Yüksek Akım Yoğunluklarında Bakır Rafinasyon Elektrolizi

Abstract

Sülfürlü bakır cevherlerinden bakır üretim prosesinin son aşaması elektrolitik rafinasyon işlemidir. Elektrolitik rafinasyon uygulaması iki nedenle zorunluluk arz eder. Bunlardan ilki anot bakırdaki empüritelerin neden olduğu iletkenlik azalmasını ortadan kaldırmakken, diğeri rafinasyon esnasında zenginleşmiş olarak anot çamuruna geçen soy metal (Au, Ag, PGM) ve yarı metalik metalleri (Se, Te) kazanarak rafinasyon maliyetini karşılamak ve/veya işletmeye artı değer kazandırmaktır. Günümüzde; elektrolitik bakırın kitle üretimi; sıcaklık, akım yoğunluğu, elektrolit bileşimi gibi optimize edilmiş elektroliz şartlarında gerçekleşmektedir. Ancak artan elektrolit bakır ihtiyacına bağlı olarak katot bakır üretim hızıda artmalıdır. Metal üretim hızını ve katot kalitesini belirleyen en önemli elektroliz parametresi de elektroliz akım yoğunluğudur. Bakır rafinasyon elektrolizinin başlangıç yıllarında (1883) 100 A/m2 akım yoğunlukları kullanılırken, günümüzde gelişmelere paralel olarak çalışma akım yoğunluğu maksimum 350 A/m2’ye yükselmiştir. Bakır rafinasyon elektrolizinde limit akım bölgesine yakın hatta üstünde akım yoğunluklarında çalışarak düzgün katot elde edebilmek ancak bu amaca uygun elektroliz hücrelerinde ve uygun elektrolit ilaveleri ile mümkün olabilir. Bu tez çalışmasında yüksek akım yoğunluklarında çalışılabilecek hücre dizaynları üzerinde durulmuştur. Yüksek akım yoğunluğunun artan verimlilik, azalan ilk yatırım maliyeti gibi avantajları yanı sıra düşük akım verimi, yüksek enerji sarfiyatı gibi ciddi dezavantajları vardır. Bu dezavantajların yapılan çalışmalar ışığında kabul edilebilir seviyelere ulaşması ve elde edilen verilerin endüstriyel uygulanabilirliği, kitlesel bakır rafinasyonunun yüksek akım yoğunluklarında gerçekleşmesine olanak tanıyacaktır. Bu çalışma dünyada bu konuda yapılan çalışmalara yardımcı-ışık tutucu olma iddiasındadır.

The final step in copper production processes, originating from the sulfidic ores, is the electrolytic raffination. The reasons of electrolytic raffination are twofold. First, to eliminate the decrease in conductivity caused by the impurities exist in anode copper, and the second is to recover the precious metals (Au, Ag, etc.) and semi-metallic metals (Se, Te, etc.) enriched in anode slime during the raffination, aiming to create some added value for the plant and/or to compensate the costs of raffination operation. Today, industrially practiced raffination electrolysis operations are carried out under the optimized conditions, in terms of temperature, current density, and electrolyte composition. However, cathode copper production rates must be in accordance with the ever-increasing demands for the electrolytic copper. The most important electrolysis parameter determining the metal production rate and cathode quality is the current density applied. Current density values presently exercised are as high as 350 A/m2, while it was around 100 A/m2 during the early years of copper raffination (1883). Smooth catode surfaces can only be obtained by exercising high current densities close to the limiting current density regions –or even a little above, in appropriately designed electrolysis cells and proper additions of organics to the electrolyte. . In this thesis work, cell designs for high current density electrolysis was investigated. Although it is advantageous from the viewpoints of increased productivity and low initial investment costs, there are some serious drawbacks of working at high current densities, such as; low current efficiency and high energy consumption. These disadvantages can be managed to decline some tolerable levels by the help of this and similar investigations, so that the results of which can be applied industrially and bulk copper rafination processes would be carried out at high current densities. This research is aiming to convey some light on and provide help to the related studies, conducted worldwide.