WO2020073143A1 - Sistema para inyectar corriente alterna en celdas electrolíticas, en grupos consecutivos de electrodos - Google Patents

Sistema para inyectar corriente alterna en celdas electrolíticas, en grupos consecutivos de electrodos Download PDF

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Pablo Hernán INZUNZA BUSTOS
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Thor Spa
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    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • Electrolytic copper is produced industrially through electrolytic processes that are: (i) the final stage of processing of oxidized minerals and secondary sulphides, whose transformation into metallic copper, occurs through the process of electrowinning (EW, electrowinning), and (ii) the final stage of primary sulfide mineral processing, through the electro refining (ER) process.
  • Electrolytic copper is produced on metal cathodes, which is the main format in which copper is sold in the world.
  • Electrolytic processes occur inside electrolytic cells, in which the electrodes (anodes and cathodes) are inserted. It is possible to define the concept of "elemental electrolytic cell", as the set made up of an anode surface facing a cathodic surface, electrically connected through the electrolyte contained between them.
  • industrial electrolytic cells are made up of multiple elementary electrolytic cells, in which the anodes are connected to a common bar, through which the positive pole of the direct current source is connected, and the cathodes to another common bar, through which the negative pole of the direct current source is connected.
  • the cells are grouped together and electrically connected in series to a direct current electrical source, usually a rectifying transformer, which produces the direct current necessary for the copper dissolved in the electrolyte to deposit in the cathodes.
  • the direct current enters the electrolyte from the anodes, through a process of oxidation of water molecules, of which the electrolyte is formed, by which gaseous oxygen is generated, which escapes to the surface, and protons (H + ) they act as ionic electrical carriers; causing in turn and simultaneously, that the copper is deposited on the cathodes, through a process of reduction, at a rate that is determined by the intensity of the direct current.
  • the electrolyte that circulates inside the electrowinning cells is an ionic solution composed of: water, sulfuric acid, in a concentration of around 180 [gr / lt] and copper, in a concentration of 30 to 50 [gr / lt] for the EW process;
  • the incoming electrolyte is rich electrolyte and the outgoing electrolyte of the cells is poor electrolyte, since the electrowinning process decreases the copper concentration.
  • the electrolyte that circulates inside the electro-refining cells has slightly higher concentrations, between 40 and 60 [gr / lt] and, in this case, the electrolyte leaving the cells has a higher concentration than the concentration of the incoming electrolyte Because the deposition process is a cascade of the dissolution process, therefore, the deposition rate (mass / unit time) of copper on the cathodes must be less than the dissolution rate of the anodes. To control the copper concentration, the electro-refining plants have groups of auxiliary electrowinning cells.
  • the anodes for industrial electrowinning processes are, for the most part, lead sheets with a copper bar soldered on the upper edge, which operates as a mechanical support, in which one of its ends operates as a connection terminal to the bar inter-cell and, in which the other, is a simple mechanical support (inert terminal).
  • a coating of lead dioxide is formed, which catalyzes the oxidation reaction of the water.
  • Lead anodes have thicknesses between 6 and 9 [mm] of lead, for new anodes, which decreases over the life of the anodes, since the oxidation process of the water is chemically aggressive, due to the generation of protons (high local pH), as mechanically aggressive, due to the permanent formation of gaseous oxygen bubbles. Due to this, it is observed that lead anodes are not dimensionally stable. To solve this, technologies have been developed that tend to provide dimensionally stable anodes (DSA), based on sheets or rectangular meshes of titanium, covered by noble metal oxides, which together with an effect of reducing the anode over potential, generate an interesting alternative to replace lead anodes. The rectangular mesh structure gives the process an improvement in the circulation of the electrolyte.
  • DSA dimensionally stable anodes
  • the anodes are shaped as rectangular plates of impure copper, in thicknesses of the order of 40 [mm], in newly planted anodes, and which, as a result of the oxidation process, dissolve and supply the copper to the electrolyte, to then deposit on the cathode, while a part of the impurities precipitate at the bottom of the cell, forming the anode mud.
  • the cathodes for the electro-obtaining and electro-refining processes can be formed as permanent cathodes or as initial sheets.
  • the permanent cathodes are made up of stainless steel sheets with a copper bar welded to its upper edge, which acts as a mechanical support and connection terminal to the inter-cell bar, which are inserted without copper and, later, after a deposit period that varies between four and seven days, depending on the applied DC density, they are removed with metallic copper adhered on both sides;
  • the initial copper sheets which are the product of a previous process that produces them for this purpose, are seeded in the cell. On these initial sheets, copper is then deposited, which is harvested after a certain time.
  • Protons (H +) agglomerate around the cathodic surface because they require an energy higher than the energy required by copper ions to reduce.
  • a similar phenomenon of large proton agglomeration occurs in the vicinity of the anode surface, where the anodes are generated from the oxidation of water.
  • the agglomerations of electric charges generate electric fields and potentials (and vice versa), whose intensities and values are determined by strict mathematical relationships (Maxwell's laws), such that an agglomeration of ions (protons and other ionic species) It will generate a high electric field which, in turn, will cause a high difference in electric potential.
  • the overpotentials are added to the thermodynamic potential to determine the energy consumption of the electrowinning and electrorefining processes.
  • the agglomeration of protons and other ionic species, at the cathodic interface largely determines the cathodic over-potential, as well as a high electric field, which, in turn, determines "the climate” in which it occurs.
  • the reduction of copper ions a phenomenon that, instead of occurring through charge transfer, in this climate tends to occur through dielectric breakdown.
  • the direct current flows from the face of the anodes and then, through the electrolyte to the face of the cathodes, as a result of the electrical source being firmly connected at the terminals of the anodes, at its positive pole, and at the cathodes, at its negative pole, so that the electric field lines and the direct current circulate, from each electrode to the consecutive electrodes, exclusively (figure 1).
  • the propagation rate of the error will not be even, because there are two extreme electrodes in which the source is connected and, from them, to the center of the group.
  • the graph of the alternating current intensity will present a shape similar to a hyperbolic or similar cosine function (figure 3.1 and 3.2).
  • the current that circulates from the anode surfaces to the cathodic ones is determined by the phenomenon modeled and studied by electrochemical kinetics and which can be expressed by means of graphs in the Vl plane (voltage-current plane). Accordingly, the overpotentials in the vicinity of the surface of the electrodes are an increasing function of the intensity of direct current, so if more current flows through a given area of the electrode surface, then the potential override increases.
  • the voltages In the context in which the electrodes are connected in parallel, the voltages must be equal, so that the existence of overpotentials acts as a control mechanism for the intensity of the direct current.
  • the distribution of direct current on the electrode surfaces is determined by a current divider with resistive impedances (objects in the V-l plane).
  • the current distribution between the electrodes will be even; therefore, the irregularity of the current distribution between electrodes is mainly determined by the aforementioned electrolyte conditions.
