EVALUACIÓN INDUSTRIAL DE TECNOLOGÍA DE ÁNODOS EARLESS® EN REFINERÍA CHUQUICAMATA

Abstract

El objetivo general de la presente memoria es evaluar el impacto técnico de la utilización industrial de la tecnología de ánodos Earless® en una celda completa en Refinería Chuquicamata. Esta tecnología surgió ante la problemática que implica el scrap generado y su costo de manejo, transporte y reprocesamiento.La primera prueba industrial de esta tecnología abarcó un ciclo anódico, en el cual se realizó un seguimiento del proceso apoyado con mediciones a una celda con prototipos Earless® y a otra, con ánodos tradicionales a modo de contra muestra. Las principales mediciones fueron: peso de electrodos al inicio y final de cada ciclo catódico, voltaje y temperaturas de contacto de electrodos, voltaje de celda y detección de corto circuitos. Los ánodos Earless® fueron generados con un peso mayor al de diseño, además la única diferencia operacional entre las celdas de prueba ocurrió durante todo el segundo ciclo catódico, manteniendo elevado el nivel de electrolito en la celda con prototipos Earless®.El valor descriptivo que mejor caracteriza al porcentaje de scrap en la celda Earless® es 19,8 % y en la celda de contra muestra, 15,3 %. En la celda Earless®, la eficiencia de disolución anódica de toda la prueba fue de 90,9 % y de depositación catódica, de 89,7 %. En la celda de contra muestra fueron 99,6 % y 97,6 %, respectivamente. En cuanto al consumo específico de energía, para el primer ciclo catódico fue mayor un 7,0 % en la celda Earless® respecto a la celda de control, y para el segundo ciclo catódico, un 4,8 %.En el primer ciclo catódico es cuando existen mayores diferencias significativas en los resultados y observaciones entre las celdas, asociadas principalmente a la existencia de sectores en la celda Earless® con alta presencia de corto circuitos. Estos sectores son aquellos cercanos a prototipos con defectos físicos en el cuerpo del ánodo y daños en el soporte, producto del montaje. En el segundo ciclo catódico, el peso de cátodos y la eficiencia de depositación catódica no poseen diferencias significativas entre las celdas; además la eficiencia de disolución anódica es ligeramente inferior en la celda Earless®, evidenciando que se reduce el impacto producido por el moldeo de ánodos con peso superior a las especificaciones de diseño. Por otro lado, mediciones de temperaturas y voltaje de contacto de electrodos, sugieren que se genera resistencia eléctrica en alguna zona del prototipo Earless®, acompañada de generación y disipación de calor.Mediante una proyección se observa que se podría obtener un porcentaje de scrap de 12,3 % respecto al peso de diseño de un ánodo Earless®, si el comportamiento de disolución anódica dado en el segundo ciclo catódico, ocurre durante todo un ciclo anódico. Además, las geometrías de scrap generadas en la prueba, respaldan una distribución de corriente más homogénea en los ánodos Earless®. Con esto podrían generarse cátodos de mayor peso, sin presentar tempranamente agujeros en el scrap y/o caídas de éstos dentro de la celda, por lo que se realizaron proyecciones para estos escenarios en base a los resultados del segundo ciclo catódico. Para generar cátodos de 180 [kg] es necesario prolongar el proceso en torno a 10 horas, conllevando un porcentaje de scrap de 8,0 %.Los resultados de la primera prueba a nivel industrial en Refinería Chuquicamata, en particular de su segundo ciclo catódico, permiten mantener buenas expectativas de su desempeño, por lo que se recomienda realizar más pruebas, de modo de continuar evaluando en forma industrial y extrapolable sus beneficios.Adicionalmente, se realizaron proyecciones de porcentaje de ánodos Earless® moldeados en distintas fundiciones, en los que se pudiesen presentar dificultades en el montaje con su soporte, debido a lo acontecido en la prueba a algunos ánodos por sus características dimensionales.Será fundamental en trabajos posteriores esclarecer a que se debió el comportamiento de disolución anódica dado en los prototipos Earless®, en particular en el primer ciclo catódico, por lo que se recomienda, generar ánodos rigurosamente ceñidos a las especificaciones de diseño y además, la realización de nuevas mediciones de modo de apoyar una revisión de diseño del prototipo. Además, se desarrolló un balance de calor en una celda de electro refinación con el fin de apoyar el análisis de datos y evaluar aspectos de resistencia eléctrica de los prototipos.

The overall objective of this work is to assess the technical impact of industrial use of technology Earless® anode in a cell in Chuquicamata refinery. This technology was proposed as a solution to the problems involving scrap generated in the process of electro refining and cost of handling, transport and reprocessingThe first industrial test of this technology was performed in an anodic cycle, which monitored the process, supported by measurements to a cell with Earless® prototypes and a cell with traditional anodes to be used as comparison sample. The main measures were: weight of electrodes at the beginning and end of each cathodic cycle, voltage and temperature electrode contact, cell voltage and short circuit detection. The Earless® anodes were generated with a greater weight than design, also the only operational difference between the test cells, occurred throughout the second cathodic cycle, keeping high the level of electrolyte in the cell with Earless® prototypes.The descriptive value that best characterizes the percentage of scrap in the Earless® cell is 19,8% and in the control cell, 15,3%. For Earless® cell, the efficiency of anodic dissolution of the entire test was 90,9% and efficiency of cathodic deposition, was 89,7%. In the cell sample were 99,6% and 97,6%, respectively. Regarding the specific energy consumption for the first cathodic cycle in the Earless® cell it was higher by 7,0% compared to the control cell and by 4,8% for the second cathodic cycle.In the first cathodic cycle there are major significant differences in results and observations between the test cells, primarily by the existence of sectors in the Earless® cell where a high presence of short circuit occurs. These sectors are those in which prototypes are with defects in the anode body and with damaged support, resulting from assembly. In the second cathodic cycle, cathodes weights and efficiency of cathodic deposition have no significant differences between cells; and anodic dissolution efficiency is slightly lower in the cell Earless®, showing that the impact produced by the anode casting with exceeding design specifications weight is reduced. Furthermore, measurements of voltage and temperatures electrode contact, suggest that an electrical resistance is generated in an area of the Earless® prototype, accompanied by heat generation and dissipation.Through a projection shows that could have obtained a scrap percentage of 12,3% with Earless® anodes with it weight design, if the behavior of anodic dissolution given in the second cathodic cycle had occurred throughout an anodic cycle. Also, the geometries of scrap generated in the test, support a more homogeneous distribution of current in the Earless® anodes. This could generate greater weight cathodes without early present holes in the scrap and / or drops them into the cell, so for these scenarios, projections were made based on the results of the second cathodic cycle. To generate cathodes of 180 [kg] is necessary to prolong the process around 10 hours and leading a scrap percentage of 8,0%.The results of the first test at industrial level in refinery Chuquicamata, in particular its second cathodic cycle, allow to maintain high expectations of their performance, so primarily it is recommended to continue testing, so as to continue to evaluate industrially and extrapolated their benefits.Additionally, were performed projections of percentage of anodes Earless® molded in different foundries, which could be presented difficulties in mounting with its support, due to what happened in the test to some anodes for its dimensional characteristics.It will be essential in future studies clarify the behavior of anodic dissolution given in Earless® prototypes, in particular in first cathodic cycle, so it is recommended that generating anodes strictly according to design features and also, carrying out new measurements in order to support a review of prototype design. In addition, was developed a heat balance in an electro refining cell in order to support data analysis and evaluate aspects of electrical resistance of prototypes.