WO2021069774A1 - Instalación y procedimiento de electro-deposición con barras inter-celda activas - Google Patents

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Definitions

  • the present specification refers, as its title indicates, to an electroplating facility with active internal-cell bars, of the type used in electroplating, electro-obtaining, electro-refining or coating processes.
  • This installation comprises at least three cells connected, or capable of being connected, in series between the positive pole and the negative pole of either a rectifier and several active inter-cell bars installed between said cells, and also at the ends of the installation. .
  • Each one of these active inter-cell bars comprises in turn a common conductive body with multiple conductive bar segments, one for each electrode, electrically isolated but electrically connectable and independently, to the common conductive body or to an extension cable by means of some switches governed from a local control device, installed in the active bar itself, with remote access from a micro-computer equipment, promoting a complete production management with a complete monitoring of the process in real time, and being able to operate with a greater productive capacity through internal depolarization of the electrodes and safe protection of the electrodes against short circuits.
  • the invention relates to the field of metal electrodeposition plants and processes in which the production cells containing the electrodes and the electrolyte are connected or can be connected to each other by means of an internal-cell electric bar.
  • electrodeposition facilities are widely known and used, whether they are electro-refining, where the metal to be deposited on the cathode constitutes the anode itself, or electro-obtaining where the metal to be deposited is dissolved in the electrolyte. They are made up of cells containing the electrolyte and at least three electrodes are connected to each other forming a chain with a series electrical supply. When we face two electrodes in an electrolytic medium, the electrode with the most positive potential we call the anode and the most negative potential the cathode, so by electrode we refer generically to both.
  • FIG -1- A simplified diagram of these conventional electrodeposition installations is shown in figure -1-, and in figure -2-, which shows a representative section (16) of a conventional electrodeposition installation consisting of three portions of three cells.
  • each of the cells connects with the previous one, thus receiving its current and with the next one supplying the same current, in this way the same electrical current is shared by the entire chain of cells in series, achieving a result of re -use of electric current.
  • all the cathodes (17) of the previous cell rest and are connected to a conducting electrical bar that we call the inner-cell bar (18).
  • all the anodes (19) of the next cell are supported and connected alternating with the previous cathodes on the same inner-cell bar (18).
  • Said anodes and cathodes share an inter-cell bar although they belong to two different consecutive cells, and in this way the electrical connection of all cells in series is established.
  • the anodes of the first cell in the chain are connected to the positive bar of the rectifier (20), the cathodes of the last cell are connected to the negative bus of the rectifier (21).
  • the whole set is supervised from a control room (23).
  • intercell bars Many structural variations in the shapes of the intercell bars are known: triangular, rectangular, the so-called dog bone, with slots or triangular grooves in which the bars or hangers fit, combinations of the above, but in the end the function is the itself, a conductive metal bar usually made of copper that connects two consecutive cells in series while redistributing the currents of the electrodes connected in parallel themselves. It should be noted that these bars are passive since they do not exert any current switching action, limiting themselves to acting as a fixed channel for current distribution. It should be noted that in production the current arrows leave the surface of the anodes (19), pass through the electrolyte that fills the cell and enter the cathodes (17), on which the metal is deposited.
  • macro-transformers can be used that are superimposed on the plant rectifier and drastically alter the total plant current, but it is an expensive solution, expensive to install and very bulky, so to date it has proven unviable in the industry.
  • the electro-deposition installation with active internal-cell bars object of the present invention comprises - at least three connected cells, or capable of being connected in series between the positive pole and the negative pole of a rectifier, the first cell being connected to the positive pole, - several active inter-cell bars installed between said cells, and also at the ends of the installation , each in turn comprising a common conductive body with multiple conductive bar segments, one for each electrode, said conductive bar segments being electrically isolated from the common conducting body, and each of the conductive bar segments being electrically connectable, independently, to the common conductor body by means of at least one production switch governed by a control element, available
  • This control element also includes means for measuring the voltage at the terminals of the production switch and optionally current sensors, and - at least one micro-computer control equipment, equipped with specific software, and with digital communication means with each and every one of the control elements and remote communication capacity.
  • the busbar segments may be electrically connected to the anodes or to the cathodes of the cells, or to both electrodes.
  • each active inter-cell bar is electrically associated with an extension cable arranged parallel to the active inter-cell bar. front, or rear, depending on whether an anode or a cathode is connected, being connectable to the busbar segments of the active inner-cell bar in which it is arranged in parallel by means of reversing switches governed by the control element.
  • the control computer equipment has means to set and modify the control software and parameters, and to capture all the process data sampled and transmitted by the control elements. It also stores the accumulated ampere hours since the beginning of the deposition process and this information is used by the management software, which will provide us with a representation of the metal deposited on the cathodes at all times. Any abnormal current or voltage deviation will be immediately reported as an alarm and appropriately dealt with.
  • This electrodeposition installation with active internal-cell bars that is described has associated a characteristic operating procedure, which includes
  • This electro-deposition installation with active internal-cell bars provides multiple advantages over the equipment currently available, the most important being that it allows providing a conventional plant with safe protection of the electrodes against short circuits , with a complete production management through a complete monitoring of the process in real time, and with a greater productive capacity through the internal depolarization of the electrodes.
  • figure -1- shows a schematic diagram of a conventional electro-deposition installation.
