los cátodos y los ánodos están finalmente dispuestos de forma tal que cada cátodo está dispuesto entre dos ánodos. Los cátodos y ánodos están conectados a una fuente de corriente eléctrica para hacer que el revestimiento de cobre se lleve a cabo sobre las placas cátodo. Las celdas de extracción electrolítica típicamente incluyen un sistema de recirculación que hace que circule la solución electrolítica desde un depósito hacia la celda de extracción electrolítica y de regreso hacia el depósito. Los iones metálicos agotados en la solución electrolítica durante el proceso de extracción electrolítica son reabastecidos en el depósito. La solución electrolítica reabastecida (esto es, "fresca") es bombeada dentro del tanque de extracción electrolítica, típicamente en la parte inferior de éste. La solución en exceso en el tanque rebosa el borde superior del tanque y es recolectado en una canaleta. El electrólito recolectado (esto es, "agotado de metal") es regresado al depósito. Este tipo de arreglo produce un flujo menos que deseable de la solución electrolítica en el tanque. La solución electrolítica típicamente fluye desde su punto de entrada en el fondo del tanque hacia el borde del tanque en donde la solución abandona, esto es, rebosa, el tanque. Esto produce áreas de flujo más bajas entre las placas, que es más marcado en la parte media de la región superior del tanque. El flujo de la solución electrolítica también es influenciado por las burbujas de gas que se forman entre las placas de electrodo durante el proceso de deposición electrolítica, como el gas es liberado en la superficie de las placas de ánodo. Estas burbujas de gas también tienden a dirigir la solución electrolítica lejos de los espacios o aberturas entre las placas paralelas de cátodo y ánodo, hacia los costados y extremos del tanque. De esta forma, la solución electrolítica fresca y reabastecida que es forzada dentro del tanque típicamente fluye hacia los bordes del tanque en donde rebosa el tanque, más que dentro de las aberturas del cátodo y ánodo en donde ocurre realmente la deposición electrolítica y en donde se necesita la solución electrolítica reabastecida. La presente invención supera estos y otros problemas y provee una celda de extracción electrolítica y un sistema de recirculación para ésta, en donde la solución electrolítica fresca que penetra al tanque es dirigida de manera más uniforme entre las placas de cátodo y de ánodo.
Objetivos de la Invención De acuerdo con la presente invención, se provee una celda de extracción electrolítica que está compuesta por un tanque para contener electrólito. El tanque tiene un extremo superior abierto. Una pluralidad de placas metálicas de electrodo, planas, están dispuestas dentro del tanque en una relación paralela, lado a lado y separadas, las placas de electrodo definen una abertura entre placas electrodo adyacentes. Un sistema de recirculación de electrólito incluye un múltiple de admisión dispuesto debajo de las placas de electrodo y una pluralidad de colectores separados se extienden a través del extremo superior abierto del tanque. Los colectores se extienden en forma paralela a las placas de electrodo. El electrólito es continuamente bombeado dentro del tanque a través del múltiple de admisión. El ^ electrólito bombeado dentro del tanque fluye hacia arriba a través de las aberturas
^ s hacia los colectores, los colectores estableciendo un nivel para el electrólito en el tanque. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee una celda de extracción electrolítica que tiene un tanque, un electrólito dentro del tanque y una pluralidad de placas de electrodo metálicas y planas, dispuestas dentro del tanque lo en una relación paralela, separada y lado a lado. Las placas de electrodo adyacentes definen una abertura de electrodo entre ellas. Una línea de alimentación de electrólito se provee para inyectar electrólito dentro del tanque debajo de las ^ - porciones inferiores de las placas de electrodo. Una rejilla de colectores de electrólito compuesta por una pluralidad de colectores generalmente paralelos que se is extienden a través del tanque, está dispuesta entre las placas de electrodo y establece un nivel de electrólito en el tanque mediante la recolección del electrólito cuando dicho electrólito alcanza el nivel. Los recolectores están dispuestos con relación a la línea de alimentación de entrada para recolectar la solución electrolítica en ubicaciones separadas dentro del tanque y para producir un flujo generalmente 20 vertical del electrólito a través de las aberturas entre las placas de electrodo. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee una celda de extracción electrolítica que tiene un tanque con un extremo superior abierto, definido por un borde de tanque, electrólito dentro del tanque y una pluralidad de placas de electrodo, metálicas y planas, que están dispuestas dentro del tanque en 25 una relación paralela, separada y lado a lado. Placas de electrodo adyacentes definen una abertura de electrodo entre ellas. Un múltiple de inyección está dispuesto en la parte inferior del tanque para alimentar electrólito dentro del tanque en ubicaciones por debajo de las placas de electrodo. Una rejilla de colectores de electrólito compuesta por una pluralidad de orificios colectores define un nivel 30 superior del electrólito mediante su recolección desde el tanque. Los orificios están dispuestos en una relación separada a través del extremo superior abierto del tanque. La rejilla de colectores y el inyector creando un flujo de electrólito ascendente entre las placas conforme la solución fluye desde las ubicaciones del múltiple debajo de las placas y hacia los orificios recolectores. