ES2535870B1 - Guía de colector de burbujas y uso de la misma - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una guía de colector de burbujas para usar en un proceso de electrólisis, la cual comprende una pluralidad de elementos de guía dispuestos de manera separada entre sí, comprendiendo los elementos de guía un lado inferior. Los elementos de guía pueden estar dispuestos de manera horizontal en la superficie vertical de un electrodo de modo que el lado inferior del elemento de guía forma una superficie orientada hacia abajo que es sustancialmente ortogonal a la superficie vertical del electrodo, para recolectar las burbujas de gas generadas en el electrodo.
Description
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ES 2 535 870 A2 DESCRIPCION
GUIA DE COLECTOR DE BURBUJAS Y USO DE LA MISMA
CAMPO DE LA INVENClON
La invention se refiere a una guia de colector de burbujas para usar en un proceso de electrdlisis y uso de la misma.
ANTECEDENTES DE LA INVENClON
Los procesos de electrolisis, por ejemplo la electroextraccidn basada en sulfato de metales tales como el cobre, se realizan tlpicamente en una celda electrolftica que contiene una serie de anodos y una serie de catodos dispuestos de una manera alternativa. En el proceso de electroextraccidn basado en sulfato, un cinodo hecho de aleacion de plomo o un anodo con un revestimiento electrocatallticamente activo y un catodo hecho de acero inoxidable se sumergen en un bafio electrolltico que contiene una solution que comprende por ejemplo sulfato de cobre y acido sulfurico. Una corriente electrica desde el anodo hacia el catodo induce una reaccidn electroquimica, donde el cobre es depositado en la superficie del catodo. Al mismo tiempo, se genera gas de oxfgeno en el anodo. El oxi'geno generado forma burbujas muy pequefias en la superficie del anodo. Estas burbujas suben posteriormente a la superficie del electrolito que contiene acido sulfurico, se revientan y liberan un aerosol o niebla fina de electrolito en la atmdsfera sobre el electrolito. Este aerosol o niebla, referida como niebla de acido, tiene tlpicamente una composicidn similar a la del electrolito, es decir contiene acido sulfurico y sales de metal, y tiene una serie de efectos secundarios dafiinos: es danino para el personal que trabaja en la casa tanque y causa corrosidn cuando se deposits en las superficies en la casa tanque. La niebla de acido esta tlpicamente compuesta de partlculas llquidas o gotitas de aproximadamente 1-100 pm de diametro en suspensidn.
Hay varias tecnicas disponibles para reducir la niebla de acido en las casas tanque. Estas incluyen productos qulmicos tales como surfactantes (por ejemplo, FC- 1100), barreras mecanicas tales como capas de esferas, perlas y similares, ventilacidn mejorada (por ejemplo, de flujo cruzado) y capotas y cubiertas de celda sobre las celdas para eliminar la niebla de acido. Un ejemplo de un aparato de cubierta de tanque para reducir la niebla de acido se describe en la US 5470445. La US 4668353 describe presillas y dispositivos de enmascaramiento que restringe el area de superficie del electrolito a traves de la cual pueden pasar las burbujas en la atmdsfera.
Sin embargo, estas tecnicas tienen inconvenientes y pueden ser poco practicas de usar. Las capotas y las cubiertas de celda son efectivas para remover la niebla de acido, pero no reunen la niebla de acido si no estan en su lugar, por ejemplo al momento de
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recolectar los catodos. Las capotas y los sistemas de depuracidn asociados consumer! agua y energla. Los productos qulmicos representan un gasto adicional y no proporcionan 100% de reduccidn para la niebla de acido. Adem£s, serla conveniente estar en condiciones de reducir al mlnimo la cantidad de niebla de acido.
PROP6SITO DE LA INVENCI6N
El proposito de la invencidn es proporcionar medios pr£cticos y simples para reducir la niebla de acido en un proceso de electrdlisis. La presente invencidn se basa en el fendmeno de la coalescencia de las burbujas de gas y la observacidn de que se forme menos niebla de dcido cuando la explosidn de las burbujas de gas sea mayor que las evolucionan en la superficie del anodo.
