雜質對陰極銅沉積的影響

王曉莉

在銅電解精煉的電解液中，存在著多種雜質，電極電位比銅負的雜質可在陽極共溶，電極電位比銅正的雜質則可能在陰極共析。最有害的雜質是電位與銅接近的雜質，如砷、銻、秘離子等，它們可通過陽極溶解進入溶液，又可能在陰極與銅共沉積，含0.02%砷會使銅的導電性降低15%，電解液中含有較高濃度的As3+，Sb3+，Bi3+時，會生成SbAs04，BiAs04白色沉淀，這些沉淀會吸附在電極表面，影響銅沉積反應，降低銅產品質量。因此它們在溶液中的濃度應加以控制，即通過定期地對電解液進行凈化處理，來減少這些離子在溶液中的積累。

1、實驗

1.1交直流疊加電解銅的工藝條件與實驗主要儀器

交直流疊加電解銅工藝條件：CuS04濃度140 g/L；H2S04濃度為160g/L；添加劑配比：氯離子0.010 g/l，硫脲0.002 g/I，骨膠0.003g/l；交流電電流密度：300Aim2；電解溫度40%；電極間距為6cm；交流電頻率：500Hz；振幅：20mV。

主要儀器為德國ZAHNER公司制造的IM6e電化學工作站，78-1型磁力加熱攪拌器，有機玻璃電解槽，CMM-33E金相顯微鏡，8002型恒溫水浴箱，x-650型掃描電子顯微鏡（sEM），D/max-rB型x射線衍射儀（XRD）。

1.2方法

小型電解槽放在恒溫水浴中，用自己配制的循環電解液，采用磁力攪拌，陰陽兩極均采用含Cu99.98%的純銅片，陰極尺寸是30mmxl5mmx2mm，陽極尺寸是30mmx30 mmx3mm。電解前用不同型號的砂紙將電極表面磨光，并用丙酮和稀硫酸溶液分別浸泡，除去電極表面的油漬和氧化物。電解槽中的電極排列方式為“陽一陰一陽”，定時觀察記錄和更換電解液，連續電解12小時，所得陰極銅樣品用蒸餾水洗凈后立即用氮氣吹干置于真空干燥器中，準備下列測試。

2結果與討論

在低電流密度（200A/㎡）下直流電解時，雜質在陰極不沉積，一定量雜質存在于電解液中對陰極銅沉積純度影響不大。在高電流密度下電解時，雜質易與銅發生共電沉積，從而降低銅的導電性為研究有害雜質離子對銅沉積的影響，我們在電解液中加入不同量的砷，銻，鉍離子觀察陰極銅沉積表面的情況，結果見表1。

表1雜質離子對陰極銅沉積的影響（400C）

在電流密度為300A/m2下，將電解液中加入雜質，但未加添加劑的交直流疊加電解銅試樣用SEM觀察其表面沉積形貌，實驗結果見圖1。

圖1雜質對銅沉積結晶形態影響的SEM照片（×500）

從表1可以看出，電解液中存在較高濃度的雜質離子時，對陰極銅的沉積是非常有害的。銅在陰極上沉積成糊狀粉晶，且顏色發黑，它不僅影響銅沉積的表面狀態，而且還影響銅沉積中雜質含量。尤其是這些沉淀會吸附在電極表面，影響銅沉積反應，導致了不能在高電流密度下得到合格的電解銅。

從圖1-（a）中我們可以看到電解液中含有最少一組雜質時，銅在陰極上的沉積顆粒比較致密；圖1-（b）顯示電解液中含有雜質濃度最大一組時，銅在陰極上的沉積顆粒形狀發生了變化，粗糙且有條紋，估計是有雜質與銅在陰極上共沉積所致。由此可知必須對電解液進行凈化，才能用交直流疊加電解法制取純銅。endprint