CN110387560B - 一种一次电解制备5n高纯铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次电解制备5N高纯铜的方法，采用分析纯硫酸铜、高纯水和硫酸配制成铜离子浓度为30‑60g/L、硫酸浓度为100‑300g/L的电解母液；以4N级铜作阳极和不锈钢板作阴极，阴极板面积大于阳极板面积，阴极板数＝阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20‑80mm；在常温下，电解液采用上进下出循环方式的PVC电解槽中直接电解精炼，制得5N级高纯铜，清洗后烘干并真空包装，即获得铜纯度大于5N的高纯铜。本发明无需在电解液中添加其他药剂，电解时电解液采用上进下出的方式进行循环，使电解液在电解过程中始终保持成分均匀状态，以利于制得5N级高纯铜；生产过程中不产生废气，具有工艺简单、操作简易、节能环保、成本低等特点。

Description

一种一次电解制备5N高纯铜的方法
技术领域
本发明涉及高纯铜的制备方法，具体涉及一种一次电解制备5N高纯铜的方法。
背景技术
随着人类社会的发展，铜的开发应用日益广阔，高纯铜广泛应用于微电子工业溅射靶材及离子镀膜、集成电路、电子封装、光伏太阳能发电技术等领域，因此，高性能铜材的开发研究已成为主要研究方向。随着高新技术的不断发展，高纯铜的应用也日益增多。电解精炼生产高纯铜是目前较成熟的工艺，从国家知识产权局网站查到以下几种电解法生产高纯铜的方法。
1、CN107974695公开了一种一次电解法生产超高纯铜的方法。该方法采用粗制硫酸铜和工业硫酸配制CuSO4电解液，加入工业盐酸调整氯离子浓度并进行压滤预处理，再用4N级铜作阳极和钛种板作阴极电解，将生产出的铜皮加工成阴极入槽，继续电解最终得到5N级超高纯铜。
2、CN103160854公开了一种高纯铜的制备方法。该方法将5N铜作为原料配制硫酸铜溶液作电解液；将4N铜原料制作为电解槽的阳极板和阴极板；将阳极板和阴极板分别装入到电解槽的阳极区和阴极区中，启动电解循环进行直流电解，在阴极板上获得5N的电解铜。该方法虽工艺较为简单，但生产成本高。
3、CN105132944公开了一种制备高纯铜的方法及装置。该方法通过配制硝酸铜溶液入槽作电解液，4N铜作阳极、不锈钢板或钛种板作阴极进行直流电解，电解液以上进下出平行流循环，最终在阴极板上获得6N级高纯铜；电解过程中向电解液中加入双氧水以防止氮氧化物对阴极铜质量的影响，加入盐酸溶液以避免银在阴极上析出。存在的缺陷是：过高的电流密度极易造成溶液中NO3放电，恶化电解环境。
4、CN105586495公开了一种工业化生产高纯铜的工艺。该方法将无水硫酸铜溶解于去离子水中，得到硫酸铜溶液，然后用硫酸或氢氧化钠溶液调节硫酸铜溶液至pH＝4；用SiCu无机型离子交换树脂填充于离子交换柱，将配制好的硫酸铜溶液从交换柱底部泵入，反向流动，直到离子交换柱饱和吸附；再用去离子水清洗离子交换柱，将硫酸溶液从交换柱底部泵入，解析交换树脂中的硫酸铜，得到硫酸铜脱附液；硫酸铜脱附液作电解液泵入旋流电解器进行电解，从旋流电解器阴极剥离圆珠柱形的电解铜板；再将剥离的电解铜板进行真空熔炼铸造，得到6N级高纯铜。该方法存在生产工艺繁杂、生产成本高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、操作可靠、节能环保、产品成本低的一次电解制备5N高纯铜的方法，解决现有高纯铜制备技术中存在的工艺复杂、成本高的缺点。
为实现以上目的，本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法操作步骤如下：
a、电解母液制备：采用分析纯硫酸铜、高纯水和硫酸配制成铜离子浓度为30-60g/L、硫酸浓度为100-300g/L的电解母液；
b、阴阳极布置：采用4N级铜作阳极和不锈钢板作阴极，阴极板面积大于阳极板面积，阴极板数＝阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20-80mm；
c、电解操作：电解液温度为常温，电解液采用上进下出的方式进行循环，使电解液在电解过程中始终保持成分均匀状态，可减少浓度差造成的极化现象，以利于制得5N级高纯铜；流速5～30L/min，直流电流密度100～500A/m2，在PVC电解槽中直接电解，最终获得5N级高纯铜；
d、清洗烘干：以高纯水作介质，在50～80℃下采用超声波清洗高纯铜，清洗时间10～60min，清洗后烘干；
e、包装：采用真空包装，以防止铜在空气中的氧化。
所述PVC电解槽包括电解液循环泵、电解槽、不锈钢阴极板和铜阳极板；不锈钢阴极板的数量＝铜阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20～80mm；电解液通过电解液循环泵从电解槽的下部抽出上部进入构成循环。
本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法与现有技术的工艺特点、效果对比见下表：
各种高纯铜制备方法对比
Figure BDA0002144397820000031
结合上表可以看出，本发明利用分析纯硫酸铜、硫酸配制电解液，无需在电解液中添加其他药剂，在该体系下对4N铜进行电解精炼，获得铜纯度大于5N的高纯铜；电解时电解液采用上进下出的方式进行循环，使电解液在电解过程中始终保持成分均匀状态，可减少浓度差造成的极化现象，以利于制得5N级高纯铜；生产过程中不产生废气，具有工艺简单、操作简易、节能环保、成本低等特点。
附图说明
图1是本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法工艺流程示意图。
图2是本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法中5N铜电解槽结构示意图。
附图标记：电解液循环泵1、电解槽2、不锈钢阴极板3、铜阳极板4、电解液5。
图1中，4N粗铜经过高温熔铸成阳极板，不锈钢作阴极板；采用分析纯硫酸铜、高纯水和硫酸配制成铜离子浓度为30～60g/L、硫酸浓度为100～300g/L的电解母液；铜阳极板经过电解沉积在阴极板上得到电解铜粉，经过洗涤烘干得到5N高纯铜；经过电解后的阳极泥留在滤袋中经洗涤、过滤、烘干得到铜渣；残极经过洗涤烘干可作为粗铜原料；电解贫液经过净化除杂处理可重新作为电解母液使用。
图2所示，本发明采用的PVC电解槽是电解液上进下出循环电解槽，它包括电解液循环泵1、电解槽2、不锈钢阴极板3和铜阳极板4；不锈钢阴极板3的数量＝铜阳极板数4+1，呈交替布置，阴阳极间距20～80mm；电解液5通过电解液循环泵1从电解槽2的下部抽出上部进入构成循环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法作进一步详细说明。
本发明一种一次电解制备5N高纯铜的方法的操作步骤如下：
(一)、电解母液的配制
使用分析纯硫酸铜、高纯水和硫酸配制成铜离子浓度30～60g/L、硫酸浓度100～300g/L的电解母液，导入电解槽中。
(二)、铜电解精炼
采用4N级铜作阳极，不锈钢作阴极，阴极板面积大于阳极板面积，阴极板数＝阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20～80mm；电流密度100～300A/m2，常温条件下电解。
如图2所示，电解液经过循环泵采用上进下出方式进行不断循环，流速1-30L/min，以减少浓差极化；在PVC电解槽中直接电解，最终获得5N级高纯铜。
(三)、高纯铜的清洗烘干
以高纯水作介质，50～80℃下超声波清洗高纯铜，清洗时间30～60min，清洗后烘干。
(四)、高纯铜的真空包装
为防止铜在空气中的氧化，采用真空包装方式。
实施例1
使用分析纯硫酸铜和硫酸配制铜离子浓度40g/L，硫酸浓度200g/L电解液，导入电解槽中；采用4N级铜作阳极，不锈钢作阴极，极间距20mm，电流密度200A/m2，常温条件下电解，80℃下超声波清洗60min，得到阴极铜经GDMS分析结果见下表1。
表1电解高纯铜粉质量表单位：ppm
Figure BDA0002144397820000061
实施例2
使用分析纯硫酸铜和硫酸配制铜离子浓度40g/L，硫酸浓度100g/L电解液，导入电解槽中；采用4N级铜作阳极，不锈钢作阴极，极间距70mm，电流密度100A/m2，常温条件下电解，80℃下超声波清洗60min，得到阴极铜经GDMS分析结果见下表2。
表2电解高纯铜粉质量表单位：ppm
Figure BDA0002144397820000071
实施例3
使用分析纯硫酸铜和硫酸配制铜离子浓度40g/L，硫酸浓度100g/L电解液，导入电解槽中；采用4N级铜作阳极，不锈钢作阴极，极间距70mm，电流密度100A/m2，常温条件下电解，70℃下超声波清洗60min，得到阴极铜经GDMS分析结果见表3。
表3电解高纯铜粉质量表单位：ppm
Figure BDA0002144397820000081