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método de extracción electrolítica de cobre, el cual comprende las etapas de: (a) orientar en forma vertical una placa cátodo entre dos placas ánodo verticales y separadas, dentro de un tanque, la placa cátodo y las placas ánodo estando esencialmente en forma paralela, unas respecto a las otras, con una abertura uniforme definida entre la placa cátodo y cada placa ánodo; (b) energizar con corriente negativa la placa cátodo y energizar con corriente positiva las placas ánodo; y (c) desarrollar un flujo vertical ascendente de electrólito a través de las aberturas entre la placa cátodo y las placas ánodo (1) forzando el electrólito dentro del tanque por debajo de las placas cátodo y ánodo, y (2) recolectando el electrólito dentro de una pluralidad de orificios recolectores dispuestos a través del tanque entre las placas ánodo. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un método de extracción electrolítica de cobre como se definió anteriormente, que comprende adicíonalmente la etapa de: (d) hacer que electrólito fluya a través de las aberturas entre la placa cátodo y las placas ánodo a una velocidad promedio uniforme de entre 1.27 cm/min (0.50 pulgadas/minuto) y 25.40 cm/min (10.0 pulgadas/minuto). Es un objeto de la presente invención el proveer una celda de extracción electrolítica que tiene características de operación mejoradas. Es otro objeto de la presente invención el proveer una celda de extracción electrolítica como se describió anteriormente, para la extracción electrolítica de cobre. Otro objeto de la presente invención consiste en proveer una celda de extracción electrolítica como se describió anteriormente, que tiene un flujo de electrólito mejorado entre las placas de electrodo.
Es un objeto de la presente invención el proveer un sistema de recirculación de electrólito para una celda deposición electrolítica. Es otro objeto de la presente invención el proveer un sistema de recirculación de electrólito como se describió anteriormente, que produce un flujo uniforme de electrólito que pasa las placas de electrodo en una celda de extracción electrolítica.
Todavía un objeto adicional de la presente invención consiste en proveer una celda de extracción electrolítica y un sistema de recirculación de electrólito como se describieron anteriormente, que mejoran la calidad del producto y la productividad de la celda de extracción electrolítica. Estos y otros objetivos y ventajas serán más claros a partir de la siguiente descripción de una modalidad preferida de la invención tomada en conjunto con los dibujos que se acompañan y las reivindicaciones anexas.
Breve Descripción de los Dibujos La invención puede tomar forma física en ciertas partes y arreglos de partes, modalidades preferidas de las cuales serán descritas con detalle en la siguiente especificación y que se ilustran en los dibujos anexos, los cuales forman parte de ella y en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva de una celda de extracción electrolítica que tiene placas de electrodo paralelas y que tiene un sistema de flujo de electrólito de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 2 es una vista seccional tomada a lo largo de las líneas 2-2 de la
Fig. 1. La Figura 3 es una vista seccional tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la
Fig. 1. La Figura 4 es una vista en planta superior de la celda de extracción electrolítica mostrada en la Fig. 1. La Figura 5 es una vista seccional amplificada de un sistema de recolección de electrólito de acuerdo con la presente invención. La Figura 6 es una vista seccional amplificada, tomada a (o largo de las líneas 6-6 de la Fig. 5.
La Figura 7 es una vista cortada y amplificada, tomada a lo largo de las líneas 7-7 de la Fig. 3. La Figura 8 es una vista en perspectiva de una placa de electrodo de ánodo, mostrando un colector de electrólito a lo largo de un borde superior de ésta. 5 La Figura 9 es una vista en perspectiva, amplificada, de los extremos de varias placas ánodo en donde ellas se proyectan a través de una pared del tanque, mostrando el patrón de flujo del electrólito desde la celda de extracción electrolítica hacia una canaleta de recolección de electrólito. La Figura 10 es una vista esquemática que muestra los orificios de admisión lo de electrólito y una rejilla de orificios de salida de electrólito formada por un sistema de circulación de electrólito de acuerdo con la presente invención. La Figura 11 es una vista en elevación de una esquina superior de una placa ^ ánodo mostrando un colector de electrólito de acuerdo con una modalidad alternativa de la presente invención; y is La Figura 12 es una vista en planta superior de un extremo de una placa ánodo mostrando un arreglo de sello para sellar el extremo del ánodo y el colector de electrólito hacia una pared del tanque.
