Application of High-Speed Silver Electrorefining

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorAromaa, Jari, Dr., Aalto University, Finland
dc.contributor.authorAji, Arif Tirto
dc.contributor.departmentKemian tekniikan ja metallurgian laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Chemical and Metallurgical Engineeringen
dc.contributor.labHydrometallurgy and Corrosionen
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Chemical Technologyen
dc.contributor.supervisorLundström, Mari, Asst. Prof., Aalto University, Department of Chemical and Metallurgical Engineering, Finland
dc.date.accessioned2021-05-31T09:00:09Z
dc.date.available2021-05-31T09:00:09Z
dc.date.defence2021-06-11
dc.date.issued2021
dc.description.abstractThe 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.en
dc.description.abstractTässä 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.fi
dc.format.extent70 + app. 58
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-64-0377-9 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-64-0376-2 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/107788
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-64-0377-9
dc.language.isoenen
dc.opnAnderson, Corby G., Prof., Colorado School of Mines, USA
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[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
dc.relation.haspart[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
dc.relation.haspart[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
dc.relation.haspart[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
dc.relation.haspart[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. Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020123160256. DOI: 10.3390/met10121596
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries66/2021
dc.revCornell, Ann, Prof., KTH Royal Institute of Technology, Sweden
dc.revMoats, Michael, Prof., Missouri University of Science and Technology, USA
dc.subject.keywordsilver electrorefiningen
dc.subject.keywordhigh current densityen
dc.subject.keywordempirical modellingen
dc.subject.keywordhopean elektrolyyttinen puhdistusfi
dc.subject.keywordkorkea virrantiheysfi
dc.subject.keywordkokeellinen mallinnusfi
dc.subject.otherChemistryen
dc.subject.otherMetallurgyen
dc.titleApplication of High-Speed Silver Electrorefiningen
dc.titleKorkean tuotantonopeuden soveltaminen hopean puhdistuselektrolyysissäfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.acrisexportstatuschecked 2021-08-11_0838
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2021_05_31_klo_10_01
local.aalto.infraRawMatTERS Infrastructure (RAMI)
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526403779.pdf
Size:
38.49 MB
Format:
Adobe Portable Document Format