MX2013001502A

MX2013001502A - Aparato para usar en electrorefinacion y electroextraccion.

Info

Publication number: MX2013001502A
Application number: MX2013001502A
Authority: MX
Inventors: Duncan Grant
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-27
Also published as: CA2806505A1; US20150197868A1; PL410586A1; AU2011288299B2; PL404171A1; PL410260A1; CL2013000395A1; CL2015003185A1; MX339882B; JP2013533390A; WO2012020243A1; JP5850935B2; AU2011288299A1; EA023794B1; US20150191840A1; CL2015003184A1; MX352248B; CN103108997B; CA2806505C; DE112011102660T5

Abstract

Un aparato para usar en la electroproducción de metales, que comprende una pluralidad de ánodos (2) y una pluralidad de cátodos (1) en una configuración intercalada, en donde cada par de ánodo y cátodo forma una celda; una pluralidad de suministros de energía (9), cada celda asociada con uno o más suministros de energía respectivos; y los suministros de energía están dispuestos para controlar una corriente continua en una o más celdas a un valor predeterminado.

Description

APARATO PARA USAR EN ELETROREFINACIÓN Y ELECTROEXTRACCIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato para la electroproducción de metales.

Antecedentes de la Invención En la electrorefinación (ER) y la electroextracción (EE) los electrodos son sumergidos en un electrólito y entre ellas se pasa una corriente eléctrica. El ánodo se hace positivo y el cátodo se hace negativo de modo que una corriente eléctrica pasa a través del electrólito desde el ánodo al cátodo.

En la electrorefinación (ER), el ánodo metálico es soluble. Es decir que el metal entra en el electrólito bajo la influencia del potencial entre el ánodo y el cátodo. Por ejemplo, en la electrorefinación del cobre, el ánodo se hace de cobre y el cobre entra en el electrólito desde el ánodo. El metal, ahora en el electrólito, es transportado a través de o mediante el electrólito hacia el cátodo donde se deposita. El cátodo puede ser del mismo metal que el metal que está siendo depositado o puede ser de un metal diferente. Por ejemplo, en la electrorefinación del cobre alguna vez era común emplear un cátodo hecho de cobre. Sin embargo, ahora comúnmente se emplea un cátodo de acero inoxidable que rápidamente se llega a cubrir con cobre y el cual desde entonces funciona esencialmente como un cátodo de cobre. El cobre depositado es mecánicamente removido del cátodo de acero inoxidable y el cátodo es reutilizado. El cobre depositado en el cátodo es altamente puro. Las impurezas que estaban en el metal de ánodo se desprenden en forma de un sólido cuando el ánodo se disuelve y pueden contener subproductos útiles, por ejemplo, oro. Además del cobre, los metales purificados mediante ER incluyen oro, plata, plomo, cobalto, níquel, estaño y otros metales.

La electroextracción (EE) difiere de la electrorefinación en que el metal buscado es importado en las celdas y ya está contenido en el electrólito. En el ejemplo del cobre, el ácido sulfúrico se utiliza típicamente para disolver el cobre a partir de una forma de óxido de mineral de cobre y el licor resultante, después de la concentración, se importa en una celda de electroextracción para conseguir extraer cobre. Un ánodo y un cátodo son sumergidos en el electrólito y se pasa una corriente entre ellos, siendo nuevamente el ánodo positivo y el cátodo negativo. En la electroextracción, el ánodo no es soluble pero se hace de un material inerte. Típicamente, se usa una aleación de plomo en el caso del cobre. El cátodo puede ser el mismo metal que está siendo extraído del electrólito o puede ser de un material diferente. Por ejemplo, en el caso del cobre, se pueden usar cátodos de cobre aunque comúnmente se utilizan cátodos de acero inoxidable que rápidamente se llegan a recubrir con cobre. Bajo la influencia de la corriente eléctrica, el metal que se va a ganar deja la solución electrolítica y se deposita en una forma bien pura en el cátodo. El electrólito es cambiado mediante este proceso habiendo dejado una porción grande de su contenido metálico. Además del cobre, los metales obtenidos mediante la electroextracción incluyen plomo, oro, plata, zinc, cromo, cobalto, manganeso, aluminio y otros metales. Para algunos metales, tales como el aluminio, el electrólito es un material fundido antes que una solución acuosa.

Como ejemplos de los voltajes y la corriente involucrados, en la refinación del cobre, el voltaje de celda es generalmente alrededor de 0.3V, la densidad de la corriente es aproximadamente 300 Amps por metro cuadrado y el área de cada electrodo presente es aproximadamente 1 metro cuadrado. Estas figuras difieren considerablemente para diferentes metales pero la invención se aplica a la refinación y la extracción de todos los metales.

Las características eléctricas de las celdas de ER y EE difieren. En las celdas de ER los sobrepotenciales en el cátodo y el ánodo tienden a anularse de modo que la celda tiene la característica de una resistencia que en los sistemas tradicionales está dominada por la resistencia electrolítica. En las celdas de EE el sobrepotencial neto no es cero y puede constituir bien la parte más grande del voltaje entre el ánodo y el cátodo. Sin embargo, habrá además cierta caída de voltaje debido a la resistencia electrolítica. Estas características se ilustran en la Figura 13. La Figura 13 usa, a modo de ejemplo, valores aproximadamente típicos de los encontrados en la ER y la EE del cobre.

La Figura 14 ilustra el origen de la línea de ER en la Figura 13 que muestra la relación entre la corriente catódica y el voltaje de ánodo-cátodo para la ER. En la ER el sobrepotencial del ánodo y el cátodo se anulan de modo que las características de un cátodo y sus ánodos adyacentes (consistente en este ejemplo de un cátodo y dos ánodos separados por una separación inter-electrodos IEG1 y IEG2) son aproximadamente las de un resistor de 0.5 miliohm. Este resistor se hace de manera efectiva de dos resistores de lm Ohm en paralelo, siendo 1 m ohm la resistencia aproximada de cada una de las dos IEGs.

La Figura 15a muestra un circuito eléctrico que representa la situación de la ER. La corriente total del cátodo se divide entre los dos lados de los cátodos en proporción inversa a la resistencia de la separación de inter-cátodos y varias otras resistencias pequeñas. El área de cada lado de la placa de cátodo es igual. De modo que la densidad de la corriente en cada lado de las placas es inversamente proporcional a la resistencia de la IEG (y otras contribuciones más pequeñas a la resistencia). La resistencia de cada IEG es aproximadamente proporcional al ancho de la separación inter-electrodos (IEG). Si las IEGs son de diferente ancho, la corriente total de cada lado del cátodo (y por lo tanto la densidad de la corriente en cada lado) será diferente.

La Figura 15b muestra un circuito eléctrico que representa la situación de la EE. En la Figura 13 la línea marcada EE muestra la relación entre la corriente catódica y el voltaje de ánodo-cátodo para la EE. La disposición de electrodos es la misma que se muestra en la Figura 14. En la Figura 13 la línea para la EE se desplaza hacia adelante mediante una cantidad igual al sobrepotencial neto en una celda que para la EE de cobre es aproximadamente 1.5V. Para otros metales esta puede ser más grande, incluso sobre 3.0V. Por lo tanto, el voltaje total a través de una celda es igual a la suma del sobrepotencial neto y el voltaje debido al paso de la corriente a través de la resistencia electrolítica (así como otras contribuciones menores a la resistencia). El circuito equivalente eléctrico aproximado para la EE se muestra en la Figura 15b. Como anteriormente con la ER, en la EE cualquier desigualdad en la resistencia del electrólito en la IEG en cada lado del cátodo puede dar origen a una desigualdad en la densidad de la corriente en cada lado del cátodo salvo que cada IEG sea individualmente accionada por un suministro de corriente controlado. De manera similar, cualquier variación en el sobrepotencial neto en cada una de las IEGs dará origen a la densidad desigual de corriente en las IEGs salvo que cada IEG sea individualmente suministrada.

Terminología En la ER y la EE el punto de partida es un ánodo yuxtapuesto a un cátodo en un electrólito contenido en un tanque. Pero se pueden usar muchas placas catódicas y muchas placas anódicas, intercaladas, con todas las placas anódicas conectadas en paralelo y todas las placas catódicas conectadas en paralelo contenidas dentro de un único tanque de electrólito. Eléctricamente esto aún parece una única celda y en la industria comúnmente se llama por lo tanto una celda.

En la industria de la ER y la EE, la "celda" es usada casi de manera universal para referirse a un tanque lleno con ánodos y cátodos en paralelo.

En la industria de la ER y la EE, el "tanque" puede referirse a lo mismo que la "celda", sobre, o puede referirse al recipiente solo, dependiendo del contexto.

De este modo hay potencial para la confusión si el número de placas en paralelo no es aludido. La presente invención es aplicable a una celda que consiste de un cátodo y un ánodo y una separación inter-electrodos (IEG). Por lo tanto en el nivel más básico la palabra "celda" puede ser un sinónimo de una IEG única. En la descripción a continuación "celda" se usa para referirse a electrodos cooperantes separados por una separación inter-electrodos. Si se van a usar ambos lados del cátodo para la deposición de metal, se requieren dos ánodos que dan dos IEGs. Para un mayor incremento en el área superficial del cátodo, se tiene que añadir más ánodos y cátodos y por lo tanto se añaden más IEGs. Hay dos veces tantas IEGs como cátodos.

Con referencia primero a la Figura 1, una celda básica generalmente designada 24 se muestra como aquella que consiste de un cátodo 1 y un ánodo 2 y una separación inter-electrodos (IEG) 3. El cátodo 1 y el ánodo 2 son sumergidos en un electrólito 4 contenido en un tanque 5.

La Figura 2 muestra un cátodo 1 y dos ánodos 2 conectados en paralelo, creando toda la disposición dos IEGs 3.

En las cámaras de tanque los "tanques" están conectados en serie. Una típica cámara de tanque de ER puede por lo tanto requerir un suministro eléctrico en el orden de 36,000 Amps a 250 Voltios.

Problemas con los Procesos de la Técnica Anterior En un típico proceso una serie de placas anódicas y catódicas están intercaladas y suministradas en paralelo desde barras colectoras positivas y negativas de modo que cada par de placas de ánodo-cátodo es efectivamente suministrado desde una fuente de voltaje común. Esto da como resultado una propagación de la densidad de la corriente en las celdas debido a las diferencias en la resistencia de las celdas. Estas diferencias surgen desde una propagación de los valores de, entre otras cosas, la separación de la placa, resistencia interior de la placa, resistencia del contacto entre las placas y las barras colectoras, alineación y llanura de las placas, estado de las placas y condición electrolítica.

La eficiencia y la velocidad del proceso de electroproducción pueden ser afectadas en forma adversa si la densidad de la corriente en la celda no se mantiene dentro de ciertos límites. La calidad del metal depositado también puede verse afectada por la densidad de la corriente.

Adicionalmente, una densidad de corriente mal controlada puede estimular el desarrollo de puntas metálicas en las placas que puede conllevar a cortocircuitos entre las placas.

Usualmente se conectan muchas celdas en paralelo mediante la conexión paralela de todos los ánodos en un tanque y la conexión paralela de todos los cátodos en un tanque pero la conexión en serie-paralelo o la conexión en serie también es posible. Por lo tanto, la densidad de la corriente en una celda dada está afectada por la condición de otras celdas y por lo tanto puede apartarse del ideal.

Los electrodos tienen que hacerse y colocarse con una alta precisión para asegurar la uniformidad de las características de la celda.

El voltaje que es ideal para una celda puede no ser ideal para otras celdas.

La concentración electrolítica puede variar cada cierto tiempo cambiando la característica de una celda dada dinámicamente durante el proceso de electroextracción o electrorefinación.

La corriente a las celdas es transportada por distancias sustanciales a un alto valor de corriente. Debido a que las pérdidas en un conductor son proporcionales al cuadrado de la corriente este proceso es desperdicio de energía.

El voltaje aplicado a cada celda puede ser mal regulado, particularmente cuando se suministra a través de barras colectoras largas de corriente alta que son cargadas con celdas cuya condición es variable.

La resistencia de contacto entre las placas y las barras colectoras puede variar sustancialmente dando como resultado un mal control de la corriente a través de las placas y la densidad de la corriente en las placas.

En algunos sistemas, por ejemplo en la refinación del cobre, se usa a veces un cátodo de acero removiéndose completamente la deposición de cobre resultante y reutilizando la placa. Las placas de acero pueden deteriorarse con el tiempo y el uso y por lo tanto experimentan cambios en su resistencia interior dando origen a un mal control de la corriente a través de las placas y una mala densidad de la corriente en las placas.

El espesor y las características del ánodo cambian durante un cultivo (es decir durante el proceso de electroproducción) y entre cultivos haciendo difícil obtener la densidad ideal de la corriente durante cualquier cultivo particular.

Compendio de la Invención De acuerdo con un primer aspecto de la invención se proporciona un aparato para usar en la electroproducción de metales, comprendiendo una pluralidad de ánodos y una pluralidad de cátodos en una configuración intercalada, en donde cada par de ánodo y cátodo forma una celda; una pluralidad de suministros de energía, cada celda asociada con uno o más suministros de los respectivos suministros de energía; y los suministros de energía están dispuestos para controlar una corriente directa en la o las celdas a un valor predeterminado.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un aparato para usar en la electroproducción o electrorefmación, comprendiendo: primero y segundo electrodos; por lo menos una barra colectora; por lo menos un suministro de energía; en donde el suministro de energía está asociado con un electrodo y está dispuesto para regular un suministro de corriente desde la barra colectora hacia el electrodo.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un aparato para electroproducción o electrorefmación de material comprendiendo: un electrodo que comprende: una primera capa conductora y una segunda capa conductora; en donde la primera capa conductora y la segunda capa conductora están separadas por una capa eléctricamente aislante.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un aparato para la electroproducción de materiales que comprende primero y segundo electrodos y activadores para controlar una separación entre ellos como una función de por lo menos una de: evolución de la característica de corriente-voltaje entre los primero y segundo electrodos; condición del electrodo; tiempo.

De acuerdo con un quinto aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de electo-producción donde por lo menos algunos conectores entre los suministros de energía, las barras de suspensión, y los electrodos comprenden contactos que ejercen presión contra una superficie conductora cooperante.

