INSTALACIÓN DE ELECTROLISIS

D E S C R I P C I O N

CAMPO TECNICO Y OBJETO DE LA INVENCION

Las instalaciones de electrólisis comprenden celdas de electrólisis con parejas de electrodos, cátodo y ánodo, y una cuba con una solución en la que los electrodos se sumergen sometidos a una diferencia de tensión eléctrica continua para producir la electrólisis. La electrólisis permite obtener por ejemplo zinc, cobre, níquel, cadmio o cobalto, depositados en el cátodo partiendo de sales de la solución.

A diferencia de los procesos de electrólisis por electro-refinación ("electrorefining"), en los procesos de electrólisis por electro-obtención ("electrowinning") el ánodo es sustancialmente insoluble durante la electrólisis, aportando la superficie para producir la reacción anódica de oxidación. En estos procesos se utiliza convencionalmente un ánodo de plomo, pero pueden utilizarse otros tipos de aleación como por ejemplo de titanio.

Convencionalmente, los electrodos tienen forma de placa, disponiéndose en la cuba en hilera de manera que los ánodos y cátodos están alternados y las celdas conectadas eléctricamente en serie. Para la conexión eléctrica entre los electrodos durante la electrólisis, cada electrodo está sujeto por una cabeza de electrodo. La cabeza de electrodo comprende una barra de electrodo de un material eléctricamente conductor, normalmente de cobre, y durante la electrólisis la cabeza de electrodo sostiene al electrodo en la cuba, verticalmente y en la dirección longitudinal de la barra. Asimismo, cada barra se dispone apoyada en contacto eléctrico sobre raíles equipotenciales, normalmente de cobre, que se extienden a los laterales de la cuba y perpendicularmente a los electrodos. Una unidad de electrodo comprende el conjunto del electrodo y la cabeza de electrodo. Las unidades de electrodo se posicionan en la cuba lo más próximo posible entre sí para aumentar la productividad de la instalación, pero evitando el riesgo de cortocircuito. Opcionalmente, la cabeza de electrodo comprende medios de agarre para facilitar la extracción o inserción del electrodo en la cuba, o su transporte por medio de una grúa o puente-grúa de la instalación, por ejemplo en la forma de ganchos u orejetas de agarre. La publicación de patente EP1492906 describe este tipo de disposición de electrodos en una instalación de electrólisis.

La presente invención se refiere una grúa auxiliar automática para mantenimiento en una casa de celdas electrolíticas. La función del Puente Grúa Auxiliar Automático objeto de esta invención, para el Manejo y labores de inspección y mantenimiento de Electrodos es la de identificar anomalías en los electrodos situados en las cubas, tales como aumento de temperatura, contactos eléctricos anómalos y defectos en la morfología del metal depositado en los electrodos, y permitir la extracción, retirada y sustitución de los electrodos con anomalía desde las cubas electrolíticas de la nave hasta la zona de reparación y sustitución. Una vez retirados estos electrodos la carga de la cuba estará incompleta y esta grúa se encargará de la reposición de nuevos electrodos introduciéndolos en sus posiciones de operación.

La invención resulta aplicable en particular a una instalación de electrólisis de zinc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las unidades de electrodo de la instalación de electrólisis pueden presentar y/o producir fallos durante la electrólisis, tales como cortocircuitos, contactos eléctricos de las barras de electrólisis con los raíles equipotenciales anómalos o defectos en el metal depositado en los electrodos, especialmente en la superficie de los cátodos en los procesos de electrólisis por electro-obtención. Estos fallos pueden originar daños en los electrodos, en las unidades de electrodo y en la instalación de electrólisis, reduciendo en último término la productividad de la instalación.

