MXPA05000469A - Celdo con electrodo de lecho eruptivo para la electrodeposicion de metales. - Google Patents

Abstract

La invencion es relativa a una celda de electrodeposicion con catodo de lecho eruptivo en forma de esferitas en crecimiento, separada por un diafragma semipermeable y apta a ser apilada en un arreglo modular.

Description

CELDA CON ELECTRODO DE LECHO ERUPTIVO PARA LA ELECTRODEPOSICION DE METALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La recuperación de metales en celdas de lecho móvil es conocida en la técnica como una tecnología muy atractiva, aunque todavía lejana de una real aplicación industrial. La deposición de metales en lecho móvil fue primero descrita como mejoramiento del concepto más general de deposición de metal en lecho fluidizado (por ejemplo según US 4 , 141 , 808) por parte de Scott et al. en la patente US 4,272,333. Un lecho de esferitas metálicas es suspendido por un chorro de electrolito líquido hasta sobrepasar el margen superior de un cátodo metálico, rebosando en una cámara delimitada por dicho cátodo y por un diafragma semipermeable, que separa el lecho en caída del ánodo. El lecho en caída está por lo tanto polarizado catódicamente, y los iones metálicos en el electrolito pueden descargarse sobre las esferitas causando su crecimiento. El método descrito permite alimentar las esferitas como semillas diminutas y descargarlas de la celda una vez alcanzado el crecimiento requerido, pero tiene la obvia desventaja de ser 2 substancialmente un procedimiento discontinuo. Además, la celda debe ser operada como celda simple a falta de toda posibilidad de ser eficazmente apilada en un arreglo modular, su capacidad productiva por unidad de volumen o de superficie de planta siendo por lo tanto muy limitada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una mejoría significativa de este concepto fue proporcionada por la descripción de las patentes ÜS 5,635,051 y 5,958,210, dirigidas a la electrodeposición de zinc. En este caso, el compartimiento catódico contiene un lecho en erupción establecido por el movimiento ascendiente del electrolito alimentado a un tubo de erogación, y subdividido en dos anillos en las regiones de caída, dispuestos a los dos lados del tubo. Los compartimientos anódico y catódico están separados por una barrera permeable a los iones, tal como una membrana de intercambio iónico o algo equivalente. El anolito y el catolito están por lo tanto físicamente separados y las esferitas en crecimiento están todavía excluidas del compartimiento anódico, pero siendo permitido el pasaje de los iones que deben ser depositados desde el compartimiento anódico al catódico. La celda es algo mejor que aquella descrita en US 4,272,333 en términos de capacidad productiva, por ser bastante delgada, y por tener hasta la posibilidad de acomodar un arreglo de tubos de erogación en paralelo con los respectivos anillos de esferitas en calda, asi que por lo menos una de las dimensiones resulte incrementada. Sin embargo, la deposición allá descrita es todavía un típico procedimien o discontinuo, en donde hay que equilibrar el empobrecimiento en iones metálicos del compartimiento que contiene el anolito por medio de un delicado procedimiento de reintegro, para mantener una cierta estabilidad en las condiciones de celda.

SUMARIO DE IA INVENCIÓN Es un objetivo de la presente invención proporcionar una celda con lecho eruptivo para la recuperación de metales de soluciones metálicas que supere las limitaciones de la técnica anterior. Bajo un aspecto diferente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para la electrodeposición de un metal a partir de un electrolito que contiene iones metálicos que supere 4 las limitaciones de la técnica anterior. Bajo un primer aspecto, la invención consiste en un elemento de celda de electrodeposición con lecho eruptivo que puede ser apilada en un arreglo de elementos equivalentes en forma modular. Bajo otro aspecto, la invención consiste en un elemento de celda de electrodeposición con lecho eruptivo que comprende un caparazón catódico delimitado por una placa catódica y provisto de un tubo de erogación capaz de establecer un lecho eruptivo de esferitas metálicas en crecimiento, una placa anódica provista de protuberancias para sostener mecánicamente un ánodo metálico y transmitir la corriente eléctrica a este último, y un diafragma aislante semipermeable que separa los compartimientos anódico y catódico permitiendo el libre pasaje de electrolito impidiendo al mismo tiempo el pasaje de esferitas metálicas. Bajo otro aspecto todavía, la invención consiste en un arreglo de elementos de celda de electrodeposición con lecho eruptivo apilados, cada cual delimitado por una placa anódica y una placa catódica, cada placa anódica puesta en contacto con la placa catódica de la celda adyacente, 5 preferiblemente por medio de listas de contacto. Bajo otro aspecto todavía, la invención consiste en un método para electrodepositar metales a partir de soluciones metálicas por crecimiento controlado de esferitas metálicas en erupción, conducido en un arreglo de elementos de celda modulares en donde se deja circular libremente el electrolito entre los compartimientos anódico y catódico haciéndolo fluir a través de un diafragma aislante semipermeable. Estos y otros aspectos serán evidenciados por la descripción a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es la