De acuerdo con un sexto aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de electroproducción que comprende: una pluralidad de electrodos; sensores de corriente asociados con por lo menos algunos de los electrodos, y circuitos de salida o procesamiento de datos para producir o procesar las medidas de corriente.

Breve Descripción de los Dibujos Las modalidades de la invención se describirán ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que: La Figura 1 es una ilustración de una celda básica o IEG; La Figura 2 es una vista lateral de dos ánodos y un cátodo que crean dos IEGs; La Figura 3 es una vista lateral de múltiples ánodos en paralelo y cátodos múltiples en paralelo; La Figura 4 es una vista superior de una pluralidad de tanques en serie; La Figura 5 es una ilustración de una disposición de convertidor que constituye una modalidad de la presente invención donde los voltajes de la IEG varían; La Figura 6 es una ilustración de un convertidor que constituye una modalidad de la disposición de la invención donde los voltajes del electrodo son controlados; Las Figuras 7a a 7C son vistas laterales de un electrodo que ilustra cómo los convertidores o reguladores pueden ser insertados entre las placas y las barras colectoras; La Figura 8 es un diagrama de circuito de un convertidor con un rectificador de puente en la salida; La Figura 9 es un diagrama de circuito de un convertidor con un devanado secundario de transformador de centro conectado; La Figura 10 es un diagrama de circuito de un regulador de oposición; La Figura 11 es un diagrama de circuito de un circuito de corrección del factor de energía; La Figura 12 es un dibujo esquemático de un sistema de control de celda de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 13 es una ilustración gráfica de la corriente frente a las características de voltaje de las celdas de la ER y la EE.

La Figura 14 es una vista lateral como se ilustra en la Figura 12, que muestra además el origen eléctrico de las características de la celda de la ER; La Figura 15a muestra un circuito eléctrico de las celdas de la ER; La Figura 15b muestra un circuito eléctrico que representa las celdas de la EE; La Figura 16 es una vista frontal de un electrodo en donde los reguladores han sido insertados entre las orejetas de electrodo y las barras colectoras; La Figura 17 es una vista frontal de un electrodo en donde los reguladores han sido incorporados en las orejetas; La Figura 18 es una vista frontal de un electrodo en donde los dos reguladores han sido incorporados en un único regulador que separa la placa principal con la viga de orejeta; La Figura 19 es una ilustración de una modificación mostrada en la Figura 18 con reguladores múltiples; La Figura 20 es una versión mecánicamente más fuerte de la disposición mostrada en la Figura 19; La Figura 21 es una perspectiva de extremo de la disposición mostrada en la Figura 20; La Figura 22 es una perspectiva de extremo de la disposición mostrada en la Figura 20, en donde los reguladores han sido colocados en una disposición alternativa; La Figura 23 es una vista lateral de un tanque, que ilustra cómo los suministros de energía pueden ser llevados en una barra de soporte sobre el tanque contactando los electrodos vía pernos torcidos de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 24 es una vista superior de la disposición mostrada en la Figura 23; La Figura 25 es una vista superior de un tanque, en donde se emplean dos o más barras de soporte en la disposición de la barra de soporte; La Figura 26 es una vista lateral del tanque, que ilustra cómo se puede usar un sistema de barra de soporte para conducir los cátodos; La Figura 27 es una vista superior de la disposición mostrada en la Figura 26; La Figura 28 muestra cómo se pueden remover y apilar las estructuras; La Figura 29 es una vista superior que ilustra una configuración de barras de soporte de acuerdo con otra modalidad de la invención; La Figura 30 muestra un método para remover las barras de soporte y los ensamblajes de cubierta; La Figura 31 es una vista lateral de los extremos superiores de tres electrodos, que ilustra un método para usar un elemento cruzado que descansa en los ánodos para soportar un cátodo y un regulador; La Figura 32 es una vista de borde de una placa catódica de tres capas de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 33 es una vista superior de una configuración de electrodo que ilustra un medio para mover las placas en un tanque en un flujo de línea de producción; La Figura 34 muestra una disposición longitudinal para el flujo de producción en línea ilustrado en la Figura 33; La Figura 35 muestra una disposición del flujo longitudinal cuando los ánodos, los cátodos y los suministros de energía se mueven juntos; La Figura 36 muestra una modificación a la disposición mostrada en la Figura 35; La Figura 37 es un diagrama de circuito de un regulador de oposición con un rectificador sincrónico que lleva la corriente libre; La Figura 38 es un diagrama de circuito de un regulador de oposición adatado para conducir los cátodos; La Figura 39 identifica los elementos físicos en funcionamiento conjuntamente con el circuito mostrado en la Figura 38; La Figura 40 es un diagrama de circuito de un regulador simplificado de modo conmutado que se va a usar con otros reguladores de modo conmutado de manera intercalada con el tiempo para mantener una corriente constante en la barra de suspensión; La Figura 41 es un diagrama de circuito de un sistema de administración de energía de acuerdo con un aspecto de la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención Con referencia a la Figura 3, la ilustración muestra una disposición de tanque que es común en las plantas de electroextracción y electrorefinación de la técnica anterior. Los cátodos múltiples 1 están conectados en paralelo y los ánodos múltiples 2 están conectados en paralelo para aumentar el área superficial total del cátodo. Hay dos veces tantas IEGs como cátodos.

La Figura 4 muestra un sistema de la técnica anterior que tiene una multiplicidad de tanques 5 conectados en serie. Un interconector 6 conecta los tanques y en la práctica no es un simple cable sino que se hacen conexiones múltiples vía barras estabilizadoras que aseguran la conexión que se hace entre los tanques en múltiples puntos.

Cualquier arreglo que alimenta un cierto voltaje al cátodo (con respecto a sus ánodos adyacentes) o una corriente al cátodo tendrá dificultad en mantener una densidad de corriente igual en cada lado del cátodo. Los ánodos están típicamente separados en una distancia fija alejada (típicamente 10 cm). Durante años se han hecho esfuerzos para mantener las placas catódicas en una condición plana y localizarlas de manera exacta dentro del tanque. No obstante, 2.5 de exactitud en separación y 2.5 mm de desviación del aspecto plano se consideran buenos logros. Se apreciará fácilmente que un error de 5 mm en un espacio de interelectrodos de 50 mm pudiese conllevar a aproximadamente un error del 10% en la densidad de la corriente en cada lado del cátodo. Además, el espesor del ánodo variará durante y entre el cultivo añadiendo otra oportunidad para que surjan anchos de IEG irregulares. Mediante la presente invención se ha descubierto que para conseguir una densidad de corriente exacta en ambos lados de la placa catódica, es ventajoso controlar la corriente en la IEG o los cátodos individuales. La invención aquí descrita ofrece el control de la corriente tanto en el cátodo o la IEG de acuerdo con la versión que el usuario considera más apropiada, obteniéndose el control más exacto de la densidad de la corriente cuando la corriente de la IEG es controlada.

Mediante la presente invención se ha descubierto que la eficiencia del proceso de la electrorefinación o la electroextracción puede ser mejorado mediante el control de una celda individual. En el proceso convencional en el que cada corriente de celda no está individualmente controlada, una razón de que la separación de placa tiene que ser grande es mantener la densidad de la corriente en gran parte no afectada por los errores en la separación de la placa o por problemas con el aspecto plano de la placa. Si la corriente en cada celda es individualmente controlada, se puede hacer que la densidad de la corriente sea insensible a la separación de placa y la distorsión de la placa y por lo tanto las placas pueden colocarse más cerca entre sí. Esto reduce a su vez el voltaje de la celda y por lo tanto la energía consumida por la celda para la producción de una cantidad dada de metal.

Además, la eficiencia de cada celda (en términos de metal producido por kWhr o energía usada) es sensible a la densidad de la corriente en la celda. Por lo tanto, la capacidad para mantener la densidad de la corriente a un valor deseado permite que la celda trabaje a una eficiencia óptima. Además, la necesidad de corriente que se necesita para una eficiencia óptima puede variar durante el proceso de refinado o extracción. La invención permite que la densidad de corriente objetivo se altere dinámicamente de acuerdo con las condiciones de la celda que pueden ser percibidas del voltaje de la celda u otros parámetros medidos (por ejemplo, resistencia o temperatura del electrólito).

Se proporciona por lo tanto un sistema de conversión de energía (que también puede ser considerado como un suministro de energía) para la electrorefinación o electroextracción de celdas en las que la energía es tomada desde un suministro de voltaje relativamente alto (ca o ce) y se convierte en la localización de la celda a ce de bajo voltaje para suministrar una única celda de modo que en una planta de muchas celdas cada celda tendrá su propio convertidor de energía. El convertidor de energía es adyacente a o parte de la celda y se opera como una fuente de corriente, asegurando de este modo el control de la densidad de la corriente para cada celda. La densidad de la corriente puede ser modificada localmente de acuerdo con la condición de la celda o la condición de la celda puede ser reportada a un sistema de control central que calcula la corriente óptima para esa celda y ordena al convertidor de energía a enviar la corriente deseada. Como alternativa el convertidor de energía puede alimentar corriente a un electrodo catódico con los ánodos en cada lado del cátodo conectados juntos y al convertidor. Sin embargo se apreciará que en esta disposición no hay control sobre cómo la corriente del cátodo se divide en dos celdas individuales (una en cada lado del cátodo), pero esta disposición es más apropiada para mejorar los tanques existentes de ER y EE.

En la técnica anterior, cuando los tanques son recolectados, es necesario removerlos del circuito en serie de los tanques. Esto involucra la provisión de contactores costosos que remueven el tanque del circuito y proporcionan una conexión superpuesta a través de la cual la corriente puede continuar circulando. Un beneficio de la presente invención es que cuando a cada cátodo o IEG se le proporciona energía mediante un suministro separado de energía, solamente es necesario apagar estos suministros de energía para permitir recolectar o poner en servicio las celdas para proceder.

La Figura 5 muestra cómo los electrodos pueden ser suministrados cuando las separaciones inter-electrodos (IEGs) son accionadas por convertidores de energía 9. Las placas catódicas alternativas 1 y las placas anódicas 2 están marcadas como A C A C A y se consideran frontales (es decir desde la parte superior en un sistema de placa vertical). Los convertidores de energía 9 están representados por círculos. Las placas (y por lo tanto las separaciones inter-electrodos 3) pueden ser suministradas desde ambos bordes (esquinas) utilizando todos los convertidores mostrados (9A a 9H inclusive). Alternativamente, las placas pueden ser suministradas desde un borde (esquina) usando solamente los convertidores 9A a 9D inclusive. Alternativamente, las placas pueden ser suministradas desde ambos bordes (esquinas) pero con los convertidores de energía solamente actuando en separaciones alternas de inter-electrodos (estando activos los convertidores 9A, 9C, 9F y 9H). Las consideraciones tales como reducir el conteo del convertidor, la energía óptima del convertidor y la obtención de distribución de corriente uniforme determinan qué distribución de convertidor se utilizará.

En una modalidad alternativa, los electrodos 1 , 2 pueden ser conducido (antes que las separaciones inter-electrodos) como se muestra en la Figura 6. Esta configuración es particularmente (pero no exclusivamente) aplicable cuando el convertidor es un regulador de oposición insertado entre el sistema convencional de distribución de barra colectora y la placa, cuya configuración se explicará más detalladamente más adelante. Las placas anódicas alternativas 2 y las placas catódicas 1 están marcadas como A C A C A. Los convertidores de energía 9 están representados por círculos. Los convertidores 9A a 9J tienen un terminal conectado con una placa y el otro conectado con un conductor común 10 al que se le ha asignado un voltaje 10V. Las placas pueden ser suministradas desde un lado usando convertidores 9A a 9E inclusive o desde ambos lados cuando se utilizan los convertidores 9A a 9J inclusive. Típicamente todos los convertidores producirían un voltaje IEG similar de modo que por ejemplo el voltaje de la celda fuese 0.4V, los convertidores unidos a los ánodos suministrarían la mitad del voltaje de la celda (+0.2V) y los convertidores que suministran a los cátodos suministrarían además la mitad del voltaje de la celda (-0.2V). Habría cierta cantidad de corriente fluyendo a través del conductor común 0V pero mayormente esta sería una corriente de circulación local de modo que su magnitud no excedería la corriente de la celda o como máximo dos veces la corriente de la celda. Alternativamente, los convertidores se pueden emplear de una manera intercalada para reducir el conteo del convertidor. Por ejemplo, podrían emplearse solamente los convertidores 9A, 9C, 9E, 9G y 91. Además, es posible no suministrar algunas placas directamente con un convertidor. Por ejemplo, las placas catódicas podrían conectarse directamente con las barras colectoras 0V. Los convertidores 9A, 9C, 9E, 9F, 9H y 9J suministrarían corriente a las placas anódicas a un voltaje completo de la celda (0.4V en el ejemplo mencionado). Nuevamente, el número de convertidores usado podría ser reducido poniendo en funcionamiento los convertidores 9A, 9C, 9E solamente o 9A, 9H, 9E solamente.

Alternativamente, los ánodos podrían conectarse todos a un conductor común. Luego los convertidores 9B, 9D, 9G y 91 suministrarían a los cátodos (con -0.4V en el ejemplo). El número de convertidores puede ser reducido a la mitad usando solamente los convertidores 9B y 9D o solamente los convertidores 9G y 91. Alternativamente, los convertidores podrían escalonarse entre diferentes lados del tanque. Deberá reconocerse que cuando, como en este ejemplo, todos los ánodos son comunes y los cátodos solamente son conducidos la corriente en las celdas como se define por un par de electrodos y una separación inter-electrodos asociada no está bajo control individual.

Los circuitos del convertidor aquí descritos representan candidatos probables para el tipo de circuito que se va a usar. Deberá entenderse que hay una variedad de métodos para convertir ce a ce o ca a ce que se pueden aplicar en los sistemas descritos. Los ejemplos aquí dados son convertidores de doble extremo pero se pueden usar convertidores de un único extremo. Cuando se usan frecuencias de conmutación altas en los convertidores para aumentar la densidad de la energía de los convertidores, puede ser conveniente usar circuitos resonantes o cuasi-resonantes. El proceso de rectificación ilustrado en los circuitos de la presente invención utiliza rectificación síncrona. Sin embargo, si la pérdida de energía ocasionada no era de una consideración significativa, se podrían utilizar simples rectificadores de diodo (Schottky o PN).