Para prevenir o solucionar estos fallos es necesario llevar a cabo procedimientos de mantenimiento de la instalación de electrólisis. Estos procedimientos comprenden detectar una unidad de electrodo defectuosa en una cuba de electrólisis de la instalación, bien recolocar la unidad de electrodo defectuosa (cuando el fallo sea debido a un posicionamiento o contacto eléctrico defectuoso de la unidad de electrodo) o bien retirar la unidad de electrodo defectuosa de la cuba dejando un hueco en la cuba (cuando el fallo esté originado por la propia unidad de electrodo), e introducir una unidad de electrodo de repuesto en el hueco (en su caso). Para retirar, recolocar e introducir las unidades de repuesto, convencionalmente se utiliza la grúa o puente grúa destinada a las operaciones de funcionamiento normal de la instalación para la extracción del producto de electrólisis. El manejo de la grúa o puente-grúa para estas operaciones de mantenimiento, se realiza por un operario.

Este procedimiento de mantenimiento conocido presenta el inconveniente de que la utilización de la grúa o puente-grúa para el procedimiento implica la paralización del funcionamiento normal, y menor tiempo de mantenimiento preventivo de la grúa de la instalación durante el tiempo de resolución de los fallos, al dejar de estar disponible la grúa o puente-grúa, y consecuentemente una reducción en la productividad de la instalación.

Por tanto, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento de mantenimiento que permita aumentar la productividad de la instalación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un procedimiento de mantenimiento de una instalación de electrólisis tal como se recoge en la reivindicación 1 y se expone a continuación. Asimismo, las reivindicaciones dependientes recogen realizaciones ventajosas tal como se expone a continuación.

La invención comprende tanto el procedimiento de mantenimiento de una instalación de electrólisis como la grúa auxiliar automática para el mantenimiento de la instalación de electrólisis. El procedimiento de mantenimiento de una instalación de electrólisis comprende las etapas de:

Identificación de anomalías en los electrodos situados en las cubas, tales como aumento de temperatura, contactos eléctricos anómalos y defectos en la morfología del metal depositado en los electrodos.

Extracción, retirada y sustitución de los electrodos con anomalía desde las cubas electrolíticas de la nave hasta la zona de reparación y sustitución.

Reposición de nuevos electrodos introduciéndolos en sus posiciones de operación.

A diferencia del estado de la técnica conocido, el procedimiento de mantenimiento de acuerdo con la invención comprende recolocar o retirar la unidad de electrodo defectuosa de la cuba y/o introducir la unidad de electrodo de repuesto en el hueco mediante una grúa auxiliar o un puente-grúa auxiliar automática de la instalación. En adelante la grúa utilizada convencionalmente para las operaciones de funcionamiento normal de la instalación se denomina grúa principal para distinguirla de la grúa auxiliar.

De este modo, la utilización de la grúa auxiliar automática, permite aumentar la productividad de la instalación, ya que hace posible el poder utilizar la grúa principal para el funcionamiento normal de la instalación pudiendo mientras proceder a la manipulación, recolocación o sustitución de las unidades de electrodo defectuosas.

En particular, la ejecución del procedimiento de mantenimiento de la instalación permite la eliminación de cortocircuitos que puedan producirse en la electrólisis, la inserción de electrodos en huecos en la cuba debido a la retirada de estos por estar defectuosos, reduciendo el tiempo de resolución de problemas o anomalías que pueden presentarse con frecuencia en la instalación de electrólisis, como por ejemplo un mal contacto entre los electrodos y el raíl equipotencial o un defecto en la superficie del metal depositado en el electrodo.

Ventajosamente, la etapa de detectar la unidad de electrodo defectuosa, recolocar o retirar la misma, y/o introducir la unidad de electrodo de repuesto, se realizan de forma automática al menos parcialmente, es decir al menos algunas etapas. De este modo, se mejora adicionalmente la productividad de la instalación al poder reducirse los tiempos de procesado de cada etapa.

La invención contempla la utilización de un sistema de detección con al menos un sensor para comprobar el estado de los electrodos tales como sensores de temperatura de electrodo, sensores de caída de tensión eléctrica en electrodo, sensores de visualización de metal depositado en el electrodo y/o sensores de peso de electrodo. De este modo es posible detectar si las unidades de electrodo están defectuosas ya que los cortocircuitos en la instalación u otras anomalías durante la electrólisis pueden originar la elevación de temperatura de los electrodos, especialmente en los puntos de contacto con los raíles equipotenciales de la instalación, irregularidades en la deposición de producto en el cátodo captadas mediante el sistema de morfología del material depositado o de peso, y diferencias de tensión eléctrica en los electrodos.

