脉冲电流电解精炼铜的研究概述

王晓莉

铜是一种具有良好导电、导热性的金属，而且它的可锻性和延展性也较好。铜通常用来生产导线和铜管，也可以被压制、抽拉、铸造成各种产品。随着近代半导体工业的迅速发展，超高纯铜的应用被广泛重视。如果铜的纯度可以达到5N （99.999%）或更高的6N（99.9999%），那么它的各种物理性能将得到很大的提高。例如：把5N或6N的铜应用于音响器材的集成电路，制作音响电缆，将大大提高声音的保真度;制作半导体的黄金粘接线也可以用这种纯度的铜替代，可以节约成本;超高纯铜的软化温度低、展性良好，可以很容易地拉制成Φ20μm～30μm的细丝。通过超高纯铜的利用可以提高电子品的质量，同时又能降低制造成本。

通常所说的超高纯铜是指纯度为5N～7N的铜，有关铜的高度提纯技术开发是比较早的。当今，电解精炼是获取高纯铜的主要方法，在提纯铜的方法中电解精炼法应用最广、实践最多、技术最成熟。在今后规模生产超高纯铜的方法中，电解精炼法是最有前景的。

长期以来，电解铜主要是通过直流电解生产，但直流电解由于受扩散极限电流密度280A/ m2限制，无法在高电流密度下得到合格的电解铜。国外曾研究过用超声波法，周期反向电流法脉冲电流法来提高铜沉积的电流密度，其中脉冲电流法是较好的一种方法。在小型电解槽中对影响脉冲电精炼铜的诸因素如温度、电解液的酸度、电极间距、添加剂和杂质等作了较全面的研究，从而得出脉冲电解制备纯铜的适宜工艺条件，为改进传统直流电解精炼铜工艺打下基础。

脉冲电解是一种借助脉冲电源与电解槽建立起来的电解技术。它是电化学和电力电学相结合的产物。电解精炼铜工作者从20世纪60年代中期将脉冲电源引入电解领域，试图提高电解速度。然而收效不大，但是却发现脉冲电流对改善电解铜的性能有着奇异的功效。从此，脉冲电源引起人们的极大兴趣，脉冲电解技术也日益发展起来。

与直流电解相比，脉冲电解除电流密度可以调节外，还有电流的通断时间，脉冲频率等多个参数可以调节，这为控制金属沉积层的质量和沉积速度提供了有力的手段，同时也使脉冲电解法能够应用于研究沉积层的内部结构等方面。

脉冲电解在铜的电解精炼中有着独特的优点，它通过改变电流波形来减小扩散层厚度，提高极限电流密度，通过调节占空比来消除浓差极化，从而实现了高电流密度电解精煉制备高纯铜的目标。与传统的直流电解相比，脉冲电解减少了支持电解质硫酸的用量，可以在室温下进行电解，电解温度温和，还可少用或不用添加剂，因而它既可以提高电解铜的质量和生产能力，又可以节约能源和减少污染，改善工人的操作环境，这与当今世界对电解铜工业发展的三个要求“提高电解铜的生产能力，提高电解铜的质量，降低电解铜的成本”是吻合的。

当今，超高纯铜的精炼，主要是将重电解与区熔精炼结合起来，甚至要分别重复操作多次，这样的精炼对锭子的大型化、批量化生产是不利的。为获得低成本的高纯铜，就必须寻找制作成本低、而且重复少的精炼工序，这也是现今急需解决的一个问题。为维持精炼铜的纯度，后续的熔炼、铸造等加工工序也应加以改进，以便能彻底防止污染，为此，包括使用无尘室等的系统环境无尘化技术已被运用到了超高纯铜的精炼上。为彻底扫滁每个污染源，还必须提高解析污染途径的技术，因而必须重视微量分析技术、表面解析技术的发展。随着科技的发展、研究的深入，超高纯铜的一些优良的性质已经被人们所知，其在工业、科研方面的应用价值正不断被发现，在高科技领域，超高纯铜已被广泛应用，并取得了可喜的成果。现在影响超高纯铜大量应用的最大问题就是生产成本高.规模生产的精炼技术不成熟.但超高纯铜诱人的应用前景肯定会带动精炼技术的不断发展。可以预言，不久的将来，超高纯铜的精炼技术和应用都会得到很大的发展。

随着对交流电电解精炼铜技术的进一步研究，精炼铜过程中存在的一系列问题，如电耗问题、表面质量问题、电解铜发脆现象以及污染问题，将迎刃而解，精炼铜工业技术也将因此取得很大进步。

由于直流电电解精炼铜受极限电流的限制，电流效率受到了极大影响。采用脉冲交流电技术，可突破直流电极限电流的限制，其电流密度可由原来的250mA/cm^-2提高到280～300mA/cm^-2，从而可大大提高电解精炼效率。