Descripción Detallada de una Modalidad Preferida 20 Refiriéndonos ahora a los dibujos en donde las vistas son con el propósito de ilustrar únicamente la modalidad preferida de la invención y no tiene el propósito de limitarla, la Figura 1 es una vista en perspectiva de una celda de extracción electrolítica 10 para extraer metal de una solución electrolítica que contiene iones de del metal. (A lo largo de toda la descripción, los términos "solución electrolítica" y
"electrólito" son utilizados como sinónimos). La presente invención será descrita con respecto a una celda de extracción electrolítica para la producción de cobre, no obstante se apreciará que la celda 0 también puede ser utilizada para formar otros metales, tales como, a manera de ejemplo y no como una limitación, cinc o manganeso. 30 Dicho de una manera amplia, la celda 10 está compuesta por un tanque 20 que contiene una solución electrolítica 12. En la modalidad mostrada, el tanque 20 es generalmente rectangular en su forma e incluye paredes verticales laterales 22 y 24, paredes terminales 26 y 28 y una pared de fondo 32. Canaletas 34, 36 están formadas a lo largo de los bordes superiores y exteriores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24, respectivamente, como mejor se aprecia en las Figuras 1, 5 y 9. Las canaletas 34 y 36 son parte de un sistema de circulación de electrólito que será descrito con gran detalle más adelante. Los tanques de las celdas de extracción electrolítica están típicamente formados de un material resistente a la corrosión y a los ácidos, tal como un plástico o un metal inerte. El tanque 20 y las canaletas 34, 36 están preferiblemente formadas de un material plástico. El tanque 20 está dimensionado para recibir una pluralidad de electrodos paralelos, dispuestos lado a lado, designados 40, 50 en una relación separada y costado a costado. El electrodo 40 es una placa cátodo y el electrodo 50 es una placa ánodo. La placa cátodo 40 es generalmente una placa rectangular y plana que tiene una barra colgadora 42, recta, que se extiende a lo largo del borde superior de ésta. La barra colgadora 42 está preferiblemente soldada a la placa cátodo 40 como se conoce convencionalmente. La barra colgadora 42 tiene una longitud mayor que la anchura del tanque 20, en donde los extremos de la barra colgadora 42 se extienden más allá de la periferia del tanque 20, como se aprecia en la Figura 1. La placa ánodo 50, que se aprecia mejor en la Figura 8, es una placa rectangular y plana, que tiene una barra colgadora 52 extendiéndose a lo largo del borde superior de ésta. La barra colgadora 52 está dimensionada para extenderse más allá de las canaletas 34, 36 del tanque 20, como mejor se aprecia en la Figura 1. Las barras colgadores 42, 52 están formadas de un metal conductor como se conoce de manera convencional. Las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50 están dimensionadas para ser soportadas dentro del tanque 20 en una relación alternada, costado a costado. Con este fin, se disponen soportes estructurales 62, 64 fuera del tanque 20 para sostener las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50 en sus respectivas barras colgadores 42, 52. Los soportes 62 y 64 son mostrados solo parcialmente en los dibujos. En la modalidad mostrada, los soportes 62, 64 son rieles conductores, esto es, barras colectoras de cobre, que además de sostener las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50, forman trayectorias conductoras para energizar las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50, como se ilustra esquemáticamente en las Figuras 1-5. Como se aprecia mejor en las Figuras 1 y 3, los soportes 62 están dispersos con relación al tanque 20 de forma tal que las placas cátodo 40 están sostenidas dentro del tanque 20 con una porción inferior de cada placa cátodo 40 dispuesta dentro del tanque 20, y con barras colgadores 42 y una porción superior de la placa cátodo 40 dispuesta por encima de los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24 del tanque 20. Los soportes 64 para las placas ánodo 50 están dispuestos con relación al tanque 20 de tal manera que cada placa ánodo 50 y su respectiva barra colgadora 52, estén dispuestas por debajo de los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24 del tanque 20. Para permitir que las placas ánodo 50 estén colocadas por debajo de los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24, están formadas ranuras verticales 72 en los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24, como se aprecia mejor en las Figuras 1 y 2. Las ranuras 72 están dimensionadas para recibir barras colgadores 52 de ánodo. Los extremos distantes de las barras colgadores 52 se extienden sobre canaletas 34, 36 cuando las placas ánodo 50 están en posición dentro del tanque 20, como mejor se aprecia en la Figura 3. Las ranuras 72 están dimensionadas de forma tal que el borde superior de la barra colgadora 52 está dispuesto a una distancia predeterminada por debajo de los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24. En la