JP2014533778A - Process for industrial copper electrorefining - Google Patents

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Abstract

銅電気精錬の方法が開示される。この方法は、電解質溶液との接触した精錬される銅材料の少なくとも1つのアノードを並べる工程とおよび該電解質溶液との接触した少なくとも1つのカソードを並べる工程とを含む。アノードおよびカソードは電源に電気的に接続されており、そしてその電源は電位制御条件下で運転される。カソードにおける電位は、少なくとも1つの第1の電極において銅材料に対して−0.30V〜−0.55Vであり、それによって少なくとも1つの第2の電極において電気精錬された銅の堆積を生じる。この方法はまた、例えば粗さまたは多孔度に関して制御可能な構造を有する銅堆積を精製するために、定電圧パルス電解(PPE)および周期的な逆転電位(PPR)を含む。電位制御された電解を行うための装置がまた開示される。A method of copper electrorefining is disclosed. The method includes aligning at least one anode of a smelted copper material in contact with an electrolyte solution and aligning at least one cathode in contact with the electrolyte solution. The anode and cathode are electrically connected to a power source, and the power source is operated under potential control conditions. The potential at the cathode is -0.30 V to -0.55 V with respect to the copper material at the at least one first electrode, thereby causing electrorefined copper deposition at the at least one second electrode. The method also includes constant voltage pulse electrolysis (PPE) and periodic reversal potential (PPR), for example to purify copper deposits having a controllable structure with respect to roughness or porosity. An apparatus for performing potential controlled electrolysis is also disclosed.

Description

本発明は、銅業界において用途を有する電位制御を使用した銅電気精錬のための新規な方法に関するものである。   The present invention relates to a novel method for copper electrorefining using potential control which has application in the copper industry.

ポーランド国特許出願番号396693号明細書に記載された統計データによると、銅電気精錬法により得られる電解銅の世界の年間生産は、2009年に15、000、000トンであった。さらに、W.G.Davenport,M.King&M.Schlesinger,entitled“Extractive Metallurgy of Copper”、published by Elsevier Science Ltd.Oxford in 2002による研究論文中に示されたデータから、99.90%超の銅濃度を有する高い純度の銅が電気精錬の結果として手に入ることが知られている。   According to the statistical data described in Polish Patent Application No. 396693, the global annual production of electrolytic copper obtained by the copper electrorefining method was 15,000,000 tons in 2009. Furthermore, W.W. G. Davenport, M.M. King & M. Schlesinger, entityd “Extractive Metallurry of Copper”, published by Elsevier Science Ltd. From the data presented in a research paper by Oxford in 2002, it is known that high purity copper with a copper concentration of more than 99.90% is available as a result of electrorefining.

銅の品質と銅の市場価格との両者は不純物含有量によって変化する、その機械的、電気的および熱的特性に依存する。電気精錬法は、乾式精錬(fire−refining)の代替プロセスによって除去できない銅からの不純物の除去を可能にする。金、銀、白金、ニッケルおよびセレン等の他の貴金属の回収を可能にする。   Both the quality of copper and the market price of copper depend on its mechanical, electrical and thermal properties, which vary with impurity content. The electrorefining process allows the removal of impurities from copper that cannot be removed by an alternative process of fire-refining. Allows recovery of other noble metals such as gold, silver, platinum, nickel and selenium.

公知の方法では、乾式精錬工程からまたは再生利用、スクラップ等の他の供給源から得られた純粋でない銅でできたアノードは電気精錬に曝される。アノード工程の間に、銅は溶解され、そして水溶液が以下の基本的な反応:
アノード:Cu=Cu2++2e
(実際には反応はむしろより複雑であるが)により得られる。
In known methods, an anode made of impure copper obtained from a dry refining process or from other sources such as recycling, scrap, etc. is subjected to electrorefining. During the anodic process, the copper is dissolved and the aqueous solution undergoes the following basic reactions:
Anode: Cu 0 = Cu 2+ + 2e
(In practice the reaction is rather more complex).

純粋な銅または酸耐性スチール(ステンレススチール)のシートは、以下の基本的な反応::
カソード:Cu2++2e=Cu
によりその上に金属銅が堆積されるカソードを提供する。
Pure copper or acid resistant steel (stainless steel) sheet has the following basic reactions ::
Cathode: Cu 2+ + 2e = Cu 0
Provides a cathode on which metallic copper is deposited.

KGHM Polish Copper Glogow Copper Smelter and Refineryにおける電気精錬方法の条件の例は、PhD thesis by Olimpia Gladysz、University of Wroclaw Chemistry Department2006によるPhD論文内に示された。上記の情報源によると、不純な銅シート(1×1×0.05mのサイズを有する乾式精錬工程を使用して精錬された銅のシート)は、電気精錬工程においてアノードの溶解を受ける。その上に金属銅が堆積された純粋な銅シート(電解方法を用いて得られ、その厚さが0.001〜0.003mの範囲である)は、カソードとして機能する。このアノードは、銅イオン、硫酸、有機添加物およびクロライドイオンからなる電解質で満たされた電解槽内に吊るされる。典型的な電解質組成物が表1中に示される。鉛で覆われたコンクリート槽、およびガラス繊維の棒で補強された樹脂コンクリートでできたさらに新しい槽は、電解質を含むように使用される。コンクリート槽とは対照的に、樹脂の槽は、硫酸に耐性がある。これはまた誘電体でありかつ良好な熱絶縁体である。シートの形態のカソード「パッド」が、アノード間に吊り下げられかつ電源に接続されている。それぞれの槽に並列に接続された30〜60対のアノードおよびカソードがある。 An example of conditions for electrorefining methods in KGHM Polish Copper Globe Copper Smelter and Refinery is in PhD thesis by Olimpia Gladysz, University of Wroclaw Chemistry 6 According to the above information source, an impure copper sheet (copper sheet refined using a dry refining process having a size of 1 × 1 × 0.05 m) undergoes dissolution of the anode in the electrorefining process. A pure copper sheet (obtained using an electrolysis method and having a thickness in the range of 0.001 to 0.003 m) on which metallic copper is deposited functions as a cathode. The anode is suspended in an electrolytic cell filled with an electrolyte consisting of copper ions, sulfuric acid, organic additives and chloride ions. A typical electrolyte composition is shown in Table 1. Concrete tanks covered with lead and newer ones made of resin concrete reinforced with glass fiber rods are used to contain the electrolyte. In contrast to concrete tanks, resin tanks are resistant to sulfuric acid. This is also a dielectric and a good thermal insulator. A cathode “pad” in the form of a sheet is suspended between the anodes and connected to a power source. There are 30-60 pairs of anodes and cathodes connected in parallel to each cell.

Figure 2014533778
Figure 2014533778

同じ参照元によると、連続的な、一定の温度および流れ圧力で槽(約0.02m/分)を通って流れる薄層電解質は、適切な電気精錬工程を行うのに必要な条件である。この電解質の流速は、通常4〜6時間毎の電解質の完全な置き換えを可能にする0.01〜0.03m/分の範囲である。これを行うために、この特殊化した装置、すなわち、酸耐性ポンプ、ヒーター、槽を被覆するポリエチレン織物を使用した。適当な高温(60〜65℃)に保つことはまた、電気精錬工程において非常に有意義である。電気精錬工程の間に、As、Bi、Co、Fe、NiおよびSb等の不純物のイオンは、アノードからの溶液中に一定して溶解する。電気精錬工程が適切に行われるために、精錬後の電解質中のこれらの元素の濃度は以下の値:As−20g/dm、Bi−0.6g/dm、Fe−2g/dm、Ni−25g/dmおよびSb−0.7g/dmを超えてはならないと考えられる。不純物の濃度を低下させるために、不純な精錬電解質は、除去され、そして硫酸によって置換されることが好ましい。1990年代には、銅電気精錬の新規なシステムが運転された−このISAシステムは、多くの場所(Townsville-Australia,Copper Range Co.-USA,Norddeutsche -Germany)とともにKIDD SYSTEM (Kidd Creek-Canada)に導入された。これらのシステムにおいて、電気精錬は、20年以上の耐久力を誇る酸耐性スチールでできた多目的カソード上で行われた。5〜8日の周期で堆積された銅の層は、機械的に除去され、そしてカソードは槽に戻された。340A/mにまで到達するより高い電流密度を使用したにも関わらず、このシステムを使用して得られた金属銅は高い品質を有した。両工程の電流効率は、同等であり、そして95%〜97%である。アノードとカソードとの間の電位の相違は、比較可能であり、そして約0.3Vに等しい。品質を含む有利な効果は、以下の因子:槽内でのカソード堆積の成長のより短い時間、厳密な正確さで垂直に吊るされること、最小数の短絡、および行われた工程制御およびパラメーター調整の自動化によって達成される。永続的な酸耐性カソードのシステムは、生産コストを低下させるカソードパッドの調製を必要としない。現在、新たに製造されかつ近代化された精錬機の大部分がこのシステムを使用していると考えられる。 According to the same reference, a thin-layer electrolyte flowing through a bath (approximately 0.02 m 3 / min) at a continuous, constant temperature and flow pressure is a necessary condition for performing an appropriate electrorefining process. . The electrolyte flow rate is typically in the range of 0.01 to 0.03 m 3 / min, which allows complete replacement of the electrolyte every 4 to 6 hours. To do this, this specialized equipment was used: acid resistant pumps, heaters, polyethylene fabric covering the tank. Maintaining a suitable high temperature (60-65 ° C.) is also very significant in the electrorefining process. During the electrorefining process, ions of impurities such as As, Bi, Co, Fe, Ni and Sb are constantly dissolved in the solution from the anode. In order for the electric refining process to be performed appropriately, the concentration of these elements in the electrolyte after refining is as follows: As-20 g / dm 3 , Bi-0.6 g / dm 3 , Fe-2 g / dm 3 , It is believed that Ni-25 g / dm 3 and Sb-0.7 g / dm 3 should not be exceeded. In order to reduce the concentration of impurities, the impure refining electrolyte is preferably removed and replaced by sulfuric acid. In the 1990s, a new system for copper electrorefining was put into operation-this ISA system, along with many places (Townsville-Australia, Copper Range Co.-USA, Norddeutsche-Germany), KIDD SYSTEM (Kidd Creek-Canada) Was introduced. In these systems, electrorefining was performed on a multipurpose cathode made of acid resistant steel that has been durable for over 20 years. The copper layer deposited in a 5-8 day cycle was mechanically removed and the cathode was returned to the cell. Despite the use of higher current densities reaching up to 340 A / m 2 , the metallic copper obtained using this system had a high quality. The current efficiencies of both processes are comparable and are between 95% and 97%. The potential difference between the anode and cathode is comparable and equals about 0.3V. Advantageous effects, including quality, include the following factors: shorter time of cathode deposition growth in the cell, vertical suspension with strict accuracy, minimum number of shorts, and process control and parameter adjustments made Achieved through automation. A permanent acid resistant cathode system does not require cathode pad preparation which reduces production costs. Currently, most newly manufactured and modernized refining machines are believed to use this system.

業界慣習の代表である上記に示されたデータによると、銅電気精錬工程は、定電流条件(一定電流条件)で行われる。これは、方法が、銅堆積の「強いられた」速度/速さにおいて、すなわち、一定の電流密度で行われることを意味する。しかし、得られる銅の品質に影響する工業槽中での個々のカソード上の電流密度は著しく変わる場合があることを付け加えるべきである。カソードの電流密度は、銅電気精錬工程の最も重要な経済パラメーターである。電気精錬工程に寄与される大部分の研究は、カソード堆積の品質および純度の改善に関わる。研究は、アノードとカソードとの間に短絡を生じる場合があるカソード上のデンドライトの形成をどのように回避し、それによって最大限のカソード電流密度を保つかに特に集中している。不動態化および腐食ピットをどのように避けるかについての研究はまた着手されてきた。   According to the data shown above, which is representative of industry practice, the copper electrorefining process is performed under constant current conditions (constant current conditions). This means that the method is performed at a “forced” rate / speed of copper deposition, ie at a constant current density. However, it should be added that the current density on individual cathodes in an industrial bath that affects the quality of the resulting copper can vary significantly. The cathode current density is the most important economic parameter of the copper electrorefining process. Most research contributed to the electrorefining process involves improving the quality and purity of the cathode deposition. Research is particularly focused on how to avoid the formation of dendrites on the cathode, which can cause a short circuit between the anode and the cathode, thereby maintaining maximum cathode current density. Research on how to avoid passivation and corrosion pits has also been undertaken.