De manera ventajosa, el proceso de conversión de energía utiliza la tecnología de modo conmutado de alta frecuencia, la cual proporciona un convertidor que puede ser pequeño, ligero, eficiente y altamente controlable.

La Figura 7 muestra cómo se pueden incorporar los convertidores de la Figura 6 en las configuraciones de placa convencionalmente utilizadas. Como la Figura 7a muestra en un sistema tradicional de cómo las proyecciones de los electrodos, aquí descritos como orejetas 1 1 descansan en las barras colectoras 12 para establecer una conexión entre las placas de electrodos y las barras colectoras. Según muestra la Figura 7b, un convertidor o circuito regulador 9 se puede insertar entre la orejeta 11 y la barra colectora 12 para regular el flujo de corriente entre la orejeta 11 y la barra colectora 12.

Alternativamente, según se muestra en la Figura 7c, una unidad energizada 13 (es decir, una que recibe opcionalmente otro suministro de energía) puede insertarse entre la orejeta 1 1 y la barra colectora 12. Esta unidad puede aumentar el voltaje disponible al electrodo conectado a la orejeta 11 añadiéndose al voltaje de las barras colectoras 12 (sustrayendo del voltaje de la barra colectora 12 si esta es una barra colectora negativa). Las conexiones se hacen vía placas de contacto 15a y 15b separadas entre sí por una capa aislante 16. Típicamente, la orejeta 11 es parte de una barra de suspensión que soporta una placa de electrodo cuando el electrodo es un cátodo.

La Figura 8 muestra cómo el circuito de suministro de energía del convertidor 9 puede ser implementado. Se utiliza un transformador 20 debido a la proporción de alto voltaje que típicamente existirá entre el voltaje de entrada del convertidor y el voltaje de salida del convertidor. El uso del transformador permite que el semiconductor de energía se encienda para que funcione con un ciclo de trabajo que proporciona un factor de buena forma a la corriente en estos conmutadores minimizando de este modo la pérdida de energía. Lo principal del transformador 20 es un inversor de puente completo pero deberá entenderse que se puede usar un inversor de medio puente. El transformador funciona a una alta frecuencia para reducir el tamaño y el costo del transformador y cualquier otro componente pasivo empleado (por ejemplo, capacitores). La alta frecuencia puede ser de 20kHz hacia arriba. Deberá entenderse que si bien los dispositivos de conmutación 21 (Q5 a Q8) mostrados en el lado principal son MOSFETS de potencia, también se pueden aplicar aquí otros conmutadores semiconductores tales como IGBTs o BJTs. Un capacitor 22 se proporciona para hacer circular corrientes de conmutación de alta frecuencia. La salida del bobinado secundario es rectificada en un rectificador de onda completa y de puente completo para dar ce para usar en la celda. Los diodos parásitos de drenaje de los MOSFETs de potencia 23 (Ql a Q4) pueden usarse para rectificar la salida de ca del bobinado secundario del transformador de modo que el extremo A de la celda 24 era positiva con respecto al extremo B. Sin embargo, la caída de voltaje directa a través de estos diodos daría como resultado una pérdida de energía significativa en los MOSFETs. Los MOSFETS son por lo tanto ventajosamente operados como rectificadores síncronos. Sus canales son conectados cuando se espera que los diodos parásitos de drenaje sean conductores (es decir, los MOSFETS son operados en sincronismo con los dispositivos de conmutación en el lado principal del convertidor). La Rds(on) de cada MOSFET se puede hacer de manera efectiva tan pequeña como sea necesario ya sea eligiendo un MOSFET de capacidad adecuada o conectando los MOSFETs en paralelo de manera efectiva para formar un conmutador MOSFET. Mediante esto se refiere a que la pérdida de energía en los MOSFETS 23 puede mantenerse a un nivel razonable. Por ejemplo, si el convertidor proporciona 300A a 0.4V ce, los conmutadores MOSFET con una Rds(on) de 0.1 mOhm crearían una caída de voltaje a través de los mismos de 30mV. Con dos conmutadores MOSFET en la trayectoria de la corriente, la caída total del voltaje sería 60mV, o 15% del voltaje de salida. Generalmente se prefiere MOSFETS de canal N porque para una Rds(on) dada el precio es usualmente menor pero deberá entenderse que los MOSFETS de canal N y P pueden usarse en cualquier combinación de ser requerido.

Cuando un número de MOSFETs están conectados en paralelo para crear un dispositivo con una Rds(on) inferior que la que tenía un dispositivo simple, en magnitudes sumamente bajas de la Rds(on) disponible en un único dado de silicio, sería conveniente configurar estos dados no como dispositivos individualmente empaquetados sino como dados simples paralelos interiormente en un único paquete. Por ejemplo, la Rds(on) de un MOSFET de 0.8 mOhm puede hacerse hasta 0.3 mOhm de resistencia de silicio y 0.5 mOhm de resistencia al empaquetamiento cuando se empaqueta de manera individual. En dicho caso, es claramente ventajoso poner en paralelo los dados de silicio dentro de un único paquete debido a que las interconexiones entre los dados puede hacerse con menos resistencia que si las conexiones de drenaje y de origen tienen que producirse fuera del paquete de un único dispositivo de dado y dentro de un paquete de otro dispositivo de dado único.

Cuando el voltaje de salida del segundo bobinado del transformador está debajo de un pico de 0.7V, cada uno de los conmutadores MOSFET 23 puede considerarse como un conmutador bilateral (esto es, capaz de bloquearse en cualquier dirección y capaz de conducirse en cualquier dirección). Por lo tanto, el puente secundario puede ser conmutado para producir una salida positiva en B respecto a A en ambos ciclos medios de la forma de onda de voltaje secundario del transformador (es decir, se invierten el voltaje de la celda y el flujo de la corriente). Se ha demostrado que una inversión temporal de la polaridad de la celda tiene un efecto beneficioso en algunas circunstancias (por ejemplo la restauración de la eficiencia de la celda o la reducción de puntas metálicas en las placas). En estas circunstancias, se entenderá que los MOSFETS pueden ser conectados en forma de círculo en cualquier parte del puente para una conveniencia del control. Si se requiere inversión a mayores voltajes (sobre aproximadamente 0.7V) los conmutadores Ql, Q2, Q3 y Q4 pueden ser reemplazados por un par de MOSFETs anti-serie.

La capacitancia (no mostrada) puede añadirse a través de la celda 24 para allanar la forma de onda del voltaje en la celda. Si hay una inductancia significativa en la celda y el cableado asociado, se puede proporcionar un paso de corriente circulante encendiendo un par de transistores (por ejemplo Ql y Q2) para controlar las corrientes circulantes.

Los transformadores de corriente CT1 y CT2 pueden estar localizados en los lados primario y secundario respectivamente para derivar una señal que está relacionada con la corriente de salida ce desde el puente rectificador. El CT1 mide una corriente que contiene la corriente magnetizante primaria y la corriente de carga secundaria reflejada. Esta medición puede ser suficientemente exacta para el propósito de controlar la corriente de salida ce del convertidor. Naturalmente la corriente de salida ce puede medirse directamente en la salida utilizando alguna forma de transductor de corriente ce (por ejemplo efecto Hall).

El transformador utilizado tiene preferentemente una baja inductancia de fuga debido a que se proporcionan grandes valores de corriente mediante el bobinado secundario. Un transformador plano con bobinados primario y secundario intercalados puede proporcionar la inductancia baja de fuga requerida sí como tener un perfil convenientemente bajo y ser apropiado para la conducción de la refrigeración. Cuando los conmutadores MOSFET del rectificador síncrono consisten de un número de MOSFETS en paralelo, existe la opción de utilizar un bobinado secundario, uno por MOSFERT, de modo que las corrientes rectificadas solamente se combinan después de cada uno de los MOSFETs del rectificador síncrono. También se conocen los transformadores con núcleo toroidal que proporcionan una baja inductancia de fuga.

Opcionalmente, el circuito de conversión de energía está configurado apropiadamente de modo que se puede hacer reversible. Esto es, se puede invertir el voltaje y el flujo de corriente. Se ha descubierto que en algunos procesos un periodo de flujo de corriente inversa es beneficioso en promover una mayor eficiencia cuando se almacena el flujo de corriente directa. El uso de un convertidor local para las celdas para cada celda permite que esta técnica se use de la manera más ventajosa.

La corriente de salida y el voltaje de salida se controlan empleando Pulse Width Modulation (PWM) (Modulación por Anchos de Pulso) de la manera bien conocida. Este control PWM puede aplicarse en el lado primario o en el lado secundario o en ambos lados. Otras formas de control, que no sean la PWM están disponibles pero todas dependen de conectar y desconectar los MOSFETs de una manera que se consiga el resultado deseado. La PWM se usa aquí como la forma abreviada para "controlado en una de las formas típicamente empleadas en los convertidores de modo conmutado".

La Figura 9 muestra un circuito de convertidor en el que se usa un transformador 30 con un bobinado secundario 31 con derivación central. El CT1 y el CT2 indican localizaciones apropiadas para los transformadores de corriente con la finalidad de obtener la señal de realimentación de salida de corriente ce. Los transistores laterales secundarios Ql y Q2 son operados como rectificadores síncronos como se mencionó anteriormente. La capacidad para proporcionar un flujo de corriente inversa en la celda está limitada a los voltajes de salida de aproximadamente 0.3V. Si la reversibilidad es requerida a un voltaje más alto, Ql y Q2 pueden reemplazarse mediante pares de MOSFETs anti-serie que luego se hacen para comportarse como conmutadores bilaterales.

Los convertidores de energía son clasificados de acuerdo con el tamaño de las placas que son accionadas. Las celdas pueden hacerse más grandes o más pequeñas que lo usual para aprovechar la tecnología aquí descrita. Las distancias de separación entre los electrodos no necesitan ser los valores convencionalmente usados. En efecto, una de las ventajas de la presente invención es que la separación de la placa puede reducirse debido a un control más exacto y más rápido de la corriente en la celda, así como el potencial para adaptar la densidad de corriente de la celda para adecuarse a las condiciones predominantes. Una separación de placa más pequeña conlleva a una reducción de la resistencia de la celda dando como resultado menos pérdida de energía en la celda. Las opciones de configuración de placa, incluyendo las variaciones en la separación de la placa se explican más detalladamente a continuación.

Cuando es ventajoso hacer esto, los convertidores de energía pueden ser operados de manera continua o transitoriamente en base a algún otro principio de control (por ejemplo operar como una fuente de voltaje).

Opcionalmente, los convertidores de energía y sus sistemas de control pueden hacerse sumergibles (en el electrólito). El contacto con las placas puede ser en el fondo de las placas cuando la gravedad y el peso de las placas pueden producir un contacto eléctrico entre las placas y las bandas de contacto (probablemente de un material no consumible, no corrosivo) en el fondo del tanque.

En los sistemas de control más simples (optimización), el convertidor puede configurarse para producir una corriente de un valor fijo. La magnitud de la corriente enviada a la celda puede ser percibida directamente mediante un método de detección de la corriente ce de ser requerido, pero debido a que el proceso de conversión de energía se realiza cerca a y por parte de una única celda, la señal de corriente puede ser convenientemente detectada con el proceso de conversión de energía (por ejemplo mediante el uso de un transformador de corriente ca) en algún punto conveniente en el circuito de conversión de energía de modo conmutado como se explicó anteriormente con referencia a las Figuras 8 y 9.

En un sistema de control más sofisticado, el sistema de control puede adaptar la densidad de la corriente al estado de la celda. El estado de la celda puede ser medido usando un número de variables; por ejemplo el voltaje de la celda. Se pueden monitorear otros parámetros, por ejemplo temperatura del electrólito, concentración del electrólito, y evidencia óptica del desarrollo de la punta. También se pueden usar otras características para monitorear la condición de la celda. Por ejemplo, se puede desconectar brevemente la corriente de la celda y su recuperación cuando se puede observar que se aplica cierto voltaje o corriente.

En una planta tradicional de ER o EE, se puede esperar una amplia difusión de la densidad de la corriente en los lados del cátodo. La presente invención puede tener la capacidad de mantener la corriente en las IEGs (u opcionalmente la corriente total a un cátodo) a una precisión dependiente solamente de la precisión del sensor de corriente o los sensores empleados para medir la corriente. Una precisión de 0.1% es factible con los sensores de corriente ce o ac. Los sensores de corriente de menor precio pueden alcanzar una precisión de 1%. Por lo tanto, la desviación estándar en las densidades de la corriente entre muchas celdas en un sistema ER o EE será mucho más pequeña que la conseguida mediante la práctica actual conllevando a menores cortocircuitos y cobre de mayor calidad.

En general hay dos tipos de medición de la corriente CC y CA. Ambos pueden usarse con la invención.

Como se describió anteriormente, la medición de la corriente CA puede realizarse bastante económicamente utilizando un transformador de corriente. Los ánodos, cátodos e IEGs en la invención son alimentados con CC. Pero cuando estas corrientes CC son generadas o reguladas usando tecnología de modo conmutado, hay señales de corriente CA que se pueden medir utilizando transductores CA de bajo costo basados en el método bien conocido del transformador de corriente CA. Cuando existen múltiples trayectorias de corriente en el convertidor o regulador, puede ser necesario solamente medir de manera exacta el valor absoluto de la contribución de una de esas trayectorias. La disposición de la medición de la corriente en las otras trayectorias solamente se requiere entonces para asegurar que la corriente en todas las trayectorias sea igual, no para hacer una medición absoluta. La medición de la corriente total puede obtenerse multiplicando la medición absoluta por el número de trayectorias.

Son posibles otras técnicas de medición de la corriente.

El método más básico para obtener una medición de corriente CC se obtiene insertando un resistor de valor conocido en la trayectoria de la corriente. Sin embargo, cuando el voltaje del suministro es bajo (como en este caso) y la corriente es grande (como en este caso) se requiere un resistor de resistencia bien baja. Dicho resistor tiende a ser difícil de hacer y costoso para comprar. El valor de la resistencia también es dependiente de la temperatura lo cual puede conllevar a una medición no precisa si la corriente que pasa a través del resistor de medición la calienta significativamente.