  • the technical problem to be solved consists of how to implement the superposition of alternating current, of high intensity and controlled, with a frequency greater than 5 [KHz], on the direct current, which circulates from the anode surfaces to the cathodic surfaces, in electrolytic cells that contain multiple anodes and intercalated cathodes, both for electro-obtaining processes and for electro-refining processes of copper and other metals, mitigating the variability effect of alternating current on the surfaces of the electrodes, product of circulation by the alternative paths and mitigating the spread of the variability of the intensity of the alternating current, product of local process defects, which is evidenced by connecting an alternating current source at the end electrodes of the cell, producing a current distribution alternates in the electrodes that presents a high variability, similar to the graph or 1 in figure 3. THE INVENTION
  • the invention object of this invention patent application, proposes to solve the technical problem, "bringing the source terminals closer to the intermediate electrodes", so that the intermediate electrodes also have an alternating current intensity close to the intensity of the source, which is accomplished by installing multiple alternating current sources connected to intermediate electrodes. In this way, the alternating current is forced, each certain reduced number of electrodes, to flow in a high proportion of its maximum intensity, through their surfaces (figure 4), obtaining a distribution of alternating current intensities in the electrodes, similar to that shown in graph 3 or 4 of figure 3.
  • the invention constitutes, then, as a system to superimpose alternating current, of high and controlled intensity and with a frequency greater than 5 [KHz], on the direct current that circulates from the anode surfaces to the cathodic surfaces, in electrolytic cells that contain multiple intercalated anodes and cathodes, for electro-obtaining or electro-refining processes of copper and other metals, characterized by supplying alternating current, in consecutive groups of electrodes, each of which is, in turn, made up of a reduced number of consecutive electrodes, so that the supplied alternating current flows from the surface of the first electrode to the surface of the last electrode in each group and, from the surfaces of each electrode to the surface of the consecutive electrode, through the electrolyte contained between the electrodes of each group, and in which the groups of electrodes, include all the cathodes of the cell; While, simultaneously, the direct current circulates in parallel, from the anode surfaces to the cathodic surfaces, and through the electrolyte contained between the electrodes, and in which the number of electrodes in
  • Alternating current sources can easily be implemented as inverters that generate current of the appropriate frequency for the process.
  • An important characteristic, which must be considered in the design of these sources, is that, although the current to be injected into the cell groups is relatively high (over 200 [Arms]), the active power required by the process is practically null, since the current circulates through the capacitors of the interfaces) and through the electrolyte, which has a very high electrical conductivity, and must then supply only the power of the losses in: the elements of the source, in the conductors and in the connection elements.
  • the sources consisting of: an AC / DC converter or a DC / DC converter, a low current inverter and a transformer with a turn in the secondary winding, will turn out to be very robust and low cost, being easily adaptable to operate in the environmental and geometric conditions, which characterize industrial electrolytic processes.
  • Electric transformers can be implemented with flat spiral primary and secondary windings, as well as can be implemented with a tubular secondary winding (a spiral) and a primary winding, inserted inside. In both cases, the implementations of the transformers will comply with being robust, with minimal geometry and very low cost (Figure 5).
  • cathode mobilization operations are at least twice that of anode mobilization operations. For this reason, and to facilitate electrode mobilization operations (avoiding short circuits and mechanical risk, etc.), the cathodes have a bar or an exposed connection implement (aza, ear, etc.). The fact that all the cathodes are more exposed than the anodes, allows to visualize possible alternatives for the connection and for the eventual installation of the removable sources, based on electrical transformers, arranged on the cathodes of the cell (figure 6).
  • the main irregularity has to do with the fact that the electrodes (anodes and cathodes) are inserted at horizontal distances, which are not perfectly regular, since the rests that determine their position (the “capping board”), suffer wear due to use and because they must have an obtuse insertion angle (greater than 90 °).
  • Another cause of irregularity, of lower incidence is the irregularity of the relative height of the electrodes, which can be caused by different levels of wear of the capping boards or because the electrode support bar is bent or has an altered geometry, product of a fall or other mechanical impact.
  • the end of the horizontal bar can be used at the opposite end where the direct current connection is made (inert terminal), which is not exposed to current circulation continuous, which is an available resource that could be used to make the connection of the alternating current sources (figure 8).
  • the sources with an electrical transformer near the capping board and connect them to the inert terminal of the anodes which is possible, given that the frequency transformers over 5 [KHz] they can be implemented in volume and small geometry.
  • the frequency transformers over 5 [KHz] they can be implemented in volume and small geometry.
  • Another possibility is to include the alternating current source as part of the electrode, particularly at the anode, attached to the inert end of the bar.
  • connection system must take care of the irregularity of the position of the electrodes, by means of a connection system similar to the sowing and harvesting device ( Figures 6 and 7).
  • elements are installed on the cells, such as: hoods, meshes, blankets, etc., to reduce heat loss or to mitigate the emission of acid mist, which are easily adaptable to coexist with the invention.
  • alternating current sources when connected in consecutive groups of consecutive electrodes, result in a series connection of sources, however, it seems appropriate to connect consecutive sources with electrical 180 ° lags, since, in this way , the sum of the voltages of the consecutive sources tends to zero, avoiding the circulation of leakage alternating current between the terminals of source pairs. It also seems appropriate to install an even number of sources and thus the sum of the voltages of the consecutive sources in a cell will be null at all times. It is also possible to carry out implementations with various lags, but this will cause leakage currents to circulate between the terminals of different sources.
  • FIGURE 1 Plan view of the appearance of the field lines in a group of consecutive electrodes that contains three anodes and two cathodes and that is fed with direct current, from the anodes to the cathodes.
  • the electric field lines connect each electrode with both electrodes that are consecutive, exclusively.
  • FIGURE 2 Plan view of the appearance of the field lines in a group of consecutive electrodes that contains three anodes and two cathodes and that is supplied with direct current, from the anodes to the cathodes and with alternating current, from the first anode to the last anode of the group.
  • Electric field lines are observed that connect each electrode with each and every other electrode in the group, which implies that the alternating current also circulates between the interior surface of the cell and the edges of the electrodes.
  • FIGURE 3 Graph of current intensity in the typical EW cell electrodes of 60 cathodes and 61 anodes, for the case in which the invention does not apply (1), for the case in which the invention is applied in groups of shaped electrodes by 10 cathodes and 1 1 anodes (2), for the case in which the invention is applied in groups of electrodes made up of 5 cathodes and 6 anodes (3) and case in which the invention is applied in groups of electrodes made up of 2 cathodes and 3 anodes (4).
  • the current distribution shows great irregularity and, in cases 3 and 4, the distribution regularity improves remarkably, as a result of the application of the invention. It is also observed that the regularity of the current distribution in the electrodes improves when the number of electrodes in the groups is reduced.
  • FIGURE 4 Scheme of the invention in an electrolytic cell, with a view of the cross section of the cell (A) and in view of the longitudinal section of the cell (B), showing: direct current source (5), alternating current source (6) and anodes (7), and cathodes (8).
  • FIGURE 5 Scheme of the invention, seen in longitudinal section, of the cell in which they are observed: an alternating current source (6) for each group of electrodes (B), an alternating current source (6) for two or more groups of electrodes (C) and an alternating current source (6) for all consecutive groups of electrodes in cell (D).
  • FIGURE 6 Electric transformers with air core, implemented in a cylindrical structure with a secondary turn and a primary winding with multiple turns, arranged inside with connection terminals perpendicular to the cylindrical body (9) and with connection terminals parallel to the cylindrical body ( 10).