RESUMEN
La invencidn divulga una gui'a de colector de burbujas para usar en un proceso de electrolisis, la cual comprende una pluralidad de elementos de guia dispuestos separados entre si, comprendiendo los elementos de gula un lado inferior; donde los elementos de guia pueden estar dispuestos de manera horizontal en la superficie vertical de un electrodo de modo que el lado inferior del elemento de guia forme una superficie orientada hacia abajo que es sustancialmente ortogonal a la superficie vertical del electrodo, para recolectar las burbujas de gas generadas en el electrodo.
Cuando las burbujas son recolectadas bajo dicha superficie orientada hacia abajo que es sustancialmente ortogonal a la superficie vertical del electrodo, estas se juntan entre si para formar burbujas m£s grandes. Cuando las burbujas han alcanzado cierto diametro, se escaparan de dicha superficie orientada hacia abajo del elemento de guia debido a su flotabilidad, alcanzaran el nivel de la superficie del electrolito y reventaran. La profundidad del elemento de guia y/o su lado inferior se pueden seleccionar de manera apropiada para permitir que las burbujas se junten hasta cierto diametro.
En modalidades diferentes de la invencidn, el numero de elementos de guia dispuestos al lado vertical de un electrodo se pueden seleccionar de manera apropiada por ejemplo en base a la densidad de corriente usada o el volumen de burbuja formado por area del electrodo.
En una modalidad de la invencidn, el elemento de guia se extiende sustancialmente portodo el ancho de la superficie vertical del electrodo.
En una modalidad de la invention, el elemento de guia es sumergido en el electrolito.
En una modalidad, el elemento de guia se puede unir a manera de sello con la superficie vertical del electrodo.
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En una modalidad de este tipo, el elemento de gula se puede unir a manera de sello con la superficie vertical del electrodo usando medios apropiados, por ejemplo un adhesivo tal como un pollmero fundido o pegamento o por ejemplo tornillos, clavos, grapas, pernos o empalmes no conductores o una combinacibn de los mismos. Esta modalidad tiene la utilidad adicional de que evita que pequefias burbujas se escapen de entre la superficie vertical del electrodo y el elemento de gula.
En modalidades de la invencibn, los elementos de gula pueden estar dispuestos a una separacibn apropiada entre los mismos.
En una modalidad de la invencibn, los elementos de gula estbn dispuestos a una distancia igual uno del otro.
En una modalidad de la invencibn, los elementos de gula estbn dispuestos a distancias variadas entre si. Por ejemplo, las distancias entre los elementos de gula dispuestos hacia la parte superior de la superficie vertical del electrodo pueden ser mbs cortas que las distancias entre los elementos de gula dispuestos hacia la parte inferior de la superficie vertical del electrodo.
En una modalidad de la invencibn, los elementos de gula pueden estar dispuestos a lo largo de la longitud de la superficie vertical del electrodo. En otras palabras, los elementos de gula pueden estar dispuestos en todo el brea de la superficie vertical del electrodo.
En una modalidad de la invencibn, los elementos de gula son del mismo tamafio y espesor.
En una modalidad de la invencibn que comprende una pluralidad de elementos de gula, los elementos de gula son de diferentes tamafios y/o espesores.
En una modalidad de la invencibn, el elemento de gula y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dicho elemento de gula tiene una forma o perfil lineal. En una modalidad de este tipo, el lado inferior del elemento de gula forma una superficie orientada hacia abajo que es sustancialmente ortogonal a la superficie vertical del electrodo.
En otras modalidades, el elemento de gula y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dicho elemento de gula puede tener cualquier forma o perfil apropiado. En una modalidad de la invencibn, el elemento de gula y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dicho elemento de gula tiene una forma o perfil con borde de sierra. En una modalidad de la invencibn, el elemento de gula y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dicho elemento de gula tiene una forma o perfil ondulante. En una modalidad de la invencibn, el elemento de
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guia y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dicho elemento de guia tiene una forma o perfil dentado.
En una modalidad de la invencibn, el elemento de guia comprende orificios o aberturas.
En una modalidad de la invencibn, la guia de colector de burbujas comprende por lo menos un elemento de soporte. En otra modalidad de la invencibn, el elemento de soporte conecta los extremos de los elementos de guia.
En una modalidad de la invencibn, el (los) elemento(s) de soporte puede(n) estar dispuesto(s) en las superficies verticales del electrodo.
Estas modalidades permiten una fbcil instalacibn del colector de guia de burbujas, ya que se puede deslizar fbcilmente en el electrodo.