経済上の理由から、同時にカソードの適当な(微細結晶)構造および化学的組成を保ちながら、銅電気精錬工程は最も高い電流密度において進行すべきである。今日使用されるISA技術は、実現されるべき定電流または「電流制御された」電解工程の最大限の電流密度を可能にする。とは言っても、より低いコストで高品質の銅製品を生産するために、銅業界における電気製錬技術を発展させることへの継続的な要求がある。それは、本発明が考案したこれらの問題への対処の内容である。   For economic reasons, the copper electrorefining process should proceed at the highest current density while at the same time maintaining the proper (microcrystalline) structure and chemical composition of the cathode. The ISA technology used today allows the maximum current density of the constant current or “current controlled” electrolysis process to be realized. That said, there is a continuing need to develop electrical smelting technology in the copper industry to produce high quality copper products at lower costs. It is the content of dealing with these problems devised by the present invention.

本発明の第1の形態により、電解質溶液との接触した精錬される銅材料の少なくとも1つのアノードを並べる工程と、該電解質溶液との接触した少なくとも1つのカソードを並べる工程と、アノードとカソードとを電源に電気的に接続する工程と、条件の適用の少なくとも一部の間であるように電源を制御された条件の電位下で操作する工程と、カソードにおける電位が、アノードにおける銅材料に対して−0.30V〜−0.55Vであり、それによってカソードにおいて電気精錬された銅の体積を生じさせる工程とを含む工業用銅の電気精錬法を、我々は提供する。   According to a first aspect of the invention, arranging at least one anode of a smelted copper material in contact with an electrolyte solution, arranging at least one cathode in contact with the electrolyte solution, an anode and a cathode Electrically connecting the power source to the power source, operating the power source under controlled potential conditions to be between at least a portion of the application of the conditions, and the potential at the cathode to the copper material at the anode We provide a process for the electrorefining of industrial copper comprising the steps of -0.30 V to -0.55 V, thereby producing a volume of electrorefined copper at the cathode.

予想外にも、そして産業的実施と完全に対照的なことに、銅の工業用電気精錬の間に電位制御された条件の使用により、大幅な利益が引き起こされることができることを、我々は理解した。   We understand that, unexpectedly and in full contrast with industrial practice, the use of potential-controlled conditions during the industrial electrorefining of copper can cause significant gains. did.

本発明の第2の形態に従って、我々は
工業用電解質を保持するための容器と、
容器内の該工業用電解質と接触して使用されるように置かれ精錬される銅材料でできた少なくとも1つの第1電極と、
容器内の工業用電解質と接触して使用されるように置かれた少なくとも1つの第2電極と、
該少なくとも1つの第1の電極および少なくとも1つの第2の電極のそれぞれに対して使用される場合、該条件の適用の少なくとも一部の間に、少なくとも1つの第2の電極における電位が少なくとも1つの第1の電極における銅材料に対して−0.30V〜−0.55Vであり、それによって少なくとも1つの第2の電極において電気精錬された銅の堆積が起こるように、電位制御条件下にありかつ電気的に接続された電源と、を含む、工業用銅電気精錬システムを提供する。
According to a second aspect of the invention, we have a container for holding an industrial electrolyte;
At least one first electrode made of a copper material placed and refined to be used in contact with the industrial electrolyte in a container;
At least one second electrode positioned to be used in contact with the industrial electrolyte in the container;
When used for each of the at least one first electrode and at least one second electrode, during at least part of the application of the condition, the potential at the at least one second electrode is at least 1 Under potential control conditions such that the deposition of electrorefined copper at at least one second electrode occurs from -0.30 V to -0.55 V relative to the copper material at one first electrode. An industrial copper electrorefining system including a power source that is electrically connected.

典型的には、第2の形態による装置は本発明の第1の形態による方法を行うように適合される。   Typically, the device according to the second aspect is adapted to perform the method according to the first aspect of the invention.

上記で説明したように、Cu産業では、電流制御を使用して銅電気精錬工程を現在行っている。当然のことながら、小さいスケールの実験室条件においては、原理上は任意の電解は、電流制御形態または電位制御形態のいずれかで行うことができる。電気化学的工程は、使用されるポテンショスタット、ガルバノスタットまたは整流器の出力信号によって多くの場合分類される。さらに、dc電流およびac電流電気化学的工程は、そこで区別される。適用される信号が長方形(波形)である特殊な場合には、電気化学的工程は、一定電流または一定電位が電極に、それぞれ適用される場合、「定電流」または「定電圧」と呼ばれる。しかし、特に工業用環境において、電気精錬電極における電流分布は均一ではなく、そしてカソードの部位により平均電流密度の50%超も変化する場合があることがよく知られている。さらに、電流密度は、1つのマルチ電極電解セル中のカソード間で変化する。したがって、これらの広く使用される用語から離れた本記載において、我々は「複合形態の電流」(CFC)および「複合形態の電位」(CFP)のさらに一般的な用語を用いる。これらの用語は、Boyko F.K. and Ptitsyna Ye.V。Industrial power engineering-2(1996)pp.23−26により)複合形態の電流および電位の変化として一定の成分を有するか有さないそうした信号、調節可能な周波数、周期的な電流反転(PCR)または(インパルスの種々の振幅、パルス比および期間を用いた)パルス電解(PE)の電流を含む全てのタイプの電極において適用される信号を記載する。   As explained above, the Cu industry is currently conducting a copper electrorefining process using current control. Of course, in small scale laboratory conditions, in principle, any electrolysis can be performed in either a current controlled or potential controlled configuration. Electrochemical processes are often classified by the potentiostat, galvanostat or rectifier output signal used. Furthermore, the dc current and ac current electrochemical processes are distinguished there. In the special case where the applied signal is a rectangle (waveform), the electrochemical process is called “constant current” or “constant voltage” when a constant current or a constant potential is applied to the electrodes, respectively. However, it is well known that, particularly in industrial environments, the current distribution at the electrorefining electrode is not uniform and can vary by more than 50% of the average current density depending on the cathode site. Furthermore, the current density varies between the cathodes in one multi-electrode electrolysis cell. Thus, in this description, apart from these widely used terms, we use the more general terms “composite form current” (CFC) and “composite form potential” (CFP). These terms are described in Boyko F. K. and Ptitsyna Ye. V. Industrial power engineering-2 (1996) pp. 23-26) such signals with or without constant components as current and potential changes in complex form, adjustable frequency, periodic current reversal (PCR) or (various amplitudes of impulses, pulse ratios and Signals applied at all types of electrodes are described, including pulse electrolysis (PE) current (with period).

したがって、好ましくは本発明を実施する場合、条件を制御した電位は、複合形態の電位の適用を含む。   Thus, preferably when practicing the present invention, controlled potentials include the application of complex forms of potential.

電流が制御されている場合、電極電位は制御できないが、特別な電気化学的プロセスメカニズムおよび動力学(例えば、帯電移送、電気活性種の化学反応、電気活性種)の拡散により時間(および電極/電解質界面等の空間中の点において)と伴に変化する。   If the current is controlled, the electrode potential cannot be controlled, but time (and electrode / electrode / diffusion) due to diffusion of special electrochemical process mechanisms and kinetics (eg, charge transfer, chemical reaction of electroactive species, electroactive species). At a point in space such as the electrolyte interface).

電位が制御された様式で適用される場合、電流は制御できないが、電気化学的プロセスのメカニズムおよび動力学によって時間と伴に変化する。そうした電位は、適用される電位が(装置の通常の運転制限内の)電源から引かれた電流から実質的に独立していることを確かにする電源によって供給される。   When the potential is applied in a controlled manner, the current cannot be controlled, but varies with time due to the mechanism and kinetics of the electrochemical process. Such a potential is supplied by a power source that ensures that the applied potential is substantially independent of the current drawn from the power source (within the normal operating limits of the device).

電流(またはさらに正確には電流密度)が電気化学的工程の尺度であるので、2つの基本的に異なる工程がある。対照的に、電位は、例えば電気化学反応の自由エンタルピーのような概念に直接関連した電気化学的工程の原動力である。   Since current (or more precisely current density) is a measure of the electrochemical process, there are two fundamentally different processes. In contrast, potential is the driving force for electrochemical processes that are directly related to concepts such as the free enthalpy of electrochemical reactions.

制御された電流が適用される場合、工程は、充分に規定された速度(しかし電極反応の制御はない)で進む。電流制御が銅の工業用電気精錬において独占的に使用されてきた理由がこれである。制御された電位が適用される場合、電極工程は良好に規定(例えば銅イオンの電着)されているが、その速度は工程の条件(温度、銅濃度等)によって変化する。   If a controlled current is applied, the process proceeds at a well defined rate (but no control of the electrode reaction). This is why current control has been used exclusively in the industrial electrorefining of copper. When a controlled potential is applied, the electrode process is well defined (for example, electrodeposition of copper ions), but the rate varies with process conditions (temperature, copper concentration, etc.).

Modern Electroplating, Fifth Edition,Edited by Mordechay Schlesinger and Milan Paunovic,2010 John Wiley&Sons,Inc.p.6に「もし限界電流iより大きい外部電流が電極に強制的に掛けられた場合、二重層はさらに帯電し、そしてMz+の還元以外の、なんらかの他の工程が変化するまで、電極電位が変化することが起こることができる」と記載されているように、電位制御された電解において、生成物は電流を制御した条件の場合よりも純粋であろう。 Modern Electroplating, Fifth Edition, Edited by Mordecha Schlesinger and Milan Paunovic, 2010 John Wiley & Sons, Inc. p. 6 “If an external current greater than the limit current i L is forcibly applied to the electrode, the double layer is further charged and the electrode potential is reduced until some other process other than the reduction of M z + is changed. As described, “changes can occur”, in potential controlled electrolysis, the product will be purer than under current controlled conditions.

したがって、電流制御を使用した工業用銅電解の場合、電位の変化の結果として、水の分解、すなわち、水素発生反応等の他の工程が起こる場合がある。他方では、本発明に記載された新規な、電位制御された工程を使用すると、カソードの電位は、唯一の起こる工程が銅電着であるような様式で制御されかつ選択される。このように、より高い電流効率を有するより純粋なカソードの銅を得ることができる。   Therefore, in the case of industrial copper electrolysis using current control, other processes such as water decomposition, ie hydrogen generation reaction, may occur as a result of potential changes. On the other hand, using the novel, potential-controlled process described in this invention, the cathode potential is controlled and selected in such a way that the only occurring process is copper electrodeposition. In this way, a purer cathode copper with higher current efficiency can be obtained.

電流制御電解が使用される本工業用電気精錬工程は、ある条件、すなわち、銅イオン濃度、温度、電解質流れ等において得ることができる最大カソード電流密度の一部において、行われることを理解すべきである。最大の電流密度は、「限界電流密度」と呼ばれ、そしてA.Filzwieser,K.Hein,and G.Mori,JOM,2002 April pp.28-31によれば、工業用条件に用いられるiの値は約800A/mであるが、自然対流条件において、2000A/mまでもに到達できる。本工業用精錬機において、350A/mまでのカソード電流密度のみが使用される。これは工業用銅電気精錬速度が活性化(帯電移送)制御工程であることを意味する。この活性化制御は、工業用電気精錬に必要な条件として、多くの場合引用される。 It should be understood that the industrial electrorefining process in which current-controlled electrolysis is used is performed at some conditions, ie, some of the maximum cathode current density that can be obtained at copper ion concentration, temperature, electrolyte flow, etc. It is. The maximum current density is called the “limit current density” and Filzwiser, K.M. Hein, and G.H. Mori, JOM, 2002 April pp. According to 28-31, the value of i L used in industrial conditions is about 800A / m 2, in natural convection conditions, can reach 2000A / m 2 Mademo. In the industrial refining machine, only cathode current densities of up to 350 A / m 2 are used. This means that the industrial copper electrorefining rate is an activation (charge transfer) control step. This activation control is often cited as a necessary condition for industrial electrorefining.

