【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及銅制備，尤其涉及一種超高純銅及其制備方法和應用。
技術介紹
1、超高純銅由于極少的雜質，因此具備優異的導電性、導熱性、抗腐蝕性和延展性，這些特性使其在集成電路、液晶顯示器、航空航天、濺射靶材和離子鍍膜等領域有著不可替代的作用，現階段制備高純銅的方法通常以4n級別純銅作為原材料，通過區域熔煉、真空精餾、電子束熔煉、電弧熔煉、電遷移、電化學電解等物理或化學方法制備高純金屬。
2、區域熔煉技術，主要利用雜質在金屬的凝固態和熔融態中的溶解度的差異，促使雜質從金屬的凝固態中析出或者改變其在凝固態和熔融態中的分布情況。現有技術cn117210697a公開了一種區域熔煉制備5n高純銅的方法，通過對多道次區域熔煉的熔煉氣氛控制，結合區域熔煉爐內的加熱管與4n陰極銅基體的特殊布置結構，以及熔煉移動速度控制，既能使4n陰極銅基體在熔煉時的熔煉溫度形成梯度，從而有助于銅基體中雜質的偏聚；而且通過熔煉速度及熔煉功率的控制可有效控制熔煉溫度，結合熔煉時合理的真空度，既能有效去除金屬雜質和氣體，又能使銅基體的揮發損失控制在1％以內，從而可減小銅基體的損耗而提高收得率。
3、然而，區域熔煉技術受限于實際生產過程中難以實現金屬熔融狀態到凝固態的緩慢變化，導致無法實現平衡狀態，從而導致實際生產過程中雜質殘留在金屬中，通常需要在緩慢的熔區移動速率下進行多次熔煉才可以實現高純金屬的制備，這也導致區域熔煉在工業化生產獲得的產品純度大多維持在5n級別內。同時，因為區域熔煉制備超高純金屬一般保持緩慢的熔區移動速率，并且需要進行多次熔煉
4、真空精餾技術制備超高純金屬主要利用金屬粗胚中各個組分的飽和蒸汽壓和熔點的區別，通過提高溫度或降低真空度的方式去除其中的雜質元素。例如，在溫度t＝1085℃時的真空條件下，可去除砷、磷、鎘、硫、鋅、硒等6個低熔點雜質；蒸汽壓大于銅蒸汽壓的元素：碲、鉍、錳、錫、銻、鉛、銀等也會被同步去除，但通常情況下硅、鎳、鈷、鐵、鉻等5個元素的去除效果不好，這也導致實際通過真空精餾制備的高純金屬的純度維持在6n以下，并且受限于實際生產過程中的環境因素，金屬粗胚，雜質含量等因素，此方法制備的超高純金屬無法保持一個穩定的純度，迫使此方法通常作為金屬提純的補充手段，主要針對6n及以上金屬的制備，但這也增加了工業成本和設備投入，降低實際生產效益。
5、對于電化學電解方法，主要利用陽極4n銅，在電的驅動下逐步在酸性溶液體系中轉化為cu2+離子，同時溶液中的cu2+在電流的作用下在陰極表面還原沉積為高純度的金屬單質。但是由于4n銅中存在多種金屬雜質，包括銀、硫、銻、砷、磷等元素，其中銀的標準電勢較銅更高，導致陰極沉積的高純銅中常出現較高含量的銀雜質(0.3-0.8ppm)。這也是現階段電解銅制備超高純銅工藝需要克服的主要技術難點。
6、總之，上述金屬提純手段受制于環境、原材料、制備流程、人工等不可控因素，導致了銅的純度難以穩定維持在6n以上超高純的級別，降低了超高純金屬產品合格率，同時增加了實際超高純金屬的制造成本。
7、因此，提供一種能夠穩定制備得到純度為6n級別以上的超高純銅的方法，已成為目前亟待解決的問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術的目的在于提供了一種超高純銅及其制備方法和應用。本專利技術提供的制備方法以粗銅為原料，在堿性電解液和電解中電流的驅動下制備出氧化亞銅，再以得到的氧化亞銅為原料在酸性電解液中電解制備得到超高純銅，通過堿性條件和酸性條件下的二次電解工藝的相互協同，共同促進超高純銅穩定高效的制備。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種超高純銅的制備方法，所述制備方法包括：
4、(1)以銅原料板為陽極，以第一電極板為陰極，在堿性電解液中進行第一電解，在第一電極板上形成氧化亞銅，得到含有氧化亞銅的第一電極板；
5、(2)將所述含有氧化亞銅的第一電極板轉移至酸性電解液中，以所述含有氧化亞銅的第一電極板作為陽極，以第二電極板作為陰極，在酸性電解液中進行第二電解，在第二電極板上形成銅板，取出第二電極板，剝離出銅板，得到所述的超高純銅。
6、需要說明的是，在本專利技術中，所述“超高純銅”指的是銅的純度大于等于99.9999wt％以上，也就是純度處于6n級別以上的銅金屬；所述“銅原料”一般采用粗銅，其純度小于等于99.99wt％，也就是指純度位于4n級別以下的銅金屬。
7、本專利技術提供的分段電解制備超高純銅的方法，先利用堿性條件下電解，在堿性電解液和電解中電流的驅動下，在第一電極板上沉積得到氧化亞銅；接著，將含有氧化亞銅的電極板轉移至酸性電解液中并作為消耗陽極，在酸性條件下進行二次電解，通過電流驅動和酸性電解液的共同作用，使得陽極的氧化亞銅發生歧化反應形成二價銅離子和銅單質，同時，歧化反應得到的銅單質在陽極失電子形成二價銅離子，其與歧化反應得到的二價銅離子一同遷移到第二電極板的陰極處，二價銅離子在陰極得到電子，從而得到超高純銅。此外，通過在酸性條件下的第一電解和堿性條件下的第二電解工藝的協同作用，能夠實現雜質離子的有效去除，避免粗銅中的雜質進入到超高純銅中。
