CABEZA DE ELECTRODO PARA UNA INSTALACION DE ELECTROLISIS
D E S C R I P C I Ó N CAMPO TÉCNICO Y OBJETO DE LA INVENCIÓN
Las instalaciones de electrólisis comprenden celdas de electrólisis con parejas de electrodos, cátodo y ánodo, y una cuba con una solución en la que los electrodos se sumergen sometidos a una diferencia de tensión eléctrica continua para producir la electrólisis. La electrólisis permite obtener por ejemplo zinc, cobre, níquel, cadmio o cobalto depositados en el cátodo partiendo de sales de la solución.
A diferencia de los procesos de electrólisis por electro-refinación ("electrorefining"), en los procesos de electrólisis por electro-obtención ("electrowinning") el ánodo es sustancialmente insoluble durante la electrólisis, aportando la superficie para producir la reacción anódica de oxidación. En estos procesos se utiliza convencionalmente un ánodo de plomo, pero pueden utilizarse otros tipos de aleación como por ejemplo de titanio.
Convencionalmente, los electrodos tienen forma de placa, disponiéndose en la cuba en hilera de manera que los ánodos y cátodos están alternados y las celdas conectadas eléctricamente en serie. Para la conexión eléctrica entre los electrodos durante la electrólisis, cada electrodo está sujeto por una cabeza de electrodo. La cabeza de electrodo comprende una barra de electrodo de un material eléctricamente conductor, normalmente de cobre, y durante la electrólisis la cabeza de electrodo sostiene al electrodo en la cuba, verticalmente y en la dirección longitudinal de la barra. Asimismo, cada barra se dispone apoyada en contacto eléctrico sobre raíles equipotenciales, normalmente de cobre, que se extienden a los laterales de la cuba y perpendicularmente a los electrodos. Una unidad de electrodo comprende el conjunto del electrodo y la cabeza de electrodo. Las unidades de electrodo se posicionan en la cuba lo más próximo posible entre sí para aumentar la productividad de la instalación, pero evitando el riesgo de cortocircuito. Opcionalmente, la cabeza de electrodo comprende medios de agarre para facilitar la extracción o inserción del electrodo en la cuba, o su transporte por medio de una grúa o puente-grúa de la instalación, por ejemplo en la forma de ganchos u orejetas de agarre. La publicación
de patente EP 1492906 describe este tipo de disposición de electrodos en una instalación de electrólisis.
La presente invención se refiere a una cabeza de electrodo para una instalación de electrólisis del tipo descrito en el párrafo anterior. La invención resulta especialmente aplicable a ánodos de una instalación de electrólisis por electro- obtención, en particular para la electrólisis de zinc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La publicación de solicitud de patente WO 2013/150163 describe una cabeza de ánodo para una instalación de electrólisis de zinc. Convencionalmente y tal como se describe en esta publicación, la cabeza de ánodo comprende un recubrimiento sobre la barra de electrólisis contra la corrosión por niebla ácida, presente especialmente en procesos de electrólisis por electro-obtención, en particular de zinc. Esta publicación divulga medios de agarre de la cabeza de ánodo de material compuesto y que se fijan a la barra de electrólisis por ajuste a presión. Esta cabeza de ánodo presenta el inconveniente de que la fijación de los medios de agarre de la cabeza a la barra de electrólisis requiere de medios de fijación complementarios tales como un cordón de soldadura adicional para asegurar la fijación. Sin embargo, la soldadura presenta problemas de concentración de esfuerzos y vulnerabilidad a la corrosión que pueden provocar el fallo de la fijación, por ejemplo por fatiga, al estar las unidades de electrodo sometidas a ciclos de carga y descarga durante la operación normal de la instalación, por ejemplo para recoger el metal depositado en los cátodos en las instalaciones de electro-obtención, o en operaciones de mantenimiento de las unidades de electrodo, disminuyendo la productividad o la vida útil de la instalación.
Por tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar una cabeza de electrodo que proporcione una fijación de los medios de agarre o de otro elemento adicional a la barra de electrólisis de manera segura, en especial sin requerir medios de fijación complementarios como soldadura.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una cabeza de electrodo para una instalación de electrólisis tal como se recoge en la reivindicación 1 y se expone a continuación. Asimismo, las reivindicaciones dependientes recogen realizaciones ventajosas tal como se expone a continuación.
La cabeza de electrodo de acuerdo con la invención comprende, a diferencia del estado de la técnica conocido, un recubrimiento sobre la barra de electrólisis con un espesor variable según una dirección longitudinal de la barra, dicho espesor variable para proporcionar un tope o un ajuste de forma de los medios de agarre y/o de un elemento adicional. El tope o el ajuste de forma proporcionado por el espesor variable del recubrimiento permite una fijación en uno o los dos sentidos en la dirección longitudinal de la barra de electrólisis.
La invención permite una fijación segura de los medios de agarre, así como de otros elementos adicionales que pueden proporcionar funcionalidades técnicas adicionales. Estos elementos adicionales pueden ser por ejemplo sensores de estado de los electrodos, o dispositivos RFID (dispositivo de identificación por radiofrecuencia), que permiten identificar a un electrodo determinado, mejorando por ello la trazabilidad del electrodo en la instalación.
Al asegurar la fijación de los medios de agarre y/o elementos adicionales a la barra de electrodo se evita o previene cualquier movimiento de los medios de agarre o de los elementos adicionales sin necesidad de medios de fijación complementarios,
Asimismo, se puede eliminar o reducir la utilización de soldadura expuesta a corrosión, disminuyendo o eliminando el riesgo de fallo de las unidades de electrodo, por ejemplo por delaminación de la placa del electrodo especialmente durante la manipulación o transporte de las unidades de electrodo, y por tanto alargando la vida útil de la instalación. La fijación más segura implica un funcionamiento más seguro y fiable de la instalación durante los procesos de manipulación o transporte de las unidades de electrodo.
