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100-200 A/m2、pH值为0.5-2.0、铜离子浓度为50-60 g/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0.5-1.0 mL/L，在电流密度为150 A/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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 杂质对铜性质的影响

1．2 高纯铜的性质及应用

1．2．1 高纯铜的标准

1．2．2 高纯铜的性质

1．2．3 高纯铜的应用

1．3 高纯铜制备方法

1．3．1 电解精炼法

1．3．2 区域熔炼

1．3．3 阴离子交换法

1．3．4 电子束熔炼

1．3．5 定向凝固

1．3．6 其他方法

1．4 高纯铜的检测方法

1．4．1 化学方法分析高纯铜纯度

1．4．2 各种仪器分析法的比较

1．4．3 物理方法分析高纯铜度

1．5 本文研究目的及内容

第2章 实验原理

2．1 阳极溶解过程

2．2 阴极过程

2．2．1 液相传质

2．2．2 电子转移

2．2．3 电结晶

第3章 实验方法

3．1 实验原料

3．1．1 阳极

3．1．2 电解液

3．2 试剂及药品

3．3 仪器设备

3．4 实验步骤

3．5 实验装置

3．6 检测方法

3．6．1 电解液中Cu2+浓度的测定

3．6．2 电解液中的亚硝酸根的检验

3．6．3 电解液中pH值的测定

3．6．4 电解液电导率的测定

3．6．5 阴极铜表观质量的观察

3．6．6 电解液中杂质离子浓度的测定

3．6．7 阴极析出物的物相分析

3．6．8 阴极铜纯度的分析

第4章 电解工艺条件

4．1 电解液的循环方式

4．1．1 上进下出式

4．1．2 下进上出式

4．2 电流密度

4．2．1 电流密度对阴极表观质量的影响

4．2．2 疏松阴极铜的生成

4．2．3 疏松铜与电流密度的关系

4．2．4 溶液中亚硝酸的定性检测

4．2．5 H2O2的加入量

4．2．6 H2O2处理后的电解液电解

4．2．7 H2O2的加入周期

4．3 溶液的pH

4．3．1 不同pH溶液的电导率

4．3．2 不同pH值电解液电解

4．4 铜离子浓度

4．4．1 不同铜离子浓度电解

4．4．2 不同铜离子浓度的电导率

4．4．3 不同铜离子浓度的抽滤时间

4．4．4 抽取电解液的周期

4．5 温度

4．6 阴极铜纯度

第5章 结论

参考文献

致谢