WO2011026253A1 - Cuba electrolítica para procesos de electro diálisis - Google Patents
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- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
Definitions
- Hydrometallurgical processes for the recovery of metallic values, from materials containing them comprise various stages such as, leaching of the material followed by concentration and purification of the resulting solutions by solvent extraction or ion exchange; and finally the electrobtention of the desired value.
- the process of electro obtaining metals is carried out in rectangular ponds or electrolytic tanks where the solution containing the metal normally in the form of sulfate is continuously introduced to the tanks, which have cathodes and anodes inside , both of approximately 1 m 2 each and submerged in the sulfate solution of the metal of interest.
- Figure 1 is a plan view of the cell object of the proposed utility model
- Figure 2 is an elevation view according to plane AA of Figure 1
- Figure 3 is an elevation view according to plane BB of Figure 1.
- Figure 4 is an elevation view according to the CC plane of Figure 1.
- Figure 5 is an elevation view according to plane DD of Figure 1.
- Figure 6 is a top view of a preferred embodiment of the tank floor.
- Figure 7 is a view of the separator element.
- Figure 1 shows the plan view of a cell object of the proposed utility model, which comprises the housing 1 containing the anodes 2, the cathodes 3 and the separating elements 4, which form a plurality of anolyte chambers 5 and catholites 6.
- the anodes 2 are located in the center of the anolyte chamber 5 and the cathodes 3 are located in the center of the catholyte chambers 6, the chambers 5 and 6 are isolated by the separator element 4.
- the housing 1 has a thickness E, between 0.01 cm and 0.5 m, preferably 0.1 m.
- the length of the housing 1, L is given by the sum of the plurality of the chambers 5 and 6.
- the anode 2, figure 4 has a surface, S2, comprises between 0.25 m 2 and 2.5 m 2 preferably 1.0 m 2 , a high H2, between 0.5 m and 2.0 m preferably 1.0 m and a width A2 between 0.5 m and 2.0 m. preferably 1.0 m, with the ratio H2 / A2 between 0.25 and 4.0, preferably 1.0.
- HC is the distance between the upper part of the chamber 11a and the upper part of the tank.
- the cathode 3, figure 3 has a surface, S1, between 0.25 m 2 and 2.5 m 2 preferably 1.0 m 2 , a high H1, between 0.5 m and 2.0 m preferably 1.0 m a width A1 between 0.5 m and 2.0 m. preferably 1.0 m, with the ratio H1 / A1 between 0.25 and 4.0, preferably 1.
- HC the distance between the upper part of the chamber 11b and the upper part of the tank is HC.
- Chamber 5 and chamber 6 have the same useful interior width A3, whose value is 1.05 to 1, 3 times the highest value between A1 and A2.
- Chamber 5 has a length D2 between 0.01 m and 0.25 m.
- Chamber 6 has a length D1 between 0.01 m and 0.25 m.
- the membrane surface of the separator element 4.0, S3, figure 5, is between 0.25 m 2 and 2.5 m 2 .
- each particular chamber 5 and 6 individually comprise a feeding chamber, 11a, for the anolyte and 11b for the catholyte where the anolyte enters through hole 7 to chamber 11a and enters through holes 8 to chamber 6, in turn the catholyte enters through hole 9, to chamber 11b, and enters through holes 10 to chamber 5.
- the chamber 5, figure 1 comprises an overflow hole, 17, for the anolyte.
- the chamber 6, figure 1 comprises an overflow hole, 12, for the catholyte.
- the distance H3, figure 2, between the upper part of the tank and the center of the overflow holes is between 0.01 m and 0.5 m.
- the chambers 11a and 11b have the same height H2, figure 3, between 0.01 m to 1.0 m.
- Figure 6 shows chambers 5 and 6 and their holes 12 and 17.
- the separator element 4 is formed by the frame 13 that supports the membrane 14, figure 7.
- the frame 13, is formed by the crossbars 15a and 15b that form the upper and lower part respectively and the sides 16, both the crossbars and the lateral ones They can be cross-sectional or circular and their interior can be hollow or solid.