De este modo es posible identificar las anomalías en los electrodos situados en las cubas, tales como aumentos de temperatura, contactos eléctricos anómalos y defectos en el metal depositado en los electrodos, y posterior reposicionamiento, retirada o sustitución de los electrodos con anomalía desde las cubas de electrólisis de la instalación hasta una zona de reparación o sustitución. Durante el mantenimiento pueden detectarse unidades de electrodo defectuosos que no es posible reinstalar en el proceso productivo. Una vez rechazados estas unidades de electrodo, la unidad de electrodo de la cuba de electrólisis estará incompleta, quedando huecos que deben rellenarse. La grúa auxiliar permite reponer las nuevas unidades de electrodo introduciéndolos en sus posiciones correspondientes de la cuba.

Ventajosamente, para detectar la unidad de electrodo defectuosa, el sistema de detección comprende al menos un sensor que permanece estático respecto a la cuba de electrólisis. Esto permite ahorrar tiempos de proceso, respecto a la configuración en la que los sensores se mueven con respecto a la cuba o están fijos respecto a la misma. Si bien esta última configuración, alternativa o complementaria, permite reducir el número de sensores de la instalación.

Para la ejecución del procedimiento de forma automática puede utilizarse una unidad de control de la instalación programada para recibir información del sistema de detección, procesar dicha información y comandar la grúa auxiliar para recolocar o retirar la unidad de electrodo defectuosa, y/o introducir la unidad de electrodo de repuesto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Fig. 1 muestra una vista superior en perspectiva de la grúa auxiliar de la invención.

La figura 2 muestra una vista en alzado de la grúa auxiliar de la invención. La figura 3 representa una vista de perfil de la misma grúa auxiliar de las figuras anteriores.

La figura 4 representa en detalle el carro de traslación auxiliar. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En una realización, el puente-grúa de la grúa auxiliar utilizada en el procedimiento de mantenimiento de acuerdo con la invención para recolocar la unidad de electrodo (unidad de ánodo o de cátodo) defectuosa en la cuba o retirar la misma de la cuba dejando un hueco en la misma, y/o introducir la unidad de electrodo de repuesto en el hueco, comprende:

Una Estructura Principal (1), formada por dos vigas cajón y dos testeros unidos a ellas, así como un piso de rejilla, pasarela y barandilla, para sustento y mantenimiento de equipos.

Sistema de Traslación Longitudinal (2), formado por dos motores y cuatro ruedas, que permiten la traslación respecto a las cubas de electrólisis de la instalación, en dirección perpendicular a la dirección longitudinal de las barras de electrólisis sobre carriles (8) apoyados en vigas carrileras (9)

Sistema de Elevación Principal (3), formado principalmente por un motorreductor de elevación y dos tambores.

Sistema de Recogida de Electrodos (4), formado por

Estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a) y Sistema de centrado y guiado (4b), centrado de la grúa y guiado de la estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a).

Sistema Antioscilación

Sistema de Comprobación de Temperatura de Contactos

Sistema de Comprobación de Tensión de los Electrodos

Sistema de Análisis Morfológico del metal depositado

Mecanismo de Elevación Auxiliar (5)

Sistema de Alimentación (6)

Instalación Eléctrica, Sistema de Control y Sistema de Aire Acondicionado y Presurización de Armarios (7).

Pueden utilizarse los apoyos (9) y carriles (8) del puente principal correspondientes al puente grúa de la grúa principal, minimizando de este modo el coste del puente auxiliar y por tanto los costes operacionales del procedimiento de mantenimiento. Además la grúa auxiliar automática puede acomodar medios auxiliares para la operación de la misma para realizar el procedimiento, tales como una unidad de control o PLC para controlar los desplazamientos del puente auxiliar, sistemas eléctricos, de equipos refrigeración y equipos de presurización. El puente auxiliar automático, puede disponer también de plataformas de acceso para mantenimiento y supervisión de dichos medios. El acceso a estas plataformas desde las zonas de tránsito de la instalación de electrólisis puede realizarse a través de una escalera (10).

