[發明專利]一種制備高純銅的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410247475.0
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN105132944B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 姜瀾;付高峰;杜婷婷;李咸陽;劉龍;鄭瑤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C1/12
• 分類號: C25C1/12;C25C7/00
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司21107
• 代理人: 韓輝

技術領域

本發明涉及一種制備高純銅的方法及裝置，尤其是涉及一種在硝酸體系下用3N-4N銅電解制備6N及6N以上高純銅的方法及裝置。

背景技術

6N超高純銅，所含的雜質非常少，具有極小的晶界面積，很少的晶格缺陷，其殘余電阻率要比4N銅高20倍左右。因而具有高的導電性能和導熱性能，低的軟化溫度和良好的可加工性。廣泛應用于微電子工業濺射靶材及離子鍍膜、集成電路鍵合引線、高保真音頻線材、超微型變壓器繞組、高級特種合金等領域，具有極高的經濟價值及戰略意義。

高純銅制備方法主要有兩類：一類是化學提純法，如電解精煉法、離子交換法等；一類是物理提純法，如區域熔煉法、真空熔煉法、電子束熔煉法等。一般制備工藝均采用多種方法相結合的提純方法，工藝流程相對比較復雜，影響質量因素多，產品質量不易控制。

2013年6月19日公開的中國專利申請公告號為CN103160854A的專利“高純銅的制備方法”，公開了一種硫酸體系電解制備5N高純銅的方法。該方法采用銅離子濃度為10-100 g/L、在溫度為20-80 ℃的條件下進行電解。容易發生CuSO₄·5H₂O結晶而造成的循環管道堵塞，影響生產的正常進行。

2008年10月8日公開的中國專利申請公告號為CN101280430A的專利，公開了一種采用硝酸體系電解、真空感應熔煉或電子束熔煉相結合制備超純銅的方法。該方法以4N電銅為原料，電解液pH控制為2.0-3.5，采用逆流循環的方式電解得到6N高純銅。該方法控制較高的電解pH，使溶液電導率下降，槽電壓高，能耗增加。實驗發現，25 ℃，在銅離子濃度為54g/L的電解液中，pH = 1.01的電解液其電導率為3.79 mS/cm，pH = 2.76的電解液其電導率為2.49 mS/cm，電導率下降了約35%。

公開號為“特開平4-365888”的日本專利，公開了一種采用硝酸體系電解制備6N高純銅的方法。專利中通過加入雙氧水來消除電解過程中產生的氮氧化物對陰極銅質量的影響。在“特開平4-365888”的專利中，雙氧水的加入量是根據配制電解液時，向電解液中加入亞硝酸的量來確定的，沒有根據實際電解時，電解液中產生的亞硝酸的量來確定。此外，該專利中沒有說明在長時間電解時，雙氧水的加入周期及使用方法。

公開號為“特開平6-173063”的日本專利，公開了一種采用硝酸體系電解制備6N高純銅的方法。專利中通過鹵化氫消除氮氧化物的影響。但是生成產物NOX不穩定，容易分解，生成亞硝酸和鹽酸。NOX具有強氧化性，長時間在溶液中累積會對陰極銅產生影響。且未反應的鹵離子容易在陰極沉積，影響陰極銅純度。

日本專利“平1-152291”采用兩次隔膜電解法制備高純銅。兩次隔膜電解工藝冗長，能耗大，操作復雜，成本高。

發明內容

本發明的目的是針對現有硝酸體系制備高純銅技術中存在的不足，提供一種通過一次電解連續穩定生產高純銅的方法及裝置。本發明采用硝酸體系電解制備高純銅，在銅離子濃度為40-200 g/L，pH為0.5-3.0電流密度為100-200A/m²，溫度為20-30℃的條件下進行恒溫電解，通過采用低pH值的電解液和雙觸點系統降低能耗，通過上進下出平行流的循環方式，用定期加入雙氧水來保證電解能夠長期穩定的進行，采用定期定量加入鹽酸來降低陰極銅中銀的含量。通過此方法電解制備得到的高純銅，經GDMS分析，其純度達到6N及6N以上。

本發明給出的技術方案是：一種高純銅的制備方法，其特點是其制備過程依次包括。

（1）配制硝酸銅溶液作為初始電解液。

硝酸銅初始電解液由6N級銅和符合GB/T626-2006優級純硝酸反應制得，所用的水均為電阻率為18.2 5MΩ?cm超純水，配制的硝酸銅溶液中，銅離子濃度為40-200 g/L，pH值為0.5-3.0，其中優選銅離子濃度為50-100 g/L，優選pH值為0.5-1.5。

（2）將配制的硝酸銅溶液裝入電解槽中。

（3）用4N級銅作為陽極，不銹鋼板或鈦板作陰極。

陽極板為4N級銅，陰極為不銹鋼板或鈦板，電解槽內同名極板間距為5-30cm。

（4）啟動電解循環，進行直流電解，在陰極板上獲得6N高純銅。

向電解液中加入雙氧水防止氮氧化物對陰極銅質量的影響，加入鹽酸溶液避免銀在陰極析出。