vista posterior del caparazón catódico de una celda de electrodeposición con lecho eruptivo según una forma de realización preferida de la invención. Las Figuras 2 y 3 son respectivamente la vista frontal y posterior de un caparazón anódico de una celda de electrodeposición con lecho eruptivo según una forma de realización preferida de la invención . La Figura 4 es la misma vista anterior del caparazón anódico de la Figura 2, que además incluye un diafragma aislante de cara completa según una forma de realización de la invención. La Figura 5 muestra los parámetros geométricos de dos tipos de telas que se pueden utilizar en alternativa para la construcción del diafragma de la Figura . La Figura 6 es una vista frontal del compartimiento catódico de la celda, que comprende un tubo de erogación que instaura un lecho en erupción de esferitas metálicas a los dos lados de este último. La Figura 7 es un esbozo de una tobera doble para alimentar el tubo de erogación de la celda según una forma de realización particularmente preferida de la invención. La Figura 8 es una ampliación de la región superior del tubo de erogación mostrado en la Figura 6, que comprende un deflector para controlar la altura del lecho en erupción y un elemento del sistema de rebosadero, según una forma de realización preferida de la invención. La Figura 9 es una sección superior de la celda que muestra elementos aislantes para el tubo de erogación y el diafragma según una forma de realización preferida de la invención. 7 La Figura 10 es un esquema de la circulación del electrolito de la celda de la invención . La invención será descrita con referencia a los dibujos adjuntos, sin que de todas maneras ella deba entenderse limitada por los mismos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La celda de la invención está diseñada para actuar de preferencia como elemento de un arreglo apilado de celdas equivalentes, aun pudiendo ser empleada también como celda simple para la electrodeposición de metal. La celda de la invención es apta a efectuar la electrodeposición de muchos diferentes metales, incluidos cobre, estaño, manganeso, zinc, níquel, cromo y cobalto pero sin ser limitada a estos últimos . La celda de la invención comprende un caparazón catódico y un caparazón anódico, cada cual delimitado por una placa metálica. La placa metálica anódica de la celda es apta a ser conectada eléctricamente en manera sencilla a la placa catódica de la celda adyacente del arreglo apilado; en una forma de realización preferida, esta conexión 8 eléctrica es efectuada cerrando una multiplicidad de elementos de celda todos juntos en una batería, así que cada elemento de celda pueda ser removido y/o sustituido en cualquier momento, por ejemplo con el fin de efectuar su manutención, relajando la presión de cierre para después extraerlo. El caparazón catódico está hecho preferiblemente de acero inoxidable, más para muchas aplicaciones otros materiales son adecuados, tales como el níquel y el titanio. En una forma de realización preferida, el caparazón catódico está hecho de un arreglo de barras rectangulares de acero inoxidable con una placa catódica soldada encima. Con referencia a la Figura 1, está mostrada la cara trasera de un caparazón catódico (100) provisto de hoyos para los pernos (2) en las bridas o más en general en la parte periférico (1) en forma de marco; una placa catódica (3) , preferiblemente del mismo material que el marco periférico (1) es-tá sujetado a este último. En una forma de realización preferida, las barras que forman el marco periférico (1) están recíprocamente soldadas en los ángulos, y la placa catódica (3) está a su vez soldada al marco periférico (1) . Para el ejercicio en celda simple, puede ser útil proveer el -caparazón catódico (100) 9 de una porción de ventanilla transparente (no mostrada) para controlar el comportamiento del lecho en erupción. Ésta puede también resultar una característica útil para las celdas terminales de un arreglo de celdas. El acoplamiento de la placa catódica (3) con el marco periférico (1) delimita una porción encajada sobre la otra cara (frontal) del caparazón catódico (100), cuyas características detalladas serán ilustradas a continuación. La placa anódica es preferiblemente fabricada a partir de una lámina metálica; los metales válvula son normalmente empleados para este fin, por resistir a las condiciones agresivas del ambiente anódico, siendo particularmente preferidos el titanio y sus aleaciones, también por razones de costo y operabilidad . Como muestra la Figura 2, la lámina anódica (4) que forma el cuerpo principal del caparazón anódico (200) es también provista de hoyos para los pernos (2') empleados, en conexión con los hoyos de los pernos (2) del caparazón catódico (100) , para apretar los dos caparazones. El caparazón anódico (200) también tiene una porción encajada (5) generalmente correspondiente a la región de caída del lecho en erupción en donde ocurre la deposición de metal sobre las esferitas en 10 crecimiento, como será argumentado en detalle más adelante. Un ánodo (6) (del que se muestra un recorte) es armado en correspondencia de la porción encajada (5); la conexión del ánodo (6) a la placa anódica ((9) en Figura 3) es efectuada a través de protuberancias conductoras (7) . Ya que en los procedimientos de electrodeposición de metal la reacción anódica es en la mayoría de los casos la evolución de