modalidad mostrada en las Figuras 1-9, la anchura de las ranuras 72 está dimensionada para acoplar cercanamente la anchura de la barra colgadora 52, de forma tal que la barra colgadora 52 se ajusta estrechamente allí. En una modalidad alternativa, se puede proveer un sello 76, formado de un material elastomérico flexible que sea químicamente inerte para el electrólito 12, entre la barra colgadora 52 y las paredes laterales 22, 24, para formar un sello hermético a fluidos entre éstas, como se ilustra en la Figura 2. En la modalidad mostrada, las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50 están dispuestas en una forma alternada, costado a costado, en donde una placa cátodo 40 está dispuesta entre dos placas ánodo 50. Rieles guia (no mostrados) están dispuestos dentro del tanque 20 extendiéndose entre paredes terminales 26, 28 para recibir los bordes inferiores de las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50, respectivamente. Los ríeles guía son proveídos para alinear verticalmente las placas
cátodo 40 y las placas ánodo 50 dentro del tanque 20. También se pueden proveer guias verticales ranuradas (no mostradas) a lo largo de la superficie interior de las paredes laterales 22, 24 para ayudar en el alineamiento vertical de las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50, en relación unas con otras. Una abertura interiectrodo 88, generalmente uniforme, es definida entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50 ío adyacentes. Se provee un sistema de recirculación 90 de electrólito para hacer circular electrólito 12 a través del tanque 20. El sistema de circulación 90 está compuesto de ^ un depósito 92 y una bomba 94, que se ilustran esquemáticamente en la Figura 3. El depósito 92 provee un suministro de electrólito 12 que posee iones metálicos en él is para usarse en la celda de extracción electrolítica 10. El depósito 92 es esencialmente un tanque de reabastecimiento, en donde el electrólito 12 agotado en iones metálicos o gastado es reabastecido con iones metálicos. Dicho "tanque de reabastecimiento de iones metálicos" es convencionalmente conocido en la técnica y, por lo tanto, no será descrito con detalle. El depósito 92 proporciona un fuente de 20 electrólito 12 a la bomba 94 vfa una línea 93. En la modalidad mostrada, una línea ^ de alimentación 95 procedente de la bomba es dividida en dos líneas de
^ alimentación 95a, 95b. Las líneas de alimentación 95a, 95b se extienden a través de las paredes laterales 22, 24 dentro del tanque 20. Las líneas de alimentación 95a, 95b terminan, cada una, en una tubería de múltiple 96, que se aprecia mejor en la 25 Figura 2. Las tuberías de múltiple 96 están dispuestos por arriba de la pared de fondo 32 del tanque 20 y debajo de los extremos inferiores de las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50. Las tuberías de múltiple 96 tienen aberturas 98 orientadas hacia abajo, como mejor se aprecia en las Figuras 2 y 7. Una pluralidad de colectores 100 de electrólito se extienden a través del 30 extremo superior del tanque 20. En la modalidad mostrada, (os colectores 100 son canales en forma de "U" que están montados a lo largo del borde superior de la barra colgadora 52. Los colectores 100 en forma de "U" preferiblemente tienen una pared inferior 02 plana y paredes laterales 104 paralelas y que se extiende hacia arriba. Los colectores 100 están preferiblemente formados de un material plástico no conductor. Los colectores 100 pueden estar asegurados a barras colgadoras 52 mediante un número de diferentes medios, pero en la modalidad preferida, los colectores 100 están asegurados a las barras colgadoras 52 con sujetadores roscados, no metálicos, 112 que se empernan dentro de aberturas en la superficie superior de las barras colgadoras 52, como se aprecia mejor en la Figura 6. Como se observa mejor en la Figura 5, los colectores 100 están dimensionados de manera tal que una parte de los extremos lejanos de cada colector 100 se extiende más allá de las paredes laterales 22, 24 del tanque 20. Los colectores 100 están dimensionados para tener una anchura que se acopla muy cercanamente a la anchura de la barra colgadora 52 de ánodo, asociada, de forma tal que costados 104 de los colectores 100 se ajustan estrechamente dentro de ranuras 72 en las paredes laterales 22, 24 del tanque 20, como se aprecia mejor en la Figura 6, y forman una junta relativamente hermética a fluidos. Una pluralidad de aberturas 106 alineadas y separadas están formadas en cada pared lateral 104 de cada colector 100 en forma de "U". En la modalidad mostrada, las aberturas 106 son de forma cilindrica y están dispuestas alrededor de la mitad hacia arriba de cada pared lateral 104 de los colectores 100. Las aberturas 106 están alineadas en filas y cada fila de aberturas 106 es preferiblemente paralela a las aberturas 106 en otros colectores para yacer en un plano común. Los colectores 100 están adaptados para recolectar electrólito 12 del tanque 20 y para dirigir electrólito 12 a canaletas 34, 36. Cada canaleta 34, 36 contiene