  • Figure -2- shows a representative section of a conventional electro-deposition installation consisting of three portions of three cells, indicating the direction of the electric current with arrows.
  • Figure -3- shows a representative section of an electrodeposition installation in its preferred embodiment with active internal-cell bars connected to the anodes, indicating the direction of the electric current with arrows.
  • Figure -4- shows a partial detail of an active internal-cell bar, in an electro-deposition installation in its preferred embodiment with active internal-cell bars connected to the anodes, with an enlarged detail of one of the assemblies. of switches and their control element.
  • Figure -5- shows a representative section of an electrodeposition installation in an alternative embodiment with active internal-cell bars, in this case connected to the cathodes, indicating the direction of the electric current with arrows.
  • Figure -6- shows a partial detail of an active internal-cell bar, in an electro-deposition installation in an alternative embodiment with active internal-cell bars connected to the cathodes, with an enlarged detail of one of the assemblies. of switches and their control element.
  • Figure -7- shows a simplified block diagram of a computer control equipment.
  • Figure -8- shows a simplified flow chart of the typical operating procedure.
  • figure 1 shows a schematic diagram of a conventional electrodeposition installation
  • figure 2 shows a standard cell with conventional passive inter-cell bars.
  • the busbar segments (4) are electrically connected with the anodes (11) of the cells (1), as reflected in Figures 3 and 4, or in an alternative embodiment, with the cathodes (12) of the cells (1), as reflected in Figures 5 and 6.
  • Another alternative embodiment is also envisaged combining both connections simultaneously by means of doubly active internal-cell bars, a controlled segment for the anodes (11) and another for the cathodes (12), with the same computer control equipment (8).
  • These segments of conductive bar (4) can be superimposed or inserted in the common conductive body (3).
  • each active inter-cell bar (2) is electrically associated or connected to an extension cable (13) arranged in parallel to any previous active inter-cell bar (2), preferably the immediately preceding one, in In the case of segments of conductive bar (4) electrically connected to the anodes (11), or to any subsequent active inner-cell bar (2), preferably the immediately subsequent one, in the case of segments of conductive bar (4) electrically connected to the cathodes (12), being connectable to the busbar segments (4) of the active inner-cell bus (2) in which it is arranged in parallel by means of reversing switches (14) governed by the control element (7) .
  • Both the production switches (6) and the reversing switches (14) can be both solid state electronic switches and electromechanical power switches or relays, or any combination of both.
  • the digital communication means (10) of the control computer equipment (8) with all the control elements (7) and with the control room (23) can be any of the known ones, both wired and wireless. They will preferably be chosen from the group consisting of Ethernet cable, PLC wired communication, WIFI wireless communication and Bluetooth wireless communication or similar.
  • the computer control equipment (8) will have means to establish and modify the software and the control parameters locally and from the control room (23), and to capture all the process data sampled and transmitted by the control elements ( 7) and transmit them to the control room (23). It will also store the accumulated ampere hours since the beginning of the deposition process and the management software, which will provide us with a representation of the metal deposited on the cathodes (12) at all times. Any abnormal current or voltage deviation will be immediately reported as an alarm and appropriately dealt with.
  • This electrodeposition installation with active internal-cell bars that is described has associated a characteristic operating procedure, which includes
  • the operation stage (24) comprises the activation of the production switches (6) and the deactivation of the reversal switches (14), ordered from the computer control equipment (8) by means of digital communication (10) to all control elements (7).
  • This stage is carried out continuously during most of the total time, preferably more than 96% of the total time, leaving cyclically for a short period of time, of the order of milliseconds, for the execution of the rest of the stages. In the event of an imminent short-circuit, it is permanently abandoned to enter a protection state (29).
  • the control elements (7) sample the voltage drop across the terminals of the production switches (6) in the activated state (closed), and transmit the value by means of digital communication ( 10) to the computer control equipment (8) in which, by means of linearization tables, the value of the current in each electrode (11) or (12) is obtained, if any current value exceeds a preset value, that production switch (6).
  • the control elements (7) have a current sensor, in the current measurement stage the control elements (7) directly measure the circulating current through their current sensor. of production (6) in activated state (closed), and transmit the value by means of digital communication means (10) to the computer control equipment (8), if any current value exceeds a preset value that production switch is deactivated ( 6).
  • the operation stage (24) is returned.
  • a pair of production switch (6) and its corresponding reversing switch (14) are deactivated for a short pre-configured time, of the order of one or several milliseconds, while reading the potential on the electrode side and transmitting the value through the digital communication means (10) to the computer control equipment (8), and if this potential differs greatly from a preset value an alarm is generated and a protection state is passed (29) maintaining the disconnection for that pair of production switch (6) and its corresponding reversing switch (14) while said alarm lasts, thus achieving the protection of the electrodes against short circuits.
  • a production switch (6) is deactivated for a short, pre-configured time, of the order of one or several milliseconds, while its corresponding reversal switch (14) is activated, which, for a For a short period of time, it will establish a connection to a reverse voltage obtained from the cells themselves through the extension cable (13), causing the required dose of reverse current in the electrode to achieve its depolarization.
  • This stage is illustrated in Figures 3, 4, 5 and 6 by a set of switches (22) in this configuration.
  • This depolarization stage will be performed periodically for all electrodes.