El recorrido máximo de la grúa auxiliar está limitado en un sentido por topes de los carriles, mientras que en el otro sentido está limitado por la proximidad de la grúa principal.

El accionamiento de las ruedas (11) de los testeros para mover el puente auxiliar puede realizarse mediante un motor eléctrico independiente para cada rueda motriz que actúa a través de un reductor apropiado y comandado mediante un convertidor de frecuencia que posibilita el uso de las velocidades de traslación y aproximación adecuadas. Los motores también pueden incorporar frenos, preferiblemente de accionamiento eléctrico. El sistema de desplazamiento del puente auxiliar descrito permite asegurar un posicionamiento con respecto a las celdas de electrólisis suficientemente preciso para realizar el procedimiento de mantenimiento de acuerdo con la invención. Para controlar el desplazamiento adecuado de los distintos elementos de la grúa auxiliar pueden emplearse detectores de posición en las partes de la grúa respecto a las cuales se mueven, tales como marcas. Para la recogida, extracción o inserción de las unidades de electrodo, el sistema de recogida de electrodos (4), comprende:

Una estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a), y el sistema de centrado y guiado (4b). Ambos elementos tendrán movimientos relativos entre si durante las carreras de ascenso y descenso.

Una vez el Puente se haya colocado en su posición aproximada sobre la vertical de una celda se proceden a realizar los siguientes movimientos:

Posicionamiento del Puente en la dirección longitudinal de la nave.

Desplazamiento dentro de la estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a) hasta la posición correspondiente de los Electrodos a manipular, y posicionado de los ganchos de recogida en la posición de apertura o cierre en función de los ánodos o cátodos a manipular. Descenso conjunto de la estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a) y el sistema de centrado y guiado (4b) hasta que esta encaje en los elementos de posicionamiento.

Descenso del carro de recogida de electrodos (4c) hasta la posición donde enganchará o desenganchará la tanda de electrodos correspondiente.

Ascenso del carro de recogida de electrodos (4c) hasta la posición en la que hará tope con la Estructura de Guía.

Ascenso conjunto del carro de recogida de electrodos (4c) y el sistema de centrado y guiado (4b) hasta la posición de partida. Durante su carrera de ascenso el Carro Recogedor de Electrodos arrastrará a la Estructura de Guía contra la que habrá hecho tope.

A su vez, la estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a), encargada del manejo de los electrodos comprende:

Un bastidor que da soporte tanto al carro de recogida de electrodos (4c) en sí como al bastidor guía cuando éste se levanta. Este Bastidor incorpora en sus extremos cuatro elementos de guía que permitirán el movimiento vertical relativo del Carro Recogedor de Electrodos a lo largo de las guías de los que estará dotada la Estructura de Guía.

Cuatro poleas por las que pasarán los cables del Sistema de Elevación Principal.

El carro de recogida de electrodos (4c) responsable de la manipulación de los electrodos, consistente en un bastidor sobre cuatro ruedas, dos de ellas motorizadas, que dispone de cuatro juegos de mecanismos de apertura-cierre de las orejetas de recogida de electrodos.

Sistema de centrado y guiado (4b), que comprende estructura móvil dotada de unos carriles-guía sobre los que se deslizará el Carro Recogedor de Electrodos.

El sistema de centrado y guiado (4b) se posiciona en la parte superior de la cuba, asegurando la correcta posición del Carro Recogedor de Electrodos con respecto a los electrodos para su manejo.

La estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a) será la responsable de los movimientos verticales del sistema de centrado y guiado (4b) al arrastrarla en sus movimientos verticales al hacer tope con él.