En una modalidad de la invencibn, la guia de colector de burbujas se hace de una
pieza.
En una modalidad de la invencibn, la guia de colector de burbujas se hace de un polimero apropiado. Sin embargo, la guia de colector de burbujas se puede hacer de cualquier material apropiado. Preferentemente, el material es no conductor.
En una modalidad de la invencibn, el (los) elemento(s) de soporte se extiende(n) mas lejos del lado vertical del electrodo que del (de los) elemento(s) de guia para evitar que otras partes del sistema de electrblisis, tales como otros electrodos, toquen los elementos de guia. Cuando una celda electrolitica es cargada con electrodos, por ejemplo catodos en un proceso de electroextraccibn, es importante que los hordes del electrodo no destruyan los elementos de guia. El (los) elemento(s) de soporte puede(n) de este modo funcionar como guias de electrodo (por ejemplo cbtodo).
En una modalidad de la invencibn, la guia de colector de burbujas comprende uno o mbs espaciadores para mantener los electrodos a las distancias correctas entre si.
La invencibn se refiere ademas al uso de la guia de colector de burbujas de acuerdo con la invencibn en un proceso de electrblisis junto con otros medios para reducir la niebla de acido. La guia de colector de burbujas se puede usar junto con estos otros medios para reducir al minimo la generacibn de la niebla de bcido.
En una modalidad de la invencibn, los otros medios para reducir la niebla de bcido comprenden un producto quimico supresor de niebla de bcido, una bolsa de diafragma o una capota, o combinaciones de los mismos. Los expertos en la tbcnica conocen varios productos quimicos supresores de niebla de bcido, por ejemplo surfactantes tales como FC-1100.
La invention proporciona una serie de beneficios. La guia de colector de burbujas es simple y por lo tanto facil y barata de fabricar. Tambten es f£cil de instalar y mantener, y se puede instalar en electrodos nuevos o existentes incluso en el sitio de uso, proporcionando de este modo bajos costos de instalacidn. La invention ademas 5 virtualmente no requiere o requiere muy poco mantenimiento, proporcionando de este modo bajos costos de mantenimiento. La invencidn no requiere una fuente de energla adicional, y ya que se produce menos niebla de £cido, se requiere menos ventilacidn y consecuentemente menos energia; de este modo la invencidn puede disminuir significativamente el consumo total de energla del sistema de electrdlisis. En sistemas en 10 los que se usa una capota para capturar la niebla de £cido, la capacidad de depuracidn y el consumo de agua asociado tambi§n se reducen.
Si bien es particularmente util en los proceso de electroextraccidn, la invencidn se puede utilizar en cualquier proceso de electrdlisis que involucre gas para reducir la production de aerosol de electrolito.
15 Las modalidades de la invencidn descritas anteriormente se pueden usar en
cualquier combinacidn entre si. Se pueden combinar entre s( varias de las modalidades para formar otra modalidad de la invencidn. Un producto o un uso, con el cual se relaciona la invention, puede comprender por lo menos una de las modalidades de la invention anteriormente descritas.
20 BREVE DESCRIPClON DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se acompaftan, que se incluyen para proporcionar un mejor entendimiento de la invencidn y constituir parte de esta descripcidn, ilustran las modalidades de la invencidn y junto con la descripcidn ayudan a explicar los principios de la invention. En los dibujos:
25 La Figura 1 es una vista lateral de la gula de colector de burbujas que comprende
una pluralidad de elementos de guia dispuestos en el lado vertical del electrodo;
La Figura 2 muestra ejemplos de posibles formas o perfiles de la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior del elemento de guia;
La Figura 3 muestra una guia de colector de burbujas que comprende una 30 pluralidad de elementos de guia dispuesta en el lado vertical de un electrodo;
La Figura 4 demuestra una modalidad de la guia de colector de burbujas que comprende una pluralidad de elementos de guia y elementos de soporte;
La Figura 5 es un primer piano de la guia de colector de burbujas en la Figura 4; y La Figura 6 muestra medidas experimentales de la niebla de £cido generada en un 35 sistema de prueba.
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DESCRIPClON detallada de la invencion
Ahora se har£ referenda de manera detallada a las modalidades de la presente invencidn, cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos que se acompafian.
Por razones de simplicidad, los numeros de item se mantendr£n en las siguientes modalidades ejemplares en el caso de componentes que se repiten.