  • the production and depolarization periods through reverse current will be established by the process technicians on an experimental basis depending on the characteristics and circumstances of the production in progress. The establishment of these depolarization loading periods or doses is not within the scope of this patent.
  • the operation stage (24) is returned.
  • each control element (7) sends a packet with local information, including the short-circuit state, current measurement, voltage measurement ..., by means of digital communication means (10), to the micro computer control equipment (8) and to the control room (23), and checks if it receives any remote command, data or order from the micro computer control equipment (8) or the control room (23).
  • the operation stage (24) is returned.
  • these reverse currents can be deactivated (putting the value of the inverse period to zero), this can be done totally or selectively by type of anode / cathode electrode (only to the anodes, only to the cathodes, to both to neither), by chosen electrodes or by time intervals for selective exploration of optimal production conditions / results.
  • the invention can be applied: only to the anodes (11), as shown in Figures 3, 4 and 5, only to the cathodes (12), as shown in Figures 6, 7 and 8, and it is also possible to apply it simultaneously to the anodes (11) and the cathodes (12) at the same time on the same active bar.

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Abstract

Instalación de electro-deposición con barras ínter-celda activas que comprende al menos tres celdas susceptibles de ser conectadas en serie entre el polo positivo y el polo negativo de un rectificador, varias barras ínter-celda activas instaladas entre dichas celdas y en los extremos de la instalación, comprendiendo cada una un cuerpo conductor común con múltiples segmentos de barra conductora, uno para cada electrodo, eléctricamente aislados pero conectables eléctricamente y de manera independiente, al cuerpo conductor común o a un cable extensor mediante interruptores gobernados desde un equipo microinformático con capacidad de comunicación remota. La instalación lleva asociado un procedimiento de operación que comprende etapas de operación, medida de corriente, control de cortocircuitos, despolarización y comunicación, realizadas periódicamente para todos los electrodos. La invención aporta protección segura de los electrodos ante cortocircuitos, gestión de la producción mediante monitorización completa del proceso en tiempo real y mayor capacidad productiva mediante la despolarización interna de los electrodos.

Description

DESCRIPCION
INSTALACIÓN Y PROCEDIMIENTO DE ELECTRO-DEPOSICIÓN CON BARRAS
INTER-CELDA ACTIVAS
5 La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, del tipo de las utilizadas en procesos de electrodeposición de metales, electro-obtención, electro-refinado o recubrimiento. Esta instalación comprende al menos tres celdas conectadas, o susceptibles de ser conectadas, en serie entre el polo positivo y el polo negativo de io un rectificador y varias barras ¡nter-celda activas instaladas entre dichas celdas, y también en los extremos de la instalación.
Cada una de estas barras ¡nter-celda activas comprende a su vez un cuerpo conductor común con múltiples segmentos de barra conductora, uno para cada 15 electrodo, eléctricamente aislados pero conectables eléctricamente y de manera independiente, al cuerpo conductor común o a un cable extensor mediante unos interruptores gobernados desde un dispositivo de control local, instalado en la propia barra activa, con acceso remoto desde un equipo micro informático, propiciando una completa gestión de la producción con un monitorizado completo del proceso en 20 tiempo real, y pudiendo operar con una mayor capacidad productiva mediante la despolarización interna de los electrodos y una segura protección de los electrodos ante cortocircuitos.
Campo de la invención
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La invención se refiere al campo de las plantas y procesos de electro-deposición de metales en la que las celdas de producción que contienen los electrodos y el electrolito están conectadas o pueden conectarse entre sí mediante una barra eléctrica ¡nter-celda. Estado actual de la técnica
En la actualidad son ampliamente conocidas y utilizadas instalaciones de electro- deposición bien sean de electro-refinado, donde el metal a depositar en el cátodo constituye el propio ánodo, o electro-obtención donde el metal a depositar está disuelto en el electrolito. Se componen de celdas que conteniendo el electrolito y al menos tres electrodos se conectan entre sí formando una cadena con alimentación eléctrica serie. Cuando enfrentamos dos electrodos en un medio electrolítico, el electrodo con potencial más positivo lo llamamos ánodo y el potencial más negativo cátodo, por lo que con electrodo nos referimos genéricamente a ambos. Ejemplos de estas instalaciones de electro-deposición convencionales las podemos encontrar descritas, por ejemplo, en las patentes ES2112025 “Célula de electrodeposición continua de aleaciones metálicas”, ES2556039 “Compartimiento anódico para celdas de electrodeposición de metales” ó ES2092993 “Conductor eléctrico, en especial para usar como un ánodo insoluble en procesos de electrodeposición, y en procesos electroquímicos en general, y procedimiento para su producción”.
Un diagrama simplificado de estas instalaciones convencionales de electro- deposición lo encontramos reflejado en la figura -1-, y en la figura -2-, que muestra una sección representativa (16) de una instalación convencional de electro- deposición que consta de tres porciones de tres celdas. En estas instalaciones convencionales cada una de las celdas se conecta con la anterior recibiendo así su corriente y con la siguiente suministrándole la misma corriente, de esta forma la misma corriente eléctrica es compartida por toda la cadena de celdas en serie, consiguiendo un resultado de re-utilización de la corriente eléctrica. Más en concreto, todos los cátodos (17) de la celda anterior descansan y se conectan a una barra eléctrica conductora que llamamos barra ¡nter-celda (18). A su vez todos los ánodos (19) de la celda siguiente se apoyan y conectan alternándose con los cátodos anteriores sobre la misma barra ¡nter-celda (18). Dichos ánodos y cátodos comparten barra ¡nter-celda si bien pertenecen a dos celdas diferentes consecutivas, y de esta forma se establece la conexión eléctrica de todas las celdas en serie. Los ánodos de la primera celda de la cadena se conectan a la barra positiva del rectificador (20), los cátodos de la última celda se conectan a la barra negativa del rectificador (21). Todo el conjunto está supervisado desde una sala de control (23).