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Abstract
No existe en el estado de la técnica una cuba electrolítica a nivel industrial que permita realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal interés. La presente solicitud resuelve dicho problema técnico mediante una cuba electrolítica que realiza la electro obtención de un metal por electro diálisis lo que comprende una carcasa que contiene ánodos, cátodos y elementos separadores, que conforman una pluralidad de cámaras de anolito y catolito, donde los ánodos y cátodos se encuentran ubicados en el centro de las respectivas cámaras donde las cámaras de anolito y catolito están separadas por los elementos separadores, donde Ia altura del ánodo y el cátodo están comprendida entre 0,5 m y 2,0 m y sus anchos están comprendidos entre 0,5 m y 2,0 m, con una relación alto/ancho comprendida entre 0,25 y 4,0; con superficies de ánodos y cátodos comprendida entre 0,25 m2 y 2,5 m2; con alturas comprendidas entre 0,5 m y 2,0 m; con espesor comprendido entre 0,5 m y 2,0 m; las cámaras de anolito y catolito tienen el mismo ancho interior útil cuyo valor es de 1,05 a 1,3 veces el mayor ancho de las cámaras; las que tienen un largo comprendido entre 0,01 m y 0,25 m; Ia superficie útil de Ia membrana está comprendida entre 0,25 m2 y 2,5 m2, el elemento separador está conformado por un marco que soporta una membrana de intercambio iónico donde el marco está conformado por dos piezas que toman su parte superior e inferior y dos piezas laterales; las cámaras de alimentación de catolito y anolito tienen la misma altura está comprendida entre 0,01 m y 1,0 m.
Description
CUBA ELECTROLÍTICA PARA PROCESOS DE ELECTRO DIÁLISIS
Los procesos hidrometalúrgicos para la recuperación de valores metálicos, a partir de materiales que los contienen comprenden diversas etapas tales como, lixiviación del material seguida de concentración y purificación de las soluciones resultantes mediante extracción por solvente o intercambio iónico; y finalmente la electrobtención del valor deseado.
Los procesos industríales corrientemente utilizan ácido sulfúrico en la lixiviación, como en el caso del Cu, Co, Ni, y Zn, entre otros.
El proceso de electro obtención de metales, se lleva a cabo en estanques rectangulares o cubas electrolíticas donde la solución que contiene el metal normalmente a la forma de sulfato es ingresada en forma continua a las cubas, las que disponen en su interior los cátodos y ánodos, ambos de aproximadamente 1 m2 cada una y sumergidas en la solución de sulfato del metal de interés.
Sin pérdida de generalidad, explicaremos para el caso específico del cobre:
En el cátodo se deposita el cobre de acuerdo a la siguiente reacción electroquímica:
Reacción catódica: (1) Cu2+ + 2e~ ► Cu° ΔΝ/ = + 0,337 volt
En el ánodo se produce la descomposición del agua, de acuerdo a la reacción:
Reacción anódica: (2) 2H20 ► 02 + 4H+ + 4e~ AV = -1 ,229 volt
Lo que da un potencial teórico de = +0,337— 1 ,229 = -0,892 volt.
A este potencial teórico debe sumársele el potencial necesario para vencer la resistencia eléctrica del electrolito y de los conductores y el sobrepotencial en los electrodos, se han hecho innumerables esfuerzos para disminuir al máximo estas caídas de potencial llegándose en la actualidad a un potencial real del orden 1 ,9 volt, es decir, las pérdidas de potencial son del orden de 1 volt.
i
Por otra parte, en el estado actual de la técnica la eficiencia de corriente es superior al 95%, lo que da un consumo energético del orden de 2 WH/kg de cobre.
En la solicitud de patente N° 3.034-2008, se presenta un proceso donde se electrodeposita el cobre en el cátodo según la reacción (1),
Reacción catódica: Cu2+ + 2e" ► Cu° AV = + 0,337 volt (1) pero reemplazando la reacción anódica (2) por la reacción (3) de oxidación anódica del Fe+2 a Fe+3, según.
Reacción catódica: Fe2+ ► Fe3+ + e~ AV = - 0,771 volt (3)
Lo que da un potencial teórico de -0,434 volt y un real del orden de 1,4 volt con un consumo energético del orden de ,5 KWH/kg de cobre.
Es decir, que al reemplazar la reacción (2) por la reacción (3) el potencial aplicado disminuye en 0,458 volt cualquiera sea el metal que se deposita partiendo del sulfato correspondiente.
Este sistema electroquímico que comprende las reacciones (1) y (3), aunque conocido teóricamente y desarrollado a nivel experimental nunca ha sido aplicado industríalmente.
Por consiguiente no existe en el estado de la técnica una cuba electrolítica a nivel industrial que permita realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal interés.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una vista en planta del la celda objeto del modelo de utilidad propuesto
La figura 2 es una vista en elevación según plano AA de la figura 1
La figura 3 es una vista en elevación según plano BB de la figura 1.
La figura 4 es una vista en elevación según plano CC de la figura 1.
La figura 5 es una vista en elevación según plano DD de la figura 1.
La figura 6 es una vista superior de una realización preferida del sobre piso de la cuba.
La figura 7 es una vista del elemento separador.
DESCRIPCIÓN DEL MODELO DE UTILIDAD
La descripción del modelo de utilidad se hará en base a las figuras.