非常に重要なことに、上記のように引用される一定電流の(またはより一般的には電流制御)工業用電気精錬において、そうした低カソード電流密度を用いる理由は、現在使用されている精錬機において、電流密度の増加がカソードにおける結節(nodular)構造および樹枝状構造の生成となり、そして最終的に、限界電流密度に近い電流密度において、銅粉末が生成されることによる。カソード銅の品質を低下させ、そして銅電気精錬工程の電流効率を低下させる全ての特徴がある。銅電気精錬における主な問題のひとつは、カソード上でのデンドライトの成長によるアノードとカソードとの間の短絡である。   Very importantly, the reason for using such a low cathode current density in the constant current (or more generally current controlled) industrial electrorefining cited above is the refining machine currently used. The increase in current density leads to the formation of nodular and dendritic structures at the cathode, and ultimately due to the copper powder being produced at a current density close to the limiting current density. There are all features that reduce the quality of the cathode copper and reduce the current efficiency of the copper electrorefining process. One of the main problems in copper electrorefining is a short circuit between the anode and cathode due to the growth of dendrites on the cathode.

電位制御された工程が使用される場合、全てのこれらの現象を避けられることを我々は見出した。この工程は、非常に高い電流効率を有する限界電流密度(例えば自然対流条件下で)において行うことができ、カソード上に堆積された高い純度銅(99.95wt%超、さらに好ましくは、99.99wt%超)を有する非常に滑らかな、微細結晶構造を生成する。したがって、業界内において現在一般に抱かれた通念と全く反対に、本発明により、そして特に下記に記載された例の中に示されるように、銅電気精錬は、電位制御を使用することによって、拡散を限定した条件において行うことができる。   We have found that all these phenomena can be avoided if a potential controlled process is used. This step can be performed at a limiting current density (eg, under natural convection conditions) with very high current efficiency, and high purity copper deposited on the cathode (greater than 99.95 wt%, more preferably 99.95%). Produces a very smooth, fine crystalline structure with (> 99 wt%). Thus, contrary to the general wisdom now commonly held in the industry, as shown by the present invention, and particularly in the examples described below, copper electrorefining is achieved by using potential control. Can be performed under limited conditions.

電位制御された電気精錬の使用は、(電流制御下の)公知の精錬機に見出されるより負のカソード電位の適用を可能にする。適用される電位は−0.30V〜−0.55Vの範囲にあることができる一方で、好ましくは使用される範囲は、−0.35V〜−0.55V、さらに好ましくは、−0.40V〜−0.55Vである。対照的に、本精錬機は、約−0.3Vの電位を使用する。   The use of potential controlled electrorefining allows the application of a negative cathode potential than is found in known refining machines (under current control). The applied potential can be in the range of -0.30V to -0.55V, while preferably the range used is -0.35V to -0.55V, more preferably -0.40V. ~ -0.55V. In contrast, the refiner uses a potential of about -0.3V.

定電圧銅堆積の工程は、応用電気化学の研究において概して無視されてきた。定電圧を使用する大部分の場合において、研究の結果が約6g/dmのCu、0.6g/dmのNiおよび0.5g/dmのAs、およびSn、Bi、Sb、Pb、Fe等の微量の他の金属を含むSerbiaのBorからの工業用電解質をシミュレートした合成溶液からの銅および他の金属の選択的な堆積について示す2007年に出版されたI. GiannopoulouおよびD.Panias(Minerals Engineering20(2007)753−760)の著作物中に示されているように、電位制御の使用は電解採取(owinning)(注意すべきは、電気精錬ではない)の工程に限られてきた。 The process of constant voltage copper deposition has been largely ignored in applied electrochemistry research. In most cases using constant voltage, the results of the study are about 6 g / dm 3 Cu, 0.6 g / dm 3 Ni and 0.5 g / dm 3 As, and Sn, Bi, Sb, Pb, Published in 2007 on selective deposition of copper and other metals from synthetic solutions simulating industrial electrolytes from Bor in Serbia containing trace amounts of other metals such as Fe. Giannopoulou and D.M. As shown in the work of Panias (Minerals Engineering 20 (2007) 753-760), the use of potential control has been limited to the process of electrowinning (not to mention electrorefining). It was.

白金によって覆われたチタン網で形成されたアノードを用いた銅カソードにおいて研究が行われた。この研究の結果は、銅が不純なカソードの形態の電解工程において堆積されることができることを示した。カソード上に堆積された銅の主な不純物は、銅と反応してヒ化銅を生成するヒ素、およびビスマスおよびアンチモンである。   A study was conducted on a copper cathode using an anode formed of a titanium mesh covered with platinum. The results of this study showed that copper can be deposited in an electrolytic process in the form of an impure cathode. The main impurities of copper deposited on the cathode are arsenic, which reacts with copper to form copper arsenide, and bismuth and antimony.

定電圧銅電解採取の新規な方法は、ポーランド国特許出願番号PL396693中に示されている。さらに、銅業界において使用される工業用電解質からの電着工程における銅粉末を得ることを可能にする電位の範囲は、2009(Journal of Electroanalytical Chemistry633(2009)92;637(2009)50)に出版されたA.Lukomska,A.Plewka P.Losによる論文、PCT特許出願番号PCT/PL2010/000022において決定されている。   A novel method of constant voltage copper electrowinning is shown in Polish patent application number PL396669. In addition, the range of potentials that makes it possible to obtain copper powder in an electrodeposition process from an industrial electrolyte used in the copper industry is published in 2009 (Journal of Electrochemical Chemistry 633 (2009) 92; 637 (2009) 50). A. Lukomska, A .; Plewka P.M. It is determined in the article by Los, PCT patent application number PCT / PL2010 / 00000022.

電解採取は、電気精錬とは、別個の目的を有する完全に異なる概念である。高い(商業的)銅純度およびその微細結晶構造を保ちながらより高いカソード電流密度を達成するために工業用電気精錬法を提供することへのニーズが依然ある。電流制御された工業用電気精錬に関連した上記の問題は、予想外にも本発明によって解決された。   Electrowinning is a completely different concept from electrorefining with a separate purpose. There remains a need to provide an industrial electrorefining process to achieve higher cathode current density while maintaining high (commercial) copper purity and its microcrystalline structure. The above problems associated with current controlled industrial electrorefining have been unexpectedly solved by the present invention.

有利にも、本発明において使用される工程パラメーターは、工業用電気精錬、特に同じ基本的基材において現在使用されているものに非常に近く、すなわち、電解質およびアノードは、新規な電位制御された電気精錬工程において使用される。新規な工程の利点は、カソード電位の制御よることにあり、工程の限界電流は到達することができ、そして上記の所与の例示的な限界電流密度により、カソード電流密度は、電流制御された(例えば定電流)電気精錬工程におけるより約3〜約5倍高いことができる。カソード銅の製造は、現在のものより3〜5倍速く、既存の銅精錬機の生産能力の実質的な増加および/または銅1kgごとの製造コストの低下となることができるので、これは、大きな商業的利点である。   Advantageously, the process parameters used in the present invention are very close to industrial electrorefining, particularly those currently used on the same basic substrate, i.e. the electrolyte and the anode are new potential controlled. Used in electric refining process. The advantage of the new process lies in the control of the cathode potential, the process limit current can be reached, and with the given exemplary limit current density above, the cathode current density is current controlled. (Eg constant current) can be about 3 to about 5 times higher than in the electrorefining process. The production of cathode copper is 3-5 times faster than current, which can result in a substantial increase in production capacity of existing copper refiners and / or a reduction in production costs per kg of copper, This is a great commercial advantage.

上に記載したように、新規な電位制御された電気精錬工程は、より高い電流効率および99.95%超、およびさらに好ましくは99.99%超のより良好な純度となるであろうし、電流効率と純度との両方は、カソード電位が制御された電解のさらに選択的な性質と関連し、この選択的な性質は競争的な電気化学的カソード工程が実際にない結果となる。業界において現在使用されている電流制御された工程の場合と異なり、高い電流密度で電位制御された工程は、結節およびデンドライトのない微細結晶構造を有するコンパクトな銅の層を与える。既存の銅工程技術のあらゆる改変は極度に高価になる場合があるので、これは、本発明の非常に重要な利点である。例えば、これと異なる電解質または/および電極を使用する必要がある場合、これは、商業的スケールで行うには非常に高価でありかつ複雑である。   As described above, the novel potential controlled electrorefining process will result in higher current efficiency and better purity of greater than 99.95%, and more preferably greater than 99.99% Both efficiency and purity are related to the more selective nature of cathodic potential controlled electrolysis, which results in the absence of a competitive electrochemical cathode process. Unlike the current controlled process currently used in the industry, the potential controlled process at high current density provides a compact copper layer with a microcrystalline structure free of nodules and dendrites. This is a very important advantage of the present invention since any modification of existing copper process technology can be extremely expensive. For example, if it is necessary to use a different electrolyte or / and electrode, this is very expensive and complicated to do on a commercial scale.

Beukes,N.T. and Badenhorst,J.Copper electrowinning:theoretical and practical design.Hydrometallurgy Conference2009,The Southern African Institute of Mining and Metallurgy,2009,pp.213−240によると、既存の(電流制御された工程)銅精錬機においてカソードの電流密度を高める以下のような3つの主な方法がある:
セル設計の最適化、
種々の種類の強制的な対流を用いること、
周期的な電流反転。
Beukes, N.M. T.A. and Badenhorst, J.A. Copper electrification: theoretical and practical design. Hydrometallurgy Conference 2009, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2009, pp. According to 213-240, there are three main ways to increase the current density of the cathode in an existing (current controlled process) copper smelter:
Cell design optimization,
Using various types of forced convection,
Periodic current reversal.

本開示は、当該技術内の本開発目的を示し、そして注目すべきことに、電流制御工程から離れることを考えていない。   The present disclosure presents the purpose of this development within the art and, notably, does not consider moving away from the current control process.

本発明による新規な電位制御された銅電気精錬工程は、「セル設計の最適化」も「種々の種類の強制的な対流を用いること」のいずれも必要とせず、非常に高いカソード電流密度および非常に良好な品質および非常に良好な純度銅を得る。電位制御された電解の別の重要な利点は、さらなるカソード電位の適用が鉄(III)イオンによる堆積された銅の酸化の工程を最小化し、そして結果としてこれがカソード銅中の鉄の濃度を低下させ、そして電気精錬工程の電流効率を改善することができるという事実と関連している。   The novel potential-controlled copper electrorefining process according to the present invention does not require either “optimization of cell design” or “use various types of forced convection”, and very high cathode current density and Obtain very good quality and very good purity copper. Another important advantage of potential controlled electrolysis is that the application of further cathode potential minimizes the step of oxidation of the deposited copper by iron (III) ions, and as a result this reduces the concentration of iron in the cathode copper And is associated with the fact that the current efficiency of the electrorefining process can be improved.

銅電解採取工程と比較した電位制御された電気精錬工程の最も重要な利点は、銅アノード溶解が約10mVの無視できる分極(過電圧)と伴に進行することである。このようにカソード電位は、電気精錬工程において非常に正確に制御されている。アノード工程の非常に高い過電圧および複雑さは、工業用スケールで行うことが遙かにずっと難しい電解採取工程における電位制御を困難にする。   The most important advantage of the potential controlled electrorefining process compared to the copper electrowinning process is that the copper anode dissolution proceeds with negligible polarization (overvoltage) of about 10 mV. Thus, the cathode potential is controlled very accurately in the electrorefining process. The very high overvoltage and complexity of the anode process makes potential control difficult in electrowinning processes that are much more difficult to do on an industrial scale.

一定電位を電気精錬の間に適用できるが、電位の大きさおよび極性の1種または2種以上を調節することが考えられる。そうした調節は、堆積された銅の得られる構造を制御する。   Although a constant potential can be applied during electrorefining, it is conceivable to adjust one or more of the magnitude and polarity of the potential. Such adjustment controls the resulting structure of the deposited copper.