Por otra parte, la invención también proporciona la ventaja de permitir la fijación de diversos tipos de medios de agarre, incluso desmontables, aumentando las posibilidades de diseño de la barra de electrólisis.
La presente invención también contempla que el recubrimiento tenga un espesor variable según una dirección transversal de la barra para proporcionar un tope o un ajuste de forma de los medios de agarre y/o de un elemento adicional, por ejemplo proporcionando una cavidad en el recubrimiento. De este modo se puede
asegurar en mayor medida la fijación de los medios de agarre o de los elementos adicionales, tales como un RFID.
El espesor variable puede obtenerse por moldeo o sobremoldeo de la barra y, opcionalmente, posterior mecanizado del espesor. El mecanizado por control numérico permite adaptar el espesor a las tolerancias de ajuste requeridas.
La invención también contempla que dicho ajuste de forma proporcionado por el recubrimiento de espesor variable sea con apriete, por ejemplo mediante ajuste de la forma o tamaño de los perímetros de los elementos a fijar entre sí, lo que también permite mejorar la seguridad de la fijación.
La forma del espesor variable dependerá de la forma de los elementos a fijar y del tipo de fijación requerida, por ejemplo si la fijación es desmontable. En particular, la forma del espesor puede configurarse de forma que tenga una pendiente variable según una dirección, longitudinal o transversal de la barra por ejemplo.
Ventajosamente, el recubrimiento de espesor variable está configurado para proteger la barra a corrosión por niebla ácida. Es decir, puede utilizarse el recubrimiento convencional para que, con un espesor variable, además realice la función de la fijación de los medios de agarre o de los elementos adicionales, lo que permite por tanto un ahorro de material y coste de la cabeza de electrodo, al utilizarse el recubrimiento tanto para proporcionar la protección contra corrosión de la barra de electrólisis como para mejorar las fijaciones. Además, el recubrimiento puede ser también soldable al electrodo, por ejemplo empleando el mismo material para el recubrimiento que para el material del electrodo.
Ventajosamente, el recubrimiento de espesor variable puede extenderse al menos parcialmente entre la barra y los medios de agarre. De este modo se eliminan pérdidas por fugas de corriente eléctrica entre la barra y los medios de agarre o por gradientes de densidad de corriente eléctrica en la barra, que existirían si el contacto fuera directo o se realizara una soldadura directamente entre la barra y los medios de agarre para su fijación, mejorando la vida útil de la unidad de electrodo, así como la productividad instalación. Asimismo, se elimina la necesidad de aislar eléctricamente los medios de agarre, mejorando la seguridad de la instalación.
Alternativamente o complementariamente a lo descrito en el párrafo anterior, los medios de agarre están cubiertos o embebidos al menos parcialmente por el recubrimiento de espesor variable, lo que permite mejorar adicionalmente la fijación, al aumentar la superficie que ajusta o retiene los elementos a fijar. Esto puede
obtenerse por ejemplo mediante sobremoldeo del conjunto.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Fig. 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de una cabeza de electrodo de acuerdo con la presente invención.
Fig. 2a es una vista de una sección transversal de un segundo ejemplo de realización de una parte de una unidad de electrodo y respectiva cabeza de electrodo de acuerdo con la presente invención.
Fig. 2b es una vista de una sección transversal de un tercer ejemplo de realización de una parte de una unidad de electrodo y respectiva cabeza de electrodo de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN
En la Fig. 1 se muestra una realización de cabeza de electrodo 1 de la invención, con dos medios de agarre 21 ajustados en el recubrimiento 13 de la barra 1 1 de electrodo y un elemento adicional 31 en el centro de la cabeza 1 de electrodo que es un dispositivo de identificación por radiofrecuencia o RFID encapsulado en el recubrimiento 13.
Los medios de agarre se disponen uno en cada extremo de la cabeza 1 de electrodo y tienen una zona superior con forma de protuberancia 211 que se extiende según una dirección longitudinal de la barra 1 1 hacia el exterior de la misma. Estas protuberancias 21 1 sirven de gancho de recogida de la unidad de electrodo por una grúa o puente-grúa de la instalación de electrólisis.
En las Figs. 2a y 2b pueden observarse detalles de la sección transversal de la unidad de electrodo en torno a los medios de agarre 21 , mostrando dos realizaciones diferentes de la invención. En la Fig. 2a el recubrimiento 13 de espesor variable según la dirección longitudinal de la barra 11 se extiende entre los medios de agarre 21 y la barra 1 1. En la Fig. 2b el recubrimiento 13 de espesor variable además se extiende cubriendo parcialmente los medios de agarre 21 , es decir estando los medios de agarre embebidos en el recubrimiento 13 de espesor variable.
El electrodo 12 tiene forma de placa, por ejemplo un ánodo de plomo que puede utilizarse en una instalación de electrólisis por electro-obtención de zinc.
El recubrimiento 13 se extiende sobre la totalidad de la superficie de la barra
11 excepto en una zona para contacto con los raíles equipotenciales en los extremos de la barra. El recubrimiento 13 puede ser del mismo material que el electrodo, por ejemplo de aleación de plomo de la misma composición que el ánodo de plomo. El recubrimiento 13 protege a la barra 1 1 contra la corrosión por niebla ácida y facilita el paso de corriente eléctrica en toda la placa del electrodo 12. La placa del electrodo
12 puede sujetarse al recubrimiento 13 mediante soldadura entre el recubrimiento 13 y la placa del electrodo 12.
Los medios de agarre 21 pueden ser de acero inoxidable, de configuración convencional.