Method of Controlling the Morphology of Cathode Deposit by Determining Electrochemical Resistance for Copper Electrodeposition Process

Дмитро Юрійович Ущаповський, Ольга Володимирівна Лінючева, Маргарита Іванівна Донченко, Михайло Володимирович Бик, Андрій Сергійович Цимбалюк

Abstract


Background. The intensification of compact copper electrowinning process based on increasing of maximal permissible working current density is an actual problem.

Objective. The aim of this work is the development of method for determining maximal permissible working current density of compact copper deposits based on application of electrochemical resistance  versus working current density (і) dependences.

Methods. The method of cathodic polarization curves of copper deposition process with sulfate solutions was used. The morphology of cathodic copper deposits which had obtained under conditions of varying concentrations of copper ions, sulfuric acid, current density, had been studied by metallographic microscope.

Results. It was shown that maximal working current density of compact copper deposit formation, with permissible quality for hydrometallurgy, complies with beginning of growing after minimum r i  – i curve. It was found that increasing of copper concentration leads to enlargement of minimal  range, but increasing of acid concentration conversely narrowed this range. The equation which allows dividing of migration and diffusion components of limiting current density for this system was analytically received.

Conclusions. The determination of maximal current density of compact deposits formation under conditions of varying sulfate solution composition in copper electrowinning process is carried out for the first time on the basis of differentiation polarization curves method.


Keywords


Cathodic polarization; Cathodic deposit morphology; Maximum current density inhibition effect; Migration mass transfer

References


N.T. Beukes and J. Badenhorst, “Copper electrowinning: theoretical and practical design”, J. SAIMM, vol. 109, pp. 343–356, 2009.

R. Winand, “Electrocrystallization – theory and applications”, Hydrometallurgy, vol. 29, pp. 567–598, 1992.

M.N. Bobrov et al., “Stabilization of product quality in the electrolysis of attrition in the process of recycling the concentrated waste galvanic production”, Himija i Himimicheskaja Tehnologija, vol. 52 (12), pp 50–52, 2009 (in Russian).

M.N. Bobrov, “Technology copper recovery in the compact form of the copper-containing concentrated salt waste”, Ph.D. thesis,VyatkaStateUniversity,Kazan, 2011 (in Russian).

P. Los et al., “Laboratory and pilot scale tests of a new potential-controlled method of copper industrial electrolysis”, J. Electrochem. Soc., vol. 161, no. 10, pp. 593–599, 2014. doi:10.1149/2.1171410jes

M.I. Donchenko et al., “Multistage galvanostatic method of electrowinning copper from sulphate solution of copper ore leaching”, Naukovi Visti NTUU KPI, no. 2, pp. 137–143, 2012 (in Ukrainian).

D.Yu. Ushchapovskyi et al., “Development of highly productive current modes for copper electrowinning as a dense metal”, Vostochno-Evropejskij Zzhurnal Peredovyh Tehnologij, vol. 6, no. 6(72), pp. 48–55, 2014 (in Russian). doi: 10.15587/1729-4061.2014.30660

J. Mathur, “Effect of electrodeposition parameters on morphology of copper thin films”, IOSR J. Eng., vol. 3, pp. 55–61, 2013.

D.F. Suarez and F.A. Olson, “Nodulation of electrodeposited copper in the presence of thiourea”, J. Appl. Electrochem., vol. 22, рр. 1002–1010, 1992.

O.L. Bersirova, “Dependence of electrolytic silver block size of its complex ions over-voltage discharge”, Dopovidi NAN Ukrayiny, no. 5, pp. 137–140, 2008 (in Russian).

O.L. Bersirova, “Electrochemical formation of functional coatings for microelectronics”, Ph.D. thesis,Ukrainian State Chemical Technology University,Ukraine, 2011 (in Ukrainian).

O.L. Bersirova and V.S. Kublanovskiy, “Functional properties of electrolytic silver deposits depending on the deposition conditions, and the surface roughness”, Ukrayins'kyy Khimichnyy Zzhurnal, vol. 75, no. 8, pp. 109–112, 2009 (in Russian).