例えば電位は、−0.30V〜−0.55Vの間のカソードにおける電位の大きさを有する矩形波形態として調節できる。さらに、例えば、3〜300の範囲の多くのカソードパルスが適用され、それぞれがアノードにおける銅材料を参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲にある実質的に一定電位を有し、そしてそれぞれが5〜18000秒の間の期間を有し、パルスは開回路の遮断によって時間において分離され、それぞれが0.1〜100秒の範囲の時間を有する、定電圧パルス電解(PPE)条件を適用できる。銅材料アノードを参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲の電位を有するカソードパルスが、5〜18000秒の範囲の期間適用され、カソードパルスの後に銅材料アノードを参照して+0.05V〜+0.60Vの範囲のアノードパルスが続き、それによってアノードパルスの期間がカソードパルスより少なくとも50%短くなり、そしてカソードパルスとアノードパルスとにより形成されるシーケンスが3〜30回繰り返される、周期的な逆転電位(PPR)条件を適用することがまた考えられる。(おそらく異なる大きさおよび期間の)複数のパルスを任意の特別なシーケンスの間になんらかのその後の逆転電位を適用する前に、適用できることにここで留意する。   For example, the potential can be adjusted as a rectangular wave form having a potential magnitude at the cathode between -0.30V and -0.55V. Further, for example, many cathodic pulses in the range of 3 to 300 are applied, each having a substantially constant potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material at the anode, And constant voltage pulse electrolysis (PPE) conditions, each having a duration of between 5 and 18000 seconds, the pulses being separated in time by an open circuit break, each having a time in the range of 0.1 to 100 seconds Can be applied. A cathodic pulse having a potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material anode is applied for a period in the range of 5 to 18000 seconds, and +0. An anodic pulse in the range of 05V to + 0.60V, whereby the duration of the anodic pulse is at least 50% shorter than the cathodic pulse, and the sequence formed by the cathodic and anodic pulses is repeated 3 to 30 times It is also conceivable to apply typical reverse potential (PPR) conditions. It is noted here that multiple pulses (possibly of different magnitude and duration) can be applied before any subsequent reversal potential during any particular sequence.

いくつかの用途において、銅材料アノードを参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲の電位を有するカソードパルスが、5〜18000秒の範囲の期間適用され、カソードパルスの後に銅材料アノードを参照して+0.05V〜+0.60Vの範囲のアノードパルスが続き、それによってアノードパルスの期間はカソードパルスより短くなり、そして開回路条件が該カソードパルスとアノードパルスとの間の期間に適用されそしてカソードパルスとアノードパルスとにより形成されるシーケンスが3〜30回繰り返される、周期的な逆転電位(PPR)条件を適用することが好都合であることができる。典型的にはこの場合は、この電位が逆転するにつれて、このシーケンスの間に、すなわち、カソード条件からアノード条件への遷移およびアノード条件からカソード条件への遷移の間に、この開回路条件が2回適用される。   In some applications, a cathodic pulse having a potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material anode is applied for a period in the range of 5 to 18000 seconds, and after the cathodic pulse, the copper material anode Followed by an anodic pulse in the range of + 0.05V to + 0.60V, whereby the duration of the anodic pulse is shorter than the cathodic pulse, and the open circuit condition is applied during the period between the cathodic pulse and the anodic pulse. It may be advantageous to apply a periodic reversal potential (PPR) condition in which the sequence formed by the cathodic and anodic pulses is repeated 3 to 30 times. Typically, in this case, as the potential is reversed, the open circuit condition becomes 2 during this sequence, ie during the transition from the cathode condition to the anode condition and from the anode condition to the cathode condition. Applied once.

有利に、本発明による方法において、電気精錬工程で使用される電解質は、典型的には90g/dm〜200g/dmのHSOおよび1g/dm〜50g/dmのCu、ならびにそうした溶液の他の典型的な成分を含む。電位制御された工程の非常に重要な利点は、40g/dm未満を含む銅イオン濃度の非常に広い範囲において電気精錬を行うことの可能性である。対照的に、工業用電流工程は約40g/dm以上の銅(II)イオン濃度を必要とする。カソード電位制御された銅電気精錬工程が自然対流の最良の有効利用を可能にすることに注意するのは重要である。Russian Journal of Electrochemistry6(2004)723−729およびRussian Journal of Electrochemistry4(2008)459−469において指摘されているように、自然対流(または遅い電解質流れ)、(電気活性種である)硫酸銅(II)と異なる追加の種の存在下において、(電気精錬工程における電気活性種でない)電解質成分は、拡散層の厚さに影響し、したがって限界電流の増加を生じるので有利である。そうした影響が、カソードに適用される最も低い温度および電位が使用される条件下における、超マイクロ電極において溶液のみである工業用溶液(複雑な組成物)および硫酸および硫酸銅(II)に登録された定常状態の電流に見出されるA. Lukomska, A. Plewka and P. Los, Journal of Electroanalytical Chemistry633(2009)92−98に示された結果によってこの考えは支持されている。これにより表面現象が高電位および高温での定電圧電解において重要な役割を果たしていないことを確認する。したがって、硫酸および硫酸銅(II)以外の他の成分の存在は、新規な、電位制御された工程において利点である。別の重要な利点は、電位制御された工程が有機添加物の添加を必要としないことである。そうした添加物は、電流制御された工程において使用され、堆積された銅の構造を制御する。したがって、好ましくは、電解質は、動物性にかわおよび/またはチオ尿素を含むそうした添加物を実質的に含まない。これは、電解質中に検出可能なそうした添加物がないことを意味する。 Advantageously, in the process according to the invention, the electrolyte used in the electrorefining process typically 90g / dm 3 ~200g / dm 3 of H 2 SO 4 and 1g / dm 3 ~50g / dm 3 of Cu, As well as other typical components of such solutions. A very important advantage of the potential controlled process is the possibility of performing electrorefining over a very wide range of copper ion concentrations including less than 40 g / dm 3 . In contrast, industrial current processes require copper (II) ion concentrations of about 40 g / dm 3 or higher. It is important to note that the cathodic potential controlled copper electrorefining process allows the best effective use of natural convection. Natural convection (or slow electrolyte flow) (as an electroactive species), copper sulfate, as pointed out in Russian Journal of Electrochemistry 6 (2004) 723-729 and Russian Journal of Electrochemistry 4 (2008) 459-469 In the presence of additional species different from, the electrolyte component (which is not an electroactive species in the electrorefining process) affects the thickness of the diffusion layer and is therefore advantageous because it results in an increase in the limiting current. Such effects are registered in industrial solutions (complex compositions) and sulfuric acid and copper (II) sulfate, which are only solutions at the ultramicroelectrode, under the conditions where the lowest temperature and potential applied to the cathode are used. Found in steady-state currents. Lukomska, A.A. Plewka and P.M. This idea is supported by the results shown in Los, Journal of Electroanalytical Chemistry 633 (2009) 92-98. This confirms that surface phenomena do not play an important role in constant voltage electrolysis at high potentials and high temperatures. Thus, the presence of other components other than sulfuric acid and copper (II) sulfate is an advantage in the novel, potential controlled process. Another important advantage is that the potential controlled process does not require the addition of organic additives. Such additives are used in current controlled processes to control the structure of the deposited copper. Thus, preferably, the electrolyte is substantially free of such additives including animal glue and / or thiourea. This means that there are no such additives detectable in the electrolyte.

典型的には電極(アノードおよびカソード)の好ましい配置は、それらの空間の分離が工業用セル内において5cm以下であるようになっている。この場合は、電極は上記の所定の分離距離と並行に並べられた実質的に(シート等の)平面構造として提供されることがまた好ましい。この方法において、典型的には定電圧銅電気精錬の工程が18℃〜65℃、有利には18℃〜30℃の温度において行われることがまた好都合である。したがって、現在のところ使用されている方法におけるように電解質をさらに加熱する必要はない。電流電気精錬技術は約50℃より低い温度における工程の使用を可能にしないので、これはさらなる重要な利点である。下記に記載するように、20℃もの低い温度において、60℃における現在の工業用電気精錬工程と同程度のカソード電流密度を用いて、工業用電解質中において、新規な定電圧工程を行うことができる。したがって、単純化した設備を使用し、そして電流工程と比較して大きなエネルギーの節約をもって、この新規な電位制御された電気精錬を行うことができる。   Typically, the preferred arrangement of electrodes (anode and cathode) is such that the separation of their spaces is 5 cm or less in an industrial cell. In this case, it is also preferable that the electrodes are provided as a substantially planar structure (such as a sheet) arranged in parallel with the predetermined separation distance. In this process, it is also advantageous that the constant voltage copper electrorefining step is typically carried out at a temperature of 18 ° C. to 65 ° C., preferably 18 ° C. to 30 ° C. Thus, there is no need to further heat the electrolyte as in the currently used method. This is a further important advantage since current electrorefining techniques do not allow the use of processes at temperatures below about 50 ° C. As described below, at a temperature as low as 20 ° C., a new constant voltage step can be performed in an industrial electrolyte using a cathode current density comparable to that of the current industrial electrorefining step at 60 ° C. it can. Thus, this new potential controlled electrorefining can be performed using simplified equipment and with great energy savings compared to the current process.

この新規な方法を用いて、典型的には、定電圧電気精錬の工程をステンレススチールまたは銅でできたカソードを使用して行うことがまた好都合である。さらに、アノードの銅材料は、乾式精錬された(fire−refined)、スクラップされたまたはリサイクルされた銅材料でできていることができる。   Using this novel method, it is also convenient to typically perform the constant voltage electrorefining process using a cathode made of stainless steel or copper. Further, the copper material of the anode can be made of a fire-refined, scraped or recycled copper material.

持続的に循環し、攪拌されまたはさもなければ、かき混ぜられる電解質を使用して定電圧電気精錬の工程を行うことが好都合である。したがって、新規な、電位制御された銅電気精錬を、電気精錬において現在のところ使用されている従来設備およびISA設備の両方において行うことができる。電解質管理システムは、ろ過、不純物を除去すること、(硫酸などの)他の試薬を加えること、かき混ぜ/循環させ/攪拌することおよび電解質の温度制御の1種または2種以上を行うことができる。   It is convenient to carry out the constant voltage electrorefining process using an electrolyte that is continuously circulated, stirred or otherwise agitated. Thus, new potential controlled copper electrorefining can be performed in both conventional and ISA facilities currently used in electrorefining. The electrolyte management system can perform one or more of filtering, removing impurities, adding other reagents (such as sulfuric acid), stirring / circulating / stirring and electrolyte temperature control. .

要約すれば、カソード電位制御された銅電気精錬の方法は(生成物の体積を増加させる)著しくより高いカソード電流密度の達成を可能にし、一方高い(商業的レベルの)銅純度および微細結晶構造を維持するので、本発明は上記に記載された従来技術の方法より大きな利点を有する。典型的には、本発明によるカソード電位制御された電気精錬の工程は、以下のような多くの好都合な特徴を有する:
定電圧電気精錬の工程において、電解質は、低電流工程において現在のところ使用されているのと(同一ではないが)類似のイオン性組成物を有することができる;
60℃の温度において約2000A/mまでおよび室温(約20℃)において500A/mまでの高電流密度で工程を行うことができる。対照的に、定電流電気精錬工程におけるそうした大きさの電流密度の使用はカソードの銅品質の大幅な劣化を生じることが理解されるであろう;
電位制御された電解の工程において得られるカソード銅の純度は99.99%超であることができる;
定電圧電気精錬工程の「電流効率」は97%超であることができる。
In summary, the cathodic potential controlled copper electrorefining method allows to achieve significantly higher cathode current density (increasing product volume), while high (commercial level) copper purity and microcrystalline structure. The present invention has significant advantages over the prior art methods described above. Typically, the cathodic potential controlled electrorefining process according to the present invention has many advantageous features such as:
In the constant voltage electrorefining process, the electrolyte can have an ionic composition similar to (but not identical to) that currently used in low current processes;
The process can be performed at high current densities up to about 2000 A / m 2 at a temperature of 60 ° C. and up to 500 A / m 2 at room temperature (about 20 ° C.). In contrast, it will be appreciated that the use of such magnitudes of current density in the constant current electrorefining process results in significant degradation of the copper quality of the cathode;
The purity of the cathode copper obtained in the process of potential controlled electrolysis can be greater than 99.99%;
The “current efficiency” of the constant voltage electrorefining process can be over 97%.