Son conocidas muchas variaciones estructurales en las formas de las barras inter- celda: triangular, rectangular, la llamada hueso de perro, con slots o ranuras triangulares en las que encajan las barras o colgadores, combinaciones de las anteriores pero al final la función es la misma, una barra metálica conductora usualmente de cobre que conecta en serie dos celdas consecutivas a la vez que redistribuye las corrientes de los electrodos conectados en paralelo en sí. Es oportuno resaltar que estas barras son pasivas ya que no ejercen ninguna acción de conmutación de las corrientes, limitándose a actuar como un canal fijo para la distribución de la corriente. Destacar que en producción las flechas de corriente salen de la superficie de los ánodos (19), pasan por el electrolito que llena la celda y entran en los cátodos (17), sobre los que se deposita el metal.
Las instalaciones industriales de estos procesos productivos presentan una serie de limitaciones o hándicaps: una limitada densidad productiva ocasionada por la polarización que aparece con una densidad de corriente elevada, bajo rendimiento energético y reducida vida o durabilidad de los componentes físicos permanentes.
Para solventar alguno de estos problemas, en concreto el de la producción y el rendimiento, se pueden utilizar macro-transformadores que se superponen al rectificador de planta y alteran drásticamente la corriente total de planta, pero es una solución cara, costosa de instalar y muy voluminosa, por lo que hasta la fecha ha resultado poco viables en la industria.
Se han intentado algunas otras soluciones, como la descrita en ES2642124 “Sistema para la evaluación de la distribución de corriente en electrodos de plantas electroquímicas”, que utiliza sonda eléctricas para monitorizar el consumo de las secciones de la celda, pero no logra aportar soluciones al resto de los problemas de esta tecnología. El aumento la densidad de corriente en electrodos nos permitiría paliar el gran volumen y coste de las plantas, el problema de la capacidad y calidad se consigue mejorar también con una óptima gestión de los ciclos de producción, y por último, la protección, detección y desactivación de elementos en cortocircuitos mejora el rendimiento, la calidad de la producción y la duración de los componentes.
Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad en cuanto en los procesos de electro-deposición se ha ideado la instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas objeto de la presente invención, la cual comprende - al menos tres celdas conectadas, o susceptibles de ser conectadas, en serie entre el polo positivo y el polo negativo de un rectificador, siendo la primera celda la conectada al polo positivo, - varias barras ¡nter-celda activas instaladas entre dichas celdas, y también en los extremos de la instalación, que comprenden cada una a su vez un cuerpo conductor común con múltiples segmentos de barra conductora, uno para cada electrodo, estando dichos segmentos de barra conductora eléctricamente aislados del cuerpo conductor común, y siendo cada uno de los segmentos de barra conductora conectables eléctricamente, de manera independiente, al cuerpo conductor común mediante al menos un interruptor de producción gobernado mediante un elemento de control, disponiendo asimismo este elemento de control de medios de medida de la tensión en bornes del interruptor de producción y opcionalmente de sensores de corriente, y - al menos un equipo micro informático de control, dotado con un software específico, y con medios de comunicación digital con todos y cada uno de los elementos de control y capacidad de comunicación remota.
Los segmentos de barra conductora pueden estar conectados eléctricamente con los ánodos o bien con los cátodos de las celdas, o con ambos electrodos.
El cuerpo conductor común de cada barra ¡nter-celda activa lleva eléctricamente asociado un cable extensor dispuesto paralelamente a la barra ¡nter-celda activa anterior, o posterior, dependiendo de si está conectado un ánodo o un cátodo, siendo conectable a los segmentos de barra conductora de la barra ¡nter-celda activa en la cual está dispuesto paralelamente mediante unos interruptores de inversión gobernados mediante el elemento de control.
El equipo informático de control dispone de medios para establecer y modificar el software y los parámetros de control, y para captar todos los datos de proceso muestreados y transmitidos por los elementos de control. Asimismo almacena los amperios hora acumulados desde el inicio del proceso de deposición y esta información es utilizada por el software de gestión, que nos proporcionará una representación del metal depositado en los cátodos en cada momento. Cualquier desviación anormal de corriente o voltaje será inmediatamente informada como una alarma y convenientemente tratada. Esta instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas que se describe lleva asociado un procedimiento característico de operación, que comprende
- una etapa de operación, implicando la activación de los interruptores de producción y la desactivación de los interruptores de inversión, que se realiza continuamente durante la mayor parte del tiempo total, abandonándose cíclicamente durante un reducido lapso de tiempo para la ejecución del resto de las etapas. En caso de cortocircuito inminente se abandona de forma permanente para pasar a un estado de protección.