uno o más tubos de drenado 132 que están conectados a una linea 134 de retomo de electrólito para regresar electrólito 12 hacia el depósito 92. Refiriéndonos ahora a la operación de la celda de extracción electrolítica 10, la presente invención será descrita con respecto a la extracción electrolítica de cobre. El tanque 20 está lleno con electrólito 12 compuesto de ácido sulfúrico (H2SO4) conteniendo iones de cobre. Las placas cátodo 40 están cargadas negativamente y las placas ánodo están cargadas positivamente para producir un campo eléctrico a través de las aberturas interelectrodo 88 definidas entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50 adyacentes. La bomba 94 hace que el electrólito 12 sea forzado dentro del tanque 20 a través de tuberías de múltiple 96. Las aberturas 98 en los tubos de múltiple 96 dirigen electrólito 12 hacia la parte inferior del tanque 20, como se indica por las flechas en la Figura 2. Desde el fondo del tanque 20, el electrólito 12 fluye generalmente en forma vertical a través de las aberturas 88 entre las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, la bomba 94 es preferiblemente operada para crear flujo de electrólito 12 a través de dichas aberturas 88 de electrodo entre las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50 a una velocidad entre 1.27 cm/min (0.50 pulgadas/minuto) y 25.40 cm/min (10.0 pulgadas/minuto). En otra modalidad, la velocidad del el 12 a través de las aberturas está entre 5.08 cm/min (2.0 pulgadas/minuto) y 17.78 cm/min (7.0 pulgadas/minuto). Preferiblemente, la velocidad del electrólito 12 a través de las aberturas está entre 10.16 cm/min (4.0 pulgadas/minuto9 y 15.24 cm/min (6.0 pulgadas/minuto). El nivel de electrólito 2 en el tanque 20 es establecido por aberturas 106 en los colectores 100. Debido a que los bordes superiores 22a, 24a de las paredes laterales 22, 24 y los bordes superiores 26a, 28a de las paredes terminales 26, 28 del tanque 20 están por arriba de las aberturas 106, una vez que el electrólito 12 alcanza el nivel de las aberturas 106, el electrólito 12 fluye dentro de colectores 100 en forma de "U" y es transportado a través de los colectores 100 a canaletas 34, 36, como se ilustra en la Figura 9. El electrólito 12 en las canaletas 34, 36 es regresado al depósito 92 via las lineas 34. Como se indicó anteriormente, la barra colgadora 52 de ánodo y el colector 100 preferiblemente forman un ajuste hermético con ranuras 72 en paredes laterales 22, 24 para minimizar la fuga de electrólito 12 desde el tanque 20 a través de dichas uniones. Sin embargo, como se apreciará, la fuga menor de electrólito no afectará de manera importante el flujo de electrólito 12 a través de las aberturas 106 de los colectores 100, y cualquier fuga a través de las paredes laterales 22, 24, por supuesto, será recolectada por canaletas 34, 36 y regresado al depósito 92 via tuberías de drenado 132 y líneas de regreso 134. Si se desea una junta hermética a fluidos se puede utilizar un sello 76, como se muestra en la Figura 12. La pluralidad de colectores 100 que se extienden a través del borde superior del tanque 20 básicamente forma un arreglo de aberturas 106 similar a una rejilla ^ 5 que esencialmente provee una pluralidad de orificios de salida u orificios de drenado para el electrólito 12 que se extienda sobre la superficie superior del tanque 20. La Figura 10 esquemáticamente muestra la pluralidad de aberturas 106 en colectores 100 y como dichas aberturas 106 básicamente proveen un patrón similar a una rejilla, de orificios de salida de electrólito a través del extremo superior del tanque 20. ío Debido a que los orificios de salida del electrólito, esto es, las aberturas 106, están directamente por arriba de los orificios de entrada de electrólito, esto es, las aberturas 98 en los tubos 92 de múltiple, el electrólito 12 es forzado dentro del fondo del tanque 20 y sigue una trayectoria de flujo generalmente vertical hacia arriba a través de la abertura 88 entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50, como se indica ís por flechas en la Figura 7. Como resultado, existe un flujo continuo de electrólito 12 nuevo, reabastecido, procedente del depósito 92, fluyendo entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50, en donde ocurre el proceso de deposición electrolítica. Este tipo de flujo no solo provee un electrólito 2 rico en iones metálicos entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50, sino que también ayuda a forzar a que se alejen las burbujas de 20 gas B que típicamente se forman sobre la superficie de las placas ánodo 50 durante ^ el proceso de deposición electrolítica. ^ La Figura 7 ilustra de manera esquemática una celda 10 en operación. Las flechas indican la dirección del flujo de electrólito 12. El cobre, designado como X" en la figura, se muestra siendo revestido sobre las placas cátodo 40. Las burbujas 25 de gas, designadas como "B" en el dibujo, se ilustran formándose sobre la superficie de las placas ánodo 50. Las burbujas de gas B actúan como aislantes y reducen