La medición de la corriente CC también es posible empleando un circuito magnético que rodea el conductor. Se inserta un sensor de efecto Hall en una ranura en la trayectoria magnética. Luego se mide la corriente midiendo el flujo en el circuito magnético usando ya sea un método de circuito abierto o el método de flujo nulo. Esta disposición es práctica pero puede ser voluminosa y costosa.

La Figura 12 ilustra esquemáticamente un sistema de control. El convertidor de energía de la celda 50 es suministrado desde un suministro 48 de ce de 48V y proporciona una salida de corriente controlada hacia una celda de electrorefinación o electroextracción 49. El nivel de corriente requerido se consigue mediante el uso de un apropiado ciclo de trabajo de conmutación en el convertidor 50 controlado por una señal de ciclo de trabajo PWM 51. Esta señal es derivada en un circuito de control de la corriente 52 comparando una señal de demanda de corriente 53 con una señal de medición de la corriente 54 que representa una corriente medida. La señal de medición de la corriente 54 se deriva de los detectores de corriente en el convertidor 52 o en su salida. La señal de demanda de la corriente 53 puede ser preestablecida o puede derivarse de un controlador de celda 55 el cual mide el voltaje de la celda 56 y posiblemente deriva información desde otras fuentes relevantes 57 (por ejemplo, sensores en la celda y en la proximidad) para adaptar la demanda de corriente a las circunstancias cambiantes. El controlador de la celda puede tener además una comunicación de dos vías 58 con una facilidad de control central con el fin de descargar una historia de sesión de cultivo, o informar una condición de celda y operar parámetros en cualquier momento y para recibir instrucciones revisadas respecto a cómo deberá operar la celda. El uso de un convertidor de energía para cada celda proporciona simultáneamente una facilidad de medición de la corriente para esa celda. Como se anotó anteriormente las variables tales como el voltaje de la celda también se pueden medir como parte del proceso de control y por lo tanto están disponibles para analizar y reportar la condición de la celda. La condición de la celda puede medirse mediante el convertidor que es comandado localmente o a distancia para realizar una tarea (tal como un cambio de etapa en la corriente o añadir un componente CA a la corriente de salida del convertido CC) para permitir que se observe la condición de la celda. El rendimiento de la celda puede ser mejorado ordenando (localmente o a distancia) que la celda realice maniobras de mejoramiento del rendimiento tales como una breve inversión de la corriente.

Cuando el convertidor incorpora la capacidad para cambiar la dirección de la corriente, un intervalo de la inversión de la corriente puede producir señales que proporcionan una buena indicación de la condición de la celda. Puede ser necesario aplicar dicha medición simultáneamente a dos celdas asociadas con un único cátodo.

Se puede incorporar un sistema de alerta visual o audible en varios o en cada convertidor y su sistema de control para alertar de problemas.

El sistema de control permite que la información sobre cada placa se obtenga a partir de mediciones de corriente y voltaje (y otras variables si son medidas) de modo que la información sobre la calidad de la plaza, el tamaño, calidad de plano y alineación puede ser devuelta a un sistema de control central para el análisis. Esta información se puede usar en un esquema de control de calidad y mejora de la calidad aumentando de este modo la eficiencia de toda la planta de procesamiento. Por lo tanto, un beneficio de la invención es la capacidad de obtener información sobre celdas y electrodos individuales a través del monitoreo de cantidades eléctricas en los convertidores individuales.

Una ventaja de la invención es que el voltaje en el que se suministra las celdas no está determinado por una compensación entre la seguridad y la eficiencia. Si bien la propuesta tradicional para operar tanques en serie puede elevar el voltaje ce empleado y por lo tanto la eficiencia del proceso de rectificación, aumenta el peligro de una descarga eléctrica y las condiciones de falla peligrosa. Con una conversión local controlada el suministro de energía a los convertidores puede ser de cualquier voltaje apropiado ya que esta energía será suministrada a través de cables aislados. Sin embargo, de la inspección de las Figuras 4 y 5, se espera que ningún electrodo sea más de un voltaje de celda sobre el potencial de tierra. Esto minimizará además la fuga de corriente al suelo a través del electrólito derramado. Cuando, por ejemplo, hay muchas celdas en un tanque, un electrodo (por ejemplo un ánodo) puede ponerse a tierra de modo que todos los otros cátodos y ánodos permanecen en pocos voltios de potencia de tierra.

Otra ventaja de la invención es que la corriente de falla que es el resultado de un cortocircuito entre las placas puede ser controlada y detectarse rápidamente la presencia de un cortocircuito. El cambio en las características V-I de la celda se puede usar para detectar el desarrollo de una punta metálica antes que forme un cortocircuito completo que haga posible la falla potencial que se va a reportar y se tome una acción de remedio antes que se forme un completo cortocircuito.

La Figura 16 ilustra una configuración idéntica a la Figura 7b pero mostrándose ambos lados del electrodo para la totalidad. Las orejetas del electrodo o los extremos de la barra de suspensión 1 1 descansan sobre un regulador o convertidor 9 y una barra de colectora 12. El convertidor 9 controla el flujo de corriente entre las orejetas 11 y las barras colectoras 12.

Múltiples suministros de energía se pueden usar opcionalmente para conducir cualquiera de los cátodos o IEGs como se muestra en la Figura 16. En dichas circunstancias, puede ser conveniente proporcionarle a cada suministro de energía más corriente o capacidad de energía que se necesitaría en una operación normal. Por lo tanto, de fallar una de los convertidores, los otros convertidores pueden tomar la carga, permitiendo con esto que un cátodo o ánodo recolecte toda su cuota de metal en el tiempo asignado a pesar de la falla de un suministro de energía.

En caso que más de un convertidor de energía se use por electrodo, la pluralidad de convertidores asociados con cada celda puede estar bajo control de un sistema de control común y para que cada uno suministre una fracción apropiada de la corriente requerida por la celda. Si la placa estaba operando conjuntamente con los electrodos en cada lado de esta (esto es conduciendo las celdas en cada lado de esta mostrado en la Figura 5), es posible por lo tanto que cada orejeta, por ejemplo como se muestra en la Figura 16, tuviese dos convertidores unidos haciendo un total de cuatro por placa (dos por celda cuando una celda se usa aquí para describir la separación entre una placa anódica y una placa catódica). Por lo tanto, un único tanque que contiene un número de placas anódica y catódica intercaladas podría haber convertidores entre cada uno de los pares de orejetas de cátodo-ánodo en cada lado del tanque de modo que habría dos veces tantos convertidores en uso como placas (números combinados de ánodo y cátodo). La densidad de la corriente entre un lado de una placa anódica y el lado del cátodo que le hace frente quedaría como el objetivo principal del sistema de control asociado con un par de convertidores. Los convertidores conectados a las mismas placas pero en lados opuestos del tanque necesitarían comunicarse si van a compartir la carga de corriente para la igualdad de la separación del ánodo-cátodo.

La Figura 17 ilustra una modalidad en la que una pluralidad de reguladores 9 se incorporan en las orejetas 11, pero cumpliendo aún eléctricamente el mismo papel que aquellas en la configuración ilustrada en las Figuras 7 (a-c) y 16.

Alternativamente, los dos reguladores pueden combinarse en una única unidad y moverse entre la barra 66 y las orejetas 11 y la placa de electrodos 67 como se muestra en la Figura 18.

Para obtener una mejor distribución de la corriente en la placa 67 se pueden disponer reguladores múltiples 65 entre la barra de suspensión 66 y la placa como se ilustra en la Figura 19. La Figura 20 muestra una versión mecánicamente más robusta que la disposición mostrada en la Figura 19, como se describirá ahora con respecto a la Figura 21.

La Figura 21 ilustra la barra de suspensión 66 del extremo de la Figura 20 más dando cara a la barra de suspensión 66 y la placa 67. Según se muestra, la barra de suspensión 66 puede dividirse en dos partes 66a y 66b para dar un equilibrio mecánico. Preferentemente, la barra de suspensión es eléctricamente aislada de la placa 77 mediante aislantes 68. Un perno de conexión 69 se hace preferentemente de material aislante o por el contrario se aisla ya sea desde las barras de suspensión 66a y 66b o la placa 69. La corriente pasa (en el caso del cátodo) desde la placa a la barra de suspensión a través de los reguladores 65.

Los reguladores 65 pueden ser colocados en una posición alternativa. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 22, los reguladores 65 se colocan sobre la barra de suspensión 66, proporcionando además el aislante eléctrico 68 un aislamiento térmico y la barra de suspensión 66 disipa el calor de los reguladores 65 en el aire ambiental. Un conductor eléctrico 70 proporciona una conexión eléctrica sin permitir que mucho calor fluya en los convertidores 65.

La barra de suspensión o la resistencia de la orejeta puede no ser insignificante. En el sistema tradicional ER o EE las barras de suspensión o las orejetas del electrodo descansan en y se contactan con las barras colectoras que van a lo largo de los bordes de los tanques. El contacto superficie a superficie tiene una resistencia que puede insertar una caída de voltaje (típicamente en el orden de 20mV para la ER del cobre) en la trayectoria del electrodo. La caída total del voltaje para ambos electrodos puede ser 40mV. Mediante la presente invención se ha descubierto que esto no es solamente posible para una pérdida seria , de energía, sino que proporciona además una fuente adicional de potencia del desequilibrio de la densidad de la corriente entre los lados de los electrodos catódicos ya que los ánodos en cada lado de una placa catódica no pueden estar a igual potencia si la caída de potencia en sus contactos no es la misma para cada ánodo.

La Figura 10 muestra un regulador de oposición que se puede usar como una alternativa para los convertidores individuales que suministran celdas individuales pero que todavía aplican el principio de usar la medición de la corriente y el control de la corriente para mejorar el rendimiento de la celda. El convertidor comprende MOSFET 32 de potencia, un inductor 33, un capacitor 34 y un diodo 35. El Vin y Vout estará más cerca en magnitud que en los convertidores anteriormente discutidos. En efecto, el voltaje de entrada solamente puede ser un pequeño porcentaje sobre el voltaje de salida y el ciclo de trabajo del conmutador del convertidor puede estar cerca al 100%. Sin embargo, el circuito no proporciona control de corriente y una oportunidad para la medición de la corriente usando un transformador de corriente ca (con reinicialización) de ser necesario. El convertidor puede ser insertado entre las barras colectoras y las placas del sistema convencional de electrorefinación o electroextracción. El diodo 35 puede ser reemplazado por un rectificador síncrono (otro MOSFET de potencia) para aumentar la eficiencia del reguládor. El inductor 33 puede ser dispensado con (junto con el capacitor 34) si es aceptable una corriente triple en las celdas. El control se aplica al regulador de la forma previamente discutida para otros convertidores. Cuando este tipo de convertidor es retroalimentado a la planta existente, es probable que el voltaje conector (entrada al convertidor) necesitará ser elevado ligeramente para dar cierto vano dentro del cual el circuito de control PWM puede operar. Puede necesitarse un convertidor auxiliar o un suministro auxiliar para proporcionar un suministro de energía de voltaje adecuado para los circuitos de control. Se puede medir la corriente mediante un transformador de corriente ca CT1 25 con tal que el ciclo de trabajo sea menos de 100%.

Los valores de corriente usados en la EE y la ER son grandes con respecto a la magnitud de la corriente que puede ser llevada de manera sensible mediante un transistor. Una solución es operar convertidores en paralelo. Esta solución es sensible cuando se usa para dispersar la distribución de corriente a varios sitios de un electrodo. Sin embargo, la desventaja de esta solución es que cuando se prevé un único punto de entrega de corriente (o regulación de corriente), los convertidores en paralelo pueden no ser económicos porque cada convertidor tendrá asociado con este el costo de una caja, terminales, filtro eme, etc.

Por lo tanto, la solución preferida es usar un diseño de múltiples fases en cada convertidor. La ventaja de la solución de múltiples fases es que los tamaños del inductor se tornan razonables. Los inductores que tienen un valor de corriente demasiado alto mientras que al mismo tiempo tienen un valor de inductancia demasiado alto no son optimizados. Esto también tiene ventajas en la versión del transformador en la que la inductancia de fuga entre los bobinados primario y secundario, que pueden dar origen a una pérdida del voltaje de salida, puede ser mejorada mediante la propuesta de múltiples fases.

La Figura 11 muestra un convertidor que opera a partir de un suministro de ac 36 con un circuito de corrección del factor de energía (PFC) en el extremo frontal de acuerdo con una modalidad de la invención. La conversión de ca a ce en el lado primario podría realizarse utilizando un rectificador simple y un rectificador de puente pero cargas grandes se requiere usualmente una corrección del factor de energía en cierto punto. Si se distribuye la energía a los convertidores a, por ejemplo, 48V ce, los 48V ce de suministro puede ser generado en puntos apropiados en todo una cámara de tanque con la corrección del factor de energía. La Figura 11 muestra un circuito PFC que será fácilmente reconocido por un experto en la técnica de la electrónica de la energía. La entrada de ca es una onda completa rectificada un rectificador de onda completa que comprende diodos (DI a D4) para producir una forma de onda de voltaje rectificado de onda completa. Un capacitor 38 es un capacitor pequeño de derivación para componentes de corriente de conmutación de alta frecuencia. Una salida del rectificador se proporciona a un inductor 40, un diodo 41 y un capacitor de depósito 42. Un conmutador semiconductor 39 se opera de tal manera que la corriente a través del inductor tiene la misma forma de onda (aparte de la onda de alta frecuencia) que la forma de onda del voltaje rectificado de onda completa. Después de ser conducida por los diodos en el puente rectificador de onda completa 37, esta forma de onda de corriente emerge como una forma de onda de corriente ca en fase con la forma de onda de voltaje ca. Típicamente, hay un circuito de control que mantiene el voltaje promedio a través del capacitor del reservorio 42 al valor deseado. Esta salida de ce se usa luego como la entrada a los convertidores de celda individual descritos en otra parte. Esto origina la posibilidad de operar el convertidor cc-cc de celda a un ciclo de trabajo completo (en el caso de los convertidores basados en un transformador que está en la máxima proporción de transferencia de voltaje) y que tiene el circuito de control de la corriente operativo no en el ciclo de trabajo del convertidor de celda sino en el circuito PFC de modo que el convertidor PFC extrae la cantidad correcta de energía del suministro de ca para dar la corriente deseada en la celda. La ventaja de esto es una simplificación del circuito de control total. Los circuitos de control no se duplican innecesariamente y el factor de forma de las formas de onda de la corriente en los MOSFETs de potencia del convertidor de celda es óptimo, minimizando de este modo las pérdidas en esos servicios.