- una etapa de medida de corriente, tras la que se retorna a la etapa de operación, - una etapa de control de cortocircuitos, implicando la medida de tensión en terminales, con todos los interruptores desactivados, tras la que se retorna a la etapa de operación, excepto en caso de cortocircuito inminente en que se abandona de forma permanente para pasar a un estado de protección,
- una etapa de despolarización, implicando la desactivación de los interruptores de producción y la activación de los interruptores de inversión, tras la que se retorna a la etapa de operación, y
- una etapa de comunicación, siendo realizadas periódicamente para todos los electrodos.
Ventajas de la invención Esta instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los equipos disponibles en la actualidad siendo la más importante que permite dotar a una planta convencional con una segura protección de los electrodos ante cortocircuitos, con una completa gestión de la producción mediante una monitorización completa del proceso en tiempo real, y con una mayor capacidad productiva mediante la despolarización interna de los electrodos.
Es importante resaltar que, colocando las barras ¡nter-celda activas inteligentes, conseguimos además un monitorizado en tiempo real del estado de la producción informando al ordenador de sala de control de las corrientes y voltajes instantáneamente de todas las celdas.
Otra importante ventaja de estas barras es que también podemos obtener un aumento de la capacidad y calidad productiva, debido a que nuestra barra inter- celda activa es capaz sin ninguna fuente de alterna o continua adicional exterior de aplicar una cantidad dosificada de corriente inversa en los electrodos que como es sabido mitiga la polarización, todo ello combinado con la protección ante cortocircuitos de los electrodos. También hay que resaltar que las soluciones adoptadas consiguen solventar los problemas inherentes a instalaciones convencionales. Así, el problema de la producción se consigue mejorar directamente aumentando la corriente en la planta o lo que es lo mismo la densidad de corriente en electrodos, el problema de la capacidad y calidad se consigue mejorar también con una óptima gestión de los ciclos de producción, y por último, la protección, detección y desactivación de elementos en cortocircuito mejora el rendimiento, la calidad de la producción y la duración de los componentes. Asimismo no debemos olvidar que, como puede verse en la descripción, esta actividad eléctrica es fácilmente implementable en una planta productiva existente, no es nada invasiva, tiene un coste económico reducido y está muy lejos de las complejas soluciones existentes hasta nuestra invención, unas consistentes principalmente en macro transformadores que se superponen al rectificador de planta y alteran drásticamente la corriente total de planta, que hasta la fecha han resultado poco viables en la industria debido a su complejidad y alto coste económico. Otras modificando la propia estructura de cada uno de los miles y miles ánodos que componen la planta por lo que suponen también alta complejidad y coste.
Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una instalación convencional y una realización práctica preferencial de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas.
En dicho plano la figura -1- muestra un diagrama esquemático de una instalación convencional de electro-deposición.
La figura -2- muestra una sección representativa de una instalación convencional de electro-deposición que consta de tres porciones de tres celdas, indicando con flechas el sentido de la corriente eléctrica. La figura -3- muestra una sección representativa de una instalación de electro- deposición en su realización preferente con barras ¡nter-celda activas conectadas a los ánodos, indicando con flechas el sentido de la corriente eléctrica.
La figura -4- muestra un detalle parcial de una barra ¡nter-celda activa, en una instalación de electro-deposición en su realización preferente con barras ¡nter-celda activas conectadas a los ánodos, con un detalle ampliado de uno de los conjuntos de interruptores y su elemento de control. La figura -5- muestra una sección representativa de una instalación de electro- deposición en una realización alternativa con barras ¡nter-celda activas, en este caso conectadas a los cátodos, indicando con flechas el sentido de la corriente eléctrica. La figura -6- muestra un detalle parcial de una barra ¡nter-celda activa, en una instalación de electro-deposición en una realización alternativa con barras ¡nter-celda activas conectadas a los cátodos, con un detalle ampliado de uno de los conjuntos de interruptores y su elemento de control . La figura -7- muestra un diagrama de bloques simplificado de un equipo informático de control.
La figura -8- muestra un organigrama simplificado del procedimiento característico de operación.
Realización preferente de la invención
La constitución y características de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción hecha con referencia a las figuras adjuntas. Para una mayor claridad, y una mejor apreciación de las diferencias, en la figura 1 se muestra un diagrama esquemático de una instalación convencional de electro-deposición, y en la figura 2 se representa una celda estándar con barras ¡nter-celda pasivas convencionales. En las figuras 3, 4, 5, 6, y 7, ya se ¡lustra una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas que comprende
- al menos tres celdas (1) conectadas, o susceptibles de ser conectadas, en serie entre el polo positivo y el polo negativo de un rectificador, siendo la primera celda la conectada al polo positivo, - varias barras ¡nter-celda activas (2) instaladas entre dichas celdas (1), y también en los extremos de la instalación, que comprenden cada una a su vez un cuerpo conductor común (3) con múltiples segmentos de barra conductora (4) asociados mecánicamente, uno para cada electrodo, estando dichos segmentos de barra conductora (4) eléctricamente aislados del cuerpo conductor común (3) mediante medios de aislamiento (5), y siendo cada uno de los segmentos de barra conductora (4) conectables eléctricamente, de manera independiente, al cuerpo conductor común (3) mediante al menos un interruptor de producción (6) gobernado mediante un elemento de control (7) por cada interruptor de producción (6), disponiendo asimismo este elemento de control (7) de medios de medida de la tensión en bornes del interruptor de producción (6) y opcionalmente de sensores de corriente, y - al menos un equipo micro informático de control (8), dotado con su correspondiente software específico (9), con medios de comunicación digital (10) con todos y cada uno de los elementos de control (7) y con la sala de control (23).