  • FIGURE 7 Diagram of installation, on the electrodes, of removable alternating current sources with a cylindrical electrical transformer (10) and a bolt for connection, with the following elements: cylindrical electrical transformer (10); elastic element (12), which maintains contact pressure, even when there is a horizontal irregularity in the position of the electrode; position stop (13) for a horizontal irregularity of the electrode; handle or handle for the manipulation of the bolt (position closed) (14); latch handle or handle (open position) (15); and horizontal rod or tube of the electrode (cathode (8)) and anode (7).
  • FIGURE 8 Detail of aza and bolt installation for connection: aza or handle for manipulation of the bolt (closed position) (14); latch handle or handle (open position) (15); elastic element that maintains contact pressure (12); connection terminal to the electrode (16); position stop for a horizontal irregularity (13) of the electrode; horizontal bar or tube of electrode (cathode) (8); conductive plate (11) with flexible conductive plate (17).
  • FIGURE 9 Proposal for the implementation of the invention for electrowinning plants, with sources and / or conductors arranged on the cells, tilted on inert anode terminals (7) and connected to cathodes (8).
  • FIGURE 10 Installation diagram of fixed alternating current sources with a cylindrical electrical transformer and elastic connection clips, under the underside of the electrode bars.
  • FIGURE 11 Isometric view of the installation of fixed alternating current sources with a cylindrical electrical transformer and elastic connection clips, under the underside of the electrode bars. The following items are displayed: transformer cylindrical electrical (9), electrode connection terminal (21), elastic clips (20), inert anode terminal (7), triangular inter-cell bar (19) and cell wall (22).

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Abstract

Un sistema para superponer corriente alterna, de intensidad alta y controlada y de frecuencia superior a 5 [KHz], sobre la corriente continua que circula desde las superficies anódicas hasta las superficies catódicas, en celdas electrolíticas que contienen múltiples ánodos y cátodos intercalados, para procesos de electro obtención o electro refinación de cobre y otros metales, el cual provee la corriente alterna, en grupos consecutivos de electrodos, cada uno de los cuales está compuesto, a su vez, por un número reducido de electrodos consecutivos, de manera que, la corriente alterna provista, circula desde la superficie del primer electrodo hasta la superficie del último electrodo de cada grupo y, desde las superficies de cada electrodo a la superficie del electrodo consecutivo, a través del electrolito contenido entre los electrodos de cada grupo, y en que los grupos de electrodos, incluyen a todos los cátodos de la celda; mientras, en forma simultánea, la corriente continua, circula en paralelo, desde las superficies anódicas hacia las superficies catódicas y a través de electrolito contenido entre los electrodos, y en que el número de electrodos de cada grupo, es un parámetro que se determina según una proporción de corriente alterna de fuga, u otro parámetro estadístico de la distribución de intensidad de corriente alterna en los electrodos, que es tolerable para el control del proceso.

Description

SISTEMA PARA INYECTAR CORRIENTE ALTERNA EN CELDAS ELECTROLÍTICAS, EN GRUPOS CONSECUTIVOS DE ELECTRODOS
CAMPO DE APLICACIÓN
El cobre se produce industrialmente mediante procesos electrolíticos que son: (i) la etapa final del procesamiento de minerales oxidados y sulfuros secundarios, cuya transformación en cobre metálico, ocurre mediante el proceso de electro obtención (EW, electrowinning), y (ii) la etapa final del procesamiento de minerales sulfurados primarios, mediante el proceso de electro refinación (ER). El cobre electrolítico es producido en cátodos metálicos, el cual es el formato principal en que se comercializa el cobre en el mundo.
Los procesos electrolíticos (EW y ER) ocurren al interior de celdas electrolíticas, en las cuales se insertan los electrodos (ánodos y cátodos). Es posible definir el concepto de“celda electrolítica elemental”, como el conjunto conformado por una superficie anódica enfrentada a una superficie catódica, conectadas eléctricamente a través del electrolito contenido entre ellas. Así, las celdas electrolíticas industriales están conformadas por múltiples celdas electrolíticas elementales, en que los ánodos se conectan a una barra común, a través de la cual se conecta el polo positivo de la fuente de corriente continua, y los cátodos a otra barra común, a través de la cual se conecta el polo negativo de la fuente de corriente continua. En las plantas industriales de electroobtención y electrorefinación, las celdas se agrupan y se conectan eléctricamente en serie a una fuente eléctrica de corriente continua, usualmente un transformador rectificador, que produce la corriente continua necesaria para que el cobre disuelto en el electrolito se deposite en los cátodos. La corriente continua, ingresa al electrolito desde de los ánodos, mediante un proceso de oxidación de moléculas de agua, de la que está conformado el electrolito, por el cual se genera oxigeno gaseoso, que escapa hacia la superficie, y protones (H+) que actúan como portadores eléctricos iónicos; provocando a su vez y simultáneamente, que el cobre se deposite en los cátodos, mediante un proceso de reducción, a una tasa que está determinada por la intensidad de la corriente continua.
El electrolito que circula al interior de las celdas de electro obtención, es una solución iónica compuesta por: agua, ácido sulfúrico, en una concentración en torno a 180 [gr/lt] y cobre, en una concentración de 30 a 50 [gr/lt] para el proceso de EW; denominándose, usualmente, electrolito rico al electrolito entrante y electrolito pobre al electrolito saliente de las celdas, pues el proceso de electrodepositación disminuye la concentración de cobre. El electrolito que circula al interior de las celdas de electro refinación, presenta concentraciones un poco mayores, entre 40 y 60 [gr/lt] y, en este caso, el electrolito saliente de las celdas tiene una concentración mayor que la concentración del electrolito entrante, debido a que el proceso de depositación es una cascada del proceso de disolución, por tanto, la tasa de depositación (masa/unidad de tiempo) de cobre en los cátodos, debe ser menor que la tasa disolución de los ánodos. Para controlar la concentración de cobre, las plantas de electro refinación, disponen de grupos de celdas de electroobtención auxiliares. Los ánodos para los procesos de electroobtención industriales son, en su gran mayoría, láminas de plomo con una barra de cobre soldada en la arista superior, la cual opera como soporte mecánico, en que uno de sus extremos opera de borne de conexión a la barra ínter celdas y, en que el otro, es un simple soporte mecánico (borne inerte). Sobre la superficie de plomo sumergida en el electrolito y energizada con corriente continua, se forma un recubrimiento de dióxido de plomo, el cual cataliza la reacción de oxidación del agua. Los ánodos de plomo tienen espesores entre 6 y 9 [mm] de plomo, para ánodos nuevos, lo que va disminuyendo en el transcurso de la vida útil de los ánodos, pues el proceso de oxidación del agua es agresivo químicamente, por la generación de protones (alto pH local), como agresivo mecánicamente, por la permanente formación de burbujas de oxígeno gaseoso. Debido a esto, se observa que los ánodos de plomo no son dimensionalmente estables. Para resolver esto, se han desarrollado tecnologías que propenden a proveer ánodos dimensionalmente estables (DSA), en base a láminas o mallas rectangulares de titanio, recubiertas por óxidos de metales nobles, que en conjunto con un efecto de disminución del sobre potencial anódico, generan una alternativa interesante para reemplazar los ánodos de plomo. La estructura de malla rectangular otorga al proceso una mejora a la circulación del electrolito.