本発明による電気精錬の方法のいくつかの例を以下の添付の図面を参照して記載する:
図1は、例と関連して使用される装置の略図である。 図2は、方法の一般的な外観を提供するフロー図である。 図3aは、それぞれが一定の大きさを有するパルスを有する電位パルス電解波形を示す。 図3bは、初期のパルス以外の一定の大きさを有するパルスを有する電位パルス電解波形を示す。 図3cは、周期的な逆転電位を含む適用された電位波形を示す。 図3dは、周期的な逆転電位および開回路条件の介在期間を含む適用された電位波形を示す。
Some examples of the method of electrorefining according to the invention will be described with reference to the following accompanying drawings:
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus used in connection with an example. FIG. 2 is a flow diagram that provides a general appearance of the method. FIG. 3a shows a potential pulse electrolysis waveform with pulses each having a constant magnitude. FIG. 3b shows a potential pulse electrolysis waveform with a pulse having a constant magnitude other than the initial pulse. FIG. 3c shows the applied potential waveform including a periodic reversal potential. FIG. 3d shows the applied potential waveform including the periodic reversal potential and the intervening period of open circuit conditions.

本発明を行うのに好適な工業用装置の概略図を図1中に具体的に説明する。ここで、槽1が提供され、簡単さのためにこれは単一の容器として具体的に説明される。実際にはこれは、電解質に対し良好な長期間の耐性を示すポリマー材料でできた多くの個々のセルから形成されている。電解質は、2で具体的に示され、そして下記の例と連携してより詳細に記載された組成を有する。生成される銅材料で形成された(実線として示されている)第1電極3が提供され、セル内にアノードを形成するように並べられている。これらは平面シートの形態を取り、そして規則正しい間隔で間隔を開けており、電解質2内に垂直につり下がっている。第2の電極4(波線)は、この場合はあらかじめ電気精錬された銅またはステンレススチールのいずれかでできているが、第1の電極と類似の形態をとって提供され、また垂直につり下がっている。第2の電極は、それぞれのセル内にカソードを形成し、そしてアノードとの間に等しいスペースを空けて、例えばアノードから2〜3センチメートルの距離で位置する。アノードおよび隣接したカソードは、装置の理解を得るための「対」として考えることができる。電位制御された電源5は、電気精錬工程を駆動するために提供される。それぞれのアノードは、供給ライン6を介した電源に電気的に接続され、同様にそれぞれのカソードはまた、供給ライン7によって電気的に接続されている。電解質システム8を具体的に示す。これは、電解質を濾過すること、(不純物/試薬の添加および除去によって)その組成を制御すること、所定の温度に電解質を保つこと、およびセル内での電解質の循環を確かにすることを含む多くの機能を行う。装置は、電解質システム8および電源5と連通したコントローラー9によって制御されている。   A schematic view of an industrial apparatus suitable for carrying out the present invention is specifically described in FIG. Here, a tank 1 is provided, which for simplicity is specifically described as a single container. In practice, it is formed from a number of individual cells made of a polymer material that exhibits good long-term resistance to the electrolyte. The electrolyte has the composition shown in detail in 2 and described in more detail in conjunction with the examples below. A first electrode 3 (shown as a solid line) formed of the resulting copper material is provided and arranged to form an anode in the cell. They take the form of flat sheets and are regularly spaced and suspended vertically in the electrolyte 2. The second electrode 4 (dashed line) is in this case made of either pre-electrorefined copper or stainless steel, but is provided in a form similar to the first electrode and also hangs vertically. ing. The second electrode forms a cathode in each cell and is located at a distance of, for example, 2-3 centimeters from the anode, with an equal space between them. The anode and adjacent cathode can be considered as a “pair” to gain an understanding of the device. A potential controlled power supply 5 is provided to drive the electrorefining process. Each anode is electrically connected to a power source via a supply line 6, and similarly each cathode is also electrically connected by a supply line 7. The electrolyte system 8 is specifically shown. This includes filtering the electrolyte, controlling its composition (by adding and removing impurities / reagents), keeping the electrolyte at a given temperature, and ensuring electrolyte circulation within the cell. Perform many functions. The apparatus is controlled by a controller 9 in communication with an electrolyte system 8 and a power source 5.

図2は、工程の一般的な概観を具体的に示す。ステップ100において、アノード3は、精錬されることが望まれている材料で製造されている。ステップ200において、きれいなカソード4が得られた(前の電気精錬サイクルで使用されることができたもの)。ステップ300において、アノードおよびカソードは槽1内のそれらのセル中に並べられ、そして電源5に電気的に接続される。電解質2が次に槽内に導入され、そして(室温であることができる)適当な温度においてセル内に電解質の流れを確立するように、電解質システム8は、コントローラー9によって運転される。ステップ500において、コントローラー9は、電位制御された条件を送達するように電源5を運転する。(それぞれのセルにおける電流および電位を含む)工程条件の監視がコントローラー9による工程の間中行われる。一旦工程が安定化すると、ステップ600において精錬が進む。(以下の例と関連して記載された)任意選択的にパルス化された電気精錬および/または周期的な逆転電位を適用できるが、これは一定の電位の適用を含むことができる。充分なアノード材料が精錬されるまで、この工程は長い期間(時間または日であることができる)の間続く。一旦この点に到達すると、ステップ700において電力供給が終了し、(再使用のための充分な材料を含まない場合)腐食したアノードが除去され、そして(精錬された銅を含む)カソードは洗浄される。ステップ800において、クリーニングされたカソードは、次に堆積された高純度の銅の機械的な除去に曝される。   FIG. 2 illustrates a general overview of the process. In step 100, the anode 3 is made of a material that is desired to be refined. In step 200, a clean cathode 4 was obtained (which could be used in a previous electrorefining cycle). In step 300, the anode and cathode are arranged in those cells in the cell 1 and are electrically connected to the power source 5. The electrolyte system 8 is then operated by the controller 9 so that the electrolyte 2 is then introduced into the bath and the electrolyte flow is established within the cell at an appropriate temperature (which can be room temperature). In step 500, the controller 9 operates the power supply 5 to deliver a potential controlled condition. Monitoring of process conditions (including current and potential in each cell) is performed throughout the process by the controller 9. Once the process is stabilized, refining proceeds at step 600. Optionally pulsed electrorefining and / or periodic reversal potentials (described in connection with the examples below) can be applied, but this can include the application of a constant potential. This process continues for a long period (which can be hours or days) until sufficient anode material has been refined. Once this point is reached, power supply is terminated in step 700, the corroded anode is removed (if it does not contain enough material for reuse), and the cathode (containing refined copper) is cleaned. The In step 800, the cleaned cathode is then subjected to mechanical removal of the deposited high purity copper.

上記の一般的な装置および方法にしたがって工業用に行うことができる多くの例を記載する。これらの例は、工業用精錬装置に類似の装置を使用して行われる実験に関して記載される。   A number of examples are described which can be carried out industrially according to the general apparatus and methods described above. These examples are described with respect to experiments conducted using equipment similar to industrial smelting equipment.

例1
1対の電極をポリビニルクロライドでできた電気化学槽内に提供した。カソードは、その厚さが0.1mmであり、そして2cmの表面積であるステンレススチールシートでできている。アノード(参照電極)は、その表面が0.25mm厚であり100cmの面積を有する銅シートでできている。この工程は、室温(約20℃)で行われた。この槽を以下の組成:46g/dmのCu、180g/dmのHSOおよび0.1g/dmのFe、0.3g/dmのSb、0.03g/dmのBi、5g/dmのNi、10g/dmのAs、0.00015g/dmのAg、0.001g/dmのBa、0.4g/dmのCa、0.001g/dmのCd、0.03g/dmのCo、0.02g/dmのMg、0.0004g/dmのMn、0.007g/dmのPbおよび0.001g/dmのPdの電解質で満たした。この電解質組成物は、例えば、(上記に記載した)KGHM PM銅工場で従来技術の銅電気精錬工程において使用される典型的な工業用電気精錬電解質に似ている。しかし、有機添加物は、電解質内に含まれていなかった。従来技術の工業用電解質において、チオ尿素および動物性にかわ等の通常の添加物は加水分解を受けるので、2〜3日後にはそれらの加水分解生成物のみが溶液中に存在する。上に示した記載により、非電気活性成分の存在はカソードへの銅(II)イオンの物質移動の速度、したがって限界電流の値に影響するので、新規な方法は非電気活性成分を含む電解質中において試験されることが好ましい。さらに複合組成電解質は電解質のイオン力、したがって銅(II)イオンの活性係数に影響するので、実験的な試験は複合組成電解質内において行われることが好ましい。理論的には、拡散の原動力は、活性の勾配であることが知られている。
Example 1
A pair of electrodes was provided in an electrochemical cell made of polyvinyl chloride. The cathode is made of stainless steel sheet with a thickness of 0.1 mm and a surface area of 2 cm 2 . The anode (reference electrode) is made of a copper sheet having a surface of 0.25 mm thickness and an area of 100 cm 2 . This step was performed at room temperature (about 20 ° C.). The vessel was composed of the following composition: 46 g / dm 3 Cu, 180 g / dm 3 H 2 SO 4 and 0.1 g / dm 3 Fe, 0.3 g / dm 3 Sb, 0.03 g / dm 3 Bi. , Ni of 5 g / dm 3, of 10g / dm 3 As, Ag of 0.00015g / dm 3, Ba of 0.001g / dm 3, 0.4g / dm 3 of Ca, 0.001g / dm 3 of Cd was filled Co of 0.03 g / dm 3, Mg of 0.02 g / dm 3, Mn of 0.0004 g / dm 3, in the electrolyte of Pd and Pb and 0.001 g / dm 3 of 0.007 g / dm 3 . This electrolyte composition resembles, for example, a typical industrial electrorefining electrolyte used in prior art copper electrorefining processes at the KGHM PM copper factory (described above). However, the organic additive was not contained in the electrolyte. In prior art industrial electrolytes, conventional additives such as thiourea and animal glue are subject to hydrolysis, so only a few of their hydrolysis products are present in solution after 2-3 days. According to the description given above, since the presence of a non-electroactive component affects the rate of mass transfer of copper (II) ions to the cathode, and thus the value of the limiting current, the new method can be used in electrolytes containing non-electroactive components. Are preferably tested in Furthermore, since the composite composition electrolyte affects the ionic strength of the electrolyte, and hence the activity coefficient of copper (II) ions, the experimental test is preferably performed in the composite composition electrolyte. Theoretically, the driving force for diffusion is known to be a gradient of activity.

それぞれの電極が1分〜数日の定電圧電解工程の期間をプログラムするために使用され、そして整流器から電極への/から流れる500Aまで電流を提供する市販の整流器に特別なケーブルの助けにより接続された。電解の期間により変化する電流が工程の間に測定された。この溶液は、この場合、攪拌されなかった。   Each electrode is used to program the duration of a constant voltage electrolysis process from 1 minute to several days and is connected with the help of a special cable to a commercial rectifier that provides current up to 500A flowing from / to the electrode to the electrode It was done. A current that varies with the duration of the electrolysis was measured during the process. This solution was not stirred in this case.

使用した定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.300V;
電解時間 t=1時間;
−0.300Vの一定電位が電極に約25秒間適用された後で、カソードにおける約300A/mの固定(stationary)電流密度が達成された。
Constant voltage electrolysis parameters used:
Potential of stainless steel cathode with reference to copper anode E = −0.300 V;
Electrolysis time t = 1 hour;
A stationary current density of about 300 A / m 2 at the cathode was achieved after a constant potential of −0.300 V was applied to the electrode for about 25 seconds.

ステンレススチールカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない微細結晶構造を有することが見出された。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。(ファラデーの法則を使用して)堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が97%超であることを見出した。この例では、多くの公知の工業用(電流制御された)従来技術の精錬工程に見出されるのと類似の大きさの電位を使用した。   After depositing copper on a stainless steel cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is studied by the EDS / EDX method. did. It was found that the resulting cathode deposit had a fine crystalline structure without dendrites. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass to be deposited (using Faraday's law) with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 97%. In this example, a potential of a magnitude similar to that found in many known industrial (current controlled) prior art refining processes was used.