Los segmentos de barra conductora (4) están conectados eléctricamente con los ánodos (11 ) de las celdas (1 ), tal y como se refleja en las figuras figuras 3 y 4, o bien en una realización alternativa, con los cátodos (12) de las celdas (1), tal y como se refleja en las figuras 5 y 6. Asimismo está prevista otra realización alternativa combinando ambas conexiones simultáneamente mediante barras ¡nter-celda doblemente activas, un segmento controlado para los ánodos (11) y otro para los cátodos (12), con el mismo equipo informático de control (8). Estos segmentos de barra conductora (4) pueden ir superpuestos o insertados en el cuerpo conductor común (3).
El cuerpo conductor común (3) de cada barra ¡nter-celda activa (2) lleva eléctricamente asociado o conectado un cable extensor (13) dispuesto paralelamente a cualquier barra ¡nter-celda activa (2) anterior, preferiblemente la inmediatamente anterior, en caso de segmentos de barra conductora (4) conectados eléctricamente con los ánodos (11), o a cualquier barra ¡nter-celda activa (2) posterior, preferiblemente la inmediatamente posterior, en caso de segmentos de barra conductora (4) conectados eléctricamente con los cátodos (12), siendo conectable a los segmentos de barra conductora (4) de la barra ¡nter-celda activa (2) en la cual está dispuesto paralelamente mediante unos interruptores de inversión (14) gobernados mediante el elemento de control (7). Tanto los interruptores de producción (6) como los interruptores de inversión (14) pueden ser tanto interruptores electrónicos de estado sólido como interruptores electromecánicos de potencia o relés, o cualquier combinación de ambos. Los medios de comunicación digital (10) del equipo informático de control (8) con todos los elementos de control (7) y con la sala de control (23) pueden ser cualquiera de los conocidos, tanto cableados como inalámbricos. Preferentemente serán elegidos del grupo formado por cable Ethernet, comunicación cableada PLC , comunicación inalámbrica WIFI y comunicación inalámbrica Bluetooth o similares.
El equipo informático de control (8) dispondrá de medios para establecer y modificar el software y los parámetros de control localmente y desde la sala de control (23), y para captar todos los datos de proceso muestreados y transmitidos por los elementos de control (7) y transmitirlos a la sala de control (23). Asimismo almacenará los amperios hora acumulados desde el inicio del proceso de deposición y el software de gestión, que nos proporcionará una representación del metal depositado en los cátodos (12) en cada momento. Cualquier desviación anormal de corriente o voltaje será inmediatamente informada como una alarma y convenientemente tratada.
Esta instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas que se describe lleva asociado un procedimiento característico de operación, que comprende
- una etapa de operación (24),
- una etapa de medida de corriente (25), - una etapa de control de cortocircuitos (26),
- una etapa de despolarización (27), y
- una etapa de comunicación (28), siendo realizadas periódicamente para todos los electrodos. La etapa de operación (24) comprende la activación de los interruptores de producción (6) y la desactivación de los interruptores de inversión (14), ordenada desde el equipo informático de control (8) mediante los medios de comunicación digital (10) a todos los elementos de control (7). Esta etapa se realiza continuamente durante la mayor parte del tiempo total, preferentemente más del 96% del tiempo total, abandonándose cíclicamente durante un reducido lapso de tiempo, del orden de milisegundos, para la ejecución del resto de las etapas. En caso de cortocircuito inminente se abandona de forma permanente para pasar a un estado de protección (29).
En la etapa de medida de corriente (25) los elementos de control (7) muestrean la caída de tensión en bornes de los interruptores de producción (6) en estado activado (cerrado), y transmiten el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8) en el cual, mediante unas tablas de linealizado, se obtiene el valor de la corriente en cada electrodo (11) ó (12), si algún valor de corriente supera un valor prefijado se desactiva ese interruptor de producción (6). De manera alternativa, en caso de que los elementos de control (7) dispongan de sensor de corriente, en la etapa de medida de corriente los elementos de control (7) miden directamente mediante su sensor de corriente la corriente circulante a través de los interruptores de producción (6) en estado activado (cerrado), y transmiten el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8), si algún valor de corriente supera un valor prefijado se desactiva ese interruptor de producción (6). Tras la ejecución de esta etapa se retorna a la etapa de operación (24).
En la etapa de control de cortocircuitos (26) se desactivan durante un tiempo reducido preconfigurado, del orden de uno o varios milisegundos, una pareja de interruptor de producción (6) y su interruptor de inversión (14) correspondiente, leyendo a la vez el potencial en el lado del electrodo y transmitiendo el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8), y si este potencial difiere mucho de un valor prefijado se genera una alarma y se pasa a un estado de protección (29) manteniendo la desconexión para esa pareja de interruptor de producción (6) y su interruptor de inversión (14) correspondiente mientras dure dicha alarma, consiguiendo así la protección de los electrodos ante cortocircuitos. De esta forma conseguimos una sensibilidad de detección de cortocircuito muy superior a la que conseguimos mediante la medida de la corriente o lo que es lo mismo, una detección y protección precoz antes de alcanzar una corriente muy alta en el caso de existir un ligero contacto de cortocircuito, dado que el electrodo está en un estado eléctrico flotante o desconectado (ambos interruptores desactivados), dicho contacto de cortocircuito arrastrará muy notablemente el potencial del electrodo libre o flotante hacia el electrodo que lo cortocircuita, esta medida de voltaje del electrodo flotante desplazado hacia su electrodo complementario nos indicará el estado de cortocircuito inminente. Tras la ejecución de esta etapa se retorna a la etapa de operación (24), excepto en caso de cortocircuito inminente en que se abandona de forma permanente para pasar a un estado de protección (29).