Para el proceso de electro refinación, los ánodos están conformados como planchas rectangulares de cobre impuro, en espesores del orden de 40 [mm], en ánodos recién sembrados, y que, a consecuencia del proceso de oxidación, se van disolviendo y aportando el cobre al electrolito, para luego depositarse en el cátodo, mientras una parte de las impurezas precipitan en el fondo de la celda, conformando el barro anódico. Los cátodos para los procesos de electroobtención y electrorefinación, pueden estar conformados como cátodos permanentes o como láminas iniciales. Los cátodos permanentes, están conformados como láminas de acero inoxidable con una barra de cobre soldada a su arista superior, que opera de soporte mecánico y de borne de conexión a la barra ínter celdas, que se insertan sin cobre y, posteriormente, luego de un periodo de depósito que varía entre cuatro y siete días, dependiendo de la densidad de corriente continua aplicada, se retiran con cobre metálico adherido en ambas caras; por su parte, las láminas iniciales de cobre, las cuales son producto de un proceso previo que las produce para este efecto, son sembradas en la celda. Sobre estas láminas iniciales, entonces se va depositando cobre, el que es cosechado luego de un determinado tiempo.
Tanto el proceso de oxidación, que ocurre en la superficie anódica, como el proceso de reducción de cobre, que ocurre en la superficie catódica, no son espontáneos, por lo que requieren el aporte de energía para superar la barrera energética definida por la naturaleza (química y termodinámica), para que ambas reacciones ocurran simultáneamente, en el sitio de reacción comprendido por las interfaces electrodo - electrolito. En este sitio de reacción, se observa aglomeración de iones a la espera de energía necesaria para reaccionar. Entendiéndose el término“aglomeración”, como el aumento local de la concentración de especies, a diferencia del término “concentración”, definido como la proporción de una especie respecto del total del electrolito.
En torno a la superficie catódica se aglomeran protones (H+), debido a que éstos requieren una energía superior a la energía requerida por los iones de cobre para reducirse. Un fenómeno similar, de gran aglomeración de protones, ocurre en la vecindad de la superficie de los ánodos, en donde éstos se generan a partir de la oxidación del agua. Como es sabido, las aglomeraciones de cargas eléctricas, generan campos y potenciales eléctricos (y viceversa), cuyas intensidades y valores están determinados mediante relaciones matemáticas estrictas (leyes de Maxwell), de manera que una aglomeración de iones (protones y otras especies iónicas) generará un alto campo eléctrico el que, a su vez, provocará una elevada diferencia de potencial eléctrico.
La diferencia de potencial eléctrico que se observa, desde el seno del electrolito hasta los electrodos, se denomina sobre potencial del electrodo, por lo tanto, existen sobrepotenciales anódicos y sobrepotenciales catódicos. Los sobrepotenciales se suman al potencial termodinámico para determinar el consumo de energía de los procesos de electroobtención y electrorefinación. Así, la aglomeración de protones y otras especies iónicas, en la interfaz catódica, condiciona, en gran medida, el sobre potencial catódico, como también un elevado campo eléctrico, el cual, a su vez, determina“el clima” en que se produce la reducción de iones de cobre, fenómeno que, en lugar de producirse mediante transferencia de cargas, en este clima tiende a producirse mediante ruptura dieléctrica. Sin embargo, y gracias a otra consecuencia de la gran aglomeración de iones en las interfaces, es que éstas presentan un comportamiento capacitivo, por lo cual resulta posible inyectar corriente alterna de frecuencia alta, desde los electrodos hacia el electrolito, sin interferir ni necesitar de los procesos de oxidación y reducción; la corriente continua necesita y determina procesos de oxidación y reducción para circular por las soluciones iónicas, pero, por el contrario, la corriente alterna no los necesita, pues es posible inyectar corriente alterna mediante: (a) polarización de la interfaz capacitiva y (b) mediante la generación de movimiento oscilatorio de los iones en la vecindad de la interfaz. Este hecho resulta de importancia fundamental, pues la corriente alterna de determinada frecuencia y hacia arriba (pasa altos), provee movilidad iónica controlable, en función de la intensidad de corriente alterna, a los iones en la vecindad de los electrodos, el cual es un efecto similar al efecto que tiene la elevación de la temperatura del electrolito, que promueve el fenómeno de difusión de los iones, que tiene como resultado de proceso, la disminución de las aglomeraciones de protones o iones libres en las interfaces.
Una descripción más detallada de estos fenómenos es presentada en las memorias descriptivas de las solicitudes de patente de invención INAPI 3315-2013 y 1 14-2018, pero dado que no es el objetivo de esta presentación ahondar en la explicación detallada de estos fenómenos, sí podemos afirmar que la existencia de grandes aglomeraciones de iones (especialmente protones) en la vecindad de los electrodos, permite la inyección de corriente alterna que, sobre determinada frecuencia, resulta adecuada para la relajación de los fenómenos de transporte que ocurren en la vecindad de los electrodos.
El ARTE PREVIO
El arte previo relativo al invento, se circunscribe al invento descrito en la solicitud de patente de invención INAPI 114-2018, pues los inventos anteriores a este documento, abordan la superposición de corriente alterna para grupos de celdas y no se refieren a la circulación de corriente alterna al interior de las celdas.
La solución propuesta en la solicitud INAPI 1 14-2018, por su parte, constituye un cambio radical respecto del enfoque de los inventos y soluciones anteriores, proponiendo la implementación de una fuente de corriente alterna para una celda, cuya capacidad de corriente debe ser dimensionada para excitar sólo una cara de cada electrodo, de manera que el problema de diseño e implementación de la fuente de corriente alterna, se simplifica dramáticamente. EL PROBLEMA TÉCNICO
Todos los inventos anteriores están orientados a resolver el problema técnico -no menor- de superponer corriente alterna de frecuencia adecuada al proceso; sin embargo, en ninguno de los inventos anteriores se plantea, ni mucho menos se resuelve, el problema técnico que implica que la corriente alterna inyectada circule de forma homogénea y controlada y por donde es útil al proceso, es decir, desde la superficies anódicas hacia las superficies catódicas enfrentadas y a través del electrolito circulante entre ellas. La constatación de este hecho, devela un nuevo problema técnico, que no estaba descrito, ni tampoco resuelto, en la solicitud 1 14- 2018, ni menos aún en los inventos anteriores. A saber, la corriente continua circula desde la cara de los ánodos y luego, a través del electrolito hacia la cara de los cátodos, a consecuencia de que la fuente eléctrica está firmemente conectada en los bornes de los ánodos, en su polo positivo, y en los cátodos, en su polo negativo, de manera que, las líneas de campo eléctrico y la corriente continua circulan, desde cada electrodo hasta los electrodos consecutivos, exclusivamente (figura 1 ). Por el contrario, lo que se propone en la solicitud de patente INAPI 114-2018, es conectar la fuente de corriente alterna en los bornes extremos de la celda, confiando en que la amplia cara de los electrodos, obligará a que la corriente alterna circule, de cada electrodo al siguiente, sin considerar que los electrodos intermedios no están firmemente conectados a los bornes de la fuente de corriente alterna y sin considerar tampoco, las eventuales barreras o los caminos alternativos que tiene la corriente alterna.