La Figura 1 muestra una vista lateral de una guia de colector de burbujas de acuerdo con la invencion. Un electrodo 1 se muestra en una linea de puntos. El electrodo esta unido a una barra de suspensidn de electrodos 2 (tambi£n en una linea de puntos). La guia de colector de burbujas comprende una pluralidad de elementos de guia
3 que estcin dispuestos en el lado vertical del electrodo 1. Las burbujas de gas (mostradas en forma de circulos) generadas en el electrodo son recolectadas debajo del lado inferior 4 de los elementos de guia 3. Las flechas demuestran c6mo las burbujas juntadas se mueven desde abajo del lado inferior de los elementos de guia hacia el electrolito y hacia la superficie del electrolito.
La Figura 2 muestra ejemplos de formas o perfiles posibles de los elementos de guia de la invencion y/o la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior de dichos elementos de guia. La Figura 2A muestra un elemento de guia 3 y su lado inferior
4 que tienen una forma lineal; 2B muestra un elemento de guia 3 y su lado inferior 4 que tiene una forma con borde de sierra; y 2C muestra un elemento de guia 3 cuyo lado inferior 4 forma una superficie orientada hacia abajo que tiene un forma dentada.
La Figura 3 muestra otra vista de una guia de colector de burbujas que comprende una pluralidad de elementos de guia 3 dispuestos en el lado vertical del electrodo 1. El electrodo 1 esta unido a una barra de suspension de electrodo 2 (en linea de puntos). La guia de colector de burbujas hasta el elemento de guia superior puede estar hundida debajo de la superficie de electrolito.
La Figura 4 demuestra una modalidad de la guia de colector de burbujas dispuesta en un electrodo 1 unido a una barra de suspensidn de electrodo 2. El electrodo tiene una forma rectangular y comprende dos superficies verticales anchas y dos angostas. La guia de colector de burbujas comprende una pluralidad de elementos de guia 3 dispuesto en la superficie vertical del electrodo 1 y los elementos de soporte 5 que conectan los extremos de los elementos de guia en los dos lados del electrodo. Los elementos de soporte 5 estan dispuestos en las dos superficies verticales angostas del electrdlito. En la modalidad mostrada en esta figura, los elementos de soporte 5 se extienden mas lejos de la superficie vertical ancha del electrodo que los elementos de guia para evitar que las otras partes del sistema de electrdlisis, tal como los c£todos cargados en el sistema,
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toquen los elementos de gula. La modalidad mostrada en esta figura comprende varios espaciadores 6 que mantienen otros electrodos y otras partes del sistema de electrblisis separados de los elementos de gula y el electrodo. Los espaciadores 6 estbn unidos a los elementos de soporte.
La Figura 5 es un primer piano de la gula de colector de burbujas mostrada en la Figura 4 desde un angulo diferente. Este primer piano demuestra claramente c6mo se extiende los elementos de soporte 5 mbs lejos de la superficie vertical ancha del electrodo que los elementos de gula 3 para evitar que las otras partes del sistema de electrblisis, tales como los cbtodos cargados en el sistema, toquen los elementos de gula 3. Los extremos superiores de los elementos de soporte 5 se estrechan la parte superior del electrodo 1.
Para un experto en la tbcnica es obvio que con el avance de la tecnologla, la idea bbsica de la invencion puede ser implementada de varias formas. La invencibn y sus modalidades no estan de este modo limitadas a los ejemplos anteriormente descritos; mas bien estas pueden variar dentro del bmbito de las reivindicaciones.
EJEMPLO 1
Se realizaron experimentos de electroextraccibn de cobre a escala de banco para demostrar el efecto de la invencibn.
Se usb una celda transparente con electrodos anchos de aproximadamente 30 cm de largo y 15 cm de ancho (bnodo de aleacibn de plomo, cbtodos 2 x SS 316) con una capota para determinar el efecto de las gulas de colector de burbujas para reducir la niebla de acido. El sistema de celdas estaba en condiciones de recolectar toda la niebla de bcido evolucionada. Los experimentos se hicieron con y sin gulas de colector de burbujas que comprende elementos de gula que tienen una forma lineal y un espesor de 1 cm. La capota tenia un orificio en la parte superior, desde donde se succionb la niebla de bcido con una bomba, se recolecto y se midio. Los experimentos se realizaron a dos temperaturas: 40 y 50°C. La densidad de corriente catbdica usada fue 300 Am'2 y el tiempo de electrblisis 6 horas. El mismo electrolito se hizo circular durante el experimento. La niebla de bcido fue succionada a 3-4.5 L/min. La concentracibn de bcido sulfurico fue 186+5 g/l y la concentracibn de cobre fue 37±3 g/l al final de los experimentos.