En la etapa de despolarización (27), se desactiva, durante un tiempo reducido preconfigurado, del orden de uno o vahos milisegundos, un interruptor de producción (6) mientras se activa su correspondiente interruptor de inversión (14) correspondiente, que, durante un periodo corto de tiempo, establecerá una conexión a un voltaje inverso obtenido de las propias celdas mediante el cable extensor (13), ocasionando la dosis requerida de corriente inversa en el electrodo para conseguir su despolarización. Esta etapa se ¡lustra en las figuras 3, 4, 5 y 6 mediante un conjunto de interruptores (22) en esta configuración. Esta etapa de despolarización se realizará periódicamente para todos los electrodos. Los periodos de producción y de despolarización mediante corriente inversa, serán establecidos por los técnicos de proceso de forma experimental en función de las características y circunstancias de la producción en curso. No entra en el ámbito de esta patente el establecimiento de estos periodos o dosis de carga de despolarización. Tras la ejecución de esta etapa se retorna a la etapa de operación (24).
En la etapa de comunicación (28) cada elemento de control (7) envía un paquete con información local, comprendiendo el estado de cortocircuito, medida de corriente, medida de voltaje..., mediante los medios de comunicación digital (10), al equipo micro informático de control (8) y a la sala de control (23), y comprueba si recibe cualquier comando, dato u orden remota por parte del equipo micro informático de control (8) o de la sala de control (23). Tras la ejecución de esta etapa se retorna a la etapa de operación (24). Como referencia o punto de partida damos un orden de valores propuestos, obtenidos como resultado de las pruebas experimentales:
- periodo producción 6 segundos,
- periodo de corriente inversa 0.15 segundos con una amplitud de corriente inversa del orden del 40% respecto de la corriente de producción, 0.15seg x 0.4amp / (6seg x 1amp) x 100 = 1.5; un 1.5 por cierto de carga de despolarización respecto a la de producción ha mostrado ser suficiente en un proceso de electro-refinado de cobre operando en laboratorio a 750 Amperios por metro cuadrado.
Todas estas desconexiones de la producción introduciendo cortas conexiones de corrientes inversas en nuestra invención se producirán en miles y miles de puntos sobre toda la planta, en cada uno de los miles de interruptores. Con una distribución aleatoria propiciada por un algoritmo generador de números aleatorios implementado en el software específico (9) del equipo informático de control (8), o bien con una actuación secuenciada de barrido o escaneado, pero siempre uniforme de manera que en total solamente se generará un pequeño murmullo de fondo o factor de rizado eléctrico casi indetectable en los bornes del rectificador principal. Como puede verse esta actividad eléctrica no es nada invasiva, estando muy lejos de las soluciones propuestas hasta nuestra invención, consistentes en macro transformadores que se superponen al rectificador de planta y alteran drásticamente la corriente total de planta por lo que hasta la fecha han resultado poco viables en la industria.
Resulta obvio afirmar que si se desea, estas corrientes inversas pueden desactivarse (poniendo el valor del periodo inverso a cero), esto se puede hacer totalmente o selectivamente por tipo de electrodo ánodo/cátodo (sólo a los ánodos, sólo a los cátodos, a ambos, a ninguno), por electrodos elegidos o por intervalos de tiempo para una exploración selectiva de las condiciones/resultados óptimos de la producción. Como se puede apreciar en las figuras la invención se puede aplicar: solo a los ánodos (11), como se muestra en las figuras 3, 4 y 5, solo a los cátodos (12), como se muestra en las figuras 6, 7 y 8, y también es posible aplicarla simultáneamente a los ánodos (11) y los cátodos (12) a la vez en la misma barra activa. Las tres opciones son en general viables y eficaces, pero dependerá del metal y de los electrodos de la planta a controlar la conveniencia de aplicar una opción u otra, aunque la decisión final será del usuario/cliente considerando su presupuesto/costes y opiniones. La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones, siempre que esa combinación sea técnicamente posible.
Toda la información referida a ejemplos o modos de realización forma parte de la descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas caracterizada porque comprende
- al menos tres celdas (1) conectadas, o susceptibles de ser conectadas, en serie entre el polo positivo y el polo negativo de un rectificador, siendo la primera celda la conectada al polo positivo,
- varias barras ¡nter-celda activas (2) instaladas entre dichas celdas (1), y también en los extremos de la instalación, que comprenden cada una a su vez un cuerpo conductor común (3) con múltiples segmentos de barra conductora (4) asociados mecánicamente, uno para cada electrodo, estando dichos segmentos de barra conductora (4) eléctricamente aislados del cuerpo conductor común (3) mediante medios de aislamiento (5), y siendo cada uno de los segmentos de barra conductora (4) conectables eléctricamente, de manera independiente, al cuerpo conductor común (3) mediante al menos un interruptor de producción (6) gobernado mediante un elemento de control (7) por cada interruptor de producción (6), disponiendo asimismo este elemento de control (7) de medios de medida de la tensión en bomas del interruptor de producción (6), y - al menos un equipo informático de control (8), dotado con un software específico (9), y con medios de comunicación digital (10) con todos y cada uno de los elementos de control (7), y con la sala de control (23).