例2
この第2の例において、異なるカソード電位が使用され、より高い電流を生じる点を除き、実験の設定および電解条件は、例1におけるものと類似する。
Example 2
In this second example, the experimental setup and electrolysis conditions are similar to those in Example 1, except that a different cathode potential is used, resulting in a higher current.

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.450V;
電解時間 t=1時間;
−0.450Vの一定電位が電極に約25秒間適用された後で、カソードにおける約500A/mの固定電流密度が達成された。
Constant voltage electrolysis parameters:
The potential of the stainless steel cathode with reference to the copper anode E = −0.450 V;
Electrolysis time t = 1 hour;
A fixed current density of about 500 A / m 2 at the cathode was achieved after a constant potential of −0.450 V was applied to the electrode for about 25 seconds.

ステンレススチールカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法で研究した。再び例1のように、得られたカソードの堆積物がデンドライトのない微細結晶構造を有することが見出された。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が97%超であることを見出した。それ故に、周囲温度での工程を使用したにも関わらず、電位制御下でモードカソード電圧の使用により、純度および構造に関し高品質Cuの堆積が従来技術の工業用工程において観察されたものを超える電流密度において得られることを観察した。   After depositing copper on a stainless steel cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is studied by the EDS / EDX method. did. Again, as in Example 1, it was found that the resulting cathode deposit had a fine crystalline structure without dendrites. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 97%. Therefore, despite the use of a process at ambient temperature, the use of a mode cathode voltage under potential control surpasses what has been observed in the prior art industrial process in terms of purity and structure in terms of purity and structure. It was observed that obtained at current density.

例3
60℃の高温下で工程を行った点を除き、実験の設定および電解条件は、例2と同じである。
Example 3
The experimental settings and electrolysis conditions are the same as in Example 2 except that the process was performed at a high temperature of 60 ° C.

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.450V;
電解時間 t=1時間;
一定電位−0.450Vを約25秒間電極に適用した後で、カソードにおける約1400A/mの固定電流密度を、達成した。
Constant voltage electrolysis parameters:
The potential of the stainless steel cathode with reference to the copper anode E = −0.450 V;
Electrolysis time t = 1 hour;
After applying a constant potential of −0.450 V to the electrode for about 25 seconds, a fixed current density of about 1400 A / m 2 at the cathode was achieved.

スチールのカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない微細結晶構造を有することが見出された。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。ファラデーの法則を使用して堆積される理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が97%超であることを見出した。したがって、電位制御された工程を伴う高温の使用が(さらに急速な銅の堆積を生じる)従来技術において観察されるより遙かに高い電流密度の使用を可能にすることが観察された。高い電流密度が使用されたにも関わらず、高レベルの純度は、デンドライトのない有益な微細構造とともに達成された。   After depositing copper on the steel cathode, the cathode deposit was mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition was studied by the EDS / EDX method. did. It was found that the resulting cathode deposit had a fine crystalline structure without dendrites. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 97%. Thus, it has been observed that the use of high temperatures with a potential controlled process allows the use of much higher current densities than is observed in the prior art (which results in more rapid copper deposition). Despite the high current density used, a high level of purity was achieved with a beneficial microstructure free of dendrites.

例4
ここでは溶液を50回転/分の周波数で攪拌したが実験的設定および電解条件は、例3(60℃の工程温度を含む)と同じである。より短い電解期間をまた使用した。
Example 4
Here, the solution was stirred at a frequency of 50 revolutions / minute, but the experimental settings and electrolysis conditions are the same as in Example 3 (including a process temperature of 60 ° C.). A shorter electrolysis period was also used.

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.450V;
電解時間 t=5分
一定電位−0.450Vを約25秒間電極に適用した後で、カソードにおける約1600A/mの固定電流密度を、達成した。
Constant voltage electrolysis parameters:
The potential of the stainless steel cathode with reference to the copper anode E = −0.450 V;
Electrolysis time t = 5 minutes After applying a constant potential of −0.450 V to the electrode for about 25 seconds, a fixed current density of about 1600 A / m 2 at the cathode was achieved.

ステンレススチールカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない微細結晶構造を有することが見出された。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。(ファラデーの法則を使用して計算される)堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が97%超であることを見出した。したがって、観察された攪拌を使用する電解質の攪拌が、例3におけるより電位制御された条件下で達成されるより高い電流密度さえも可能とすることが観察された。   After depositing copper on a stainless steel cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is studied by the EDS / EDX method. did. It was found that the resulting cathode deposit had a fine crystalline structure without dendrites. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass to be deposited (calculated using Faraday's law) with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 97%. Thus, it was observed that electrolyte agitation using the observed agitation allows even higher current densities to be achieved under the more potential controlled conditions in Example 3.

この場合は5分が、「固定」電流密度を確立し、そして高い正確さで銅の質量を決定するのに充分な銅を得るのに充分な時間スケールであることに留意されたい。   Note that 5 minutes in this case is a time scale sufficient to establish a “fixed” current density and to obtain enough copper to determine the copper mass with high accuracy.

例5
この場合では、上記の例と比較して工業用油脂精製プラントをより近く表すように物理的実験的配置が改変されている。ここでは、ポリビニルクロライドでできた120リットルの体積の電気化学槽中に並行に並べられ、そして垂直に配置された4対の(実際、4つのカソードおよび5つのアノード)の電極がある。カソードはステンレススチールシートでできており、その厚さは0.3mmであり、そしてカソード表面積は0.2mであり、そしてアノード(参照電極)は、0.25mm厚の銅シートでできており、その表面は0.22mである。カソードとそれぞれのアノードとの距離は5cmである。理論により電解セルのマクロ配置は自然対流条件において確立される限界電流に大幅に影響する場合があるので、新規な電位制御電気精錬法は異なる配置で試験されることが好ましい。この工程は室温で(約20℃)行われた。180g/dmの濃度の硫酸で2.6倍に希釈したが、容器を例1に示したのと同じ組成の電解質で満たした。したがって、例1に示したそれぞれの電解質の成分濃度は、HSOを除き、2.6で割られるべきであり、そして、例えば、銅濃度は、17.5g/dmに等しい。電極が1分〜数日の定電圧電解工程の期間をプログラムするために使用でき、そして整流器と電極との間に流れる500Aまでの電流において研究を行うことを可能にする特別なケーブルの助けにより接続された。電解の期間により変化する電流が工程の間に測定された。この溶液は、この例において、攪拌されなかった。
Example 5
In this case, the physical experimental arrangement has been modified to more closely represent an industrial oil refinery plant compared to the above example. Here there are four pairs (actually four cathodes and five anodes) of electrodes arranged in parallel in a 120 liter volume electrochemical cell made of polyvinyl chloride and arranged vertically. The cathode is made of stainless steel sheet, its thickness is 0.3 mm, the cathode surface area is 0.2 m 2 , and the anode (reference electrode) is made of 0.25 mm thick copper sheet The surface is 0.22 m 2 . The distance between the cathode and each anode is 5 cm. Theoretically, the macro-configuration of the electrolysis cell may significantly affect the limiting current established in natural convection conditions, so that the new potential-controlled electrorefining method is preferably tested in a different configuration. This step was performed at room temperature (about 20 ° C.). Although diluted 2.6 times with sulfuric acid at a concentration of 180 g / dm 3 , the container was filled with an electrolyte of the same composition as shown in Example 1. Thus, the component concentration of each electrolyte shown in Example 1 should be divided by 2.6, except for H 2 SO 4 , and for example, the copper concentration is equal to 17.5 g / dm 3 . With the help of a special cable that allows the electrode to be used to program the duration of a constant voltage electrolysis process from 1 minute to several days and to conduct research at currents up to 500A flowing between the rectifier and the electrode Connected. A current that varies with the duration of the electrolysis was measured during the process. This solution was not stirred in this example.

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.350V、
電解時間t=3時間
一定電位−0.350Vを約25秒間電極に適用した後で、カソードにおける約100A/mの固定電流密度を、達成した。
Constant voltage electrolysis parameters:
Potential of stainless steel cathode with reference to copper anode E = −0.350V,
Electrolysis time t = 3 hours After applying a constant potential of −0.350 V to the electrode for about 25 seconds, a fixed current density of about 100 A / m 2 at the cathode was achieved.

ステンレススチールカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDXおよびASTM銅元素分析法で研究した。ASTM銅元素分析により、銅堆積された銅は、>99.999%の純度を有した。精錬された材料は、結節およびデンドライトのない滑らかな表面を有する。   After copper is deposited on the stainless steel cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is determined by EDS / EDX and ASTM copper. Researched by elemental analysis. According to ASTM copper elemental analysis, the copper deposited copper had a purity of> 99.999%. The refined material has a smooth surface free of nodules and dendrites.

得られたカソードの堆積物が微細結晶構造を有することが見出された。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が96%超であることを見出した。   The resulting cathode deposit was found to have a fine crystalline structure. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 96%.

銅濃度が従来の電気精錬よりずっと低く、そして温度が従来の、定電流工程よりずっと低い条件において(高純度、微細結晶構造および高電流効率で)効果的に行うことができることを示すので、これは非常に重要な例である。   This shows that the copper concentration can be effectively performed (with high purity, fine crystal structure and high current efficiency) under conditions where the copper concentration is much lower than conventional electrorefining and the temperature is much lower than conventional constant current process Is a very important example.

例6
1つのカソードおよび2つのアノードを使用した点を除き、実験的設定および電解条件は例5と同じである。アノードを、カソードのそれぞれの側から25cmの等距離に配置した。
Example 6
The experimental setup and electrolysis conditions are the same as in Example 5, except that one cathode and two anodes were used. The anode was placed at an equal distance of 25 cm from each side of the cathode.

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照したステンレススチールカソードの電位 E=−0.350V、
電解時間 t=2時間
一定電位−0.350Vを約25秒間電極に適用した後で、カソードにおける約100A/mの固定電流密度を、達成した。
Constant voltage electrolysis parameters:
Potential of stainless steel cathode with reference to copper anode E = −0.350V,
Electrolysis time t = 2 hours After applying a constant potential of −0.350 V to the electrode for about 25 seconds, a fixed current density of about 100 A / m 2 at the cathode was achieved.

スチールカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDXおよびXRD法で研究した。EDS/EDXおよびXRD分析により、銅堆積された銅は、>99.95%の純度を有した。得られたカソードの堆積物が微細結晶構造を有することが見出された。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が83%超であることを見出した。   After copper is deposited on the steel cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is determined by EDS / EDX and XRD methods. Studied. By EDS / EDX and XRD analysis, the copper deposited copper had a purity of> 99.95%. The resulting cathode deposit was found to have a fine crystalline structure. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 83%.

例7
実験的設定および電解条件は、ステンレススチールカソードの代わりに、0.22mの表面を有する0.25mm厚の銅シートでできた銅カソードを使用した点を除き、例6と同じである。再び、アノードを使用した。アノードを、カソードのそれぞれの側から5cmの等距離に配置した。さらに、電解質の組成は、銅含有量が41g/dmに等しい点を除き例1と同じである。
Example 7
The experimental setup and electrolysis conditions are the same as Example 6 except that instead of the stainless steel cathode, a copper cathode made of a 0.25 mm thick copper sheet with a 0.22 m 2 surface was used. Again, the anode was used. The anode was placed 5 cm equidistant from each side of the cathode. Further, the composition of the electrolyte is the same as Example 1 except that the copper content is equal to 41 g / dm 3 .

定電圧電解のパラメーター:
銅アノードを参照した銅シートカソード電位 E=−0.550V;
電解時間 t=4時間;
一定電位−0.550Vを電極に適用した後で、カソードにおける約184A/mの平均電流密度を、達成した。
Constant voltage electrolysis parameters:
Copper sheet cathode potential with reference to the copper anode E = −0.550 V;
Electrolysis time t = 4 hours;
After applying a constant potential of -0.550 V to the electrode, an average current density of about 184 A / m 2 at the cathode was achieved.

銅カソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDXおよびXRD法で研究した。EDS/EDXおよびXRD分析により、銅堆積された銅は、>99.95%の純度を有した。精錬された材料は、結節およびデンドライトのない滑らかな表面を有することが再び見出された。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が99%超であることを見出した。   After copper is deposited on the copper cathode, the cathode deposit is mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition is determined by EDS / EDX and XRD methods. Studied. By EDS / EDX and XRD analysis, the copper deposited copper had a purity of> 99.95%. The refined material was again found to have a smooth surface free of nodules and dendrites. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 99%.

