双膜电解法制备超高纯铜

摘要

纯度大于5N(fivenine；99.999％)的超高纯铜，其各种物理性能比普通高纯铜有很大的提高。超高纯铜所含的杂质非常少，因此具有极小的晶界面积，同时晶格缺陷也很少，超高纯铜的导电性、延展性、抗腐蚀性和表面性能要大大优于普通高纯铜，同时软化温度也很低。随着近代电子工业的迅速发展，超高纯铜的应用被广泛重视，但是高生产成本制约着超高纯铜的大量运用。因此对于生产成本低且能上规模的超高纯铜制作方法的研究己引起愈来愈广泛的重视。 本文以阴极铜纯度和生产成本等为衡量依据，以一号电解铜为阳极，硝酸铜溶液为电解液，运用双膜电解槽进行电解精炼，获得了纯度大于5N的超高纯阴极铜，这是一条制备超高纯铜的崭新工艺路线。该工艺具有电解能耗低、设备简单、投资省、生产成本低廉、环境污染小等优点。 通过实际电解精炼，重点考察了各工艺参数(诸如电流密度、电解液成分、电解温度、电解周期等)对电解精炼的影响，从而确定在Cu(NO3)2酸性溶液体系中，一号铜电解精炼制备超高纯铜的优化工艺条件为：[Cu2+]=45g/L，[Cl-]=0.1g/L，Dk=200A/m2，T=30℃，pH=1.5，铜网面积S=4000cm2/L，电解液循环速度V=25ml/min，电解时间不超过36h。阳极板及电解液中杂质元素(Zn、Fe、Sn、Pb、As、Sb、Bi等)含量升高，精炼时电流效率降低，直流电耗增大，阴极铜的杂质含量会升高，会严重影响阴极铜的纯度，所以电解液中杂质的含量要严格控制。 砷对超高纯铜的性能影响很大，应尽量降低其含量，电解液中砷的浓度必须控制在很低的水平。利用活性炭对电解液中的砷进行吸附处理，砷的去除率高，设备简单，操作简便，吸附反应时间短。本实验所采用的活性炭吸附电解液中砷的最佳工艺条件为：pH=2.5；平衡吸附时间为60min;吸附等温线方程为q=0.33C0.5；最大吸附容量为13.8mg/g；再生效果以0.4mol/LHNO3溶液解吸3小时为最佳。 通过多种电化学测试手段，研究了酸性Cu(NO3)2溶液中Cu(Ⅱ)离子阴极还原的电极过程机理。结果表明，在该体系中，Cu(Ⅱ)离子的阴极还原具有两电荷传递一步完成和电化学控制的不可逆电极过程动力学规律。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章前言

1.1超高纯铜概况

1.2制取超高纯铜的方法

1.2.1电解精炼法

1.2.2区熔精炼

1.2.3阴离子交换法制取超高纯铜

1.3本课题研究的内容及目的

1.4本课题的基本工艺流程

第二章电解制备超高纯铜的实验过程

2.1电解原材料的选择

2.2电解液的配制

2.3双膜电解槽

2.4实验装置及前处理

2.5实验过程

2.6预实验结果

第三章双膜电解法制备超高纯铜工艺条件的优化

3.1电解工艺参数对阴极铜纯度的影响

3.1.1阴极铜重量与电解时间的关系

3.1.2 Cu2+浓度变化的影响

3.1.3电流密度对电解精炼效果的影响

3.1.4电流密度与槽电压的关系

3.1.5温度对电解精炼效果的影响

3.1.6除银铜网对阴极铜纯度的影响

3.1.7电解周期对电解精炼效果的影响

3.1.8优化条件下的试验结果

3.2杂质在电解液中的行为及对阴极铜的影响

3.2.1电解液中含锌量变化对电解精炼效果的影响

3.2.2电解液含铁量变化对电解精炼效果的影响

3.2.3电解液中镍含量对电解精炼效果的影响

3.2.4铅对电解精炼效果的影响

3.2.5锡对电解精炼效果的影响

3.2.6第二、三类杂质的动态及对电解精炼的影响

3.2.7第四类杂质的动态及对电解精炼的影响

3.3本章小结

第四章活性炭吸附铜电解液中的砷

4.1实验部分

4.2光度法测定铜溶液中微量

4.2.1主要试剂

4.2.2测定方法

4.2.3最大吸收波长的测定

4.2.4标准曲线的制作

4.3结果与讨论

4.3.1吸附平衡时间的测定

4.3.2吸附等温线

4.3.3温度对活性炭吸附砷的影响

4.3.4.pH对活性炭吸附砷的影响

4.3.5活性炭再生

4.4本章小结

第五章硝酸铜体系中铜电解精炼电极过程机理的研究

5.1实验部分

5.2稳态极化曲线

5.2.1阴极析铜的动力学规律

5.2.2电荷传递

5.2.3[Cu2+]浓度对平衡电位的影响

5.2.4温度对析铜反应的影响

5.3循环伏安曲线

5.4本章小结

第六章总结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢

附录