Una ventaja de emplear convertidores de múltiples fases es que la corriente ondulatoria en la salida se puede reducir a cero de una manera económica. Por lo general es inaceptable que un suministro de energía ce entregue una cantidad grande de ondas en su voltaje de salida o la corriente de salida. Por lo tanto, los convertidores de modo conmutado están usualmente dotados de una disposición de filtro que reduce estos componentes de onda a magnitudes aceptables. Sin embargo, los componentes de filtro son costosos. Si se usa un convertidor de múltiples fases y tiene un ciclo de trabajo de 1 N en donde N es el número de fases empleadas, la corriente ondulatoria puede reducirse a cero sin filtración adicional. El voltaje de salida (y por lo tanto la corriente de salida) puede entonces controlarse variando el voltaje de entrada al suministro de múltiples fases. Si el convertidor deriva su entrada desde una etapa PFC de ca-cc, la etapa PFC puede ser controlada para variar su voltaje de salida. Una variación de 2: 1 en el voltaje de salida de las etapas PFC comúnmente usadas es posible lo cual será adecuado para efectuar el grado de variación del voltaje y la corriente requerida para ser enviada a las celdas de EE y ER en una operación normal.

En modalidades en las que se inserta un regulador entre las barras colectoras de un sistema de tanque tradicional y la placa del electrodo, típicamente un cátodo, se puede hacer una regulación a la corriente que entra a la placa en el sistema convencional de cámara del tanque en la que la energía es suministrada desde una fuente central.

Opcionalmente, el voltaje suministrado por la fuente de energía ce central tradicional puede elevarse ligeramente para dar al regulador cierto vano dentro del cual se pueda operar de modo que puede permitir que fluya la corriente normal, no obstante la caída de voltaje insertada por el regulador.

Alternativamente, se puede insertar un suministro de energía entre el electrodo y las barras colectoras del sistema tradicional. Por lo tanto, este suministro de energía puede añadirse a la diferencia de voltaje entre el ánodo y el cátodo. Por ejemplo, si el voltaje del ánodo se toma como 0V, si se considera una celda en aislamiento y el voltaje del ánodo tomado como voltaje de referencia, la barra colectora del cátodo puede ser típicamente -0.32 V. Si se desea elevar la corriente del electrodo (típicamente la corriente del cátodo) a un valor sobre su nivel normal, se puede inyectar un voltaje extra en la trayectoria del ánodo-cátodo vía el suministro de energía por decir, 0.39V añadiendo 0.07V al voltaje total disponible. Por lo tanto, para ampliar el ejemplo, se requeriría un suministro de energía auxiliar de 600Amp, 0.07V. El suministro de energía puede ser un circuito de regulador de oposición bien conocido u otro circuito de suministro de energía de modo conmutado bien conocido. Este suministro de energía auxiliar puede ser capaz o no de cortar el flujo de corriente al electrodo (por ejemplo en el caso de un corte) dependiendo del circuito usado para el suministro de energía. La mayor parte de la energía usada en la celda provendrá de las barras colectoras convencionales y el suministro centralizado y la energía que son entregados desde el suministro de energía auxiliar serán solamente una fracción del total, siendo esta fracción determinada por la proporción del voltaje total suministrado por el suministro de energía auxiliar. La ventaja de esto es que solamente una fracción de la energía total consumida en un tanque tiene que ser entregada al tanque mediante una nueva disposición de suministro de energía en la localización del tanque. Esta modesta cantidad de la energía puede ser entregada mediante medios tradicionales (por ejemplo, cables, contactos o conectores) o se puede entregar mediante medios alternativos tales como transferencia de energía inductiva.

En modalidades en donde los reguladores o los suministros de energía son partes integrales de la barra de suspensión y/o el ensamblaje de la placa de electrodos, el calor generado en los reguladores o los suministros de energía puede ser conducido en la placa y de este modo al electrodo. Sin embargo, el electrólito está a típicamente 55 a 60 grados C para la ER y 40 a 45 grados C para la EE (por ejemplo en los procesos de cobre) y el calor generado en los reguladores puede reducirse a casi cero usando grandes números de MOSFETs de potencia en paralelo, siendo el costo prácticamente el único factor limitante para reducir la resistencia de la combinación de MOSFET paralelo en cuyo caso es probable que el electrólito calentará los transistores antes que enfriar los transistores. En cuyo caso los transistores deberán ser térmicamente aislados de la placa que se sumerge en el electrólito y los transistores proporcionados con una disposición de refrigeración separada. Esto podría ser un disipador térmico refrigerado con ambiente-aire y con aletas. Alternativamente, la barra de suspensión podría usarse como un disipador térmico.

Cuando la invención se incorpora en una planta existente como un ejercicio de mejoramiento, puede ser práctico tomar ventaja del sistema de barra estabilizadora existente. Hay varios sistemas disponibles. Típicamente la barra estabilizadora tendrá el propósito de conectar entre sí los cátodos o los ánodos en cada lado del tanque de modo que a través de cada tanque los ánodos y los cátodos están en un voltaje uniforme. Otro objetivo es mantener una trayectoria para que la corriente fluya hacia o desde un electrodo si una de sus orejetas (extremos de la barra de suspensión) se llega a contaminar y no llega a conectarse de manera apropiada con el conductor anódico o catódico desde donde se deberá recolectar o entregar la corriente. Esto significa que un carril de conector positivo y uno negativo están ambos presentes a lo largo de los bordes de cada lado de un tanque con una potencia a través de ellos igual a la caída de voltaje entre el ánodo y el cátodo de una única celda. Esto puede usarse como un suministro de energía para un convertidor localizado en el cátodo el cual eleva o disminuye la potencia del cátodo sobre o debajo de su voltaje normal para afinar la corriente extraída por ese cátodo. Alternativamente, las barras estabilizadoras pueden emplearse en una mejora para suministrar ca a los suministros de energía en los cátodos o en el lado de los tanques cuando se suministra las IEGs.

El sistema de suministro de energía ca de tres fases usualmente será la fuente de energía para una cámara de tanque. Un tanque ER de cobre con 60 cátodos requerirá aproximadamente 14kW. Un tanque de EE de cobre con 60 cátodos requerirá aproximadamente 75kW. Estos dos niveles de energía podrían ser suministrados desde un transformador de una sola fase. Sin embargo, puede ser conveniente presentar una carga equilibrada al suministro de tres fases el cual estaría casi ciertamente suministrando una refinería de metal o un sistema EE de metal. Con fines de seguridad las fases diferentes de un sistema de tres fases no deberán estar cerca una de la otra porque en un sistema de tres fases el voltaje línea a línea es sustancialmente mayor que la línea a un voltaje neutral. Una buena disposición sería por lo tanto que cada tanque opere a partir de una única fase pero que los tanques se dividan en bloques de tres siendo cada uno suministrado desde una de las fases de una fuente de cuatro alambres de tres fases.

Cuando los suministros de energía son alimentados desde una CA de una única fase, puede ser conveniente usar ambos conductores como conductores activos para reducir la actividad para poner a tierra el voltaje con fines de seguridad. De modo que, por ejemplo, en vez de suministrar los suministros de energía desde dos conductores, uno a 230V con respecto a la puesta a tierra (la parte activa) y uno a 0V con respecto a la puesta a tierra, será más seguro suministrar a ambos conductores 115 V con respecto a la puesta a tierra (esto es, dos partes activas anti-fase). Esto podría ser particularmente importante cuando los conductores CA corren a lo largo de los lados de los tanques de una manera expuesta. Por ejemplo, los bordes adyacentes de los dos tanques lado a lado llevan A activa por decir, 57V mientras que los otros lados de estos tanques podrían llevar B activo (en una anti-fase para A activo) a 57V. Por lo tanto, un choque a 1 14 - 1 15V solamente se podría obtener tocando los conductores en los bordes opuestos de cualquier tanque dado. Se puede usar un disruptor de corriente para proteger a los usuarios de choques que resulten de tocar cualquiera de los rieles de 57V.

Si se usa un suministro de ca para suministrar energía a los convertidores, los transformadores pueden ser colocados en localizaciones apropiadas en un espacio que contiene muchos tanques para reducir el voltaje en etapas de modo que la energía puede ser suministrada a localizaciones seleccionadas a un alto voltaje y transformarse allí a un voltaje inferior para la distribución a los convertidores individuales. Por lo tanto, la transmisión de energía se realiza a un voltaje apropiado para el nivel de energía que es transmitido dando como resultado una reducida pérdida de energía eléctrica. Alternativamente, la energía puede convertirse en localizaciones seleccionadas a un suministro de ce de voltaje inferior. La corrección del factor de energía se puede aplicar en estas localizaciones o en convertidores individuales de celda si se les suministra un suministro de ca. Los detalles de las diversas modalidades se explicarán más detalladamente a continuación.

Como una alternativa a un suministro de energía de alto voltaje (esto es significativamente mayor que el voltaje de celda individual) se puede usar un suministro de energía de un voltaje cercano al voltaje de celda. Típicamente, esto podría usarse cuando es necesario utilizar el convertidor y su sistema de control en una cámara de tanque de un diseño muy cercano al actualmente utilizado. Un convertidor de oposición, tal como el ilustrado en la Figura 37 se puede utilizar entre el actual sistema de distribución de energía de barra colectora de ce y los electrodos. La Figura 37 muestra un regulador de oposición de módo conmutado como se describe en la Figura 10 excepto que el diodo 35 ha sido reemplazado por un MOSFET de potencia 130 que opera en el modo de rectificador síncrono para mejorar la eficiencia del circuito. En este caso, la corriente que entra y sale de una placa sería controlada por un convertidor (o convertidores) colocados entre las orejetás y la barra colectora de bajo voltaje ce. Cuando la corriente está pasando en o fuera de una placa a través de más de un punto de conexión (por ejemplo una orejeta), la configuración de corriente para cada convertidor tendría que tomar esto en cuenta y cuando el nivel de corriente se modifica durante la operación los convertidores separados tendrían que ser informados del cambio o necesitarían comunicarse entre sí. El uso de una rectificación síncrona puede usarse en la parte de marcha libre del circuito para aumentar la eficiencia del regulador. En el caso de la EE los ánodos son permanentes pero en el caso de la ER los ánodos son solubles. Por lo tanto, en el caso de la ER es más probable que el regulador acompañe al cátodo. La Figura 38 muestra el circuito de la Figura 37 adaptado para un uso óptimo con un cátodo. El capacitor 131 ha sido añadido para proporcionar una trayectoria para las corrientes ca de alta frecuencia. El inductor 33 junto con el filtro del capacitor 34 emparejan la forma de onda conmutada en el drenaje de MOSFET 32. La presencia del inductor 33 en este circuito de filtro hace necesario incluir un segundo MOSFET 130 para proporcionar una trayectoria de corriente circulante para la corriente en el inductor 33 cuando MOSFET 32 se apaga. Sin embargo, estos son componentes relativamente costosos.

La Figura 39 identifica algunos elementos físicos del circuito mostrado en la Figura 38. La celda 24 está compuesta del electrólito físicamente presente entre una placa catódica 132 y una placa anódica 133. Una corriente circulante en el inductor 33 circula a través de MOSFET 130 cuando MOSFET 32 se apaga. La ramificación 134 del circuito proporciona una fuente ce o disipador en un potencial anódico para la corriente circulante. En virtud del capacitor 34, este es además una puesta a tierra ca. La ramificación 135 del circuito conecta la ramificación 134 al ánodo así como el terminal positivo del suministro de energía y puede tener una realidad física distinta.

Cuando se utilizan en paralelo reguladores múltiples de modo conmutado en un único cátodo, es posible dispensar con los elementos de filtro y el diodo de marcha libre (o rectificador síncrono MOSFET) en cada uno de los reguladores siempre que cuando un conmutador es encendido hay una trayectoria a través de la cual la corriente que circula en la inductancia parásita de la placa. Esto generalmente será el caso porque los MOSFETs 32 estarán en la mayoría de las veces puesto que los suministros de energía, cuando funcionan como reguladores que afinan la corriente en la situación tradicional de la ER y la EE estarán operando con un ciclo de trabajo de una Modulación por Anchos de Pulso cerca a la unidad. Si se adopta un patrón de conmutación apropiado para los MOSFETs 32 la corriente en la barra de suspensión puede mantenerse aproximadamente constante en cuyo caso no habrá ninguna velocidad alta de cambio en la corriente en la barra de suspensión que pudiese interactuar con la inductancia parásita que cause un sobre voltaje de los MOSFETs. Aún así, es posible que valores altos de di/dt que interactúan con la inductancia parásita causen un sobre voltaje de los MOSFETs usados para los conmutadores. Sin embargo, esta necesidad no es un problema debido a que la mayoría de MOSFETs son clasificados para la operación en avalancha. Para reducir más la posibilidad de cualquier voltaje excesivo debido a la inductancia parásita la velocidad a la que el MOSFET 32 es conmutado (y por lo tanto di/dt) puede reducirse; es decir, se puede prolongar el tiempo de encendido y apagado. Esto aumentará que la conmutación se pierda en los MOSFETs pero estos serán tolerables. Para suavizar la conmutación más la amplitud de la forma de onda de control de la conmutación aplicada a la compuerta de cada MOSFET puede mantenerse a una amplitud relativamente baja para evitar una conmutación más abrupta del MOSFET. Una ventaja principal de un regulador de modo conmutado de un regulador de modo conmutado tal como este es que se pueden utilizar los sensores de corriente ca de bajo costo para proporcionar una medición exacta de la corriente para fines de monitoreo y control.

Los MOSFETs 32 están unidos por conductores grandes que ayudan a reducir la inductancia parásita entre los MOSFETs 32. Por lo tanto, con fines de economía y como resultado de las observaciones mencionadas los reguladores en la Figura 39 se pueden reducir a un único MOSFET 32 cada uno mostrador en la Figura 40.

La Figura 41 es un circuito de oposición de múltiples fases apropiado para disminuir el voltaje en situaciones de corriente alta. Un suministro de entrada 140 se convierte a una salida 141 de voltaje interior. Los conmutadores MOSFET 142, los MOSFETs 143 usados como rectificador síncrono, y un inductor 144 constituyen los componentes de cada fase. Todas las fases contribuyen con la salida 141 la cual es emparejada por un capacitor 145. La salida es suministrada a una celda 146.

