Application of High-Speed Silver Electrorefining

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2021-06-11
Date
2021
Department
Kemian tekniikan ja metallurgian laitos
Department of Chemical and Metallurgical Engineering
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
70 + app. 58
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 66/2021
Abstract
The main focus of the current study was on the investigation of high current density (HCD) operation of silver electrorefining through empirical modelling of the process. The first part of modelling consists of the phenomena on the anode surface i.e. silver dissolution, passivation due to gold, and copper dissolution. Second part of modelling was optimization of the process by modelling of the electrolyte properties i.e. conductivity, density, viscosity and electrolyte circulation system. All of the modelling was conducted based on the experimental results of laboratory-scale measurements in synthetic electrolyte, under conditions similar to industrial operation. Kinetic modelling of silver dissolution in the current study suggests that the application of HCD is technically feasible. Based on the experimental results, the main cause for silver anode passivation is the gold content in the anode, since gold did not dissolve in the dilute nitric acid solution used in electrolysis. Meanwhile, copper present in the anode dissolved during the process and accumulated in the silver electrolyte. Though copper increased the conductivity of the electrolyte, the high copper content also resulted in copper contamination of the silver cathode. By modelling the kinetics of the dissolution of anode metals, limitations for copper and gold content could be established for optimum HCD operation. Electrolyte has two main roles in the electrorefining process; it is the medium for current transfer as well as the inventory and supplier of silver ions. Accordingly, optimization of the electrolyte composition allows the minimization of energy consumption while maintaining the purity of the deposit. In the current work, the optimal electrolyte conditions and circulation system were established as a function of a HCD operation. The optimal anode and electrolyte conditions in HCD silver electrorefining were found to be at max. Au of 6-8% in the anode and 100-150 g/dm3 [Ag+], 50-75 g/dm3 [Cu2+], 5-7 g/dm3 [HNO3] in the electrolyte.

Tässä väitöskirjassa tutkittiin hopean elektrolyysiprosessia korkealla virrantiheydellä operoituna hyödyntäen prosessin empiiristä mallintamista. Mallinnuksen ensimmäinen osa koostui anodin pinnalla tapahtuvista ilmiöistä, kuten hopean liukenemisesta, kullasta johtuvasta passivaatiosta, ja kuparin liukenemisesta. Mallinnuksen toinen osa käsitteli prosessioptimointia mallintamalla elektrolyytin ominaisuuksia, kuten johtavuutta, tiheyttä, viskositeettiä ja elektrolyytin kierrätysjärjestelmää. Kaikki mallinnus perustui laboratoriomittakaavan kokeellisiin tuloksiin synteettisissä elektrolyyteissä ja teollisuuden parametreillä operoituna. Hopean liukenemisen kineettinen mallinnus tässä tutkimuksessa viittaa siihen, että korkean virrantiheyden käyttö on teknisesti mahdollista. Kokeellisten tulosten perusteella hopea-anodin passivoitumisen pääasiallinen syy on anodin kultapitoisuus, koska kulta ei liukene elektrolyysissä käytettyyn laimeaan typpihappoliuokseen. Samalla anodin sisältämä kupari liukenee ja kertyy hopeaelektrolyyttiin. Vaikka liuennut kupari lisäsi elektrolyytin johtavuutta, aiheuttaa korkea kuparipitoisuus samalla myös hopeakatodin kontaminaatiota. Mallintamalla anodilta liukenevien metallien liukenemiskinetiikkaa pystyttiin löytämään sopivat kupari- ja kultapitoisuudet optimaaliselle operoinnille korkealla virrantiheydellä. Elektrolyytillä on kaksi pääroolia elektrolyysiprosessissa; se mahdollistaa varauksen siirron ja toimii hopeaionien kuljettajana. Vastaavasti elektrolyytin koostumuksen optimointi mahdollistaa energiankulutuksen minimoinnin sekä varmistaa katodituotteen korkean puhtauden. Tässä väitöskirjatyössä määritettiin optimaaliset elektrolyyttiolosuhteet ja elektrolyytin kiertojärjestelmä korkean virrantiheyden operaatiolle hopeaelektrolyysissä. Optimaaliset anodi- ja elektrolyyttiolosuhteet olivat korkeimmillaan 6-8% Au anodissa ja 100-150 g/dm3 [Ag+], 50-75 g/dm3 [Cu2+], 5-7 g/dm3 [HNO3] elektrolyytissä.
Description
Supervising professor
Lundström, Mari, Asst. Prof., Aalto University, Department of Chemical and Metallurgical Engineering, Finland
Thesis advisor
Aromaa, Jari, Dr., Aalto University, Finland
Keywords
silver electrorefining, high current density, empirical modelling, hopean elektrolyyttinen puhdistus, korkea virrantiheys, kokeellinen mallinnus
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Aji, Arif Tirto., Kalliomäki, Taina., Wilson, Benjamin P., Aromaa, Jari., Lundström, Mari. 2016. Modelling the effect of temperature and free a silver, copper and lead concentrations on silver electrorefining electrolyte conductivity. Elsevier. Hydrometallurgy 09, 166: 54.
    Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201705114320
    DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.09.006 View at publisher
  • [Publication 2]: Aji, Arif T., Aromaa, Jari., Wilson, Benjamin P., Mohanty, Udit S., Lundström, Mari. 2018. Kinetic Study and Modelling of Silver Dissolution in Synthetic Industrial Silver Electrolyte as a Function of Electrolyte Composition and Temperature. Corrosion Science 4/2018.
    DOI: 10.1016/j.corsci.2018.04.014 View at publisher
  • [Publication 3]: Aji, A. T., Halli, P., Guimont, A., Wilson, B. P., Aromaa, J., & Lundström, M. 2019. Modelling of silver anode dissolution and the effect of gold as impurity under simulated industrial silver electrorefining conditions. Hydrometallurgy, 105105.
    DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.105105 View at publisher
  • [Publication 4]: Aji, A.T., Hamuyuni, J., Aromaa, J., Wilson, B.P. and Lundström, M. 2020. Design of optimal electrolyte circulation based on the kinetic modelling of copper dissolution in silver electrorefining, Hydrometallurgy 196, p.105403.
    Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202007034288
    DOI: 10.1016/j.hydromet.2020.105403 View at publisher
  • [Publication 5]: Aji, A.T., Aromaa, J. and Lundström, M. 2020. The Optimum Electrolyte Parameters in the Application of High Current Density Silver Electrorefining. Metals, 10(12), p.1596.
    DOI: 10.3390/met10121596 View at publisher
Citation