Claims (2)

1.一种一次电解制备5N高纯铜的方法，其特征是：操作步骤如下：
a、电解母液制备：采用分析纯硫酸铜、高纯水和硫酸配制成铜离子浓度为30～60g/L、硫酸浓度为100～300g/L的电解母液；
b、阴阳极布置：采用4N级铜作阳极和不锈钢板作阴极，阴极板面积大于阳极板面积，阴极板数＝阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20～80mm；
c、电解操作：电解液温度为常温，电解液采用上进下出的方式进行循环，使电解液在电解过程中始终保持成分均匀状态，可减少浓度差造成的极化现象，以利于制得5N级高纯铜；流速5～30L/min，直流电流密度100～200A/m2，在PVC电解槽中直接电解，最终获得5N级高纯铜；
d、清洗烘干：以高纯水作介质，在50～80℃下采用超声波清洗高纯铜，清洗时间10～60min，清洗后烘干；
e、包装：采用真空包装，以防止铜在空气中的氧化。
2.如权利要求1所述一次电解制备5N高纯铜的方法，其特征是：所述PVC电解槽包括电解液循环泵、电解槽、不锈钢阴极板和铜阳极板；不锈钢阴极板的数量＝铜阳极板数+1，呈交替布置，阴阳极间距20～80mm；电解液通过电解液循环泵从电解槽的下部抽出上部进入构成循环。
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