D.Yu. Ushchapovskyi et al., “Determination of the limiting current electrodeposition of metals from galvanic dynamic quasi state curves”, in Proc. VII Int. Sci. Conf. Chemistry and Modern Technol., Dnipropetrovsk, Ukraine, April 27–29, 2015, vol. 3, pp. 21–22, (in Ukrainian).

L.I. Antropov, Theoretical Electrochemistry, 3rd ed. Moscow, USSR: Vysshaja Shkola, 1975, 519 p. (in Russian).

S.V. Nikonenko et al., “The meaning of the diffusion coefficient in the Pierce equation for calculating limiting current density. Numerical analysis results”, Kondensirovannye Sredy i Mezhfaznye Granicy, vol. 13, no. 3, pp. 320–326, 2009 (in Russian).


GOST Style Citations


  1. Beukes N.T., Badenhorst J. Copper electrowinning: theoretical and practical design // J. SAIMM. – 2009. – 109. – P. 343–356.

  2. Winand R. Electrocrystallization – theory and applications // Hydrometallurgy. – 1992. – 29. – P. 567–598.

  3. Бобров М.Н., Горева Т.В., Хранилов Ю.П. Стабилизация качества продукта при электролизе на истощение в процессах утилизации концентрированных отходов гальванических производств // Химия и хим. технология. – 2009. – 52, № 12. – C. 50–52.

  4. Бобров М.Н. Технология извлечения меди в компактном виде из концентрированных медьсодержащих солевых отходов: Автореф. дис. … к.т.н.: 05.17.03. – Казань, 2011. – 20 с.

  5. Laboratory and pilot scale tests of a new potential-controlled method of copper industrial electrolysis / P. Los, A. Lukomska, S. Kowalska, M. Kwartnik // J. Electrochem. Soc. – 2014. – 161, № 10. – P. 593–599. doi: 10.1149/2.1171410jes

  6. Ступеневий гальваностатичний режим електроекстракції міді із сульфатних розчинів вилуговування природної руди / М.І. Донченко, М.В. Бик, О.В. Лінючева, Д.Ю. Ущаповський // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2012. – № 2. – С. 137–143.

  7. Разработка высокопродуктивных токовых режимов процесса электроэкстракции меди в виде компактного металла / Д.Ю. Ущаповский, М.И. Донченко, О.В. Линючева, Д.Н. Складанный // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2014. – 6, № 6(72). – С. 48–55. doi: 10.15587/1729-4061.2014.30660

  8. Mathur J., Gupta M. Effect of electrodeposition parameters on morphology of copper thin films // IOSR J. Eng. – 2013. –  3. – P. 55–61.

  9. Suarez D.F., Olson F.A. Nodulation of electrodeposited copper in the presence of thiourea // J. Appl. Electrochem. – 1992. – 22. – P. 1002–1010.

  10. Берсирова О.Л. Зависимость размеров блоков электролитического серебра от перенапряжения разряда его комплексных ионов // Доп. НАН України. – 2008. – № 5. – С. 137–140.

  11. Берсірова О. Л. Електрохімічне формування функціональних покриттів для мікроелектроніки: Автореф. дис. … д.т.н.: 05.17.03. – Дніпропетровськ, 2011. – 40 с.

  12. Берсирова О.Л., Кублановский В.С. Функциональные свойства электролитических осадков серебра в зависимости от условий осаждения и шероховатости поверхности // Укр. хім. журнал. – 2009. – 75, № 8. – С. 109–112.

  13. Ущаповский Д.Ю. Визначення граничного струму електроосадження металу на основі квазістаціонарних гальванодинамічних кривих // Зб. праць VII Міжнар. науково-техн. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія та сучасні технології”, 27–29 квітня 2015 р., Дніпропетровськ. – Дніпропетровськ, 2015. – 3. – С. 21–22.

  14. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. ­– 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1975. – 519 с.

  15. Смысл коэффициента диффузии в уравнении Пирса для расчета предельной плотности тока. Результаты численного анализа / C.В. Никоненко, М.Х. Уртенов, А.В. Коваленко и др. // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2009. – 13, № 3. – С. 320–326.




DOI: https://doi.org/10.20535/1810-0546.2016.2.60951

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Copyright (c) 2017 NTUU KPI