杂质对阴极铜沉积的影响

王晓莉

在铜电解精炼的电解液中，存在着多种杂质，电极电位比铜负的杂质可在阳极共溶，电极电位比铜正的杂质则可能在阴极共析。最有害的杂质是电位与铜接近的杂质，如砷、锑、秘离子等，它们可通过阳极溶解进入溶液，又可能在阴极与铜共沉积，含0.02%砷会使铜的导电性降低15%，电解液中含有较高浓度的As3+，Sb3+，Bi3+时，会生成SbAs04，BiAs04白色沉淀，这些沉淀会吸附在电极表面，影响铜沉积反应，降低铜产品质量。因此它们在溶液中的浓度应加以控制，即通过定期地对电解液进行净化处理，来减少这些离子在溶液中的积累。

1、实验

1.1交直流叠加电解铜的工艺条件与实验主要仪器

交直流叠加电解铜工艺条件：CuS04浓度140 g/L；H2S04浓度为160g/L；添加剂配比：氯离子0.010 g/l，硫脲0.002 g/I，骨胶0.003g/l；交流电电流密度：300Aim2；电解温度40%；电极间距为6cm；交流电频率：500Hz；振幅：20mV。

主要仪器为德国ZAHNER公司制造的IM6e电化学工作站，78-1型磁力加热搅拌器，有机玻璃电解槽，CMM-33E金相显微镜，8002型恒温水浴箱，x-650型扫描电子显微镜（sEM），D/max-rB型x射线衍射仪（XRD）。

1.2方法

小型电解槽放在恒温水浴中，用自己配制的循环电解液，采用磁力搅拌，阴阳两极均采用含Cu99.98%的纯铜片，阴极尺寸是30mmxl5mmx2mm，阳极尺寸是30mmx30 mmx3mm。电解前用不同型号的砂纸将电极表面磨光，并用丙酮和稀硫酸溶液分别浸泡，除去电极表面的油渍和氧化物。电解槽中的电极排列方式为“阳一阴一阳”，定时观察记录和更换电解液，连续电解12小时，所得阴极铜样品用蒸馏水洗净后立即用氮气吹干置于真空干燥器中，准备下列测试。

2结果与讨论

在低电流密度（200A/㎡）下直流电解时，杂质在阴极不沉积，一定量杂质存在于电解液中对阴极铜沉积纯度影响不大。在高电流密度下电解时，杂质易与铜发生共电沉积，从而降低铜的导电性为研究有害杂质离子对铜沉积的影响，我们在电解液中加入不同量的砷，锑，铋离子观察阴极铜沉积表面的情况，结果见表1。

表1杂质离子对阴极铜沉积的影响（400C）

在电流密度为300A/m2下，将电解液中加入杂质，但未加添加剂的交直流叠加电解铜试样用SEM观察其表面沉积形貌，实验结果见图1。

图1杂质对铜沉积结晶形态影响的SEM照片（×500）

从表1可以看出，电解液中存在較高浓度的杂质离子时，对阴极铜的沉积是非常有害的。铜在阴极上沉积成糊状粉晶，且颜色发黑，它不仅影响铜沉积的表面状态，而且还影响铜沉积中杂质含量。尤其是这些沉淀会吸附在电极表面，影响铜沉积反应，导致了不能在高电流密度下得到合格的电解铜。

从图1-（a）中我们可以看到电解液中含有最少一组杂质时，铜在阴极上的沉积颗粒比较致密；图1-（b）显示电解液中含有杂质浓度最大一组时，铜在阴极上的沉积颗粒形状发生了变化，粗糙且有条纹，估计是有杂质与铜在阴极上共沉积所致。由此可知必须对电解液进行净化，才能用交直流叠加电解法制取纯铜。endprint