En la Estructura Principal de la grúa auxiliar automática objeto de esta invención (1), se localizarán dos columnas provistas de unos carriles de guiado y sobre estos, se apoyará y deslizará la Estructura de Guía mediante un tren de ruedas. De esta manera, la posición de la Estructura de Guía estará referida en todo momento con respecto a la Estructura Principal: Verticalmente: a través del Sistema de Elevación Principal.

Horizontalmente: por el guiado en las columnas previstas al efecto.

El carro de recogida de electrodos (4c), tal y como se muestra en detalle en la figura 4, está configurado para el manejo de las unidades de electrodo, comprende un bastidor (17) sobre cuatro ruedas (18), dos de ellas motorizadas, que dispone de medios de apertura-cierre (14) de los brazos basculantes de agarre (21) con orejetas (15) de recogida de electrodos. Estas orejetas disponen de un orificio de acoplamiento (16) a los medios de agarre (19) provistos en las cabezas de electrodo (20), permitiendo así su manejo o manipulación. Los brazos basculantes de agarre (21) pueden construirse con dos brazos giratorios que soportan las orejetas (15) de recogida, por ejemplo accionados de forma coordinada por un solo actuador lineal, que forman los medios de apertura-cierre (14). Se contempla la utilización de dos tipos de orejetas (15) de recogida, unas para ánodos y otras para cátodos. Para identificar la presencia de un electrodo o de hueco en la cuba de electrólisis, el carro de recogida de electrodos (4c) puede incorporar detectores láser, cada uno correspondiendo con la posición de una orejeta de recogida, que permiten identificar la presencia del electrodo en su apoyo sobre la barra de electrólisis, identificando tanto el número de electrodos presentes como su correcta polaridad.

Para controlar el descenso de la estructura portante del carro de recogida de electrodos (4a) incluyendo el carro de recogida de electrodos (4c) y del sistema de centrado y guiado (4b) hacia la celda de electrólisis, puede incorporar un sistema de detectores adecuados para ello.

También puede incorporar otros medios de protección como por ejemplo de anti-oscilación, para evitar que las unidades de electrodo puedan oscilar o desplazarse respecto al carro de recogida durante el movimiento de ascenso- descenso.

Los distintos elementos de la grúa auxiliar deben protegerse adecuadamente contra la corrosión por niebla ácida presente especialmente en las instalaciones de electrólisis de zinc, por ejemplo mediante pintura anti-ácida específica.

El sistema de detección para detectar unidades de electrodo defectuosas puede incluir un sistema de detección con un sistema de sensores de temperatura de electrodos, un sistema de comprobación de caída de tensión en los electrodos, un sistema de análisis de la morfología del metal depositado en los electrodos y/o un sistema de balanza o comprobación de peso de los electrodos.

El sistema de sensores de temperatura puede incluir tantos sensores como electrodos en la cuba.

El sistema de comprobación de caída de tensión en los electrodos, comprende sensores de caída de tensión, que pueden incluir tantos palpadores de tensión como número de cátodos más un palpador, para medir la tensión entre la barra de electrodo y el raíl de electrólisis en el que se apoya.

El sistema de análisis de la morfología puede comprender cámaras fijas destinadas a tomar imágenes de la superficie del metal depositado en el electrodo.

Estas imágenes pueden ser analizadas manualmente por un operario para evaluar los posibles defectos de la deposición, o de forma automática mediante sistemas de análisis de imágenes. La resolución de las imágenes es suficiente tanto como para permitir un análisis global del electrodo como para su procesado de forma que puedan servir de base para análisis comparativos y estadísticos.

Para realizar de forma automática el procedimiento de acuerdo con la invención puede emplearse una unidad de control programada para detectar información de los sensores sobre el estado de las unidades de electrodo, procesar dicha información y comandar la grúa auxiliar a través de desplazamientos de la grúa y de sus componentes tales como traslación del puente grúa auxiliar automático, elevación y descenso del sistema de recogida de electrodos, del polipasto auxiliar, del carro de recogida de electrodos o las orejetas de recogida de electrodos.

La unidad de control puede permitir asimismo un control parcialmente automático o semiautomático, permitiendo realizar una o algunas de las etapas del procedimiento de forma manual por un operario.