En la figura 1 se muestra la vista en planta de una celda objeto del modelo de utilidad propuesto, la cual comprende la carcasa 1 que contiene los ánodos 2, los cátodos 3 y los elementos separadores 4, que conforman una pluralidad cámaras de anolitos 5 y catolitos 6. Los ánodos 2 se encuentran ubicados en el centro de la cámara de anolito 5 y los cátodos 3 se encuentran ubicados en el centro de las cámaras de catolito 6, las cámaras 5 y 6 están aisladas por el elemento separador 4.
La carcasa 1, tiene un espesor E, comprendido entre 0,01 cm y 0,5 m, preferentemente 0,1 m.
El largo de la carcasa 1 , L, está dado por la suma de la pluralidad de las cámaras 5 y 6.
El ánodo 2, figura 4, tiene una superficie, S2, comprende entre 0.25 m2 y 2.5 m2 preferentemente 1,0 m2, un alto H2, comprendido entre 0,5 m y 2,0 m preferentemente 1,0 m y un ancho A2 comprendido entre 0,5 m y 2,0 m. preferentemente 1,0 m, con la relación H2/A2 comprendida entre 0,25 y 4,0, preferentemente 1,0. Donde HC es la distancia entre la parte superior de la cámara 11a y la parte superior de la cuba.
El cátodo 3, figura 3, tiene una superficie, S1 , comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2 preferentemente 1,0 m2, un alto H1, comprendido entre 0,5 m y 2,0 m preferentemente 1,0 m y un ancho A1 comprendido entre 0,5 m y 2,0 m. preferentemente 1,0 m, con la relación H1/A1 comprendida entre 0,25 y 4,0, preferentemente 1. Donde la distancia entre la parte superior de la cámara 11b y la parte superior de la cuba es HC.
La cámara 5 y la cámara 6, tienen un mismo ancho interior útil A3, cuyo valor es 1,05 a 1 ,3 veces el mayor valor entre A1 y A2.
La cámara 5 tiene un largo D2 comprendido entre 0,01 m y 0,25 m. La cámara 6 tiene un largo D1 comprendido entre 0,01 m y 0,25 m.
La superficie de la membrana del elemento separador 4,0, S3, figura 5, está comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2.
En una realización preferida cada cámara en particular 5 y 6, comprenden en forma individual una cámara de alimentación, 11a, para el anolito y 11b para el catolito en donde el anolito ingresa por el orificio 7 a la cámara 11a e ingresa por los orificios 8 a la cámara 6, a su vez el catolito ingresa por el orificio 9, a la cámara 11b, e ingresa por los orificios 10 a la cámara 5.
La cámara 5, figura 1, comprende un orificio de rebalse, 17, para el anolito.
La cámara 6, figura 1, comprende un orificio de rebalse, 12, para el catolito.
La distancia H3, figura 2, entre la parte superior de la cuba y el centro de los orificios de rebalse está comprendida entre los 0,01 m y 0,5 m.
Las cámaras 11a y 11b, tienen una misma altura H2, figura 3, entre 0,01 m a 1,0 m.
La figura 6, se muestran las cámaras 5 y 6 y sus orificios 12 y 17.
El elemento separador 4, está conformado por el marco 13 que soporta la membrana 14, figura 7. El marco 13, está conformado los travesanos 15a y 15b que forman la parte superior e inferior respectivamente y los laterales 16, tanto los travesanos como los laterales pueden ser de sección transversal o circular y su interior puede ser hueco o macizo.
En el caso de ser hueco puede estar dividido en dos secciones que conforman dos conductos por donde se puede introducir el anolito y el catolito a las cámaras 5 y 6 respectivamente.
El elemento separador 4, figura 7, comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2 preferentemente 1,2 m2, un alto H6, comprendido entre 0,5 m y 2,0 m preferentemente 1,1 m y un ancho L2 comprendido entre 0,5 m y 2,0 m. preferentemente 1.1 m, con la relación H1/A1 comprendida entre 0,25 y 4,0, preferentemente 1,0.
La membrana, 14, figura 7, parte integrante del elemento separador 4, figura 7, comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2 preferentemente 1.10 m2, un alto H4, comprendido entre 0,5 m y 2,0 m preferentemente 1,05 m y un ancho A4 comprendido entre 0,5 m y 2,0 m. preferentemente 1.05 m, con la relación H1/A1 comprendida entre 0,25 y 4,0, preferentemente 1,0.