Es posible afirmar que, en el escenario planteado en la solicitud 1 14-2018, la corriente alterna circula en toda su intensidad, sólo por los electrodos conectados firmemente a la fuente, que son los electrodos extremos de la celda. El hecho de que los electrodos intermedios no estén conectados firmemente a la fuente, permite que la corriente alterna tenga la posibilidad de tomar caminos alternativos, los cuales son los siguientes: (i) El circuito eléctrico alternativo, constituido por los bornes de los electrodos y las barras ínter celdas, que de ser requerido, puede ser interrumpido mediante el seccionamiento de las barras equipotenciales, tal como propone la tecnología OPTIBAR. Sin embargo, la superposición de corriente alterna, cuya frecuencia sea mayor a 10 [KHz], mitiga de forma casi absoluta la fuga por las barras ínter celdas, pues a tales frecuencias o superiores, la inductancia de los caminos es suficientemente alta para eliminar el problema. En este aspecto, la frecuencia tiene un rol importante, pues a mayor frecuencia de la fuente, menos fugas de corriente alterna.
(ii) El circuito eléctrico alternativo, conformado por el electrolito que rodea las aristas de los electrodos, que está conformado por el electrolito desde las aristas verticales de los electrodos hasta la cara interior de la celda y, principalmente, el electrolito del fondo de la celda, el cual es un espacio aun mayor, pues en éste se instalan, usualmente, los sistemas de distribución del electrolito y, a su vez, sirve como depósito de borra o barro anódico. (iii) Un ejemplo paradigmático de este nuevo problema técnico, no planteado previamente ni menos aún resuelto, lo constituye el hecho de que en los ánodos conformados como malla, la corriente alterna tenderá a circular por los orificios de la malla, en lugar de los electrodos, sin alterar el comportamiento de éstos, limitando el beneficio en los ánodos.
(iv) En el caso convencional, la gravedad de los cortocircuitos está controlada por la resistencia de los contactos y por la estrechez del camino de los cortocircuitos (desarrollos dendríticos). La probabilidad de ocurrencia de cortocircuitos, disminuirá con la aplicación del invento, pero sin duda seguirán existiendo, a causa de irregularidades del proceso de siembra y por irregularidades de la geometría de electrodos.
En un escenario hipotético y sin pérdida de generalidad, consideremos que la proporción de corriente que circula, desde la superficie de un electrodo hacia la superficie de su electrodo consecutivo, es del 99% y que el 1% restante se constituye como corriente de fuga, entonces, luego de circular a través de 10 electrodos, la corriente del décimo electrodo será un 9% menor a la del primer electrodo. Así las cosas, luego de 30 electrodos, la corriente alterna habrá disminuido un 30% respecto de la corriente del primer electrodo. Existe entonces, un fenómeno de“propagación y amplificación del pequeño error de proceso”, cuya causa es la larga secuencia de interfaces por las que debe circular la corriente alterna y que ocasiona que una pequeña proporción de corriente de fuga signifique una pérdida total de la regularidad del proceso. Evidentemente, la tasa de propagación del error no será pareja, debido a que hay dos electrodos extremos en los que se conecta la fuente y, desde ellos, hasta el centro del grupo. La gráfica de la intensidad de corriente alterna presentará una forma parecida a una función coseno hiperbólico u otro similar (figura 3.1 Y 3.2).
En el proceso convencional sin corriente alterna superpuesta, aun cuando existen otras irregularidades relevantes como cortocircuitos ánodo-cátodo, electrodos desconectados (o mal conectados) y/o fallas mecánicas de los electrodos, tales como fracturas de soldadura entre la barra y la placa del electrodo, la corriente que circula desde las superficies anódicas hasta las catódicas, está determinada por el fenómeno modelado y estudiado por la cinética electroquímica y que puede ser expresado mediante gráficas en el plano V-l (plano tensión-corriente). Según esto, los sobrepotenciales en la vecindad de la superficie de los electrodos, son función creciente de la intensidad de corriente continua, así, si por un área determinada de superficie electródica circula más corriente, entonces el sobre potencial aumenta. En el contexto en que los electrodos están conectados en paralelo, las tensiones deben ser iguales, de manera que la existencia de sobrepotenciales actúa como mecanismo de control de la intensidad de la corriente continua. En la práctica, la distribución de corriente continua en las superficies electródicas, está determinada por un divisor de corriente con impedancias resistivas (objetos en el plano V-l). A condiciones similares de concentración, temperatura y flujo o movilidad del electrolito, la distribución de corriente entre los electrodos será pareja; por tanto, la irregularidad de la distribución de corriente entre electrodos está determinada principalmente por las condiciones del electrolito ya mencionadas.
El problema técnico se hace notar cuando se pretende implementar una tecnología, que aparte de una amplia gama de otros beneficios, interviene directamente los mecanismos de transporte de iones, de manera que, la influencia de control de distribución de corriente, que ejercen los sobrepotenciales, se ve disminuida. Por esto, resulta fundamental controlar la irregularidad de la corriente que circula en las superficies electródicas, pues una irregularidad en la distribución de la corriente alterna amplificará las irregularidades propias de la distribución de corriente continua.
En la operación de procesos industriales, resulta de primera importancia promover la regularidad de los procesos. Por ello, es fundamental generar una metodología o sistema que promueva la homogeneidad de la intensidad de la corriente alterna por los caminos que resultan beneficiosos para el proceso, minimizando, a su vez, la propagación de los efectos de las irregularidades locales a grupos mayores de electrodos.
En definitiva, el problema técnico a resolver, consiste en cómo implementar la superposición de corriente alterna, de intensidad alta y controlada, con frecuencia superior a 5[KHz], sobre la corriente continua, que circula desde las superficies anódicas hasta las superficies catódicas, en celdas electrolíticas que contienen múltiples ánodos y cátodos intercalados, tanto para procesos de electro obtención como para procesos de electro refinación de cobre y otros metales, mitigando el efecto de variabilidad de la corriente alterna en las superficies de los electrodos, producto de la circulación por los caminos alternativos y mitigando la propagación de la variabilidad de la intensidad de la corriente alterna, producto de defectos de proceso locales, el cual se evidencia, al conectar una fuente de corriente alterna en los electrodos extremos de la celda, produciendo una distribución de corriente alterna en los electrodos que presenta una alta variabilidad, similar al gráfico 1 de la figura 3. EL INVENTO
El invento, objeto de esta solicitud de patente de invención, propone resolver el problema técnico,“acercando los bornes de la fuente a los electrodos intermedios”, de manera que, los electrodos intermedios presenten también una intensidad de corriente alterna cercana a la intensidad de la fuente, lo cual se logra mediante la instalación de múltiples fuentes de corriente alterna conectadas en electrodos intermedios. De esta forma, la corriente alterna es forzada, cada cierto número reducido de electrodos, a fluir en alta proporción de su intensidad máxima, por las superficies de éstos (figura 4), obteniéndose una distribución de intensidades de corriente alterna en los electrodos, semejante a la mostrada en la el gráfico 3 o 4 de la figura 3.