oxígeno, el ánodo (6) será preferiblemente provisto de un revestimiento catalítico para la evolución de oxígeno, como conocido en la técnica. El ánodo puede ser por ejemplo una estructura agujereada de titanio, tal como una lámina agujereada o expandida o una malla, provista de un revestimiento de metales nobles o de óxidos de metales nobles. Sólo una protuberancia (7) está mostrada en la Figura 2, pero es evidente a un experto en el ramo que una multiplicidad de protuberancias (7) será normalmente más útil. Al menos una de las protuberancias (7) debe ser eléctricamente conductora para asegurar la continuidad eléctrica entre la placa anódica y el ánodo (6), pero otros tipos de protuberancia pueden actuar simplemente de distanciadores y ser construidas con un material no 11 conductor como por ejemplo materiales plásticos. En la Figura 2, la protuberancia conductora (7) es en forma de costilla, según una forma de realización particularmente preferida; es evidente a un experto en el ramo que otros tipos de geometría pueden adaptarse igualmente a dichas protuberancias. La configuración preferida para el caparazón anódico (200) quedará más clara con el esbozo de su vista posterior en Figura 3. Como mostrado allí, la lámina anódica (4) que forma el cuerpo principal del caparazón anódico (200) es preferiblemente provista de un marco de refuerzo (8) que actúa también como brida, en donde están prolongados los hoyos para los pernos (2') . En una forma de realización preferida, la placa anódica (9) es soldada al marco de refuerzo (8); posteriormente, se sueldan las protuberancias conductoras ((7) en la Figura 2) a la cara anterior de la lámina anódica (4) . En la forma de realización de la Figura 3, está mostrada una lista de contacto (10) , sujetada a la cara posterior de la placa anódica; es de todas maneras evidente a un experto en el ramo que en la mayoría de los casos se utilizará una multiplicidad de listas de contacto (10), según las dimensiones de la celda y según el flujo de corriente total 12 requerido por el proceso. Está mostrada aquí la lista de contacto (10) como fijada a la placa anódica (9), pero ella podría igualmente estar fijada a la placa catódica (3) o a ambas, aunque ésta sea una forma de realización menos preferida. En una forma de realización preferida, las listas de contacto (10) son elementos bimetálicos, con una cara de titanio soldada a la placa anódica de titanio (9) y una cara de cobre, níquel o plata que provee un contacto eléctrico mejorado con la placa catódica (3). En una forma de realización preferida, las protuberancias conductoras (7), la placa anódica (9), y la porción de lista de contacto (10) que está enfrente de la placa anódica (9) están hechas del mismo material, por ejemplo titanio o una aleación de este último, y son soldadas al mismo tiempo en un único pasaje, por ejemplo por soldadura láser. Las listas de contacto (10) podrían ser ventajosamente interpuestas también entre las protuberancias conductoras (7) y la placa anódica (9) . Los dos caparazones (100) y (200) son previamente empernados o apretados en otra forma a formar un elemento simple de celda, luego los elementos simples de celda son apilados en un 13 arreglo en batería a una presión suficiente para que las listas de contacto (10) puedan transmitir eficazmente la corriente eléctrica desde el compartimiento anódico hasta la placa catódica (3) de la celda adyacente; cuando no se usen listas de contacto (10), se puede efectuar un contacto directo entre la placa catódica (3) y la anódica (9), siendo esta de todas maneras una solución menos preferida ya que la superficie de contacto resultaría más grande, requiriendo así una mayor fuerza de cierre para aplicar la misma presión; además, utilizando el titanio u otros metales válvula para la placa anódica (9), el contacto eléctrico resultaría comprometido en el tiempo a causa del crecimiento de óxido. Le celdas de electrodeposición de metal pueden ser del tipo subdividido o indiviso, según las diferentes tecnologías, en las celdas del tipo subdividido, tal como aquellas de acuerdo con la descripción de las patentes US 5,635,051 y 5,958,210, sería más incómodo obtener un proceso de tipo continuo. Según la forma preferida de practicar la invención, la celda es una celda indivisa, en el sentido que no hay un anolito y un catolito separados, sino más bien un simple electrolito que fluye de un compartimiento al otro. 14 De todas maneras, un separador mecánico es necesario para exclu del compartimiento anódico las esferitas en crecimiento polarizadas catódicamente. Esto se obtiene por medio de un diafragma semipermeable, como ilustrado en la Figura 4. La Figura 4 muestra la superposición de un diafragma (11) al compartimiento anódico de la Figura 2. El diafragma (11) es ilustrado aqui en forma de guarnición de cara completa, que contribuye a la estanqueidad periférica, no siendo esta característica de todas maneras obligatoria. Sus márgenes están mostrados como externos a los hoyos de los pernos (2'), pero el diafragma podría ser más ancho y tener hoyos correspondientes para acomodar a los pernos. Una de las características esenciales del diafragma (11) es que debe ser eléctricamente aislante, por estar en contacto por un lado con el ánodo (6) y por otro lado con las esferitas polarizadas catódicamente. Otra característica esencial del diafragma (11) es que debe ser provisto de al menos una región porosa