硝酸体系电解制备高纯铜的工艺研究

【摘要】：随着科学技术的发展,高性能铜材的应用范围逐渐扩大。在传统的铜及铜合金材料的基础上,高纯铜以其优异的导电性、导热性、良好的延展性被广泛应用于集成电路互连线、薄膜太阳能电池、高保真音箱线缆、耐疲劳电缆等领域。 高纯铜的制备方法主要有电解精炼法、区域熔炼法、离子交换法、真空电子束熔炼法等。电解精炼法作为最基本、最常用的方法,其稳定的生产工艺条件很重要。目前,电解精炼法主要分为硫酸体系电解和硝酸体系电解两种。硫酸体系电解的工艺已经成熟,被广泛应用于工业生产,但由于硫酸自身条件的限制,无法满足对铜纯度的更高要求。硝酸体系电解没有硫酸的限制,但由于硝酸根的存在会影响电解生产的稳定性,虽然研究的很多,但还没有比较完善的电解工艺条件。本论文旨在研究硝酸体系电解制备高纯铜的稳定的生产工艺条件。 本论文在硝酸体系下,以钛板为阴极、4N铜为阳极,采用电解的方法制备高纯铜。研究了循环方式、电流密度、电解液pH值、铜离子浓度、温度等条件对阴极质量的影响,确定了最佳的电解工艺条件。研究表明：采用上进下出式多点进液循环方式,在电流密度为100-200A/m2、pH值为0.5-2.0、铜离子浓度为50-60g/L、温度20-30℃的条件下进行电解,电解生产稳定,得到的阴极铜表面平整致密,经GD-MS分析,其杂质为0.85×10-4%,纯度达到了6N。 实验发现,硝酸体系在高电流密度下电解时,硝酸根离子会在阴极放电,导致电解液中氮氧化物的累积,使阴极铜结晶不致密,这是生产不稳定的主要原因。生产时宜采用低电流密度电解,此外,通过定期向电解液中加入双氧水的方法来避免这一现象的发生。双氧水的加入量为0.5-1.0mL/L,在电流密度为150A/m2时,加入周期为3-7天。在电解过程中,为保持电解液中离子浓度在工艺条件所要求的范围内,需要定期排出电解槽中的旧液并补充超纯水和优级纯硝酸。排出电解液的体积,根据电解过程中铜离子浓度变化量计算得到。