La Figura 42 es un diagrama esquemático de una posible disposición del sistema de administración de energía total. La carga de la celda representada por el resistor 146 se suministra a un convertidor de oposición 150 (de una sola fase o múltiples fases). El convertidor 151 crea un suministro de ce 152 desde un suministro ca 153 (por ejemplo 230V, 50Hz). Este convertidor 151 puede incluir una etapa de corrección del factor de energía. Un suministro intermedio 152 puede ser cualquier voltaje ce conveniente pero también puede ser el voltaje ce derivado de una etapa de corrección del factor de energía y puede contener una onda de voltaje sustancial así como ser de un voltaje mayor que el voltaje pico del suministro ca 153. Para un funcionamiento eficiente del regulador de oposición 150, el voltaje intermedio suministrado al mismo en los rieles de voltaje intermedio 155 no debe estar demasiado lejos del voltaje de salida (es decir, el voltaje de celda). Típicamente el voltaje de entrada de este convertidor no deberá ser mucho más de diez veces el voltaje de salida cuando el convertidor es un convertidor de oposición simple. Por lo tanto, se puede requerir un convertidor intermedio 154 para convertir el voltaje de salida del convertidor 151 a un voltaje apropiado para salida al convertidor 150. El voltaje de entrada al convertidor 150 pude ser mucho mayor cuando es un convertidor basado en un transformador, cuyos ejemplos se describieron con respecto a las Figuras 8 y 9.

Para transmitir la corriente ce a los cátodos y los ánodos en una situación de ER o EE, se proporciona una solución alternativa opcional. En consecuencia, los suministros de energía se son llevados en una barra o estructura (barra de soporte) que se posa en cualquiera de los lados del tanque o en los mismos electrodos y pasando electricidad a los electrodos vía pernos de contacto torcidos o ejes que ejercen presión sobre los electrodos o sus barras de suspensión. Los pernos están conectados a su respectivo terminal de suministro de energía vía conductores flexibles. Estos conductores proporcionan una oportunidad para la incorporación de los transductores de corriente de ser requerido, siendo el conductor flexible capaz de pasar fácil y convenientemente a través de la ventana de los transductores de corriente ce comúnmente disponibles. La barra de soporte puede estar independientemente soportada o puede ser soportada por los pernos torcidos que descansan sobre los electrodos. La presión desde la barra fuerza los pines para hacer contacto con sus respectivos electrodos ya sea por el peso de la barra y los componentes que lleva o porque la barra de soporte es presionada hacia abajo hacia los electrodos por algunos medios y se fija en esa posición. La barra de soporte junto con todos los componentes asociados con esta puede ser retirada de su posición de servicio cuando se requiere reemplazar los ánodos o retirar los cátodos para el cultivo. Se puede emplear dos o más barras de soporte que recorren una distancia y están unidas en los extremos mediante un elemento cruzado aislante. A continuación se describen varias modalidades y opciones.

La Figura 23 muestra cómo las celdas, y específicamente las IEGs en un tanque pueden ser conducidos desde suministros de energía llevados en una barra 75 sobre el tanque 76. El tanque 76 se para en el suelo 77 y se ve de lado; esto es mirando los electrodos de costado. El tanque puede ser de cualquier extensión y contener cualquier número de ánodos y cátodos. El tanque contiene ánodos 1 y cátodos 2. Los ítems 79 son barras ¡de suspensión u orejetas asociadas con cada electrodo que soporta estos electrodos en soportes aislados a lo largo del lado del tanque 76. Los suministros de energía 80 que suministran ce a los IGEs son llevados en una barra de soporte 75. Los pernos de metal o ejes 81 pasan a través o junto a la barra de soporte 75 y son aislados de la barra de soporte 75 mediante una manga aislante si la barra de soporte 75 es un conductor. Si la barra de soporte 75 se hace de un material aislante entonces no se requieren las mangas aislantes. Los pernos 81 están provistos de resorte de modo que una vez en contacto con los electrodos sobre los que ejercen presión son en cierto grado obedientes. Los resortes 81 hacen contacto con las barras de suspensión (típicamente en el caso de un cátodo) o con la superficie de electrodo (típicamente en el caso de un ánodo).

Las barras de suspensión (por ejemplo de los cátodos) pueden tener un parche metálico especial donde se hace contacto mediante los pernos 81 para asegurar un buen contacto de electricidad. Los electrodos (por ejemplo de los ánodos) pueden tener un área de su superficie metálica especialmente preparada para recibir el contacto con el perno 81 de modo que hay un buen contacto eléctrico entre ellos. Los suministros de energía 80 en la barra de soporte 75 proporcionan un suministro de corriente ce que es alimentada a los ánodos y los cátodos. Los alambres 82 conectan la salida positiva de los suministros de energía 80 con los ánodos y conectan la salida negativa de los suministros de energía 80 con los cátodos. La barra de soporte 75 puede estar soportada independientemente o puede estar soportada por los pernos torcidos 81 que descansan en los electrodos. El principio de operación de esta disposición es que la presión de la barra 75 hace que los pernos 81 sean forzados a hacer contacto con sus respectivos electrodos ya sea por el peso de la barra 75 y los componentes que lleva o por la barra de soporte 75 que es presionada hacia abajo hacia los electrodos por algunos medios y que se fija en esa posición. La barra de soporte 75 junto con todos los componentes asociados con esta puede ser retirada de su posición de servicio cuando se necesita reemplazar los ánodos o retirar los cátodos para el cultivo. La Figura 24 muestra la misma disposición que en la Figura 23 pero vista desde arriba.

Alternativamente, dos o más barras de soporte recorren la longitud del tanque como se muestra en la Figura 25. Dos barras 75 se usan en la ilustración a modo de ejemplo pero se pueden emplear cualquier número de barras 75. Las barras 75 se unen en cada extremo del tanque y cuando es apropiado mediante elementos cruzados 83, todo el ensamblaje de los elementos cruzados 83 y las barras 75 que forman por lo tanto una estructura. La ventaja de una estructura es que cuando se coloca en la parte superior del tanque, y particularmente cuando está soportada por solamente los pernos 81 que están en los electrodos 77 y 78. Se apreciará que hay una variedad de formas para hacer una estructura estable todas las cuales están abarcadas dentro de esta invención.

Los suministros de energía pueden ser llevados en barras 75 o pueden ser llevados en barras no activas o en una plataforma soportada por las barras de soporte 75 o por barras no activas.

Los suministros de energía pueden derivar su energía de, a manera de ejemplo: 1) un suministro de energía ca de una única fase que alimenta cada uno de los suministros de energía con PFC (Corrección del Factor de Energía) incluido en los suministros; 2) un suministro de energía ca de una única fase que alimenta cada uno de los suministros de energía sin PFC incluido en los suministros; 3) un suministro de ca de una única fase que alimenta un número de unidades PFC (no necesariamente el mismo número que el número de suministros), suministrando cada una de estas unidades PFC un número de suministros de energía con ce, en cuyo caso los suministros de energía son convertidores cc-cc; 4) un suministro de energía de tres fases ya sea de la opción anteriormente descrita pero siendo la carga distribuida entre las tres fases del suministro de tres fases; 5) un suministro de ca de tres fases que alimenta los convertidores ca-cc (rectificadores) sin que las etapas PFC se beneficien de la corrección mejorada del factor de energía y las oportunidades de eliminación armónicas producidas por un suministro de tres fases. El suministro ce intermedio así creado puede ser alimentado a los suministros de energía que luego son convertidores cc-cc; 6) un suministro de energía ce en cuyo caso los suministros de energía son convertidores cc-cc.

Los cables flexibles pueden conectar la estructura p la barra con estas fuentes de energía. Los cables pueden alimentar la barra o la estructura ya sea en el extremo o los extremos de la barra o estructura. Alternativamente, los cables pueden alimentar las barras o estructuras en algún punto central o común. Los cables pueden llevar energía en ya sea desde un sistema de distribución superior o desde un sistema de distribución al lado de los tanques o en el extremo o los extremos de los tanques, El suministro de cable flexible puede incluir opcionalmente un conector macho y hembra para la conexión y la desconexión.

Alternativamente, la energía puede ser traída a la estructura a través de los contactos de presión que llevan ca o ce. La estructura se puede mover en esta situación sin necesidad de desconectar ningún sistema de toma de corriente.

Cuando los suministros no son intercambiados ventajosamente hay una disposición para evitar la formación de arcos, por ejemplo cerrando los suministros momentáneamente durante el proceso de intercambio.

Uno de los problemas del medio ER o EE es la presencia de un electrólito que puede ser perjudicial para los contactos eléctricos. Cuando una energía ca está siendo transmitida, la técnica de la transferencia de energía inductiva puede emplearse ventajosamente. En dicho sistema de transferencia de energía hay una unidad transmisora de energía y una unidad receptora de energía que son colocadas en proximidad, preferentemente en contacto. La unidad transmisora es efectivamente una mitad de un núcleo magnético de transformador y su bobinado primario mientras que la unidad receptora es la otra mitad del circuito magnético y el bobinado secundario. No se necesita exponer los conductores eléctricos en cualquier mitad. Los núcleos magnéticos son llevados juntos tan cerca como sea posible de modo que hay una distancia tan pequeña como es posible entre los núcleos magnéticos. De manera ideal deberán estar en contacto. Si es probable que el material del núcleo magnético se dañe por el electrólito, puede ser necesario cubrir las superficies del núcleo en una película protectora delgada de material químicamente inerte. Varias configuraciones de formas de núcleo son posibles (por ejemplo una paleta dentro de un núcleo bifurcado, un cono dentro de un receptor cónico o un simple núcleo E a E o núcleo circular (tipo olla) a núcleo circular). La transferencia de energía inductiva quitará además la necesidad de esquemas de prevención de arco en el caso donde se emplea intercambio térmico.

Alternativamente, se puede alimentar energía al cátodo, en oposición a la IEG como se ilustra en la Figura 26 y 27. La Figura 26 muestra la vista lateral del tanque (similar a la de la Figura 23).

La Figura 27 muestra la vista desde arriba (similar a la de la Figura 25). Los suministros de energía 80 tienen dos terminales positivos comunes 84 y un terminal negativo 85. Hay tres barras activas que forman una estructura como se describió anteriormente. De lo anterior deberá entenderse que hay muchas posibilidades de combinar barras activas y no activas en la estructura. El terminal negativo 85 del suministro de energía 80 está conectado con los pernos que alimentan un cátodo vía alambres 82. Los terminales positivos 84 del suministro de energía 80 están conectados a los pernos que alimentan los ánodos adyacentes vía alambres 82. De este modo, todos los ánodos están al mismo potencial.

La Figura 29 muestra una orientación alternativa de una fila de pernos que contactan los electrodos. La Figura 29 muestra una vista de un tanque desde arriba. Los ánodos 96 y el cátodo 97 están soportados por orejetas o barras de suspensión en los lados del tanque que están aislándose. Las barras de soporte 98 corren a través del tanque sobre los electrodos y se extienden en la misma orientación que esos electrodos. Las barras de soporte 98 llevan pernos de contacto torcidos 99 como se mencionó anteriormente. Los pernos en una barra de soporte pueden estar conectados juntos vía un alambre flexible si la barra de soporte 98 es de un material aislante o la barra de soporte 98 puede hacerse de un material conductor en cuyo caso puede proporcionar la conexión entre pernos. Aislar los elementos de extremo de marco que conectan las barras de soporte puede proporcionar una rigidez mecánica y formar una estructura. En la disposición mostrada en la Figura 29 las IEGs son conducidas por los suministros de energía 100. En este ejemplo, un número de suministros de energía (en el ejemplo hay cuatro aunque cualquier número de suministros, incluyendo uno, es una posibilidad) conduce cada uno una IEG. Por lo tanto, los suministros se conectan con sus terminales positivos conectados a la barra de soporte y los pernos sobre los ánodos y con sus terminales negativos conectados a las barras de soporte y los pines sobre el cátodo. Por lo tanto, los suministros operan en paralelo. Debido a que serán suministros de modo de corriente compartirán de manera natural la carga de corriente de acuerdo con la configuración de cada una de ellos o si esta disposición tiene una tendencia a llevar a la inestabilidad pueden conectarse juntas mediante alambres de señal de modo que su contribución a la corriente total es controlada de una manera coordinada. Los pernos 101 representan los puntos de conexión donde la conexión se hace entre los suministros de energía y las barras de soporte (si son conductoras) o el sistema de cableado si las barras de soporte no son conductoras.

Una virtud de la disposición mostrada en la Figura 29 es que los suministros de energía están localizados solamente en las extremidades de las separaciones inter-electrodos (esto es, cerca de los lados del tanque) la separación entre los electrodos es visible y accesible desde arriba de modo que el estado de la separación puede ser inspeccionado visualmente y de ser necesario se pueden eliminar físicamente los cortocircuitos entre los electrodos (por ejemplo suspendiéndolos con una varilla aislante insertada entre los electrodos).

La disposición del perno múltiple tiene la virtud de reducir esta resistencia de contacto ya que todos los pernos para un electrodo están en paralelo de modo que la resistencia efectiva total se reduce mediante las trayectorias de corriente múltiple que proporcionan los pernos.

El peso de la estructura puede ser suficiente para asegurar el buen contacto de los pernos provistos de resorte con los electrodos. Sin embargo, si se requiere peso extra en la estructura, la estructura podría llevar además uno o más transformadores de alimentación para reducir el suministro de energía de alimentación a los suministros de energía. La carga en la estructura podría consistir, por ejemplo, de un transformador de una sola etapa, tres transformadores de una sola etapa que operan desde la misma fase de alimentación o tres transformadores de una sola etapa que operan desde tres fases diferentes de alimentación. Típicamente estos transformadores se reducirán desde un voltaje en el orden de 1 a 3 kV a un voltaje en el orden de 1 10V a 250V para el suministro de suministros de energía. Los transformadores de alimentación de reducción serán suministrados por un cable flexible desde la parte superior o desde el lado de los tanques.