el potencial del campo eléctrico entre las placas cátodo 40 y las placas ánodo 50. Utilizando el flujo de electrólito 12 para forzar a alejarse a dicha burbujas B mejora adicionalmente el proceso de deposición electrolítica. Al proveer los orificios de 30 salida de electrólito, esto es, las aberturas 106 en los colectores 100 entre placas cátodo 40 adyacentes, el electrólito 12 gastado, esto es, electrólito que tiene una concentración reducida de iones metálicos como resultado del proceso de deposición electrolítica, es forzado fuera del tanque 20 dentro de colectores 100 por electrólito 2 fresco que está siendo forzado desde debajo. La presente invención provee de esta forma una celda de extracción electrolítica 10 y un sistema de circulación de electrólito para dicha celda, el cual provee un flujo más uniforme y consistente de electrólito 12 a través de aberturas 88 entre placas cátodo 40 y placas ánodo 50 adyacentes. El flujo más uniforme y consiste de electrólito facilita un depósito de metal más consistente y uniforme. Otra ventaja de la presente invención consiste en que la velocidad de flujo del electrólito 12 a través de las aberturas 88 puede ser controlada. Puesto que el flujo a través de las aberturas 88 depende del flujo de electrólito 12 dentro del tanque 20, al controlar la salida de la bomba 94, se pueden establecer velocidades de flujo variables de electrólito 12 en la abertura 88 para optimizar un velocidad de depósito deseada. Típicamente, la mayoría de las celdas de extracción electrolítica de cobre convencionales, que tienen configuraciones de rebosamiento lateral o de borde, trabajan a una velocidad de flujo de electrólito equivalente a 5.7 lt/min (1.5 gal/min) a través de una área de 0.929 m2 (1 pie cuadrado). Esto es equivalente a una velocidad de fluido promedio a través de un área unitaria de aproximadamente 4.97 cm/min [0.163 pie/min («0.033 pulgadas/segundo)]. En celdas de extracción electrolítica convencionales de cobre con drenado lateral o de borde, al incrementar la velocidad de flujo del electrólito no se mejora de manera importante la velocidad de depósito del cobre. Se cree que dicha configuración produce velocidades de flujo no uniformes entre electrodos y por lo tanto, limita la velocidad de flujo de operación del electrólito debido a que en algunas áreas de dichos tanques, particularmente en los costados, las velocidades de flujo del electrólito son más altas que las áreas en el centro superior del tanque. Dichas velocidades de flujo no uniformes del electrólito entre los electrodos también producen un depósito no uniforme del metal depositado electrolíticamente. La presente invención provee un flujo vertical de electrólito 12 más uniforme y distribuido de manera más pareja pasando las placas cátodo y ánodo 40, 50. Dicho flujo proporciona mejores velocidades de depósito de cobre a las velocidades de flujo convencionales de aproximadamente 175 K/min/cm2 [0.05. gal/min/pie2]. Aún a velocidades más altas de hasta aproximadamente 1758 lt/min/cm2 [0.5 gal/min/pie2], una celda de conformidad con la presente invención provee un depósito incrementado de cobre. A velocidades de flujo por encima de 527 lt/min/cm2 [0.15 gal/min/pie2], solo parecen suceder ligeras mejoras en el depósito de cobre conforme la velocidad de flujo se incrementa. La descripción precedente es una modalidad especifica de la presente invención. Deberá apreciarse que esta modalidad es descrita con propósitos de ilustración únicamente y que numerosas alteraciones y modificaciones pueden ser llevadas a la práctica por aquellos capacitados en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, se apreciará por aquellos capacitados en la técnica que pueden utilizarse otros tipos de colectores 100 para formar orificios de salida de electrólito, separados, a través de extremo superior del tanque 20. A este respecto, la Figura 11 muestra un colector 100' que tiene muescas en forma de V 106' formadas en paredes laterales 104'. Las muescas 106' en forma de V definen los orificios de salida de electrólito para recolectar electrólito 12. Además, la invención hasta ahora ha sido descrita con respecto a una celda de extracción electrolítica de cobre, en donde el cobre es depositado sobre placas cátodo 40 y los colectores 100 están dispuestos a lo largo del borde superior de placas ánodo 50. En otros tipos de celdas de extracción electrolítica, tales como celdas para la formación de manganeso, el metal es depositado electrolíticamente sobre una placa ánodo. En dichas celdas, los colectores estarían preferiblemente dispuestos a lo largo de los bordes de las placas cátodo. Se apreciará además que los colectores 100 no necesitan estar asegurados a un borde superior de una placa de electrodo para proporcionar un arreglo de orificios de salida de electrólito similar a rejilla a través del extremo superior del tanque. Se pretende que la totalidad de tales modificaciones y alteraciones estén incluidas en tanto ellas caigan dentro del alcance de la invención según se reivindica o en equivalentes de ella.