o agujereada (12) que permita la circulación del electrolito, generalmente en correspondencia de la porción encajada (5) del ánodo y por lo tanto de la región de deposición del lecho en erupción. Las perforaciones de esta región 15 deben ser suficientemente diminutas para excluir hasta las más pequeñas esferitas del lecho eruptivo, asi que estas últimas son típicamente dimensionadas como más finas de las diminutas semillas metálicas alimentadas a la celda como materia prima. El diafragma puede ser también completamente agujereado o poroso, y no contribuir a la es anqueidad . La región agujereada (12) del diafragma (11) es la verdadera parte que caracteriza este último: se han ensayado muchos materiales aislantes para el diafragma, pero sólo una pequeña parte funciona efectivamente, especialmente porque la columna de esferitas metálicas del lecho en erupción, que en algunos casos puede tener una altura superior a un metro, ejerce una alta presión sobre el diafragma, provocando así una fricción muy fuerte. En una forma de realización preferida, el diafragma aislante se obtiene simplemente aplicando un revestimiento aislante a la superficie del ánodo (6) puesta enfrente del lecho eruptivo, mientras que la reacción anódica tiene lugar sobre la superficie opuesta. En este caso, el ánodo (6) debe ser una estructura agujereada con hoyos aptos a impedir a las esferitas entrar en el caparazón anódico (200), al mismo tiempo asegurando la libre circulación del 16 electrolito. El revestimiento aislante es preferiblemen e un revestimiento cerámico, como un óxido de metal válvula (con preferencia para los óxidos de titanio o circonio) o el carburo de silicio. Los revestimientos cerámicos atomizados en plasma son particularmente preferidos. Según una forma de realización alternativa, el revestimiento aislante puede ser un revestimiento polimérico, preferiblemente obtenido a partir de un polímero fluorado tal como el PTFE o el ECTFE ( eti lenclorotrifluoroetileno ) . En algunos casos, el hecho que los hoyos de la región agujereada o porosa (12) del diafragma (11) sean más finos que las más diminutas esferitas alimentadas en la celda no es del todo suficiente a impedir que una cierta cantidad de metal pase al compartimiento anódico para disolverse allí. Esto es normalmente debido al hecho que algunas esferitas diminutas pueden adherir al . diafragma en correspondencia de las perforaciones, y debido al gradiente de potencial, disolverse parcialmente de un lado a medida que crecen por el lado opuesto. Hay veces que una esferita puede llegar a cambiar de forma volviéndose acicular por causa de este mecanismo, hasta adelgazar lo suficiente como para 17 pasar del lado anódico disolviéndose allí. En otros casos, la fricción del lecho en caída es tan alta que las partículas pueden desmoronarse. Al menos en el caso de la electrodeposición del cobre, estos fenómenos se observan a menudo. Es por lo tanto conveniente proporcionar el diafragma aislante (11) de caminos particularmente tortuosos que prevengan la fácil expulsión de las partículas deformadas, sin obstaculizar excesivamente la circulación del electrolito. A este propósito las telas, particularmente las tejidas, son lo más adecuado. El poliéster tejido satisface particularmente bien los requisitos de exclusión de esferitas, resistencia a la fri-cción, propiedades aislantes y costo. Los tejidos planos son adecuados para este propósito; los tejidos planos se caracterizan por tener hilos de urdimbre e hilos de trama del mismo diámetro, con el hilo de trama que pasa alternativamente por arriba o por debajo de cada hilo de urdimbre sucesivo. Esto es ilustrado en la mitad de arriba de la Figura 5, en donde el hilo de trama es indicado como (13) y el de urdimbre como (14) . En una forma de realización preferida, sin embargo, la tela para el diafragma (11) es tejida como tejido holandés invertido, como mostrado en la 18 mitad de abajo de la Figura 5, en donde los hilos de trama (13') tienen un diámetro mayor que los hilos de urdimbre (14'), dando lugar asi a una cuenta de malla de urdimbre más grande que la cuenta de malla de trama. En una forma de realización preferida, los diámetros de los hilos de trama y urdimbre están de todas maneras cercanos, su razón no sobrepasando el valor de 1.5. Una razón particularmente preferida entre los diámetros de hilo de trama y de hilo de urdimbre es 5:4. Otro parámetro importante para la tela es la razón entre el paso del hilo de urdimbre (o sea la distancia mediana entre dos hilos de urdimbre adyacentes) y el diámetro del hilo de urdimbre, que debe preferiblemente ser mayor de 3. El espesor preferido para un diafragma de tela está comprendido entre 0.4 y 0.6 mm. La Figura 6 muestra el interior del compartimiento catódico,, que corresponde al nicho delimitado por el marco perimetral (1) del caparazón catódico (100) (véase la Figura 1) y por la placa catódica (3) . El compar imien o catódico es el sitio en donde el lecho eruptivo de esferitas metálicas (15) es establecido por medio del electrolito circulado a través de un tubo de 19 erogación (17) . El tubo de erogación (17) preferiblemente tiene una sección rectangular y llena el espacio entre la placa catódica (3) y el diafragma (11), asi que puede también actuar de elemento estructural de refuerzo. El tubo de erogación, siendo en este caso está parcialmente afectado por la presión de cierre de la celda, está