2 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según la anterior reivindicación, caracterizada porque los segmentos de barra conductora (4) están conectados eléctricamente con los ánodos (11) de las celdas (1).
3 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según reivindicación 1 , caracterizada porque los segmentos de barra conductora (4) están conectados eléctricamente con los cátodos (12) de las celdas (1).
4 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el cuerpo conductor común (3) de cada barra ¡nter-celda activa (2) lleva eléctricamente asociado un cable extensor (13) dispuesto paralelamente a cualquier barra ¡nter-celda activa (2) anterior, en caso de segmentos de barra conductora (4) conectados eléctricamente con los ánodos (11), o a cualquier barra ¡nter-celda activa (2) posterior en caso de segmentos de barra conductora (4) conectados eléctricamente con los cátodos (12), siendo conectable a los segmentos de barra conductora (4) de la barra ¡nter-celda activa (2) en la cual está dispuesto paralelamente mediante unos interruptores de inversión (14) gobernados mediante el elemento de control (7). 5 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque tanto los interruptores de producción (6) como los interruptores de inversión (14) se eligen del grupo formado por interruptor electrónico de estado sólido e interruptor electromecánico de potencia.
6 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los elementos de control (7) incorporan un sensor de corriente. 7 - Instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los medios de comunicación digital (10) del equipo informático de control (8) con todos los elementos de control (7) y con la sala de control (23) son elegidos del grupo formado por cable Ethernet, comunicación cableada PLC , comunicación inalámbrica WIFI y comunicación inalámbrica Bluetooth.
8 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas como la descrita en las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque comprende - una etapa de operación (24), que se realiza continuamente durante la mayor parte del tiempo total, abandonándose cíclicamente durante un reducido lapso de tiempo para la ejecución del resto de las etapas, - una etapa de medida de corriente (25), retornando, tras la ejecución de esta etapa, a la etapa de operación (24),
- una etapa de control de cortocircuitos (26), retornando, tras la ejecución de esta etapa, a la etapa de operación (24), excepto en caso de cortocircuito inminente en que se abandona de forma permanente para pasar a un estado de protección (29).
- una etapa de despolarización (27), retornando tras la ejecución de esta etapa a la etapa de operación (24), y
- una etapa de comunicación (28), retornando tras la ejecución de esta etapa a la etapa de operación (24), siendo realizadas periódicamente, para todos los electrodos.
9 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa de operación (24) comprende la activación de los interruptores de producción (6) y la desactivación de los interruptores de inversión (14), ordenada desde el equipo informático de control (8) mediante los medios de comunicación digital (10) a todos los elementos de control (7).
10 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque en la etapa de medida de corriente (25) los elementos de control (7) miden directamente mediante su sensor de corriente la corriente circulante a través de los interruptores de producción (6) en estado activado (cerrado), y transmiten el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8), si algún valor de corriente supera un valor prefijado se desactiva ese interruptor de producción (6).
11 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque en la etapa de medida de corriente (25) los elementos de control (7) muestrean la caída de tensión en bornes de los interruptores de producción (6) en estado activado (cerrado), y transmiten el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8) en el cual, mediante unas tablas de linealizado, se obtiene el valor de la corriente en cada electrodo (11) ó (12), si algún valor de corriente supera un valor prefijado se desactiva ese interruptor de producción (6). 12 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las reivindicaciones 8, 9, 10 y 11 , caracterizado porque en la etapa de control de cortocircuitos (26) se desactivan durante un tiempo reducido preconfigurado , del orden de uno o varios milisegundos, una pareja de interruptor de producción (6) y su interruptor de inversión (14) correspondiente, leyendo a la vez el potencial en el lado del electrodo y transmitiendo el valor mediante los medios de comunicación digital (10) al equipo informático de control (8), y si este potencial difiere mucho de un valor prefijado se genera una alarma se pasa a un estado de protección (29) manteniendo la desconexión para esa pareja de interruptor de producción (6) y su interruptor de inversión (14) correspondiente mientras dure dicha alarma.
13 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las reivindicaciones 8, 9, 10, 11 y 12, caracterizado porque en la etapa de despolarización (28), se desactiva, durante un tiempo reducido preconfigurado, del orden de uno o vahos milisegundos, un interruptor de producción (6) mientras se activa su correspondiente interruptor de inversión (14).
14 - Procedimiento de operación de una instalación de electro-deposición con barras ¡nter-celda activas, según cualquiera de las reivindicaciones 8, 9, 10, 11, 12 y
13, caracterizado porque en la etapa de comunicación (28) cada elemento de control (7) envía un paquete con información local, comprendiendo el estado de cortocircuito, medida de corriente y medida de voltaje, mediante los medios de comunicación digital (10), al equipo micro informático de control (8) y a la sala de control (23), y comprueba si recibe cualquier comando, dato u orden remota por parte del equipo micro informático de control (8) o de la sala de control (23).
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