El invento se constituye, entonces, como un sistema para superponer corriente alterna, de intensidad alta y controlada y de frecuencia superior a 5 [KHz], sobre la corriente continua que circula desde las superficies anódicas hasta las superficies catódicas, en celdas electrolíticas que contienen múltiples ánodos y cátodos intercalados, para procesos de electro obtención o electro refinación de cobre y otros metales, caracterizado por proveer la corriente alterna, en grupos consecutivos de electrodos, cada uno de los cuales está compuesto, a su vez, por un número reducido de electrodos consecutivos, de manera que, la corriente alterna provista, circula desde la superficie del primer electrodo hasta la superficie del último electrodo de cada grupo y, desde las superficies de cada electrodo hasta la superficie del electrodo consecutivo, a través del electrolito contenido entre los electrodos de cada grupo, y en que los grupos de electrodos, incluyen a todos los cátodos de la celda; mientras, en forma simultánea, la corriente continua circula en paralelo, desde las superficies anódicas hacia las superficies catódicas, y a través de electrolito contenido entre los electrodos, y en que el número de electrodos de cada grupo es un parámetro que se determina según una proporción de corriente alterna de fuga, u otro parámetro estadístico de la distribución de intensidad de corriente alterna en los electrodos, que es tolerable para el control del proceso.
APLICACIÓN INDUSTRIAL
Las fuentes de corriente alterna, pueden ser fácilmente implementadas como inversores que generan corriente de la frecuencia adecuada para el proceso. Una característica importante, que debe ser considerada en el diseño de estas fuentes, es que, aun cuando la corriente a ser inyectada en los grupos de celda es relativamente alta (sobre 200 [Arms]), la potencia activa que requiere el proceso es prácticamente nula, pues la corriente circula por los capacitores de las interfaces) y por el electrolito, el cual tiene una conductividad eléctrica muy alta, debiendo entonces suministrar únicamente la potencia de las pérdidas en: los elementos de la fuente, en los conductores y en los elementos de conexión.
Es usual implementar las fuentes que producen alta corriente, pero que consumen baja potencia activa, mediante tanques resonantes. En el caso de fuentes que deban suministrar alta corriente, pero con muy baja tensión y muy baja potencia activa, resulta más conveniente, implementarlas mediante transformadores eléctricos con una o unas pocas espiras en su devanado secundario. En nuestro caso, esta implementación, mediante transformadores eléctricos, resulta especialmente atractiva, pues la frecuencia sobre 5 [KHz], es especialmente adecuada para la correcta operación de transformadores con núcleo de aire.
Las fuentes compuestas por: un convertidor AC/DC o por un convertidor DC/DC, un inversor de baja corriente y un transformador con una espira en el devanado secundario, resultarán ser muy robustas y de bajo costo, siendo fácilmente adaptables para operar en las condiciones ambientales y geométricas, que caracterizan a los procesos electrolíticos industriales. Los transformadores eléctricos, pueden ser implementados con devanados primarios y secundarios espirales planos, así como también pueden ser implementados con un devanado secundario tubular (una espira) y un devanado primario, inserto en su interior. En ambos casos, las implementaciones de los transformadores cumplirán con ser robustos, de geometría mínima y de muy bajo costo (figura 5).
La utilización de transformadores eléctricos, como método para amplificar corriente, debe considerar que la conexión de éstos, sólo puede ser efectuada en bornes equipotenciales, es decir, entre electrodos del mismo tipo (entre ánodos o entre cátodos) y nunca entre electrodos de distinto tipo, pues en este caso, la conexión del devanado secundario del transformador ocasionará un cortocircuito. Para subsanar este hecho, y en caso de que se considere pertinente conectar electrodos de distinto tipo, es posible conectar el devanado secundario del transformador, a través de un condensador que compense la diferencia de potencial de los electrodos y que, a su vez, permita el paso de la corriente alterna. En este caso, siempre el condensador deberá contar con protección de sobre corriente o cortocircuito, ya sea protección fusible, termo magnética o de otro tipo, pues la capacidad de cortocircuito de una celda electrolítica es muy alta.
En las plantas de electroobtención, los ánodos usualmente pasan años sin ser movilizados y, en las plantas electrorefinación, las operaciones de movilización de cátodos son al menos el doble que las operaciones de movilización de los ánodos. Por este motivo, y para facilitar las operaciones de movilización de electrodos (evitando cortocircuitos y riesgo mecánico, etc.), los cátodos presentan una barra o un implemento de conexión expuesto (aza, oreja, etc.). El hecho de que todos los cátodos estén más expuestos que los ánodos, permite visualizar posibles alternativas para la conexión y para la eventual instalación de las fuentes removibles, basadas en transformadores eléctricos, dispuestas sobre los cátodos de la celda (figura 6). Parece tan sencillo como pensar en un dispositivo, de un largo igual al largo de la celda, que contenga las fuentes de corriente alterna y que tenga conectores eléctricos en su parte inferior, el cual pueda ser, instalado y conectado, luego de la siembra y, desconectado y retirado, antes de la cosecha de cátodos, ya sea moviéndolo desde y hacia un lugar alejado de la celda o mediante el accionamiento de un sistema abatible o basculante, que permita la conexión y desconexión de las fuentes y que, a su vez, deje libre la superficie superior de la celda para efectuar la siembra y cosecha de cátodos (figura 9). En el caso de la conexión de las fuentes en los cátodos, como fue planteado en el párrafo anterior, parece especialmente adecuado utilizar el recurso excepcional de efectuar la conexión de las caras exteriores de los cátodos extremos de la celda, mediante fuentes auxiliares con transformadores conectados a través de condensadores con protección de sobre corriente y cortocircuito. Esto permitirá la implementación de la superposición de corriente alterna en las 120 caras catódicas de la celda, sin dejar de lado las 2 caras externas de los cátodos extremos de la celda (en caso de electroobtención típico con 60 cátodos por celda). El diseño de los conectores de fuentes con electrodos, debe considerar que existen (aquí también) defectos e irregularidades, respecto de las cuales el diseño debe hacerse cargo (figura 7). La principal irregularidad tiene que ver con que los electrodos (ánodos y cátodos), están insertos a distancias horizontales, que no son perfectamente regulares, pues los descansos que determinan su posición (los “capping board”), sufren desgaste por el uso y porque deben tener un ángulo de inserción obtuso (mayor que 90°). Otra causa de irregularidad, de menor incidencia, es la irregularidad de la altura relativa de los electrodos, que puede ser producida por distintos niveles de desgaste de los capping board o porque la barra de soporte del electrodo se encuentra doblada o presenta una geometría alterada, producto de una caída u otro impacto mecánico.
En el caso de efectuar una conexión en ánodos para electroobtención, se puede utilizar el extremo de la barra horizontal en el extremo contrario en el que se efectúa la conexión de corriente continua (borne inerte), el cual no está expuesto a la circulación de corriente continua, el cual es un recurso disponible que podría ser utilizado para efectuar la conexión de las fuentes de corriente alterna (figura 8).
Para procesos de electroobtención, parece adecuado instalar las fuentes con transformador eléctrico cerca del capping board y conectarlas al borne inerte de los ánodos, lo cual es posible, dado que los transformadores de frecuencia sobre 5[KHz] pueden implementarse en volumen y geometría pequeña. En particular, parece fácil instalarlos en la cercanía (o como una extensión) del capping board, de cualquier diseño que esté en la celda, e instalar el transformador en el borde interior de la celda, bajo el capping board, en el espacio del borde de la celda y sobre el nivel del electrolito de la celda (figuras 8 y 9). Otra posibilidad es incluir la fuente de corriente alterna como parte del electrodo, en particular en el ánodo, adosado al extremo inerte de la barra.