preferiblemente hecho de un material mecánicamente robusto resistente a la corrosión, tal como acero inoxidable o titanio. Las dos superficies principales del tubo de erogación que contactan la placa catódica (3) y el diafragma (11) deberían estar revestidas con un material aislante, tal como una película, por ejemplo de PT FE u otra película polimérica. Por ejemplo, una película de PTFE puede ser aplicada por atomización y endurecimiento térmico. Se pueden también utilizar ventajosamente cintas aislantes como por ejemplo cintas de espuma. En una forma de realización preferida, no mostrada en la figura, el tubo de erogación (17) está provisto de una entrada de sección ampliada, por ejemplo dos veces más ancha que el tubo. En una forma de realización aún más preferida, la parte inferior del tubo de erogación (17) está provista de elementos en forma de flecha (18), que mejoran mucho 20 la circulación en el lecho eruptivo. El ángulo de las flechas respecto a la di rección hori zontal deberia preferiblemente estar comprendido entre 60 y 80°, los valores cerca de 70° siendo preferidos. En la figura, se ilustra como las esferitas (15) se muevan hacia arriba en el tubo de erogación (17), saliendo de este último y formando dos anillos (15'), uno por cada lado, siguiendo su recorrido hacia abajo en la región de caída (16) . Esto ocurre cuando el tubo de erogación (17) sea posicionado en el centro del compartimiento catódico, pero es igualmente posible posicionar el tubo de erogación (17) cerca de una pared lateral del compartimiento catódico, así que el movimiento de las esferitas (15) describa un anillo simple. Según una forma alternativa de realización, el compartimiento catódico está provisto de una multiplicidad de tubos de erogación (17) paralelos, de modo que se forme una multiplicidad de anillos de esferitas (15'). Por simplicidad, a continuación será descrito sólo el caso de un simple tubo central de erogación. El electrolito es alimentado al tubo de erogación (17) por medio de una tobera (19), armada sobre un soporte (20) conectado al circuito de bombeo (no mostrado) . En una forma de realización 21 de la invención, la tobera (19) tiene una sección superior porosa (21) que permite el pasaje del electrolito más no aquel de las esferitas (15) . De esta forma, en caso de paradas programadas o imprevistas, se impide a las esferitas (15) caer al interior de la tobera ocluyéndola, y obstaculizando asi el restablecimiento de la acción eruptiva. Otros elementos opcionales incluyen un deflector (22) arriba del tubo de erogación (17), utilizado para limitar la altura del lecho eruptivo, una barrera de retención (23) conectada a un sistema de rebosadero con un tanque de recogida del producto (no mostrado), que provee a la remoción de una fracción de esferitas para permitir el ejercicio en continuo de la celda, un tubo de drenaje del electrolito y un elemento de separación en forma de T, que permite descargar las esferitas metálicas alimentando electrolito en el tramo horizontal. El sistema de rebosadero corriente abajo de la barrera de retención (23) comprende opcionalmente un tanque de fondo cónico en donde se recogen las esferitas, como resultará obvio a los expertos en el ramo. ün sistema de rebosadero para el electrolito, no mostrado, es también normalmente provisto como es obvio para un experto del ramo. 22 Los ángulos inferiores de la celda podrían estar opcionalment e provistos de componentes triangulares, por ejemplo conos de plástico según la técnica anterior, para facilitar la circulación natural de las esferitas. De todas maneras se ha verificado que en ausencia de tales conos, algunas esferitas tienen la tendencia a depositarse en las regiones de los ángulos inferiores de la celda de la invención dando lugar a conos autoforinantes (15"), que en condiciones estacionarias pueden operar con la misma eficacia de los conos artificiales. La formación natural de los conos es asistida por el correcto dimensionamiento de los elementos en forma de flecha (18), y tiene la gran ventaja que los conos se pueden formar naturalmente, cambiando su propia forma cada vez que, por cualquier motivo, sea variado el caudal de erogación. Las dos siguientes figuras muestran formas alternativas de realización preferidas de algunos elementos mostrados en la Figura 6. La Figura 7 en particular muestra una forma de realización preferida de la tobera (19) , que en este caso está dibujada en forma de tobera doble, que comprende una porción interna definida por un conducto interno (27) que se extiende en proximidad 23 de la entrada del tubo de erogación (17), y una porción externa delimitada por un conducto externo (26) posicionado a la base de la celda. En la Figura 7, el conducto interno (27) se extiende hasta llegar al interior del tubo de erogación (17), pero puede igualmente alcanzar apenas la altura del tubo de erogación o hasta permanecer por debajo de la misma. El conducto externo (26) está mostrado como insertado dentro del elemento de soporte (20), pero puede ser igualmente conectado con el fondo de la celda de acuerdo con muchos arreglos diferentes como es obvio para un experto en el ramo. En la Figura 8 está mostrado como el deflector (22) arriba del tubo de erogación (17) puede ser ventajosamente un elemento en forma de tejado, sin embargo otras formas son posibles. En una forma de realización preferida, el deflector en forma de tejado (22) está provisto de