Si bien en la Figura 29 el contacto con los electrodos se hace vía pernos torcido 99, esto no necesita ser la disposición para hacer contacto con los electrodos. Una disposición alternativa sería permitir que la barra de soporte conductora descanse en la superficie superior del electrodo o su barra de suspensión de modo que se hace contacto de manera continua a lo largo de la longitud del electrodo. Mediante este medio la resistencia del contacto entre los suministros de energía (vía la barra de soporte) y los electrodos se puede reducir a un nivel bien bajo. Esto es ventajoso para reducir las pérdidas en un sistema ER o EE. Típicamente, tanto como 10% de energía puede perderse en los contactos entre electrodos y las barras colectoras en un sistema tradicional.

Típicamente un puente-grúa está disponible para cargar y descargar los electrodos desde el tanque y esto también se puede usar para elevar y bajar la estructura que lleva los transformadores y los suministros de energía.

Para permitir la carga de ánodos nuevos o el cultivo de los cátodos, se requerirá un acceso por un puente-grúa a los ánodos y/o los cátodos. Esto requerirá el desplazamiento temporal de la barra o el sistema de suministro de energía de la estructura.

La Figura 28 muestra cómo las estructuras pueden ser removidas desde los tanques mediante puentes-grúas y almacenadas en la parte superior de cada una para permitir el acceso a los electrodos. Si se usa una única barra, será factible poner la barra en un sistema portador que corre junto al tanque para ese propósito. Si se usa una estructura, la estructura puede ser girada y colgada verticalmente en alguna ubicación conveniente junto con el tanque. Las estructuras pueden ser elevadas sin rotación y apiladas en un tanque adyacente como se ilustra en la Figura 28 en cuyo tanque 90 está un tanque visto desde un extremo. Los tanques permanecen en el suelo 91. El ensamblaje del suministro de energía y el perno tiene patas 93 que descansan en los lados del tanque en operación o se pueden usar para soportar una estructura cuando se para sobre la parte superior de otro como se muestra.

La Figura 30 muestra una disposición alternativa para remover la estructura y cubrir los ensamblajes cuando hay espacio disponible en los extremos de los tanques. Los suministros de energía, las disposiciones de contacto con los electrodos y las cubiertas son removidos en este ejemplo como dos unidades 105 cubriendo cada una la mitad de los tanques. Estas unidades son elevadas hasta desengancharse de los electrodos y luego son movidas longitudinalmente lejos del centro de los tanques para permitir un acceso del puente-grúa a los electrodos.

Es una práctica común en la ER cubrir los tanques con una tela u otra cubierta o una capucha para, entre otras cosas, reduce la pérdida de calor. Cuando se usa la disposición de la estructura, el área entre las barras de soporte y la estructura y las barras de la estructura puede ser llenada con un material de lámina sólida o una lámina de tela de modo que realice la función adicional de cubrir el tanque. Los suministros de energía para los electrodos pueden llevarse en estas estructuras. En el caso de la EE en donde hay gasificación y potencialmente la producción de niebla de ácido, las capuchas usadas a menudo para controlar la emisión de niebla también se pueden incorporar en las estructuras.

Los suministros de energía pueden ser paralelos uno con otro conduciendo las barras de soporte. Sin embargo, si los pernos son aislados de la barra de soporte o la barra de soporte se hace de material no conductor y los suministros de energía alimentan los pernos en vez de la barra de soporte, el paralelo de los suministros de energía se realiza en los electrodos. Esto puede ser ventajoso para obtener una distribución uniforme de la corriente en los electrodos.

Cuando los ánodos son suspendidos convencionalmente vía las orejetas que descansan en los lados del tanque, el cátodo y el montaje de suministro de energía pueden ser soportados en un elemento cruzado conductor ortogonal que descansa sobre la superficie superior de los ánodos. Cualquiera de los cátodos o las lEGs pueden ser conducidas mediante este método. Si las IEGs son conducidas el elemento cruzado de soporte necesitará tener sus dos medios eléctricamente aislados. La Figura 31 es una vista de canto del tanque y los electrodos son vistos de costado ilustrando dicha modalidad. Los ánodos 106 están suspendidos convencionalmente vía orejetas que descansan sobre los lados del tanque. El cátodo 109 y el montaje de suministro de energía (que comprende el elemento cruzado conductor 107 y el suministro de energía 108) descansan en la superficie superior de los ánodos. Cualquiera de los cátodos o las IEGs puede ser conducido por este método. Si las IEGs son conducidas el elemento cruzado de soporte 107 necesitará tener sus dos mitades eléctricamente aisladas.

Mientras que las orejetas en cada lado de las placas de electrodo se mencionan como medios típicos para soportar placas y conseguir corriente dentro y fuera de las placas, los convertidores de energía podrían conectarse de manera central con las placas o intercalados entre las placas. Un beneficio del sistema es que el suministro de corriente a las placas puede considerarse como una cuestión separada de la de la suspensión de las placas. El problema de la caída de voltaje en las regiones de contacto entre la fuente de ce y la placa puede por lo tanto reducirse o erradicarse sustancialmente.

El sistema de la estructura descrito anteriormente se usa para administrar corriente ce a los electrodos o los pares de electrodos. Como una alternativa, los suministros de energía pueden ser llevados por los electrodos. Por ejemplo los convertidores pueden ser llevados en las barras de suspensión del cátodo y suministrar los cátodos relativos a los ánodos como se describe en otras partes en esta memoria. En ese caso, la estructura/barra y el sistema de pernos se pueden usar para suministrar ca a los convertidores, no estando los mismos convertidores en la barra o estructura sino en los cátodos. El sistema de barra/estructura puede ser usado alternativamente para suministrar ce a los convertidores o reguladores localizados en los cátodos.

; Cualquier disposición de estructura puede incorporar un panel central de visualización para indicar el estado de todos los cátodos individuales o IEGs en un lugar. Esto podría ser por ejemplo una pantalla de visualización de monitor o un panel de LEDs. Dicha visualización podría colocarse convenientemente en el extremo de un tanque al lado de una pasarela.

Mediante la presente invención se ha descubierto que cuando un cátodo es alimentado por un suministro de energía o un regulador no hay control sobre cómo la corriehte se divide entre los dos lados del cátodo; es decir entre las IEGs. Sin embargo, un cátodo puede estar opcionalmente compuesto de dos láminas metálicas con una capa aislante entre ellas.

La Figura 32 muestra cómo un cátodo de triple capa puede usarse para permitir que la densidad de la corriente en cada lado del cátodo se controle independientemente. Las tres capas pueden unirse juntas o pegarse para formar mecánicamente una única lámina pero pon sus dos lados eléctricamente aislados. Cada lado de este cátodo "intercalado" puede ser luego independientemente suministrado por separados suministros de energía o reguladores 1 12a y 112b. Los alambres 113 y 113b conectan los convertidores o reguladores 112a y 1 12b con las respectivas placas metálicas 110a y 1 10b. Los convertidores o reguladores son soportados por la barra de suspensión 1 14. Por lo tanto el voltaje con respecto al ánodo adyacente puede ser controlado para cada lado de la placa catódica. Es probable que haya una pequeña diferencia de voltaje entre los lados del cátodo y por lo tanto las láminas metálicas de la intercalación puede hacerse ligeramente más pequefla de ancho y longitud para dejar un margen de material aislante alrededor de la periferia del cátodo intercalado en cada lado, dando de este modo una distancia de seguimiento sustancial para cualquier corriente que intenta pasar desde un lado del cátodo intercalado hacia el otro poniendo de este modo una resistencia sustancial en la trayectoria de cu lquier flujo de corriente de este tipo.

Ancho regulable de la IEG y Sistemas longitudinales Como se mencionó anteriormente, la alimentación de las IEGs con suministros de energía individuales proporciona potencialmente a los ánodos y cátodos una nueva movilidad que se puede usar para hacer regulable la separación entre los ánodos y cátodos. Entre los cultivos la separación puede regularse para superar el problema en el sistema tradicional en el que el ancho de la IEG aumenta de un cultivo al siguiente a medida que el ánodo se adelgaza. Esto permitirá que se use el voltaje mínimo posible para conducir cada cátodo o IEG a una corriente o densidad de corriente requeridas ahorrando de este modo energía. Además la separación de electrodos puede hacerse una variable regulable en el proceso de la ER o EE para optimizar el proceso. La práctica convencional es usar un ancho fijo y localizar los ánodos y cátodos a una distancia separada que minimiza la oportunidad cortocircuitos de entre electrodos. El uso de suministros de energía local para proporcionar energía a los cátodos o IEGs facilita el uso de un ancho de IEG regulable. Por ejemplo, si el suministro de energía es llevado en la barra de suspensión del cátodo y se suministra mediante energía de entrada de ca desde un cable flexible o un contacto que se desliza en un alambre catenario, los cátodos tienen libertad de movimiento.

Los ánodos también pueden tener un contacto deslizante para la trayectoria de la corriente de retorno o tener un cable que los conecta al suministro de energía en el cátodo. Alternativamente, todos los electrodos podrían ser soportados en las ruedas y la corriente ca recolectada a través de estas ruedas con un cable flexible o correa proporcionando la trayectoria necesaria para la corriente ce entre el suministro de energía montado en el cátodo y el ánodo. Los medios para mover los electrodos pueden estar en los electrodos o exterior a los electrodos. Por ejemplo, las ruedas descritas anteriormente pueden ser motorizadas. El tiempo entre los cultivos en una cámara de tanque de la actual tecnología es típicamente siete días. Por lo tanto, no hay necesidad de un movimiento de alta velocidad o cambios rápidos del ancho de la IEG. Estos podrían ser efectuados por energía muy baja, motores o actuadores de bajo costo. Cuando se emplean múltiples ánodos y cátodos en un tanque, como en las cámaras actuales de tanques, los electrodos pueden mezclarse lentamente para regular sus posiciones con respecto uno del otro a una velocidad que difícilmente se puede observar.

Una posibilidad adicional o alternativa se muestra en la Figura 33. Se puede adoptar una propuesta de producción en línea en la que los electrodos 120 avanzan a lo largo de un único tanque largo 121, comenzando desde un extremo y emergiendo en el otro extremo cuando están listos para ser cultivados. Mediante este medio se podría reducir sustancialmente el costo laboral en la cámara del tanque. Si un cortocircuito se desarrolla o amenaza desarrollarse entre los electrodos, la separación entre los electrodos puede regularse dinámicamente para remediar o evitar el cortocircuito. De lo contrario los electrodos podrían ser movidos tan cercanamente juntos como es posible para minimizar la pérdida de energía debido a la resistencia dele electrólito. Los dispositivos rodantes 122 permiten que los electrodos se muevan junto con sus suministros de energía 123.

Adicional o alternativamente, los electrodos móviles pueden usarse en una nueva orientación como se ilustra en la Figura 34. La orientación tradicional de los electrodos puede ser girada en 90 grados como se muestra en la Figura 34. Los cátodos pueden moverse en la manera de la línea de producción entre los ánodos estáticos, entrando en un extremo del proceso y emergiendo desde el tanque en el otro extremo listo para que se cultive su depósito metálico. Los ánodos son estáticos. Esta disposición requiere que cierta forma de contacto deslizante complete el circuito eléctrico entre el cátodo y los electrodos anódicos.

Adicional o alternativamente, se puede usar un sistema de producción longitudinalmente orientado como se ilustra en la Figura 35. Los cátodos 125, los ánodos 126 y los suministros de energía viajan todos juntos a lo largo de la línea de producción ya sea siendo las IEGs alimentadas por los suministros de energía o los cátodos alimentados por los suministros de energía. La energía ca o ce para los suministros de energía se recolectan desde la catenaria superior siendo ya sea ambas partes de su suministro recolectadas de las catenarias o siendo solamente una parte recolectada con la otra parte que es sin embargo el sistema de rieles que lleva los electrodos. La Figura 36 muestra cómo una multiplicidad de líneas catódicas y anódicas puede avanzar a lo largo de una línea de producción como se describe en la Figura 35 permitiendo que se usen ambos lados de los ánodos.

Alternativamente, y para evitar la necesidad de contactos deslizantes que lleven la IEG o la corriente de cátodos, los ánodos y los suministros de energía pueden viajar todos juntos a lo largo de la línea de producción siendo cualquiera de las IEGs alimentada por los suministros de energía o siendo los cátodos alimentados por los suministros de energía. La energía ca o ce para los suministros de energía se recolecta desde una catenaria superior recolectándose ya sea ambas partes de este suministro de las catenarias o siendo solamente una parte recolectada con la otra parte que es sin embargo el sistema de rieles que lleva los electrodos. El ancho de las IEGs en cada lado del cátodo puede ser variado moviendo los rieles que llevan los ánodos más cerca a o más lejos del riel de soporte del cátodo. Esto se puede realizar de manera dinámica cuando el producto pasa debajo de la línea. Los potenciales cortocircuitos pueden ser suspendidos insertando varillas aislantes fijas en la separación entre los cátodos y los ánodos de modo que cuando los cátodos pasan por la varilla suspende los puntos altos. Si se desea aumentar la densidad de la producción, se pueden usar múltiples filas de cátodos y ánodos cuando una formación de ánodo-cátodo viaja a lo largo de la línea de producción antes que un cátodo y dos ánodos.

Aunque la discusión entonces ha sido hasta ahora con respecto al control de la corriente suministrada a los electrodos, y preferentemente la corriente a través de la separación inter-electrodos en una celda, mediante la presente invención se ha descubierto que algunos operadores de electroextracción y electrorefinación pueden al inicio simplemente desear medir la corriente de electrodos.

En una variación, los medios de medición de la corriente pueden asociarse con por lo menos alguno de, y preferentemente todo, cátodo y/o ánodo. En una disposición preferida, el equipo de medición de la corriente está asociado con todos los electrodos.

Cuando, como es el caso mostrado en las Figuras 7b y 7c el electrodo tiene proyecciones por ejemplo orejetas 11, que hacen contacto con las barras colectoras 12, entonces los suministros de energía 9 y 13 que están eléctricamente interpuestos entre la orejeta 1 1 y la barra colectora 13 pueden ser reemplazados por transductores de medición de la corriente. Cuando el electrodo tiene dos orejetas, un dispositivo de medición necesita estar asociado con cada orejeta.

Los dispositivos de medición de la corriente pueden comunicarse de retorno con un procesador central. Dicha comunicación puede ser inalámbrica o con cables. La comunicación con cables puede ser vía los respectivos cables de información, un bus de datos común o incluso modulando la información en las mismas barras colectoras.

