论文部分内容阅读
在生产PCB的蚀刻过程中会产生大量含有氯化铜的蚀刻废液,如果直接排放不仅破坏环境危害人体健康,还造成有价金属铜的极大浪费。针对常规电沉积法只能得到铜粉或海绵铜,产生大量氯气等缺点,本论文提出了以铜始极片为阴极,石墨板为阳极,从酸性氯化铜蚀刻废液中隔膜电沉积金属铜板的新工艺,研究了电沉积铜的阴极电化学行为、电结晶成核机理及工艺条件。论文首先开展了铜氯配合物热力学分析,绘制了常温下Cu(II)-Cu(I)-NH3-HCl-H2O体系的E-pH图,结果表明在试验选用的蚀刻废液浓度范围内溶液中二价铜离子主要以CuCl+配合物形式存在,一价铜离子主要以CuCl32-配合物形式存在。运用循环伏安、线性极化和计时电流等电化学测试方法,研究了酸性氯化铜体系电沉积铜的阴极电化学行为。结果表明,在较低过电位下铜的还原过程由分步得电子进行,CuCl+得到一个电子还原为CuCl32-, CuCl32-再得到一个电子还原为Cu,当阴极过电位超过某一值时,CuCl+直接还原为Cu。不同添加剂浓度下的阴极极化曲线表明选用的添加剂对阴极过程有增大极化的作用,有利于形成结晶细致的板状铜。电沉积铜的交换电流密度为7.53×10-3A/cm2,阴极反应表观活化能为13.804kJ/mol。不同外加电位下的电流-时间暂态曲线表明铜电沉积的成核过程经历三维生长方式,随着外加电位的负移,电结晶的成核方式由连续成核向瞬时成核转变。晶核的生长速率K与外加电位E满足关系式：lgK=-7.74-3.65*E。在机理研究的基础上,进行了酸性氯化铜蚀刻废液体系隔膜电沉积铜板的工艺条件试验研究,阳离子交换膜将电解槽分解成大阴极室和小阳极室。得出电沉积铜的最优工艺条件：阴极电流密度200 A/m2,阴极液Cu2+浓度区间40-20g/L,起始C1-浓度5.5 mol/L,溶液温度35℃,异极距5 cm,H+浓度3.0 mol/L,添加剂用量0.2 g/L。综合条件试验获得了良好结果,阴极电流效率87.68%,平均槽电压2.95V,单位能耗为2684kWh/t铜。宏观照片及SEM图像表明该工艺能够得到致密平整的阴极铜板,阴极金属铜板的纯度>99.90%,符合GB/T467-1997阴极铜标准。