Claims
PLIEGO DE REIVINDICACIONES Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, cuba que comprende la carcasa que contiene ánodos, cátodos y elementos separadores que contienen una membrana de intercambio iónico, que conforman una pluralidad de cámaras de anolitos y catolitos, donde los ánodos se encuentran ubicados en el centro de la cámaras de anolito y los cátodos se encuentran ubicados en el centro de las cámaras de catolito y donde las cámaras de anolitos están separadas de las cámaras de catolitos por los elementos separadores, CARACTERIZADA porque. a) la altura del ánodo está comprendida entre 0,5 m y 2,0 m;
b) el ancho del ánodo está comprendido entre 0,5 m y 2,0 m;
c) la relación alto/ancho del ánodo está comprendida entre 0,25 y 4,0;
d) el ánodo tiene una superficie, comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2;
e) la altura del cátodo está comprendida entre 0,5 m y 2,0 m;
f) el espesor del cátodo está comprendido entre 0,5 m y 2,0 m;
g) la relación alto/ancho, del cátodo está comprendida entre 0,25 y 4,0;
h) el cátodo tiene una superficie, comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2;
i) Las cámaras de anolito y las cámaras de catolito tienen el mismo ancho interior útil cuyo valor es 1,05 a 1,3 veces el mayor ancho de las cámaras;
j) la cámara de anolito tiene un largo comprendido entre 0,01 m y 0,25 m;
k) la cámara de catolito tiene un largo comprendido entre 0,01 m y 0,25 m.
I) La superficie útil de la membrana 4, S3, está comprendida entre 0.25 m2 y 2,5 m2;
m) El elemento separador está conformado por un marco que soporta una membrana;
n) el marco está conformado dos piezas que forman su parte superior e inferior y dos piezas laterales;
o) las cámaras de alimentación de catolito y anolito tienen la misma altura y está comprendida entre 0,01 m a 1,0 m;
p) el espesor de la carcasa está comprendido entre 0,01 m y 0,5 m; Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA,
porque cada cámara de anolito y de catolito, comprenden en forma individual cámaras para la alimentación del anolito y del catolito.
3.- Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la cámara de alimentación de anolito posee un orificio para la alimentación del anolito en una de sus paredes laterales o en su fondo.
4 - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 3 CARACTERIZADA, porque la parte superior de la cámara de alimentación del anolito comprende una placa perforada por donde ingresa el anolito a la cámara del anolito.
5 - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 4 CARACTERIZADA, porque la cámara de alimentación de anolito posee un orificio para la alimentación del anolito en una de sus paredes laterales o en su fondo.
6. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis de) metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la parte superior de la cámara de alimentación del anolito comprende una placa perforada por donde ingresa el anolito a la cámara del anolito.
7. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la cámara del anolito, consta un orificio de rebalse para el anolito.
8. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la cámara de alimentación de catolito posee un orificio para la alimentación del catolito en una de sus paredes laterales o en su fondo.
9.- Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 8 CARACTERIZADA,
porque la parte superior de la cámara de alimentación del catolito comprende una placa perforada por donde ingresa el catolito a la cámara del catolito.
10. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 9 CARACTERIZADA, porque la cámara de alimentación de catolito posee un orificio para la alimentación del catolito en una de sus paredes laterales o en su fondo.
11. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la parte superior de la cámara de alimentación del catolito comprende una placa perforada por donde ingresa el catolito a la cámara del catolito.
12. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la cámara del catolito, consta un orificio de rebalse para el catolito.
13. - Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque la distancia entre la parte superior de la cuba y el centro de los orificios de rebalse está comprendida entre los 0,01 m y 0,5 m.
14 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque las piezas de los travesaños como las piezas laterales son de sección rectangular.
15 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 2 CARACTERIZADA, porque las piezas de los travesaños como las piezas laterales son de sección circular.
16 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 14 o 15
CARACTERIZADA, porque las piezas de los travesaños como las piezas laterales son tubos.
17 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 16 CARACTERIZADA, porque los tubos tienen una división inferior a lo largo de su eje, conformado por dos conductos.
18 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 14 o 15 CARACTERIZADA, porque las piezas de los travesaños como las piezas de los laterales son macizas.
19. Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la altura del ánodo es preferentemente 1,0 m.
20 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque el ancho del ánodo es preferentemente 1,0 m. 1 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la relación alto/ancho del ánodo es, preferentemente 1,0.
22 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la superficie del ánodo es preferentemente 1,0 m2.
23 Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la altura del cátodo es, preferentemente 1,0 m.
Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque el ancho del cátodo es preferentemente 1,0 m. Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la relación alto/ancho es preferentemente 1,0. Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la superficie del cátodo es preferentemente 1,0 m2. Cuba electrolítica para realizar la electro obtención de un metal por electro diálisis del metal que interesa, según reivindicación N° 1 CARACTERIZADA, porque la membrana es permeable al ión sulfato.
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