Para procesos de electrorefinación, parece adecuado implementar fuentes removibles con transformador eléctrico con sistema de cerrojo a los cátodos. El sistema de conexión debe hacerse cargo de la irregularidad de la posición de los electrodos, mediante un sistema de conexión similar al dispositivo de siembra y cosecha (figuras 6 y 7). En la actualidad, es usual que se instalen elementos sobre las celdas, tales como: campanas, mallas, mantas, etc., para disminuir la pérdida de calor o para mitigar la emisión de neblina ácida, los cuales son fácilmente adaptables para convivir con el invento. En la práctica, las fuentes de corriente alterna, al ser conectadas en grupos consecutivos de electrodos consecutivos, resultan en una conexión en serie de fuentes, sin embargo, parece adecuado conectar las fuentes consecutivas con desfases de 180° eléctricos, pues, de esta manera, la suma de las tensiones de las fuentes consecutivas tiende a cero, evitándose la circulación de corriente alterna de fuga entre los bornes de pares de fuentes. Parece también adecuado, instalar un número par de fuentes y así, la suma de las tensiones de las fuentes consecutivas en una celda será nula en todo momento. También es posible, efectuar implementaciones con desfases diversos, pero esto provocará la circulación de corrientes de fuga entre los bornes de distintas fuentes.
EXPLICACIÓN DE FIGURAS
FIGURA 1 : Vista en planta del aspecto de las líneas de campo en un grupo de electrodos consecutivos que contiene tres ánodos y dos cátodos y que es alimentado con corriente continua, desde los ánodos hacia los cátodos. Las líneas de campo eléctrico conectan a cada electrodo con ambos electrodos que son consecutivos, exclusivamente.
FIGURA 2: Vista en planta del aspecto de las líneas de campo en un grupo de electrodos consecutivos que contiene tres ánodos y dos cátodos y que es alimentado con corriente continua, desde los ánodos hacia los cátodos y con corriente alterna, desde el primer ánodo hasta el último ánodo del grupo. Se observan líneas de campo eléctrico que conectan a cada electrodo con todos y cada uno de los otros electrodos del grupo, lo que implica que la corriente alterna también circula entre la superficie interior de la celda y las aristas de los electrodos.
FIGURA 3: Gráfica de intensidad de corriente en los electrodos de celda EW típica de 60 cátodos y 61 ánodos, para el caso en que no se aplica el invento (1 ), para el caso en que se aplica el invento en grupos de electrodos conformados por 10 cátodos y 1 1 ánodos (2), para el caso en que se aplica el invento en grupos de electrodos conformados por 5 cátodos y 6 ánodos (3) y caso en que se aplica el invento en grupos de electrodos conformados por 2 cátodos y 3 ánodos (4). En los casos 1 y 2, la distribución de corriente presenta gran irregularidad y, en los casos 3 y 4, la regularidad de la distribución mejora notablemente, producto de la aplicación del invento. Se observa además, que la regularidad de la distribución de corriente en los electrodos mejora cuando el número de electrodos de los grupos es reducido.
FIGURA 4: Esquema del invento en una celda electrolítica, con vista de la sección transversal de la celda (A) y en vista de la sección longitudinal de la celda (B), en que se observan: fuente de corriente continua (5), fuente de corriente alterna (6) y ánodos (7), y cátodos (8).
FIGURA 5: Esquema del invento, vista en sección longitudinal, de la celda en que se observan: una fuente de corriente alterna (6) para cada grupo de electrodos (B), una fuente de corriente alterna (6) para dos o más grupo de electrodos (C) y una fuente de corriente alterna (6) para todos los grupos de electrodos consecutivos de la celda (D).
FIGURA 6: Transformadores eléctricos con núcleo de aire, implementados en estructura cilindrica con una espira secundaria y un devanado primario con múltiples espiras, dispuestas al interior con bornes de conexión perpendiculares al cuerpo cilindrico (9) y con bornes de conexión paralelos al cuerpo cilindrico (10).
FIGURA 7: Esquema de instalación, sobre los electrodos, de fuentes de corriente alterna removibles con transformador eléctrico cilindrico (10) y cerrojo para conexión, con los siguientes elementos: transformador eléctrico cilindrico (10); elemento elástico (12), que mantiene la presión del contacto, aun cuando haya una irregularidad horizontal en la posición del electrodo; tope de posición (13) para una irregularidad horizontal del electrodo; aza o manilla para la manipulación del cerrojo (posición cerrado)(14); aza o manilla para manipulación del cerrojo (posición abierto) (15); y barra o tubo horizontal del electrodo (cátodo (8)) y ánodo (7).
FIGURA 8: Detalle de instalación de aza y cerrojo para conexión: aza o manilla para manipulación del cerrojo (posición cerrado) (14); aza o manilla para manipulación del cerrojo (posición abierto) (15); elemento elástico que mantiene la presión del contacto (12); borne de conexión al electrodo (16); tope de posición para una irregularidad horizontal (13) del electrodo; barra o tubo horizontal del electrodo (cátodo) (8); placa conductora (11 ) con placa conductora flexible (17).
FIGURA 9: Propuesta de implementación del invento para plantas de electroobtención, con fuentes y/o conductores dispuestos sobre las celdas, basculados sobre bornes inertes de ánodos (7) y conectados a cátodos (8). En el círculo, se muestra un detalle de la instalación propuesta para la bisagra del sistema basculante. Se observa que al rotar 150° el conjunto, la superficie de la celda queda disponible para efectuar la cosecha y la siembra de cátodos. FIGURA 10: Esquema de instalación, de fuentes de corriente alterna fijas con transformador eléctrico cilindrico y clips elásticos de conexión, bajo la cara inferior de las barras de los electrodos. Se muestran los siguientes elementos: transformador eléctrico cilindrico (9), borne de conexión al electrodo (21 ), clips elásticos (20), borne inerte de ánodo (7), capping board (18), barra ínter celda triangular (19), borne activo de cátodo (8), pared de celda (22) y nivel del electrolito al interior de la celda (23).
FIGURA 11 : Vista isométrica de instalación, de fuentes de corriente alterna fijas con transformador eléctrico cilindrico y clips elásticos de conexión, bajo la cara inferior de las barras de los electrodos. Se muestran los siguientes elementos: transformador eléctrico cilindrico (9), borne de conexión al electrodo (21 ), clips elásticos (20), borne inerte de ánodo (7), barra ínter celda triangular (19) y pared de celda (22).

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema para superponer corriente alterna, de intensidad alta y controlada y de frecuencia superior a 5 [KHz], sobre la corriente continua, que circula desde las superficies anódicas hasta las superficies catódicas, en celdas electrolíticas que contienen múltiples ánodos y cátodos intercalados, para procesos de electro obtención o electro refinación de cobre y otros metales, caracterizado por proveer la corriente alterna, en grupos consecutivos de electrodos, cada uno de los cuales está compuesto, a su vez, por un número reducido de electrodos consecutivos, de manera que, la corriente alterna provista, circula desde la superficie del primer electrodo hasta la superficie del último electrodo de cada grupo y, desde las superficies de cada electrodo hasta la superficie del electrodo consecutivo, a través del electrolito contenido entre los electrodos de cada grupo, y en que los grupos de electrodos, incluyen a todos los cátodos de la celda; mientras, en forma simultánea, la corriente continua circula en paralelo, desde las superficies anódicas hacia las superficies catódicas, y a través de electrolito contenido entre los electrodos, y en que el número de electrodos de cada grupo, es un parámetro que se determina según una proporción de corriente alterna de fuga, u otro parámetro estadístico de la distribución de intensidad de corriente alterna en los electrodos, que es tolerable para el control del proceso.