La medición de la corriente de corrientes CC puede realizarse midiendo la caída de voltaje a través de una resistencia conocida. Alternativamente, la corriente puede ser constreñida para seguir una trayectoria de flujo de corriente, y se puede medir el campo magnético alrededor de la trayectoria. Las tecnologías apropiadas están disponibles en forma de dispositivos de efecto de cámara y sensores magneto-resistivos. Los sensores comercialmente disponibles incluyen a menudo derivaciones y/o bobinas exploradoras de modo que dichos sensores trabajando solos o en combinación pueden compensar los campos magnéticos externos tal como los de la barra colectora.

De manera similar, debido a que las orejetas 11 representan trayectorias conductoras cortas pero bien definidas, entonces es posible usar un campo magnético basado en un transductor de corriente para medir la corriente en las orejetas 11.

De manera similar, cuando se usan los electrodos de la configuración mostrada en las Figuras 21 y 22, los reguladores 65 pueden ser reemplazados por sensores de corriente, con procesamiento de señal asociado y circuitos de transmisión.

Ventajosamente, los transductores de medición de corriente incluyen además circuitos de medición de voltaje, ya sea referido a un electrodo vecino o un potencial de referencia (tal como el suelo) de modo que los voltajes a través de una separación inter-electrodos puede medirse o calcularse directamente.

Por lo tanto es posible medir la característica de corriente-voltaje entre los electrodos adyacentes, y consecuentemente estar en condiciones de detectar la formación de puntas metálicas, para entender el rendimiento del electrodo, para vincular la historia del cultivo con el flujo de corriente, y así sucesivamente.

De manera similar, cuando los electrodos son suministrados vía cables cortos (o largos), se puede colocar un circuito de medición de corriente alrededor de cada cable, y medirse el flujo de corriente a cada celda, aún cuando esto pueda requerir sumar varias mediciones cuando un electrodo tiene múltiples alimentaciones de corriente.

Dichas mediciones también se pueden visualizar en unidades de reporte audiovisual.

De este modo, se puede dar una advertencia cuando la corriente hacia un electrodo se mueve fuera de un rango de valores predeterminado.

Incluso solo midiendo la corriente puede traer algunos beneficios de producción en la medida que las comparaciones del flujo de corriente entre los electrodos vecinos pueden apuntar a la desalineación del electrodo que puede ser remediada moviendo ligeramente el electrodo.

Deberá notarse que el procesamiento local y el almacenamiento de información pueden incluirse con cada suministro de energía o dispositivo de medición de corriente. Esto puede ser apropiado cuando la adición de comunicaciones a una computadora central puede ser difícil o costosa. En una disposición de este tipo, la información puede ser almacenada localmente y recolectada periódicamente, mediante medios de contacto y sin contacto, para el análisis.

En resumen, la presente invención proporciona varias ventajas. Los electrodos catódicos y anódicos no necesitan ser del mismo tamaño. De ser conveniente, un electrodo de un tipo (ánodo o cátodo) podría hacer frente con (es decir incorporarse en una celda) dos (o más) electrodos del otro tipo (cátodo o ánodo) siendo suministrada cada una de las placas de tamaño medio (o de tamaño reducido) por un convertidor de la mitad (o menos) de la capacidad que se requeriría si ambas (todas) las placas fueran de tamaño completo. Esta disposición podría ser particularmente útil cuando las placas son suministradas desde orejetas o terminales en cada lado (cuando las placas son colgadas verticalmente en un tanque). Cada lado (placa de tamaño medio) puede ser suministrado desde su propio convertidor. Una barra aislante a través del tanque suministraría soporte mecánico para las dos láminas de tamaño medio.

Cuando se consideran tanto la ER como la EE, el rango de voltaje de salida requerido de los suministros de energía es considerable. En el extremo alto, la EE de zinc puede requerir un voltaje del orden de 3.5 Voltios. En el extremo inferior, el típico sobre-potencial neto en la ER del cobre es típicamente sobre 0.2V. Las expectativas tradicionales son que con el efecto de la caída de voltaje en la resistencia del electrólito, las resistencias de contacto y la resistencia del conductor, el voltaje requerido puede estar en el orden de 0.3V. La invención busca reducir este voltaje para ahorrar energía (debido a que la energía consumida por una celda es igual al producto de la corriente que pasa a través de la celda y la caída de voltaje a través de la celda). La invención permite que los ánodos y los cátodos se localicen más cerca entre sin perjuicio de los planteamientos de la práctica industrial, reduciendo de este modo la resistencia de la separación inter-electrodos llenada con electrólito. Además los suministros de energía que en la invención alimentan las IEGs (o los cátodos individuales de ser requerido) pueden ser localizados muy cerca a las IEGs (o electrodos), evitando de este modo la caída resistiva encontrada cuando se usan cables de más de unos pocos centímetros para conectar los suministros de energía con los electrodos. En la invención, los suministros de energía pueden estar opcionalmente localizados en los mismos electrodos (típicamente los cátodos) evitando el uso de cables. Cuando la IEG es accionada, los suministros de energía pueden construirse para que sean de similar espesor que la IEG y por lo tanto capaz de ser localizados en el borde del tanque cerca a los electrodos. Por lo tanto, no se requiere cable alguno o solamente unos pocos centímetros de cable para hacer la conexión entre los suministros de energía y los electrodos. El resultado de la aplicación de estas técnicas para la reducción de la caída de voltaje es que los suministros de energía pueden tener que proporcionar un voltaje en una operación normal muy por debajo del voltaje de operación normalmente aceptado. En la ER de cobre los sobre-potenciales se cancelan de modo que no hay un límite teórico respecto a cuan bajo puede convertirse el voltaje entre el ánodo y el cátodo. Además, y fuera de la operación normal, una punta metálica puede desarrollarse en el cátodo creando ya sea un cortocircuito entre el ánodo y el cátodo o amenazando crearlo. Esta situación se puede manejar en una serie de formas; por ejemplo el suministro de energía puede reducir su voltaje de salida para limitar la corriente que fluye a través de la punta metálica o el cortocircuito. En cuyo caso en ese momento se requerirá un voltaje de salida de suministro de energía muy bajo.

Claims

Reivindicaciones

1. Un aparato para usar en la electroproducción de metales, el cual comprende: una pluralidad de ánodos y una pluralidad de cátodos en una configuración intercalada, en donde cada par de ánodo y cátodo forma una celda; una pluralidad de suministros de energía, cada celda asociada con uno o más respectivos suministros de energía; y los suministros de energía están dispuestos para controlar una corriente continua en una o más de las celdas a un valor predeterminado.

2. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 1, en el que cada suministro de energía está asociado con un controlador dispuesto para controlar la corriente continua de modo que una densidad de la corriente en una o más celdas está a un valor predeterminado.

3. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente es controlada como una función de por lo menos uno de la separación cátodo-ánodo en una celda, voltaje de cátodo-ánodo a través de una celda, tamaño del electrodo, configuración del electrodo, llanura del electrodo, calidad del electrodo, impedancia del electrodo, temperatura, concentración del electrólito y la evolución durante el tiempo de una corriente respecto a la característica de voltaje de la celda.

4. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 2, en el que cada controlador está asociado con o es parte de su suministro de energía asociado.

5. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 2 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, en el que cada suministro de energía incluye un dispositivo de medición de la corriente (CT1) y un controlador asociado controla la operación del suministro de energía en respuesta a las mediciones de corriente hechas por el dispositivo de medición de la corriente (CT1).

6. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos algunos de los suministros de energía incluyen un dispositivo de comunicación para intercambiar información con una computadora, y uno o más de los controladores o la computadora es receptivo a las mediciones de corriente y el voltaje a través de una celda para determinar si se está formando un bulto o punta en la celda.

7. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada celda no está en comunicación de flujo de corriente en serie con su vecina.

8. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los dos lados de uno o más de los ánodos cátodos están eléctricamente aislados entre sí, y uno o más de los suministros de energía están configurados para proporcionar corriente a los respectivos lados de uno o más ánodos o cátodos.

9. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada ánodo Nth o cátodo se mantiene a un voltaje predeterminado o en tierra.

10. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además por lo menos un transformador de reducción para reducir un voltaje de suministro a un voltaje intermedio para la entrada a los suministros de energía en los que el transformador se puede separar en dos partes, las cuales cuando se toman juntas forman un acoplamiento de energía inductiva.

11. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada suministro de energía incluye un procesador de información u otro dispositivo para inhibir el flujo de corriente cuando una relación de voltaje-corriente en la celda asociada es indicativo de que ha ocurrido un cortocircuito ó es probable que ocurra dentro de un marco de tiempo predeterminado.

12. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que más de un suministro de energía se usa por ánodo o por cátodo, y en el que cuando una pluralidad de suministros de energía se conectan con un ánodo o cátodo común, sus respectivos controladores cooperan entre sí para compartir el control y la información de corriente predeterminada.

13. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un ánodo o un cátodo se divide en sub-electrodos, cada uno con un respectivo suministro de energía (9) o con el respectivo control de corriente.

14. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones, en el que por lo menos algunos de los cátodos y/o algunos de los ánodos se suspenden de un soporte que se extiende sobre el electrólito dentro de un tanque de electrólito y están aislados desde el soporte, en el que los suministros de energía comprenden transistores accionados a una frecuencia de conmutación en asociación con los circuitos resonantes o cuasi resonantes y en donde la frecuencia de conmutación es mayor de 20 kHz.

15. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la separación de ánodo-cátodo es regulable y se controla en respuesta a la densidad de la corriente en la celda o voltaje a través de la celda.

16. Un aparato para usar en la electroproducción o electrorefinación, el cual comprende: primer y segundo electrodos; por lo menos una barra colectora; por lo menos un suministro de energía; en donde un suministro de energía está asociado con un electrodo y está dispuesto para regular un suministro de corriente desde una barra colectora al electrodo.

17. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 16, que comprende además un controlador asociado con cada suministro de energía para mantener el flujo de corriente hacia el electrodo a un valor predeterminado.

18. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 17, en donde cada controlador es adyacente a o forma parte de su suministro de energía asociado.

19. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que cada suministro de energía incluye un dispositivo para monitorear la corriente (CT1) y cada controlador asociado controla la operación del suministro de energía en respuesta a las mediciones de corriente hechas por el dispositivo de medición de corriente (CT1).

20. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, en donde por lo menos uno de los suministros de energía es operado como una fuente de corriente.

21. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, en donde por lo menos uno de los suministros de energía es un convertidor de energía de modo conmutado, en donde por lo menos uno de los suministros de energía incluye uno o más conmutadores semiconductores de energía, y el ciclo de trabajo de operación del suministro de energía es mayor de 20 kHz.

22. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21, en donde por lo menos uno de los suministros de energía proporciona energía auxiliar además de la proporcionada por las barras colectoras.

23. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 22, en donde el electrodo incluye una pluralidad de salientes dispuestas para descansar sobre las barras colectoras.

24. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 23, en donde por lo menos un suministro de energía está dispuesto entre uno o más de la pluralidad de salientes y las barras colectoras, o se incorpora en las salientes, o la barra de suspensión, o se incorpora en o en un electrodo.

25. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 16, en donde por lo menos un suministro de energía está dispuesto entre una barra de suspensión y el electrodo.

26. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 24, en donde uno de los electrodos comprende un primer lado y un segundo lado y en donde el primer lado y el segundo lado están eléctricamente aislados uno del otro, y en donde el flujo de corriente en el primer lado del electrodo es controlado independientemente del flujo de corriente en el segundo lado del electrodo.

27. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 26, en donde una pluralidad de suministros de energía están mutuamente asociados con el mismo electrodo y cooperan entre sí para compartir el control y la información de corriente predeterminada relacionada con el electrodo asociado.

28. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 27, que incluye además por lo menos un transformador de reducción, para reducir un voltaje de suministro a un voltaje intermedio para la entrada a los suministros de energía.

29. Un aparato para la electroproducción o electrorefinación de un material que comprende: un electrodo que comprende: una primera capa conductora y una segunda capa conductora; en donde la primera capa conductora y la segunda capa conductora están separadas por una capa eléctricamente aislante.

30. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 29, en donde la primera capa conductora está unida o pegada a la capa eléctricamente aislante y la segunda capa conductora está unida o pegada a la capa eléctricamente aislante, o la capa eléctricamente aislante se extiende para cubrir por lo menos parte de los bordes del electrodo.

31. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 29 o 30, que comprende además una pluralidad de suministros de energía, en donde uno o más de los suministros de energía son operados como una fuente de corriente, o uno o más de los suministros de energía comprende un convertidor de energía del modo conmutado, o en donde cada suministro de energía incluye un dispositivo de monitoreo de la corriente (CT1) en donde un controlador asociado monitorea la operación del suministro de energía en respuesta a las mediciones de la corriente hechas por el dispositivo de medición de la corriente (CT1), o en donde por lo menos algunos de los suministros de energía incluyen un dispositivo de comunicación para intercambiar información con una computadora.

32. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 29 a 31 , en donde la energía es suministrada a la primera capa conductora y la segunda capa conductora independientemente.

33. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 29 a 32, que incluye además por lo menos un transformador de reducción para reducir un voltaje de suministro a un voltaje intermedio para la entrada a los suministros de energía.

34. Un aparato para la electroproducción de materiales que comprende primero y segundo electrodos y actuadores para controlar una separación entre ellos como una función de por lo menos uno de: evolución de la característica de la corriente-voltaje entre los primer y segundo electrodos; una condición del electrodo; el tiempo.

35. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 1, en donde por lo menos algunos conectores entre los suministros de energía, las barras de suspensión, los ánodos y los cátodos comprenden contactos que ejercen presión contra una superficie conductora cooperante.

36. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 16, en donde por lo menos algunos conectores entre por lo menos un suministro de energía, las barras de suspensión, los electrodos y por lo menos una barra colectora comprende contactos que ejercen presión contra una superficie conductora cooperante.

37. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 35 o 36, en el que los contactos son pernos o similares.

38. Un aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 35 a 37, en el que los contactos están provistos de resorte o son flexibles.

39. Un aparato de electroproducción que comprende: una pluralidad de electrodos; sensores de corriente asociados con por lo menos algunos de los electrodos, y circuitos de salida o de procesamiento de la información para dar salida o procesar las mediciones de corriente.