【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，属于电解铜制备。
技术介绍
1、高纯铜通常是指纯度达到5n-7n级的铜，其具有良好的导电性、导热性、延展性、抗腐蚀能力和表面性能。随着我国各种重点高新
的不断发展，高纯铜的应用范围不断扩大，目前，高纯铜已经广泛应用于电子、通讯、超导、航天等尖端
，并且在航空器材、火箭、导弹等高精尖武器和高级音箱音频、远距离视频导线等高级设备领域也具有广泛的应用前景。
2、目前，高纯铜的制备方法主要有区域精炼法、真空电子束熔炼法、阴离子交换法、电解精炼法等。其中，电解精炼法是目前应用最广、实践最多、最有大规模应用前景的方法。但是，目前电解精炼法制备5n级以上高纯铜均采用精炼4n级铜作为阳极，不锈钢板或钛板作为阴极，电解过程中将电解槽中的电解液从电解槽的出口连续排出并经过在线净化工艺进行净化处理后循环流动至电解槽中以实现电解液的净化循环处理，从而保持电解液中杂质含量不超限，电解精炼过程主要通过添加离子液体、盐酸、双氧水等以及自制添加剂的方式提高电解铜的纯度。例如，中国专利文献cn106555208a公开了一种高纯度铜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将由四唑类构成的银氯降低剂添加到铜电解液中进行铜电解精炼。该专利文献制备的电解铜中硫浓度小于10ppm、银浓度小于2ppm，氯浓度小于80ppm。虽然该专利文献可降低电解铜中的杂质含量，但是杂质含量依然偏高，无法满足高纯铜的使用要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供
2、为了实现以上目的，本专利技术的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法所采用的技术方案为：
3、一种在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，包括以下步骤：提供阴极、阳极和电解液；将所述阴极和阳极浸入电解液中进行电沉积，得到电解铜，再将电解铜进行清洗、干燥，得到高纯铜；电沉积过程中，对所述电解液施加超声波；所述电解液主要由水、水溶性铜盐、含氧酸性化合物、hcl和添加剂组成，所述含氧酸性化合物为硫酸和/或硝酸，所述添加剂为四唑类化合物和/或醇类化合物，所述四唑类化合物为1h四唑和/或四唑衍生物，所述醇类化合物由聚乙二醇和聚乙烯醇组成，所述聚乙二醇和聚乙烯醇的质量比为1:(0.05～0.5)。
4、本专利技术的连续电解制备高纯铜的方法中在电解过程中施加超声波，超声波的空化效应和机械效应一方面可使电解液中离子分布更为均匀，减小电解液的浓度差，同时会加速电解液中离子的传质过程，使cu2+更容易在阴极板上沉积，从而提高电解效率；另一方面能够破坏阳极板表面阳极泥的附着，从而提高阳极板上的阳极泥在电解液中的剥离速度，使得阳极板表面不断出现新的表面，增大阳极铜与电解液的接触面积，使铜更多、更快的裸露出来从而加快阳极溶解，提高电解效率。另外，超声波会加快阳极泥颗粒在阴极板表面的流动，降低含金银等杂质的阳极泥颗粒在阴极上的附着，提高阴极上铜的品质。并且，超声具有振动和搅拌的作用，会阻碍晶粒的生长，最终使铜晶粒细化，致密度提高，进而提高铜的纯度和表观质量，获得高纯铜。
5、本专利技术的连续电解制备高纯铜的方法中对电解液进行净化循环处理，可提高金银等有价金属回收率，同时可以实现阳极泥的实时排放和连续生产，提高生产率。另外，净化循环处理可以有效除去电解液中阳极泥颗粒和as、sb、bi、ni、co等不易沉淀的杂质离子，大大减少阳极泥颗粒在阴极上的附着以及杂质离子在阴极上的析出，进而改善铜的质量和品质。
6、本专利技术通过在电解液中添加由盐酸和添加剂组成的复合添加剂，不仅可以利用盐酸和唑类添加剂与电解液中的杂质离子发生沉淀和络合反应，通过协同作用阻止杂质离子进入阳极泥，进而阻止杂质离子在阴极铜上析出；也可以利用醇类添加剂使阴极铜表面更加平整光滑，减少微细阳极泥颗粒夹杂在阴极铜表面晶粒之间的缝隙，进而降低阴极铜中的金银含量，提高阴极铜的纯度和金银的回收率。同时利用净化循环处理除去电解液中as、sb、bi、ni、co等不易沉淀的杂质，进而降低电解液中的杂质元素含量，提高阴极铜的纯度。本专利技术通过由盐酸和添加剂组成的复合添加剂、超声波以及净化循环处理共同作用，实现电解过程中不易沉淀、易附着、溶解型等多种复杂杂质元素的协同净化，从而制备得到5n或6n高纯阴极铜，具有原料适应性强、除杂效果好、电解效率高等优点。
7、为了提高高纯铜的质量和品质，优选地，所述四唑衍生物选自四唑的烷基衍生物、四唑的氨基衍生物、四唑的苯基衍生物中的一种或任意组合；所述电解液中铜离子的浓度为40～50g/l，含氧酸性化合物的浓度为50～100g/l，hcl的浓度为0.02～0.1g/l，添加剂的浓度为0.005～0.52g/l。本专利技术的高纯铜的制备方法中所用的电解液中含有由hcl和添加剂组成的复合添加剂，hcl和添加剂可以发挥协同作用，阻止电解液中银离子在阴极上放电析出，降低了铜中银含量，提高铜的纯度和银的回收率。
8、本专利技术通过超声波和由hcl和添加剂组成的复合添加剂发挥协同作用，防止阳极钝化、阻止杂质进入阴极并在阴极上析出，从而有效提高高纯铜的纯度和品质，实现了采用火法精炼浇铸阳极板和4n级铜通过一次电解精炼制备5n级高纯铜或6n级高纯铜。
9、为了降低成本，优选地，所述四唑类化合物选自5-甲基-1h四唑、5-氨基-1h四唑、5-苯基-1h四唑、1h四唑、5-甲基四唑中的一种或任意组合。
10、为了降低成本，优选地，所述水溶性铜盐为硫酸铜、硫酸铜的水合物、硝酸铜、硝酸铜的水合物。
