碱性条件下用废弃电路板直接制备超细铜粉的基础研究

随科技的发展，电子废弃物剧增，废弃电路板是其主要组成部分，具有数量大、危害多和价值高的特点。申请者研究了在氨性溶液中用Cu(Ⅱ)选择性浸取废弃电路板中金属铜、生成的Cu(I)被溶液中的氧氧化成Cu(II)的动力学机理，确定了影响反应速率的关键因素，同时在反应体系中加入电解装置，并采用阳离子膜分隔阴极区和阳极区，将溶液中铜电解成超细铜粉，形成了循环反应体系。本申请将通过对该体系的系统研究，确定在碱性条件下电解沉积过程晶核的形成和生长机理，新型羽毛状铜粉的电解法生成机理，探讨有关晶型铜粉的生成规律；通过电解条件(Cu(I)、Cu(II)）浓度、pH、氨浓度、电解电流密度、电解电位等)的控制，实现在一定范围内铜粉粒度及形貌可控；控制体系中Cu(I)浓度，实现电路板中铜的浸出与电解沉积过程的平衡，提高电流效率；同时研究废弃电路板中其他元素在反应过程中的溶出和沉积规律，抑制杂质元素对铜粉的影响。

对氨性溶液中用废弃电路板电解法直接制备超细铜粉的基础问题进行了系统研究，实验结果表明：.1.通过对不同条件下的获得的铜粉形貌及粒度的研究、对晶体结构及铜粉生长过程的研究，表明铜在电解结晶过程中各晶面生长不均衡，在优势生长晶面会优先生长；在氨性条件下，铜的沉积过程是扩散控制，当溶液中铜的扩散速度较小时，铜粉晶体不同的生长晶面的生长能差异会显现出来，会生成二维羽毛状铜粉，当扩散速度较快时，会向三维方向发展。.结构分析表面，铜粉为单晶结构，晶面有（111）、（311）、（220）晶面，（311）晶向为铜粉分支生长方向，计算表明其与（111）晶面的夹角为58.5°，与实际观测结果一致。与（111）晶面垂直的为（220）晶面，应为受抑制的晶向。.高分辨率透射电镜分析结果表明，铜粉颗粒沉积过程是先在附近区域形成纳米级的微小晶粒，然后以OA(Ostwald Ripening)机制经过旋转，位错对准，从而最后变为统一晶向。然后再通过OR(Oriented Attachment)机制，表面部分晶粒重新溶解进溶液并重新结晶取向，从而使得表面晶向取向一致，即使得表面变的平滑。.2、研究了电解电位、电极种类和表面状态、铜离子（Cu(I)、Cu(II)）浓度、pH、氨浓度、电解时间、阴极区和阳极区的分隔，阴极区含氧量等对阳极废弃电路板中铜的浸出能力及对铜粉的粒度和形貌的影响，确定了最佳获得羽毛状铜粉的实验条件为：电解铜粉的最优条件为铜离子浓度0.06mol/L，电解液温度为60℃，电解电压为1.3V，溶液pH=9，电解过程中溶液保持静止，研究了电解条件对铜粉粒度的影响。.3、研究了Cu(I)浓度及相关电解参数对铜粉粒径及表观形貌的影响。.4、研究电解液中添加表明活性剂对铜粉形貌及粒度的影响，添加表面活性剂CPB可以有效的降低铜粉的粒度；超声电解可以使铜的扩散系数增大，使铜粉粒径减小，并形成三维铜粉。.5、鉴于最优的溶铜条件和电解获得超细铜粉的条件不一致，研究了在阴极区和阳极区间加阳离子膜，除了可以抑制阳极区电解产生的氧到达阴极区影响电流效率外，利用阳离子膜对铜离子的传输速率不同，建立了阳离子膜控制的不同阴极区、阳极区浓度的电解方式。.6、研究了PCB中常见的杂质离子Pb、Sn在氨性电解液中的溶出行为及对电解铜粉质量的影响。