ウェブサイトhttp://doccopper.tripod.com/copper/ertrend.htmlによれば、周期的な電流反転(PCR)は(電流制条件下で)少なくとも11の銅精錬機に用いられて、適用される電流密度を高めることによってカソードの生産速度を高める。PCRは、順方向電流が次に素早い電流反転がある時間の長さの間適用される方法である。この順方向/逆方向の期間の比は、典型的には20/1〜30/1である。W.G.Davenport,M.King&M.Schlesinger, entitled Extractive Metallurgy of Copper p.282の研究論文によると、(定電流制御工程が行われる場合)カソード電流密度における銅アノードの不動態化はまた、精錬電流の方向を周期的に逆転させることによって避けることができる。利点はアノード境界層内に高められた銅の濃度を枯渇する逆電流から生じる。これは、不動態化の原因の一つである硫酸銅の沈殿を避けることを助ける。PCRの主な不利益は、より高いエネルギーコストである。これはこの技術の使用を制限していた。   Website http: // doccopper. tripod. com / copper / ertrend. According to html, periodic current reversal (PCR) is used in at least 11 copper smelters (under galvanic conditions) to increase the production rate of the cathode by increasing the applied current density. PCR is a method in which the forward current is then applied for a length of time that has the next fastest current reversal. The ratio of the forward / reverse period is typically 20/1 to 30/1. W. G. Davenport, M.M. King & M. Schlesinger, entityed Extractive Metallurry of Copper p. According to 282 research papers, the passivation of the copper anode at the cathode current density (when a constant current control step is performed) can also be avoided by periodically reversing the direction of the refining current. The benefit stems from the reverse current depleting the elevated copper concentration in the anode boundary layer. This helps to avoid copper sulfate precipitation which is one of the causes of passivation. The main disadvantage of PCR is higher energy costs. This limited the use of this technique.

予想外に電流PCRの上記の問題が本発明によって解決された。電位パルス電解(PPE)または周期的な逆転電位(PPR)のいずれかを使用する本発明の実施は、例えば、Org.Lett.,13(2)(2011)pp280-283に報告されているように銅管流反応器(CTFR)が使用される有機化学的触媒作用における等のある用途において使用できる、制御された表面積(粗さおよび/または多孔度)および構造を有する銅堆積物を得ることを可能にする。「極度に高い表面積はいくつかの電気化学反応を評価することに適しているが、高電流密度において得られた銅堆積物開放構造および多孔質構造は、燃料電池、電池および化学的センサー等の電気化学的機器において電極としての使用に理想的に適していた。例えば、銅が硝酸イオンの還元で、および酸性水溶液パークロレートおよびサルフェート媒体中で硝酸がアンモニアに高い収率で還元される反応で、高い活性を示すことが知られていた」ことがSensors7(2007)、1−15に記載されている。   Unexpectedly, the above problem of current PCR has been solved by the present invention. Implementation of the present invention using either potential pulse electrolysis (PPE) or periodic reversal potential (PPR) is described, for example, in Org. Lett. , 13 (2) (2011) pp 280-283, a controlled surface area (coarse) that can be used in certain applications, such as in organic chemical catalysis where a copper tube reactor (CTFR) is used. And / or porosity) and a copper deposit having a structure. “The extremely high surface area is suitable for evaluating some electrochemical reactions, but the copper deposit open structure and porous structure obtained at high current density are used in fuel cells, batteries and chemical sensors, etc. Ideally suited for use as an electrode in electrochemical instruments, for example, in the reaction where copper is reduced to nitrate ions and in a solution where nitric acid is reduced to ammonia in acidic aqueous perchlorate and sulfate media. “It was known to show high activity”, Sensors 7 (2007), 1-15.

したがって、この方法は、定電圧パルス電解(PPE)または周期的な逆転電位(PPR)銅堆積またはPPRとPPEとの組み合わせの工程を含むことができる。カソードに適用された電位パルス電解(PPE)および周期的な逆転電位(PPR)パルスの例を図1a〜1dに示す。ここでEは、カソード電位であり、tは、カソードパルスの長さであり、Eはカソードに適用された逆パルス(アノード)電位であり、tは、カソードに適用された逆転電位パルス(アノード)の長さである。PPEおよびPPR定電圧電解工程の好都合な実施を図3a)−3d)中に具体的に説明する。ここで: Thus, the method can include constant voltage pulse electrolysis (PPE) or periodic reversal potential (PPR) copper deposition or a combination of PPR and PPE. Examples of potential pulse electrolysis (PPE) and periodic reversal potential (PPR) pulses applied to the cathode are shown in FIGS. Here E c is the cathode potential, t c is the length of the cathode pulse reversal E a is an inverted pulse (anode) potentials applied to the cathode, t a is applied to the cathode This is the length of the potential pulse (anode). An advantageous implementation of the PPE and PPR constant voltage electrolysis process is illustrated in FIGS. 3a) -3d). here:

図3a)は5秒〜18000秒の期間t、および0.1秒〜100秒の期間でパルス(開回路)の電位の遮断を有する、銅電極に対し、−0.3V〜−0.55Vの範囲のカソード電位パルスEを有するPPE工程を示す。電位パルスおよび電位の遮断の数は、3〜30である。 FIG. 3a) shows a time t k between 5 seconds and 18000 seconds and a pulse (open circuit) potential interruption between 0.1 seconds and 100 seconds with respect to a copper electrode from −0.3 V to −0. It shows the PPE step having a cathode potential pulse E k in the range of 55V. The number of potential pulses and potential interruptions is 3-30.

図3b)は、5秒〜18000秒の期間t、および0.1秒〜100秒のパルス間の電位の遮断(開回路)を有する、銅電極に対し−0.3V〜−0.55Vの範囲のカソード電位パルスEにおける異なる値を有するPPE工程を示す。電位パルスおよび電位の遮断の数は3〜30である。 FIG. 3b) shows −0.3 V to −0.55 V for a copper electrode with a period t c of 5 seconds to 18000 seconds and a potential interruption (open circuit) between pulses of 0.1 seconds to 100 seconds. PPE processes with different values in the cathode potential pulse E c in the range The number of potential pulses and potential interruptions is 3-30.

図3c)は、5秒〜18000秒の期間tで、銅電極に対する−0.3V〜−0.55Vの範囲のカソード電位Eにおけるカソードパルス、そして次に時間tより少なくとも50%短い期間ta1を有する銅電極に対して+0.050V〜+0.6Vの範囲の、アノード電位Ea1におけるアノードパルスを有するPPR工程を示した。電位パルスおよび電位の遮断の数は3〜30である。 FIG. 3c) shows a cathodic pulse at a cathodic potential E c in the range of −0.3 V to −0.55 V with respect to the copper electrode for a period t c of 5 seconds to 18000 seconds, and then at least 50% shorter than the time t c. A PPR process with an anodic pulse at anodic potential E a1 in the range of +0.050 V to +0.6 V with respect to a copper electrode having a period t a1 was shown. The number of potential pulses and potential interruptions is 3-30.

5秒〜18000秒の期間tで、銅電極に対する−0.3V〜−0.55Vの範囲のカソード電位パルスE、そして次に0.1秒〜100秒の期間でアノードとカソードパルス(開回路)との間の電位の遮断、および期間ta0≦tを有する銅電極に対して+0.050V〜+0.6Vの範囲の、アノード電位パルスEa0を有するPPEおよびPPR工程との組み合わせを示した。電位パルスおよび電位の遮断の数は3〜30である。 Cathode potential pulse E c in the range of −0.3 V to −0.55 V with respect to the copper electrode for a period t c of 5 seconds to 18000 seconds, and then anode and cathode pulses ( In combination with a PPE and PPR process with an anode potential pulse E a0 in the range of +0.050 V to +0.6 V for a copper electrode with a period t a0 ≦ t c showed that. The number of potential pulses and potential interruptions is 3-30.

PPEおよびPPR工程による銅の電気精錬の具体例を下記例8〜10に記載する。   Specific examples of copper electrorefining by the PPE and PPR processes are described in Examples 8-10 below.

例8
この例において、一対の電極をポリビニルクロライドでできた電気化学槽中に提供した。カソードは、0.3mmの厚さを有するステンレススチールシートでできていた。アノード(参照電極)は、その表面が0.22mである、0.25mm厚の銅シートでできていた。この工程を室温(約20℃)で行った。容器を例1に示したのと同じ組成の電解質で満たした。
Example 8
In this example, a pair of electrodes was provided in an electrochemical tank made of polyvinyl chloride. The cathode was made of a stainless steel sheet having a thickness of 0.3 mm. The anode (reference electrode) was made of a 0.25 mm thick copper sheet with a surface of 0.22 m 2 . This step was performed at room temperature (about 20 ° C.). The container was filled with an electrolyte of the same composition as shown in Example 1.

それぞれの電極が周期的な逆転電位(PPR)電解工程の期間をプログラムするのに使用できる市販の整流器に特別なケーブルの助けにより接続された。適用される電位の期間は、整流器と電極との間に流れる500Aまでの電流を使用して、1m秒〜数日に制御されることができる。電解の期間により変化する電流が工程の間に測定された。この溶液は、この例において、攪拌されなかった。   Each electrode was connected with the help of a special cable to a commercial rectifier that could be used to program the period of a periodic reversal potential (PPR) electrolysis process. The applied potential period can be controlled from 1 ms to several days using currents up to 500 A flowing between the rectifier and the electrodes. A current that varies with the duration of the electrolysis was measured during the process. This solution was not stirred in this example.

PPR電解のパラメーター:
カソードパルス1
E=−300mV
t=5分
j=−360A/m
カソードパルス2:
E=−350mV
t=5分
j=−430A/m
アノードパルス:
E=+400mV
t=30秒
I=+500A/m
上記シーケンスのパルスを3回繰り返した。
Parameters of PPR electrolysis:
Cathode pulse 1
E = -300mV
t = 5 minutes j = -360 A / m 2
Cathode pulse 2:
E = -350mV
t = 5 minutes j = −430 A / m 2
Anode pulse:
E = + 400mV
t = 30 seconds I = + 500 A / m 2
The above sequence of pulses was repeated three times.

スチールのカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法およびX線回折(XRD)技術で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない微細結晶構造を有することが見出された。アノードパルスの間、カソードに電着した銅は粒子限界においてアノード溶解(腐食)を受け、したがって銅シート表面粗さは、例1〜7中に示された定電圧電解の場合より遙かに高い。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が98%超であることを見出した。   After depositing copper on the steel cathode, the cathode deposit was mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition was determined using the EDS / EDX method and X It was studied with the line diffraction (XRD) technique. It was found that the resulting cathode deposit had a fine crystalline structure without dendrites. During the anodic pulse, the electrodeposited copper on the cathode undergoes anodic dissolution (corrosion) at the particle limit, so the copper sheet surface roughness is much higher than in the case of constant voltage electrolysis shown in Examples 1-7. . Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 98%.

例9
実験的設定および電解条件は例8におけるのと同じである。
Example 9
Experimental settings and electrolysis conditions are the same as in Example 8.

PPR電解のパラメーター:
カソードパルス1:
E=−300mV
t=5分
j=−490A/m
カソードパルス2:
E=−350mV
t=5分
j=−520A/m
アノードパルス:
E=+600mV
t=30秒
I=+550A/m
上記のシーケンスのパルスを3回繰り返した。
Parameters of PPR electrolysis:
Cathode pulse 1:
E = -300mV
t = 5 minutes j = −490 A / m 2
Cathode pulse 2:
E = -350mV
t = 5 minutes j = −520 A / m 2
Anode pulse:
E = + 600mV
t = 30 seconds I = + 550 A / m 2
The above sequence of pulses was repeated three times.

スチールのカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法およびX線回折(XRD)技術で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない粗結晶構造を有することが見出された。アノードパルスの間、電着した銅はピット腐食を受け、したがって銅シート表面粗さ/多孔度は、例1〜7中に示された定電圧電解の場合より遙かに高い。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。   After depositing copper on the steel cathode, the cathode deposit was mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition was determined using the EDS / EDX method and X It was studied with the line diffraction (XRD) technique. The resulting cathode deposit was found to have a crude crystal structure without dendrites. During the anodic pulse, the electrodeposited copper undergoes pit corrosion and thus the copper sheet surface roughness / porosity is much higher than for the constant voltage electrolysis shown in Examples 1-7. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%.

ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が97%超であることを見出した。   Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 97%.

例10
この例は、短絡0電位の遮断ありおよびアノードパルスなしを組み入れたカソードパルスの適用であるPPE工程を使用する。実験的設定および電解条件は、例8におけるとの同じである。
Example 10
This example uses a PPE process that is the application of a cathodic pulse incorporating short circuit zero potential interruption and no anodic pulse. Experimental settings and electrolysis conditions are the same as in Example 8.

PPE電解のパラメーター:
カソードパルス1:
E=−300mV
t=5分
j=−460A/m
電位の遮断:
E=0mV
t=1秒
I=0A/m
カソードパルス2:
E=−450mV
t=5分
j=−560A/m
上記のシーケンスのパルスを3回繰り返した。
Parameters of PPE electrolysis:
Cathode pulse 1:
E = -300mV
t = 5 minutes j = −460 A / m 2
Potential interruption:
E = 0mV
t = 1 second I = 0 A / m 2
Cathode pulse 2:
E = -450mV
t = 5 minutes j = −560 A / m 2
The above sequence of pulses was repeated three times.

スチールのカソード上に銅を堆積させた後で、カソードの堆積物をカソードから機械的に除去し、水で洗浄し、空気乾燥し、そして得られた銅の組成を、EDS/EDX法およびX線回折(XRD)技術で研究した。得られたカソードの堆積物がデンドライトのない柱状結晶構造を有し、したがって銅シート表面粗さは、例1〜7において示された定電圧電解の場合より大きいことが見出された。酸素が約0.05%の質量を占め、そして得られたカソードの銅において存在する唯一/単独の不純物であった。したがって、得られたカソードの銅は、99.95%より高い純度を有する。ファラデーの法則を使用して堆積されるべき理論上の銅の質量と堆積された銅の質量とを比較して、工程の電流効率が98%超であることを見出した。   After depositing copper on the steel cathode, the cathode deposit was mechanically removed from the cathode, washed with water, air dried, and the resulting copper composition was determined using the EDS / EDX method and X It was studied with the line diffraction (XRD) technique. It was found that the resulting cathode deposit had a columnar crystal structure without dendrites, and thus the copper sheet surface roughness was greater than for the constant voltage electrolysis shown in Examples 1-7. Oxygen accounted for about 0.05% mass and was the only / single impurity present in the resulting cathode copper. Thus, the resulting cathode copper has a purity greater than 99.95%. Comparing the theoretical copper mass to be deposited using Faraday's law with the deposited copper mass, it was found that the current efficiency of the process was greater than 98%.

工業用実施
それぞれの上記の例は本発明の工業用用途を示すことが理解されるであろう。もちろん、工業用スケールで本発明を実施する上では、対象の特定の工業用工程に、工程に関するパラメーターを調整することによって、工程の最適化を行うことが好ましい。これは、サイズ、形状、およびアノードとカソードとの相対的な位置、含有量および流れを含む電解質処理の制御、工程温度などのパラメーターを最適化することおよびもちろん電位制御条件の最適化を含むことができる。このように、上記の例によって提供されるガイダンスを使用して、銅堆積速度と品質との所望の組み合わせのための最も効率的な工程を達成できる。
Industrial Implementation It will be understood that each of the above examples represents an industrial application of the present invention. Of course, in carrying out the present invention on an industrial scale, it is preferable to optimize the process by adjusting parameters relating to the process for the specific industrial process of interest. This includes optimization of parameters such as size, shape, and relative position of anode and cathode, control of electrolyte treatment including content and flow, process temperature and of course potential control conditions Can do. Thus, the guidance provided by the above example can be used to achieve the most efficient process for the desired combination of copper deposition rate and quality.

Claims (21)

電解質溶液と接触した精錬される銅材料の少なくとも1つのアノードを並べる工程と、該電解質溶液との接触した少なくとも1つのカソードを並べる工程と、該アノードと該カソードとを電源に電気的に接続する工程と、および条件の適用の少なくとも一部の間であるように該電源を制御された条件の電位下で操作する工程と、該カソードにおける電位が、該アノードにおける該銅材料に対して−0.30V〜−0.55Vであり、それによって該カソードにおいて電気精錬された銅の堆積を生じさせる工程とを含む工業用銅電気精錬の方法。   Arranging at least one anode of the copper material to be refined in contact with the electrolyte solution; Arranging at least one cathode in contact with the electrolyte solution; and electrically connecting the anode and the cathode to a power source Operating the power supply under a controlled condition potential to be between at least a portion of the process and application of the condition, and the potential at the cathode is -0 to the copper material at the anode. Industrial copper electrorefining method comprising: 30V to -0.55V, thereby producing a deposit of electrorefined copper at the cathode. 該電位制御された条件が、複合形態の電位の適用を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the potential controlled condition comprises application of a combined form of potential. 該条件の間に、該電位の大きさおよび極性の1種または2種以上が調節される、請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, wherein one or more of the magnitude and polarity of the potential is adjusted during the conditions. 該電位が、−0.30V〜−0.55Vの該カソードにおける該電位の大きさを有する矩形波形態として調節される、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the potential is adjusted as a square wave form having the magnitude of the potential at the cathode from −0.30 V to −0.55 V. 3〜300の範囲の多くのカソードパルスが適用され、それぞれが該アノードにおける該銅材料参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲にある実質的に一定電位を有し、そしてそれぞれが5〜18000秒の間の期間を有し、該パルスは時間における開回路の遮断によって分離され、それぞれが0.1〜100秒の範囲の時間を有する、定電圧パルス電解(PPE)条件を該条件が含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   Many cathodic pulses in the range of 3 to 300 are applied, each having a substantially constant potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material at the anode, and each Constant voltage pulse electrolysis (PPE) conditions having a period between 5 and 18000 seconds, the pulses being separated by an open circuit break in time, each having a time in the range of 0.1 to 100 seconds The method according to claim 1, wherein the condition comprises. 銅材料アノードを参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲の電位を有するカソードパルスが、5〜18000秒の範囲の期間適用され、該カソードパルスの後に該銅材料アノードを参照して+0.05V〜+0.60Vの範囲のアノードパルスが続き、それによって該アノードパルスの期間が該カソードパルスより少なくとも50%短くなり、そして該カソードパルスとアノードパルスとにより形成されるシーケンスが3〜30回繰り返される、周期的な逆転電位(PPR)条件を該条件が含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   A cathodic pulse having a potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material anode is applied for a period in the range of 5 to 18000 seconds, with reference to the copper material anode after the cathodic pulse. An anodic pulse in the range of + 0.05V to + 0.60V follows, whereby the duration of the anodic pulse is at least 50% shorter than the cathodic pulse, and the sequence formed by the cathodic and anodic pulses is 3-30. 4. The method of any one of claims 1-3, wherein the condition comprises a periodic reversal potential (PPR) condition that is repeated times. 銅材料アノードを参照して−0.30V〜−0.55Vの範囲の電位を有するカソードパルスが、5〜18000秒の範囲の期間適用され、該カソードパルスの後に該銅材料アノードを参照して+0.05V〜+0.60Vの範囲のアノードパルスが続き、それによって該アノードパルスの期間が該カソードパルスより短くなり、そして開回路条件が該カソードパルスとアノードパルスとの間の期間に適用され、そして該カソードパルスとアノードパルスとにより形成されるシーケンスが3〜30回繰り返される、周期的な逆転電位(PPR)条件を該条件が含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   A cathodic pulse having a potential in the range of −0.30 V to −0.55 V with reference to the copper material anode is applied for a period in the range of 5 to 18000 seconds, with reference to the copper material anode after the cathodic pulse. Followed by an anodic pulse in the range of +0.05 V to +0.60 V, whereby the duration of the anodic pulse is shorter than the cathodic pulse, and an open circuit condition is applied during the period between the cathodic pulse and the anodic pulse; 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the condition includes a periodic reversal potential (PPR) condition, wherein a sequence formed by the cathodic and anodic pulses is repeated 3 to 30 times. . 該電位が逆転するにつれて該シーケンスの間に該開回路条件が2回適用される、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the open circuit condition is applied twice during the sequence as the potential is reversed. 該少なくとも1つのアノードおよび少なくとも1つのカソードが少なくとも一対として並べられ、そして対の該カソードと該アノードとの間の距離が5cm以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。   9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the at least one anode and at least one cathode are arranged in at least a pair, and the distance between the pair of cathodes and the anode is 5 cm or less. . 該方法の電流効率が95%以上である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the current efficiency of the method is 95% or more. 90g/dm〜200g/dmのHSOおよび1g/dm〜50g/dmのCuを含む電解質が使用される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。 Electrolyte containing Cu of 90g / dm 3 ~200g / dm 3 of H 2 SO 4 and 1g / dm 3 ~50g / dm 3 are used, the method according to any one of claims 1 to 10. 該方法が18℃〜65℃の温度で行われる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the method is carried out at a temperature of 18C to 65C. 該方法が18℃〜30℃の温度において行われる、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the method is carried out at a temperature of 18C to 30C. 乾式精錬された、スクラップまたはリサイクルされた銅材料から該少なくとも1つのアノードを最初に形成する工程をさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。   14. The method of any one of claims 1-13, further comprising first forming the at least one anode from a dry smelted, scrap or recycled copper material. 該方法がステンレススチールまたは銅でできたカソードを使用して行われる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。   15. A method according to any one of the preceding claims, wherein the method is carried out using a cathode made of stainless steel or copper. 該電気精錬の間に該アノードおよび該カソードに対して該電解質を動かすことをさらに含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。   16. The method of any one of claims 1-15, further comprising moving the electrolyte relative to the anode and the cathode during the electrorefining. 該電解質がなんらかの有機添加物を実質的に含まない、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。   17. A method according to any one of claims 1 to 16, wherein the electrolyte is substantially free of any organic additives. 該精錬された銅が99.95%超の純度を有する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。   18. A method according to any one of claims 1 to 17, wherein the refined copper has a purity greater than 99.95%. 工業用電解質を保持するための容器と、
該容器内の該工業用電解質と接触して使用されるように置かれ精錬される銅材料でできた少なくとも1つの第1電極と、
該容器内の該工業用電解質と接触して使用されるように置かれた少なくとも1つの第2電極と、
該少なくとも1つの第1の電極および少なくとも1つの第2の電極のそれぞれに対して使用される場合、条件の適用の少なくとも一部の間に、該少なくとも1つの第2の電極における電位が該少なくとも1つの第1の電極における該銅材料に対して−0.30V〜−0.55Vであり、それによって該少なくとも1つの第2の電極において電気精錬された銅の堆積を生じように、電位制御条件下にありかつ電気的に接続された電源と、
を含む、工業用銅電気精錬システム。
A container for holding an industrial electrolyte;
At least one first electrode made of a copper material placed and refined to be used in contact with the industrial electrolyte in the vessel;
At least one second electrode placed to be used in contact with the industrial electrolyte in the container;
When used for each of the at least one first electrode and at least one second electrode, during at least part of the application of the condition, the potential at the at least one second electrode is at least the at least one Potential control to be -0.30 V to -0.55 V with respect to the copper material at one first electrode, thereby causing electrorefined copper deposition at the at least one second electrode A conditionally and electrically connected power source;
Including industrial copper electric refining system.
該槽内の該電解質の動きを制御するためにおよび電気精錬工程の間に該電解質の組成を調節するために並べられた電解質管理システムをさらに含む、請求項19に記載のシステム。   The system of claim 19, further comprising an electrolyte management system arranged to control movement of the electrolyte in the vessel and to adjust the composition of the electrolyte during an electrorefining process. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法を行う使用にさらに適合された請求項19または請求項20に記載の装置。   21. An apparatus according to claim 19 or claim 20, further adapted for use in performing the method of any one of claims 1-18.
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