Claims (28)
- Novedad de la Invención 1. Una celda de extracción electrolítica, la cual está compuesta por un tanque para contener electrólito, el cual tiene un extremo superior abierto; una pluralidad de placas metálicas de electrodo, planas, dispuestas dentro del v . s tanque en una relación paralela, lado a lado y separadas, dichas placas de electrodo definen una abertura entre placas electrodo adyacentes; un sistema de circulación de electrólito, el cual incluye: un múltiple de admisión dispuesto debajo de las placas de electrodo; una pluralidad de colectores separados que se extienden a través del lo extremo superior abierto de dicho tanque, los colectores se extienden en forma paralela a las placas de electrodo; y un dispositivo para bombear continuamente electrólito dentro del tanque a través del múltiple de admisión, en donde el electrólito bombeado dentro del tanque fluye hacia arriba a través de las aberturas hacia dichos colectores, los is colectores estableciendo un nivel para dicha solución de electrólito en dicho tanque.
- 2. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicha celda de extracción electrolítica es para la extracción electrolítica de cobre, y dichas placas de electrodo incluyen placas cátodo y placas ánodo que se alternan, una placa cátodo estando dispuesta entre dos 20 placas ánodo.
- 3. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la r reivindicación 1, en donde dicho colector se extiende a través del borde superior de dichas placas ánodo.
- 4. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la 25 reivindicación 3, en donde dichos colectores son canales en forma de U, que tienen extremos que se extienden más allá de los costados del tanque.
- 5. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 4, en donde dichos canales en forma de U tienen paredes laterales con aberturas en ellas, dichas aberturas formando orificios de salida de electrólito y 30 estableciendo dicho nivel de electrólito en dicho tanque.
- 6. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho dispositivo para bombear es una bomba susceptible de control para variar el flujo de electrólito dentro de dicho tanque.
- 7. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 6, en donde el electrólito fluye a través de dicha abertura a una velocidad promedio de entre 0.05 pulgadas/minuto y 0.50 pulgadas/minuto.
- 8. En una celda de extracción electrolítica que tiene: un tanque; un electrólito dentro de dicho tanque, y una pluralidad de placas metálicas de electrodo, planas, dispuestas dentro del tanque en una relación paralela, lado a lado y separadas, placas de electrodo adyacentes definen una abertura de electrodo entre ellas, la mejora comprende: una línea de alimentación de electrólito para inyectar electrólito dentro de dicho tanque por debajo de dichas porciones inferiores de dichas placas de electrodo; y una rejilla de colectores de electrólito compuesta por una pluralidad de colectores generalmente paralelos y que se extienden a través de dicho tanque, dichos colectores estando dispuestos entre dichas placas de electrodo y estableciendo un nivel de electrólito en dicho tanque mediante la captación de dicho electrólito cuando éste alcanza dicho nivel, los colectores dispuestos con relación a dicha linea de alimentación de entrada para recolectar dicho electrólito en ubicaciones separadas dentro del dicho tanque y para producir un flujo generalmente vertical de electrólito a través de dichas aberturas entre dichas placas de electrodo.
- 9. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 8, en donde dichas ubicaciones separadas están dispuestas entre placas de electrodo adyacentes.
- 10. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 9, en donde dichos colectores se extienden a través de las partes superiores de dichas placas de electrodo.
- 11. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 10, en donde dichos colectores son conductos que se extienden a través de una pared de dicho tanque, dichos conductos dirigiendo electrólito procedente de dichas ubicaciones separadas hacia una canaleta a lo largo del costado de dicho tanque.
- 12. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la s reivindicación 11 , en donde dichos conductos son canales en forma de U que tienen paredes laterales con aberturas en ellas, dichas aberturas definiendo el nivel de electrólito en dicho tanque al recolectar electrólito a través de dichas aberturas y dirigiendo dicho electrólito desde dicho tanque hacia dicha canaleta.
- 13. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la o reivindicación 9, comprendiendo además un sistema de circulación de electrólito, el cual posee: un depósito para reabastecer dicho electrólito con átomos de metal; una bomba para transportar electrólito desde dicho depósito hacia dicho tanque; y 5 cuando menos una canaleta unida a dicho depósito para recibir electrólito procedente de dichos colectores y regresando dicho electrólito a dicho depósito.