8、本專利技術提供的制備方法以粗銅為原料，在堿性電解液和電解中電流的驅動下制備出氧化亞銅，再以得到的氧化亞銅為原料在酸性電解液中電解制備得到超高純銅，利用堿性和酸性條件下的二次電解工藝的協同作用，共同促進超高純銅穩定高效的制備，并且，該制備方法還具有工藝簡單、操作便捷、產品純度對原材料依賴程度低的特點，為后續工藝升級提供更多的調控空間。
9、優選地，步驟(1)所述銅原料板包括純度為4n的銅板或高銀5n銅板中的任意一種。
10、本專利技術的銅原料板中，所述“純度為4n的銅板”的銅的純度為99.99wt％；所述“高銀5n銅板”指的是材料的銀含量為0.5ppm以上，銅的純度為99.99wt％。
11、優選地，步驟(1)所述第一電極板包括鈦板、硅板、鉑板或石墨板中的任意一種，優選為鈦板。
12、優選地，步驟(1)所述銅原料板與所述第一電極板的相對面的面積比為1:(1～5)，例如1:1、1:2、1:3、1:4或1:5等。
13、優選地，在步驟(1)所述第一電解的過程中，所述銅原料板與所述第一電極板之間的距離為0.5～15cm，例如0.5cm、1cm、3cm、5cm、7cm、9cm、11cm、13cm或15cm等。
14、本專利技術堿性條件下的電解過程中陰陽極之間的距離會影響氧化亞銅的生成速率和制備出的銅產率。若二者的距離過近，則沉積速度過快，陰極沉積不均勻；若距離過遠，則陰極沉積速度緩慢，能耗增加的同時導致電解液上層銅離子下降，導致不均勻沉積，以及影響超高純銅制備的產率。
15、優選地，步驟(1)在所述第一電解前還進行堿性電解液的配制。
16、優選地，步驟(1)所述的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種超高純銅的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述銅原料板包括純度為4N的銅板或高銀5N銅板中的任意一種；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的堿性電解液的組成包括第一銅鹽、緩沖劑、堿液、穩定劑和第一溶劑；
4.根據權利要求1～3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述第一電解在氮氣氣氛和/或惰性氣氛下進行；
5.根據權利要求1～4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述第一電解包括第一階段和第二階段；
6.根據權利要求1～5任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述酸性電解液的組成包括第二銅鹽、酸液、雙氧水和第二溶劑；
7.根據權利要求1～6任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述第二電極板包括鈦板、硅板、鉑板或石墨板中的任意一種，優選為鈦板；
8.一種超高純銅，其特征在于，所述超高純銅采用如權利要求1～7任一項所述制備方法制備得到。
9.根據權利要求8所
10.一種如權利要求8或9所述的超高純銅的應用，其特征在于，所述超高純銅用于濺射鍍膜、航空航天、集成電路芯片或制備濺射靶材的領域中。
...【技術特征摘要】
1.一種超高純銅的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述銅原料板包括純度為4n的銅板或高銀5n銅板中的任意一種；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的堿性電解液的組成包括第一銅鹽、緩沖劑、堿液、穩定劑和第一溶劑；
4.根據權利要求1～3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述第一電解在氮氣氣氛和/或惰性氣氛下進行；
5.根據權利要求1～4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述第一電解包括第一階段和第二階段；
6.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚力軍，于德鑫，郭廷宏，任保佑，賀曉濤，
申請(專利權)人：哈爾濱同創普潤集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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