Effect of various additives' ratios and concentrations on cathode quality during copper electrorefining under high current densities

Un projet de recherche strategique du CRSNG a ete mis de l'avant a l'Universite Laval en collaboration avec CANMET et les trois raffineries canadiennes de cuivre afin d'ameliorer les connaissances sur les differents facteurs influencant la qualite et le type de depot cathodique durant l'electroraffinage du cuivre. La premiere etape a ete de concevoir, construire et automatiser des cellules permettant de simuler d'aussi pres que possible les conditions d'operation industrielles. Par la suite, ces cellules ont ete utilisees pour etudier l'impact de differents ratios et concentrations d'additifs sur la nodulation. Le but ultime etant d'identifier une combinaison d'additifs permettant de prevenir la nodulation sous de hautes densites de courant (>300 A/m2). Les courbes de polarisation cathodiques, les micrographies au MEB, les analyses de porosites et l'evolution de la structure du cuivre ont ete utilisees pour caracteriser les cathodes obtenues.; Les dimensions des cellules pilotes etaient basees sur celles des cellules industrielles de Kidd. Les ratios largeur de l'anode sur largeur de la cellule, largeur de l'anode sur largeur de la cathode, surface de l'anode sur surface de la cathode ainsi que le ratio volume de l'electrolyte sur la surface de la cathode ont tous ete respectes. Tous les equipements utilises dans le montage pilote sont controles par un ordinateur par l'intermediaire du logiciel Labview. Des experiences galvanostatiques ont ete conduites. Dans tous les cas, la concentration des ions de chlore (Cl-) etait de 40 mg l -1 et la temperature de 65°C. La densite de courant (DC) a varie entre 200 et 550 A m-2; la concentration de Thiouree (TU) entre 20 et 150 grammes par tonne de cuivre produite (g t-1) et la concentration de gelatin (G) entre 50 et 300 g t-1. La TU a un effet depolarisant lorsque ajoute a un electrolyte contenant uniquement du Cl-. II y a alors formation de nodules, de dendrites et de grosses porosites fermees. Une augmentation de la concentration en G augmente la polarisation cathodique que ce soit le systeme binaire G-Cl- ou encore le systeme ternaire TU-G-Cl -. Pour le systeme G-Cl-, la qualite de la surface des cathodes est acceptable mais non celle des bords. L'ajout de TU a ce systeme ameliore grandement la qualite de la surface et des bords alors que la structure de deposition du cuivre est modifiee pour assurer un depot cathodique dense. Parmi toutes les conditions etudiees, les meilleurs resultats ont ete obtenus lorsque le ratio G/TU avoisinait 1,25. Dans un deuxieme temps, les techniques de bruit electrochimique ont ete utilisees afin de caracteriser les signaux de potentiel lors de l'electrodeposition du cuivre. II a ete ainsi possible de determiner certaines caracteristiques particulieres lorsque les conditions d'electrodeposition conduisent a la nodulation.