- 14. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 13, en donde dicha bomba tiene una salida variable para modificar el 0 flujo de electrólito a través de dichas aberturas entre dichas placas de electrodo.
- 15. En una celda de extracción electrolítica que tiene: un tanque con un extremo superior abierto definido por un borde de tanque; un electrólito dentro de dicho tanque; una pluralidad de placas metálicas de electrodo, planas, dispuestas dentro del 5 tanque en una relación paralela, lado a lado y separadas, placas de electrodo adyacentes definen una abertura de electrodo entre ellas, la mejora comprende: un múltiple inyector en el fondo de dicho tanque para alimentar electrólito dentro de dicho tanque en ubicaciones por debajo de dichas placas de electrodo; y 0 una rejilla de colectores compuesta por una pluralidad de colectores que tienen orificios de salida que definen un nivel superior de dicho electrólito mediante la captación del electrólito desde el tanque, dichos orificios dispuestos en relación separada dentro de dicho extremo superior abierto, definido por dicho borde de tanque, dicha rejilla de colectores y dicho inyector creando un flujo de electrólito ascendente entre dichas placas conforme dicha solución fluye desde dichas s ubicaciones de múltiple por debajo de dichas placas hacia dichos orificios.
- 16. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 15, en donde dicha rejilla de colectores está compuesta por una pluralidad de conductos alargados de fluido que se extienden a través de dicho extremo superior abierto de dicho tanque. o
- 17. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 16, en donde dichos conductos están generalmente paralelos, unos respecto a otros, y están colocados entre dichas placas de electrodo.
- 18. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 17, en donde dichos conductos son canales en forma de U y dichos s orificios son aberturas en los costados de dichos canales.
- 19. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 8, en donde dichas aberturas son circulares.
- 20. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 18, en donde dichas aberturas son cortes en forma de U. 0
- 21. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 18, en donde el electrólito fluye a través de dicha abertura de electrodo entre dichas placas de electrodo a una velocidad promedio de entre 1.27 cm/min [0.50 pulgadas/minuto] y 25.40 cm/min [10.0 pulgadas/minuto].
- 22. En una celda de extracción electrolítica que tiene: 5 un tanque con un extremo superior abierto; un electrólito dentro de dicho tanque; y una pluralidad de placas de electrodo, separadas, dentro de dicho tanque, la mejora comprende: una pluralidad de orificios de entrada de electrólito dispuestas dentro 0 de dicho tanque, por debajo de dichas placas de electrodo, dichos orificios de entrada susceptibles de ser conectados a una fuente de electrólito presurízado para forzar electrólito dentro de dicho tanque; y una pluralidad de orificios de salida de electrólito a un nivel predeterminado en dicho tanque y espaciados a través de dicho extremo superior abierto del tanque, dichos orificios de salida dispuestos por arriba de dichos orificios de entrada para recolectar electrólito en dicho tanque cuando dicho electrólito alcanza dicho nivel predeterminado.
- 23. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 22, en donde dichos orificios de salida de electrólito son aberturas en colectores que se extienden a través de dichas aberturas en el tanque.
- 24. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 23, en donde dichos colectores están unidos a placas de electrodo.
- 25. Una celda de extracción electrolítica de conformidad con la reivindicación 22, en donde dichos orificios de salida están dispuestos entre placas de electrodo.
- 26. Un método para la deposición electrolítica de cobre, el cual comprende las etapas de: (a) orientar en forma vertical una placa cátodo entre dos placas ánodo verticales y separadas, dentro de un tanque, la placa cátodo y las placas ánodo estando esencialmente en forma paralela, unas respecto a las otras, con una abertura uniforme definida entre la placa cátodo y cada placa ánodo; (b) energizar con corriente negativa la placa cátodo y energizar con corriente positiva las placas ánodo; y (c) desarrollar un flujo vertical ascendente de electrólito a través de las aberturas entre la placa cátodo y las placas ánodo (1) forzando el electrólito dentro del tanque por debajo de las placas cátodo y ánodo, y (2) recolectando el electrólito con una pluralidad de orificios recolectores dispuestos a través del tanque entre las placas ánodo.
- 27. Un método para la deposición electrolítica de cobre, de conformidad con la reivindicación 26, el cual comprende adicionalmente (a etapa de: (d) hacer que dicho electrólito fluya a través de las aberturas entre la placa cátodo y las placas ánodo a una velocidad promedio uniforme de entre 1.27 cm/min [0.50 pulgadas/minuto] y 25.40 cm/min [0.0 pulgadas/minuto].
- 28. Un método de deposición electrolítica de cobre de conformidad con la reivindicación 27, en donde dicha velocidad del electrólito está entre 1.27 cm/min [0.50 pulgadas/min.] y 25.40 cm/min [10.0 pulgadas/min].
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