hoyos que impiden el pasaje de las esferitas pero permiten el libre pasaje de electrolito, interfiriendo asi mucho menos con la circulación del mismo electrolito. La Figura 8 muestra además la barrera de retención (23) con el relativo hoyo (29) a la entrada del sistema de rebosadero de las esferitas. La Figura 9 es una sección superior de la 24 celda, en correspondencia de una altura arbitraria al interior de la región de lecho eruptivo. El caparazón catódico, delimitado por el marco periférico (1) y por la placa catódica (3), está ocupado en la porción central por el tubo de erogación (17), provisto de elementos aislantes (31) tal como películas o cintas de espuma; en el caparazón anódico, la lamina anódica (4) y el ánodo (6) están conectados por medio de protuberancias conductoras (7), de las que una sola está mostrada por simplicidad. Los dos caparazones están divididos por el diafragma (11), opcionalmente provisto de una mascara de protección aislante (30) en correspondencia de los márgenes externos del ánodo (6) y de los costados verticales del tubo de erogación ( 17 ) . La Figura 10 es una vista lateral de la celda de la invención que ilustra la circulación del electrolito. El electrolito que contiene iones metálicos es alimentado en la parte inferior del caparazón catódico (100) a través de la tobera y el tubo de erogación (no mostrados) , y parte de él entra en el caparazón anódico (200) en correspondencia de la región agujereada o porosa del diafragma (11), mientras que la mayor parte es 25 utilizada para establecer el lecho en erupción al interior del caparazón catódico (100) . El electrolito es finalmente descargado por la parte superior de ambos caparazones y recirculado. La invención puede ser practicada, según una forma de realización meno preferida, también con circulación anódica y catódica separadas en un arreglo de elementos apilados en donde la placa anódica de cada celda, con la obvia excepción de la celda terminal, está puesta en contacto con la placa catódica de la celda adyacente. Preferiblemente, cada elemento simple de celda es construido, por empernado u otra forma de cierre de cada caparazón anódico con el correspondiente caparazón catódico, antes de apilar los elementos. Preferiblemente, los elementos simples de celda se apilan interponiendo listas de contacto entre ellos. Las listas de contacto están preferiblemente soldadas a las placas anódicas . En el caso en que las circulaciones anódica y catódica estén separadas, los elementos de celda pueden no incluir un diafragma semipermeable, siendo suficiente un medio de intercambio iónico tal como una membrana de intercambio iónico. En este caso, se puede todavía explotar la ventaja consiguiente al apilar las celdas en términos de 26 productividad por unidad de volumen y por unidad de superficie de planta; esta realización es sin embargo menos preferida siendo más complejo instaurar un proceso en continuo con anolito y catolito separados, cada cual requiere el control y el reintegro de la concentración de iones. La descripción anterior no será entendida como limitante la invención, que puede ser practicada según diferentes formas de realización sin alejarse de sus objetivos, y cuyo alcance está unívocamente definido por las reivindicaciones anexas . En la descripción y en las reivindicaciones de la presente solicitud, la palabra "comprender" y sus variaciones tal como "comprende" y "comprendido" no tienen el objetivo de excluir la presencia de otros elementos o componentes accesorios.

Claims (55)

1. 27
2. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un elemento de celda de un arreglo de celdas apiladas para la electrodeposición de metales a partir de soluciones de iones metálicos, caracterizado porque comprende un caparazón anódico y un caparazón catódico separados por un diafragma aislante, el caparazón anódico siendo delimitado por una placa anódica provista de al menos una protuberancia conductora para transmitir corriente eléctrica continua a un ánodo, el caparazón catódico delimitado por una placa catódica y provisto de al menos un tubo de erogación apto a instaurar un lecho eruptivo de esferitas metálicas, dicho diafragma siendo provisto de agujeros en correspondencia de dicho lecho eruptivo de esferitas metálicas que permiten la libre circulación de electrolito impidiendo al mismo tiempo el pasaje de dichas esferitas metálicas desde el compartimiento catódico al compartimiento anódico. 2. El elemento de celda según la 28 reivindicación 1, caracterizado porque al menos una protuberancia conductora tiene forma de costilla.
3. 3. El elemento de celda según la reivindicación 2, caracterizado porque dichas costillas tienen una primera superficie principal a la que dicho ánodo está sujetado, y una segunda superficie principal provista de una lista de contacto, dicha lista de contacto siendo soldada a dicha placa anódica.
4. 4. El elemento de celda según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque dicho caparazón anódico comprende además separadores en forma de costilla.
5. 5. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho caparazón catódico es construido a partir de un arreglo de barras.
6. 6. El elemento de celda según la reivindicación 5, caracterizado porque dichas barras tienen forma rectangular.
7. 7. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho caparazón catódico comprende al menos una ventanilla de inspección.