2. Un sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , caracterizado porque el circuito eléctrico alternativo para la corriente alterna, constituido por los bornes de los electrodos y las barras ínter celdas, es interrumpido mediante el seccionamiento de las barras equipotenciales, en que el número de cortes y secciones de la barra equipotencial y el número de electrodos de cada grupo, se determinan según una proporción de corriente alterna de fuga, u otro parámetro estadístico de la distribución de intensidad de corriente alterna en los electrodos, que es tolerable para el control del proceso.
3. Un sistema de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque la corriente alterna es provista en grupos consecutivos, por medio de fuentes de corriente alterna, las cuales contienen un condensador eléctrico, conectado en serie, de manera de impedir el paso de la corriente continua, a través de la fuente de corriente alterna, y también hacer factible la conexión de la fuente, entre electrodos de distinto tipo, es decir, ánodos con cátodos y viceversa, en cuyo caso, el condensador cuenta con protección de sobre corriente y cortocircuito, ya sea protección fusible o termo magnética.
4. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2 y 3, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes de corriente alterna, cada una de las cuales, provee corriente alterna a sólo un grupo de electrodos consecutivos, de manera que, la capacidad de corriente de la fuente corresponde a la corriente de la superficie de una cara de un electrodo.
5. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2 y 3, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes de corriente alterna, cada una de las cuales, provee corriente alterna a dos o más grupos de electrodos consecutivos, de manera que, la capacidad de corriente de las fuentes corresponde a la corriente de la superficie de una cara de un electrodo, multiplicada por el número de grupos de electrodos que cada una de éstas alimenta.
6. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2 y 3, caracterizado porque la corriente alterna es provista por una fuente de corriente alterna, la cual provee corriente alterna a todos los grupos de electrodos consecutivos, de manera que, la capacidad de corriente de la fuente corresponde a la corriente de la superficie de una cara de un electrodo, multiplicada por el número total de grupos de electrodos de la celda.
7. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5 y 6, caracterizado porque la corriente alterna es provista en grupos consecutivos de electrodos, cada uno de los cuales está compuestos por dos ánodos y el correspondiente cátodo intermedio, de manera que la corriente alterna circula desde todos los ánodos de la celda, aun cuando éstos estén conformados como mallas.
8. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5 y 6, caracterizado porque la corriente alterna es provista en grupos consecutivos de electrodos, por fuentes que se conectan exclusivamente en ánodos.
9. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5 y 6, caracterizado porque la corriente alterna es provista en grupos consecutivos de electrodos, por fuentes que se conectan exclusivamente en cátodos.
10. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6 y 9, caracterizado por incluir dos fuentes de corriente alterna con condensador en serie y protección de sobre corriente y cortocircuito, la primera, conectada entre el primer ánodo y el primer cátodo y, la segunda, conectada entre el último cátodo y el último ánodo de la celda, de manera que circula corriente alterna controlada a través de todas las superficies catódicas de la celda.
1 1. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas fijas instaladas en la celda, en el lugar geométrico definido por la cara inferior de las barras borne de los electrodos, por la arista de los electrodos y por la cara interior de la celda; y conectadas a ánodos y/o cátodos, de tal manera que su ubicación no interfiere con la siembra o la cosecha de cátodos.
12. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas fijas instaladas mediante una modificación o adaptación al capping board; y conectadas a ánodos y/o cátodos, de tal manera que su ubicación no interfiere con la siembra o la cosecha de cátodos.
13. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas, adosadas a electrodos y conectadas a ánodos y/o cátodos.
14. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas removibles que se instalan sobre la celda luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha.
15. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas removibles que se instalan sobre la celda luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha, mediante un sistema basculante.
16. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas removibles que se instalan sobre la celda luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha, integradas al sistema de extracción de neblina ácida.
17. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas, que se instalan alejadas de la celda, y que se conectan a través de sistema de conductores removibles, los cuales se instalan luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha.
18. Un sistema de acuerdo a reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas que se instalan alejadas de la celda y que se conectan a través de sistema de conductores removibles, los cuales se instalan luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha, mediante un sistema basculante.
19. Un sistema de acuerdo a reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 y 10, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas que se instalan alejadas de la celda y que se conectan a través de sistema de conductores removibles, los cuales se instalan luego de la siembra y que se retiran previo a la cosecha, integrados al sistema de extracción de neblina ácida.
20. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 1 1 , 12,
13, 14, 15, 16, 17, 18 y 19, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas, las cuales contienen un inversor que genera corriente alterna y que alimentan el devanado primario de un transformador eléctrico, y por cuyo devanado secundario circula la corriente alterna de alta intensidad que se inyecta en los electrodos de la celda.
21. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 1 1 , 12,
13, 14, 15, 16, 17, 18 y 19, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas que contienen un inversor que genera corriente alterna y que alimentan en diversas conexiones serie y/o paralelo, el devanado primario de dos o más transformadores eléctricos, y por cuyo devanado secundario circula la corriente alterna de alta intensidad que se inyecta en los electrodos de la celda.
22. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 1 1 , 12,
13, 14, 15, 16, 17, 18 y 19, caracterizado porque la corriente alterna es provista por una fuente eléctrica que contiene un inversor que genera corriente alterna que alimenta, en diversa conexiones serie y/o paralelo, el devanado primario de dos o más transformadores eléctricos, y por cuyo devanado secundario circula la corriente de alta intensidad que se inyecta en los electrodos de la celda.
23. Un sistema de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 1 1 , 12,
13, 14, 15, 16, 17, 18 y 19, caracterizado porque la corriente alterna es provista por fuentes eléctricas, conformadas como un circuito resonante, que genera, a la salida, la corriente alterna de alta intensidad que se inyecta en los electrodos y cuya entrada es una corriente alterna de menor intensidad que deriva de un sistema inversor que genera corriente alterna.
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EP3072993A2 (en) * 2013-11-19 2016-09-28 Hecker Electrónica Potencia Y Procesos S.A. Method of superimposing alternating current on direct current for methods for the electrowinning or electrorefining of copper or other products, in which the alternating current source is connected between two consecutive cells of the electrolytic cell group using an inductor for injecting alternating current and a capacitor for closing the electric circuit
CL2018000114A1 (es) * 2018-01-15 2018-05-11 Robledo Juan Pablo Bustos Sistema para inyectar corriente alterna en los electrodos extremos de celdas electrolíticas, de manera que la corriente alterna circula en serie desde el primer hasta el ultimo electrodo y desde un el electrodo mientras la corriente continua circula en paralelo desde los ánodos a los cátodos

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CL2018000114A1 (es) * 2018-01-15 2018-05-11 Robledo Juan Pablo Bustos Sistema para inyectar corriente alterna en los electrodos extremos de celdas electrolíticas, de manera que la corriente alterna circula en serie desde el primer hasta el ultimo electrodo y desde un el electrodo mientras la corriente continua circula en paralelo desde los ánodos a los cátodos

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