Cathodic Voltammetric Study of Copper Passivation During Electrorefining at 50 and 65°C

Abstract

The passivation of pure copper and industrial copper anodes in acid copper sulfate solution was studied using galvanostatic and voltammetric methods. At 65°C, CuSO₄·5H₂O, Cu₂O and CuO were detected on both the pure copper anodes and the industrial copper anodes for the employed current densities of 25.5, 317 and 382 mA cm⁻². At 50°C, after short time electrolysis at low current density (25.5 mA cm⁻²),neither Cu₂O nor CuSO₄·5H₂O appeared on the pure copper, whereas the Cu₂O was detected on the industrial copper surface. For longer time electrolysis, Cu₂O and CuO were detected, in great quantities, on the industrial copper surface, while on the pure copper anode surface, mainly, CuSO₄·5H₂O and Cu₂O were detected. For both temperatures, at high current densities, the passivation could be initiated mainly by the precipitation of copper sulfate in a static solution; while in a stirred solution, the solid copper sulfate and the electrochemically formed cuprous oxide jointly caused the passivation onset. The origin of copper oxides and the mechanism of passivation are then discussed.

Résumé

La passivation des anodes de cuivre pur et de cuivre industriel dans la solution aqueuse de H₂SO₄–CuSO₄ à 50 et 65°C a été étudiée en utilisant les méthodes galvanostatique et voltammétrique. À 65°C, CuSO₄·5H₂O, Cu₂O et CuO ont été détectés sur les anodes de cuivres pur et industriel polarisees anodiquement aux densités de courant de 25.5,317 et 382 mA cm⁻². À 50°C, durant l’électrolyse de courte période et avec une basse densité de courant comme 25.5 mA cm⁻², ni CuSO₄·5H₂O ni Cu₂O n'a apparu sur la surface des anodes de cuivre pur, mais le Cu₂O a été détecté sur la surface des anodes de cuivre industriel. Une polarisation pour une période plus longue produit des quantités importantes de Cu₂O et CuO sur le cuivre industriel et donne principalement CuSO₄·5H₂O et Cu₂O sur le cuivre pur. Pour les deux tempéraptures utilisées (50 et 65°C), quand la densité de courant est élevée, la passivation peut être initiée principalement par la précipitation de sulfate de cuivre surtout dans la solution statique. En présence d’une agitation, la passivation est causée conjointement par le sulfate de cuivre solide et l'oxyde cuivreux qui est formé électrochimiquement. L'origine des oxydes de cuivre et le mécaniseme de passivation ont été discutés.