8. 8. El elemento de celda según las 29 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho caparazón anódico y dicho caparazón catódico comprenden regiones planas periféricas tal como marcos o bridas para sujetar dicho caparazón anódico a dicho caparazón catódico.
9. 9. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho caparazón anódico está hecho de titanio o de una aleación de titanio, y dicho caparazón catódico está hecho de acero inoxidable, níquel o titanio.
10. 10. El elemento de celda según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho ánodo es una estructura de titanio provista de agujeros revestida de metales nobles u óxidos de metales nobles sobre al menos una superficie.
11. 11. El elemento de celda según las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque dicho caparazón anódico está puesto en contacto con el caparazón catódico del elemento de celda adyacente del arreglo de celdas con al menos una lista bimetálica interpuesta entre ellos.
12. 12. El elemento de celda según la reivindicación 11, caracterizado porque al menos una lista bimetálica está soldada a al menos uno de los caparazones catódico y anódico. 30
13. 13. El elemento de celda según la reivindicación 12, caracterizado porque al menos una lista bimetálica está soldada a dicho caparazón anódico en correspondencia de dicha al menos una protuberancia conductora.
14. 14. El elemento de celda según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos una lista bimetálica y dicha al menos una protuberancia conductora están soldadas a dicho caparazón anódico en una única etapa.
15. 15. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho diafragma aislante forma una guarnición de cara completa que contribuye a la estanqueidad entre dicho caparazón anódico y dicho caparazón catódico al menos en la parte periférico de dichos caparazones anódico y catódico.
16. 16. El elemento de celda según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho diafragma aislante está provisto de una máscara aislante adicional en correspondencia de las regiones que contactan los márgenes externos de dicho ánodo y/o los costados verticales de dicho al menos un tubo de erogación.
17. 17. El elemento de celda según las 31 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho diafragma aislante está hecho de una tela tej ida .
18. 18. El elemento de celda según la reivindicación 17, caracterizado porque dicha tela está tejida como tejido plano o como tejido holandés invertido .
19. 19. El elemento de celda según la reivindicación 18, caracterizado porque dicha tela tiene una razón entre el diámetro del hilo de trama y el diámetro del hilo de urdimbre comprendida entre 1.15 y 1.5.
20. 20. El elemento de celda según la reivindicación 19, caracterizado porque dicha tela tiene una razón entre el diámetro del hilo de trama y el diámetro del hilo de urdimbre cerca de 5:4.
21. 21. El elemento de celda según las reivindicaciones de 17 a 20, caracterizado porque la razón entre el paso del hilo de urdimbre y el diámetro del hilo de urdimbre es mayor de 3.
22. 22. El elemento de celda según las reivindicaciones de 17 a 21, caracterizado porque dicha tela tejida tiene uno espesor comprendido entre 0.4 y 0.6 mm .
23. 23. El elemento de celda según las 32 reivindicaciones de 17 a 22, caracterizado porque dicha tela es una tela de poliéster.
24. 24. El elemento de celda según la reivindicación 10, caracterizado porque dicho diafragma aislante es obtenido por aplicación de un revestimiento aislante a la superficie de dicho ánodo de titanio provisto de agujeros opuesta a dicha superficie revestida de metales nobles u óxidos de metales nobles.
25. 25. El elemento de celda según la reivindicación 24, caracterizado porque dicho revestimiento aislante es un revestimiento cerámico.
26. 26. El · elemento de celda según la reivindicació 25, caracterizado porque dicho revestimiento cerámico es seleccionado del grupo constituido por los metales y el carburo de silicio.
27. 27. El elemento de celda según la reivindicación 26, caracterizado porque dicho revestimiento cerámico es aplicado por atomización en plasma.
28. 28. El elemento de celda según la reivindicación 24, caracterizado porque dicho revestimiento aislante comprende un material polimérico fluorado.
29. 29. El elemento de celda según las 33 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un tubo de erogación es un tubo de forma rectangular .
30. 30. El elemento de celda según la reivindicación 29, caracterizado porque dicho tubo de forma rectangular está hecho de un metal resistente a la corrosión, preferiblemente acero inoxidable o titanio .
31. 31. El elemento de celda según la reivindicación 30, caracterizado porque dicho tubo metálico de forma rectangular está provisto de una película externa aislante y/o de cinta de espuma al menos sobre las dos superficies principales paralelas a dicha placa anódica y a dicha placa catódica.
32. 32. El elemento de celda según las reivindicaciones de 29 a 31, caracterizado porque la altura de dicho tubo de forma rectangular es equivalente a la distancia entre dicha placa catódica que delimita dicho caparazón catódico y dicho diafragma.
33. 33. El elemento de celda según las reivindicaciones de 29 a 32, caracterizado porque el fondo de dicho al menos un tubo de erogación está provisto de una entrada de sección ampliada respecto a la amplitud del tubo. 34
34. 34. El elemento de celda según las reivindicaciones de 29 a 33, caracterizado porque al menos un tubo de erogación está provisto de elementos en forma de flecha posicionados en la parte inferior, cuyo ángulo con la dirección horizontal está comprendido entre 60 y 80° y preferiblemente equivalente a cerca de 70°.
