The Role and Persepective of Electrodialysis in Electrowinning of Silver from Secondary Materials

Abstract

Effektiv resirkulering av sølv er essensielt dersom man skal klare å dekke den stadig økende etterspørselen av sølv i alt fra medisinsk utstyr, til elektriske biler og solceller.

Denne masteroppgaven fokuserer derfor på hvordan man kan forbedre en eksisterende elektrolyseprosess for gjenvinning av sølv. Et stort problem i denne prosessen er at metallioner, spesielt kobber, akkumuleres i løsningen. Dette fører til lavere effektivitet, og i verste fall, urenheter i det ferdige produktet. En mulig løsning på denne utfordringen er implementeringen av elektrodialyse (ED). Dette gjør det mulig å kontinuerlig behandle løsningen, for å separere ut sølv, samtidig som kobberkonsentrasjonene holdes på et kontrollert nivå.

For å undersøke muligheten av dette, ser denne oppgaven på effekten av økte sølv- og kobberkonsentrasjoner, pH, strømverdier og hvordan strømmen påføres (pulsvis eller konstant). Dette gjøres ved å gjennomføre grensestrømmålinger, og avsaltingsforsøk med sølv og kobber, ved ulike betingelser.

Grensestrøm (LCD) - forsøkene viste lovende resultater ved lave strømningshastigher, da dette gjorde at mindre strøm var nødvendig å påføre, for å oppnå samme effekt som ved høyere hastigheter. I tillegg til dette, viste lav strøm seg å være fordelaktig i videre avsaltingsforsøk, der det ble funnet at økt strøm førte til økt selektivitet i systemet. Til tross for dette viste de samme forsøkene at den lave strømmen gikk på bekostning av andel sølv som ble fjernet.

Avsaltingsforsøk med 100 mM Ag/Cu løsninger ved pH 2 og 3 resulterte i 69% og 72% nedgang i sølvkonsentrasjon, når ED-cellen ble påført strøm tilsvarende 0,5 og 0,8LCD. Andelen gjenvunnet sølv fra de samme eksperimentene var imidlertid kun 32% og 12%, noe som peker på store tap grunnet utfelling på membranene. Denne type degradering viste seg å være en vedvarende utfordring under forsøkene. Det ble funnet at å påføre en pulsvis strøm begrenset dette noe, men at ytterligere studier fortsatt er nødvendige for å identifisere problemet.

ED viser et stort potensiale når det kommer til ønsket separasjon av sølv. Dessverre er degradering av membraner et stort problem, og fremtidige prosjekter bør derfor sikte på å identifisere årsaker bak, samt begrense dette. Ved å gjøre dette kan prosessen videre optimaliseres, for å oppnå ønsket selektivitet og separasjon. Med dette viser ED en svært lovende løsning på hvordan gjenvinning av sølv kan forbedres.

Silver is a diversely used element in applications spanning from medical devices to electric vehicles and solar cells. The increasing demand for silver globally continues to exceed the supply rates, a trend predicted to persist. Consequently, the recovery of silver from end-of-life products has become an important source, to cover the shortfall in silver supply.

To address the issue, this study investigates the implementation of electrodialysis (ED) into an existing silver recovery electrolysis process. This proposed modification aims to improve silver recovery efficiency through selective silver ion separation, by preventing the accumulation of metallic impurities in the electrowinning solution.

Building on preliminary project findings, this thesis explores the effect of higher ion concentrations (100 mM) within the ED unit, and examines the impact of factors such as pH, current, and application techniques (constant vs. pulsed) on desalination properties.

Desalination and LCD experiments demonstrate promising results when operating the ED cell at low flow rates. This approach requires less current due to increased detention time in the cell, and reduced mixing of the solution. In addition to this, it was found that decreased current increased silver selectivity within experiments at both 10 and 100 mM. Maximum silver removal was, however, achieved at the highest applied current for the corresponding experiments.

Desalination of 100 mM Ag/Cu solutions at pH 2 and 3 resulted in 69% and 72% silver removal, when operating the cell at constant 0.5 and 0.8LCD. However, from these experiments, silver recovery rates were only 32% and 12%, pointing at a consistent challenge during desalination at higher concentrations, specifically scaling. To mitigate this issue, it was found that the application of a pulsed current showed a promising effect in reducing scaling, compared to applying a constant current. Additional studies are still required for effective scaling reduction.

Overall, the high separation of silver demonstrates the potential of ED in silver recovery. Future research should aim to develop strategies to mitigate scaling in multi-ionic solutions. This will allow for further optimization of selectivity and increased silver removal in the process. With these issues addressed, ED emerges as a promising approach for enhancing the electrowinning process.