Los resultados se muestran en la Figura 6. La reduccibn de la niebla de acido fue considerable con las gulas de colector de burbujas (gulas de burbuja), mbs del 75%. De
una manera similar, tambi&n se redujo la cantidad de cobre en la niebla. La cantidad de dcido y cobre recolectados tuvo la misma proporcidn que el electrolito, como se esperaba. EJEMPLO 2
Se hizo una configuracidn experimental similar al Ejemplo 1, con la excepcidn de 5 que el tiempo de electrdlisis fue 4 horas y solamente se hizo un experimento con las gulas de colector de burbujas a 40°C. Ademds, se afiadid un producto quimico supresor de niebla de dcido en el electrolito con la concentracidn de 10 ppm. Los resultados se dan en la Figura 6. La reduccidn de la niebla de dcido junto con el supresor de niebla de dcido y las gulas de colector de burbujas fue 96%.
Claims (16)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Una guia de colector de burbujas para usar en un proceso de electroextracciPn, caracterizada porque la gula de colector de burbujas comprende una pluralidad de elementos de guia (3) dispuestos de manera separada entre si a lo largo de la longitud de la superficie vertical de un electrodo, comprendiendo los elementos de guia (3) un lado inferior (4); donde los elementos de guia (3) pueden estar dispuestos de manera horizontal en la superficie vertical del electrodo (1) de modo que el lado inferior (4) del elemento de guia (3) forma una superficie orientada hacia abajo que es sustancialmente ortogonal a la superficie vertical del electrodo (1), para recolectar burbujas de gas generadas en el electrodo (1).
- 2. La guia de colector de burbujas de acuerdo con la reivindicacidn 1, caracterizada porque el elemento de guia (3) se extiende sustancialmente por todo el ancho de la superficie vertical del electrodo (1).
- 3. La guia de colector de burbujas de acuerdo con la reivindicacidn 1 o 2, caracterizada porque el elemento de guia (3) se une en una forma de sello con la superficie vertical del electrodo (1).
- 4. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-3, caracterizada porque los elementos de guia estan dispuestos entre si a una distancia igual.
- 5. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-3, caracterizada porque los elementos de guia estan dispuestos a variadas distancias uno del otro.
- 6. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-5, caracterizada porque los elementos de guia son del mismo tamafio y espesor.
- 7. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 - 5, caracterizada porque los elementos de guia son de diferente tamafio y/o espesor.5101520253035
- 8. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-7, caracterizada porque la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior (4) del elemento de guia (3) tiene una forma lineal.
- 9. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-7, caracterizada porque la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior (4) del elemento de guia (3) tiene una forma con borde de sierra.
- 10. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-7, caracterizada porque la superficie orientada hacia abajo formada por el lado inferior (4) del elemento de guia (3) tiene una forma dentada.
- 11. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-10, caracterizada porque el elemento de guia (3) comprende orificios o aberturas.
- 12. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-11, caracterizada porque la guia de colector de burbujas comprende por lo menos un elemento de soporte (5).
- 13. La guia de colector de burbujas de acuerdo con la reivindicacibn 12, caracterizada porque el elemento de soporte (5) se extiende mbs lejos del lado vertical del electrodo (1) que los elementos de guia (3) para evitar que otras partes del sistema de electrblisis toquen los elementos de guia (3).
- 14. La guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-13, caracterizada porque comprende uno o mbs espaciadores (6) para mantener a los electrodos a una distancia correcta entre si.
- 15. El uso de una guia de colector de burbujas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 - 14 en un proceso de electroextraccibn junto con otros medios para reducir la niebla de bcido.
- 16. El uso de acuerdo con la reivindicacibn 15, caracterizado porque los otros mediospara reducir la niebla de £cido comprenden un producto quimico supresor de niebla de acido, una bolsa de diafragma o una capota, o combinaciones de los mismos.
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