35. 35. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un tubo de erogación comprende una base provista de al menos una tobera para alimentar el electrolito y generar de tal manera un movimiento apto a establecer dicho lecho eruptivo de esferitas metálicas .
36. 36. El elemento de celda según la reivindicación 35, caracterizado porque al menos una tobera es una tobera doble que comprende una parte externa posicionada a la base de la celda y una parte interna que se extiende hasta cerca de la entrada o al interior de dicho al menos un tubo de erogación.
37. 37. El elemento de celda según las reivindicaciones 35 ó 36, caracterizado porque dicha parte interna de la tobera doble está provista de perforaciones que permiten el pasaje de electrolito e impiden el pasaje de dichas esferitas metálicas. 35
38. 38. El elemento de celda según las reivindic ciones anteriore-s, caracterizado porque además comprende al menos un deflector posicionado arriba de dicho al menos un tubo de erogación apto a controlar la altura de dicho lecho eruptivo.
39. 39. El elemento de celda según la reivindicación 38, caracterizado porgue al menos un deflector es generalmente en forma de tejado.
40. 40. El elemento de celda según las reivindicaciones 38 ó 39, caracterizado porque al menos un deflector está provisto de hoyos que permiten el libre pasaje de electrolito e impiden el pasaje de dichas esferitas metálicas.
41. 41. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, provisto además de un sistema de rebosadero para las esferitas que comprende al menos una barrera de retención posicionada a una altura adyacente a la cumbre de dicho al menos un tubo de erogación y un tanque para recoger las esferitas rebasadas.
42. 42. El elemento de celda según la reivindicación 41, caracterizado porque dicho tanque está provisto de medios para descargar dichas esferitas rebasadas desde el fondo.
43. 43. El elemento de celda según las 36 reivindicaciones 41 ó 42, caracterizado porque dicho tanque tiene un fondo de forma cónica.
44. 44. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende un tubo de drenaje del electrolito provisto de un elemento de filtración que permite descargar el electrolito de la celda evitando al mismo tiempo descargar dichas esferitas metálicas.
45. 45. El elemento de celda según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende un aparato de drenaje de esferitas para descargar dichas esferitas metálicas provisto de un tubo de drenaje y de un elemento de separación en forma de T alimentado con electrolito en su tramo horizontal.
46. 46. Un arreglo de elementos de celda de electrodeposición apilados cada uno de los. cuales está caracterizado porque comprende un caparazón anódico delimitado por una placa anódica y un caparazón catódico delimitado por una placa catódica y porque comprende un tubo de erogación que instaura un lecho eruptivo de esferitas metálicas, dicha placa anódica puesta en contacto con la placa catódica de la celda adyacente del arreglo.
47. 47. El arreglo según la reivindicación 46, 37 caracterizado porque dicha placa anódica está puesta en contacto con dicha placa catódica de dicha celda adyacente por medio de una lista de contacto bime álica .
48. 48. El arreglo según las reivindicaciones 46 ó 47, caracterizado porque dicho caparazón anódico y dicho caparazón catódico de cada elemento de celda están mutuamente sujetados antes de apilar los elementos de celda.
49. 49. El arreglo según las reivindicaciones 46 a 48, caracterizado porque los elementos de celda son elementos de celda según las reivindicaciones 1 a 45.
50. 50. Un método para la electrodeposición de metal caracterizado porque comprende alimentar esferitas metálicas al compartimiento catódico de un elemento de celda según las reivindicaciones 1 a 45, poner dichas esferitas en contacto eléctrico con dicha placa catódica, e involucrar dichas esferitas sometidas a potencia; catódico en un lecho en erupción bajo la acción de un electrolito que contiene iones metálicos alimentado a través de dicho al menos un tubo de erogación.
51. 51. El método según la reivindicación 50, caracterizado porque dicho lecho en erupción está formado por al menos un anillo generalmente 38 rectangular llenado con esferitas dispuesto a un lado de dicho al menos un tubo de erogación.
52. 52. El método según la reivindicación 50, caracterizado porque dicho lecho en erupción está formato por dos anillos generalmente rectangulares llenados con esferitas dispuestos a los dos lados opuestos de dicho al menos un tubo de erogación.
53. 53. El método según las reivindicaciones 51 ó 52, caracterizado porque dichos dos anillos generalmente rectangulares llenados con esferitas permiten la autoformación de conos de esferitas en movimiento que llenan los ángulos inferiores de dicho caparazón catódico y permiten la formación natural de canales de flujo de esferitas en la hendidura vertical debajo de la base de dicho al menos un tubo de erogación.
54. 54. El método según las reivindicaciones de 50 a 53, caracterizado porque dicho metal que se debe electrodepositar es seleccionado del grupo constituido por cobre, estaño, manganeso, zinc, níquel, cromo y cobalto.
55. 55. Un elemento de celda de un arreglo de celdas apiladas para la electrodeposición de metal caracterizado porque comprende los elementos distintivos de la descripción y de las figuras.