11、为了降低成本，提高电解液的稳定性，优选地，所述聚乙二醇的数均分子量为1500～4500；所述聚乙烯醇的数均分子量为200～2000。
12、优选地，电解沉积时，控制电解液的温度为30～50℃。将电解液的温度控制在30℃以上，一方面能够抑制电沉积时的应力变高，另一方面可以防止阳极表面的铜因温度过低导致结晶而造成极间电压的增加；将电解液的温度控制在50℃以下，是为了防止温度过高造成电解液中一些游离杂质离子含量的增加，导致阴极铜表面游离杂质离子的析出造成阴极铜中杂质含量过高。
13、为了更好地发挥超声作用，优选地，所述超声波的频率为20～40khz，功率密度为0.06～0.3w/cm3。实验结果表明，超声波的频率过大，会造成高纯铜的品质下降，超声波的功率密度过大，会破坏阴极铜表面铜离子的电沉积进而造成阴极铜表面质量变差。
14、优选地，所述阴极为钛或者不锈钢；所述阳极为铜。优选地，所述阳极中铜的质量分数不小于99％。例如，所述阳极为火法精炼铜浇铸而成的阳极板或4n级铜板。
15、优选地，所述阴极和阳极之间的距离为40～60mm。阴极和阳极之间的距离过大，会造成电解液的电阻增加，进而增大槽电压导致铜电解精炼过程电耗增加；阴极和阳极之间的距离过小，会造成电解液中的微细阳极泥颗粒易附着在阴极铜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供阴极、阳极和电解液；将所述阴极和阳极浸入电解液中进行电沉积，得到电解铜，再将电解铜进行清洗、干燥，得到高纯铜；电沉积过程中，对所述电解液施加超声波；所述电解液主要由水、水溶性铜盐、含氧酸性化合物、HCl和添加剂组成，所述含氧酸性化合物为硫酸和/或硝酸，所述添加剂为四唑类化合物和/或醇类化合物，所述四唑类化合物为1H四唑和/或四唑衍生物，所述醇类化合物由聚乙二醇和聚乙烯醇组成，所述聚乙二醇和聚乙烯醇的质量比为1:(0.05～0.5)。
2.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述四唑衍生物选自四唑的烷基衍生物、四唑的氨基衍生物、四唑的苯基衍生物中的一种或任意组合。
3.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述四唑类化合物选自5-甲基-1H四唑、5-氨基-1H四唑、5-苯基-1H四唑、1H四唑、5-甲基四唑中的一种或任意组合。
4.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分
5.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述水溶性铜盐为硫酸铜、硫酸铜的水合物、硝酸铜、硝酸铜的水合物。
6.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述电解液中铜离子的浓度为40～50g/L，含氧酸性化合物的浓度为50～100g/L，HCl的浓度为0.02～0.1g/L，添加剂的浓度为0.005～0.52g/L。
7.如权利要求1-6中任一项所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，电解沉积时，控制电解液的温度为30～50℃。
8.如权利要求1-6中任一项所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述超声波的频率为20～40kHz，功率密度为0.06～0.3W/cm3。
9.如权利要求1-6中任一项所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，电解沉积时采用直流电流，所述直流电流的电流密度为100～200A/m2。
10.如权利要求1-6中任一项所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述阴极为钛或者不锈钢。
...【技术特征摘要】
1.一种在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供阴极、阳极和电解液；将所述阴极和阳极浸入电解液中进行电沉积，得到电解铜，再将电解铜进行清洗、干燥，得到高纯铜；电沉积过程中，对所述电解液施加超声波；所述电解液主要由水、水溶性铜盐、含氧酸性化合物、hcl和添加剂组成，所述含氧酸性化合物为硫酸和/或硝酸，所述添加剂为四唑类化合物和/或醇类化合物，所述四唑类化合物为1h四唑和/或四唑衍生物，所述醇类化合物由聚乙二醇和聚乙烯醇组成，所述聚乙二醇和聚乙烯醇的质量比为1:(0.05～0.5)。
2.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述四唑衍生物选自四唑的烷基衍生物、四唑的氨基衍生物、四唑的苯基衍生物中的一种或任意组合。
3.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述四唑类化合物选自5-甲基-1h四唑、5-氨基-1h四唑、5-苯基-1h四唑、1h四唑、5-甲基四唑中的一种或任意组合。
4.如权利要求1所述的在超声波作用下电解制备高纯铜的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分子量为1500～4500；所述聚乙烯醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：程楚，刘海涛，宋克兴，卢伟伟，陈晨，李彦坤，周延军，安士忠，彭晓文，李韶林，张彦敏，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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