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铜在谷氨酸配合物体系电化学研究

作　者: 雷存茂
导　师: 杨天足
学　校: 中南大学
专　业: 电化学工程
关键词: 低品位铜矿谷氨酸钠配合物电沉积电化学
分类号: O627.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文针对目前我国低品位难处理铜矿采用谷氨酸配合物体系浸出后如何从浸出液中提取铜的难题,提出了碱性谷氨酸配合物体系电沉积铜的工艺。根据配位化学理论,计算谷氨酸铜配合物体系中各物种平衡分布,运用MATLAB绘制了物种平衡分布图；得出了谷氨酸铜配合物体系中铜的主要存在物种为Cu(Glu)22-, Cu2+、Cu(Glu)等都很少。碳酸根主要以自由CO32-和HCO3-形式存在,谷氨酸根的主要存在形式为Glu2-、HGlu-、Cu(Glu)22-,很少的Cu(Glu)、H2(Glu)和H3(Glu)+。确定了各物种平衡浓度随pH以及[Cu2+]T和[Glu2-]T的变化关系。采用电化学测试方法研究了谷氨酸铜配合物体系电沉积铜的阴阳极机理。确定谷氨酸铜配合物体系电沉积阳极反应为水的电解析出氧气。阴极为谷氨酸铜配合物放电析出铜。通过不同温度下的线性扫描伏安法实验求出了活化能为34.065KJ·mol-1。运用tafel关系式进行了线性拟合求得an=0.36,j0=0.105A·m-2(0.07V-0.24V)以及an=0.35,j0=0.024A·m-2(0.43V-0.54V)。研究了铜离子浓度、谷氨酸根离子浓度、pH值以及温度对铜放电电流的影响。联合循环伏安法和计时电流法研究了铜的成核机理。循环伏安图出现了交叉闭合环初步表明铜的电沉积过程可能经历了晶核形成过程。与标准成核曲线比较得出了在谷氨酸配合物体系中铜的成核方式为三维连续成核方式,考察了不同铜离子浓度下成核方式的转变,增加铜浓度成核曲线逐渐向连续成核曲线移动,甚至超过连续成核标准曲线。同时探索了谷氨酸铜配合物体系电沉积工艺条件。考察了铜离子浓度、谷氨酸根离子浓度、pH值、电流密度、极距以及温度对电沉积过程中电流效率、槽电压和电沉积能耗的影响,从而为电积工艺指标的确定提供了很好的参照。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章文献综述  9-26
  1.1 铜资源与消费  9-12
    1.1.1 铜资源矿物种类及特点  9-10
    1.1.2 铜资源储量  10-11
    1.1.3 铜消费概况  11-12
  1.2 湿法炼铜  12-16
    1.2.1 概述  12-13
    1.2.2 浸出  13-16
  1.3 铜电沉积  16-19
    1.3.1 铜在硫酸体系中的电沉积  16-18
    1.3.2 铜在其他体系中的电沉积  18-19
  1.4 L-谷氨酸-钠的性质、用途及生产方法  19-23
    1.4.1 L-谷氨酸-钠的理化性质  19-21
    1.4.2 L-谷氨酸-钠的生产技术  21-23
    1.4.3 L-谷氨酸-钠的用途  23
  1.5 本课题的提出、研究内容及意义  23-26
    1.5.1 提出背景  23-24
    1.5.2 主要研究内容  24-25
    1.5.3 研究意义  25-26
第二章实验  26-30
  2.1 实验试剂与仪器装置  26-27
  2.2 实验方法  27-28
    2.2.1 电化学测试实验方法  27
    2.2.2 电解工艺实验方法  27-28
  2.3 分析与计算  28-30
    2.3.1 铜含量分析  28-29
    2.3.2 实验数据处理  29-30
第三章谷氨酸铜配合物体系物种研究  30-36
  3.1 前言  30
  3.2 谷氨酸铜溶液配合平衡  30-31
  3.3 物种的分布  31-35
    3.3.1 各物种浓度随[cu~(2+)]_T和pH变化关系图  31-34
    3.3.2 各物种浓度随[Glu~(2-)]_T和pH变化  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章谷氨酸配合物体系铜电沉积的阴阳极机理研究  36-47
  4.1 前言  36
  4.2 谷氨酸根离子的稳定性研究  36-39
    4.2.1 谷氨酸钠水溶液的循环伏安测试  36-37
    4.2.2 谷氨酸铜溶液的循环伏安测试  37-38
    4.2.3 循环伏安测试结果分析  38-39
  4.3 阳极反应  39
  4.4 阴极反应  39-46
    4.4.1 阴极反应分析  39
    4.4.2 铜阴极沉积动力学参数的测定  39-42
    4.4.3 各条件对铜阴极放电电流的影响  42-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章谷氨酸配合物体系铜的电化学成核机理研究  47-54
  5.1 前言  47
  5.2 谷氨酸铜阴极沉积的循环伏安研究  47-48
  5.3 铜在不锈钢电极上电沉积的初期行为  48-51
  5.4 铜离子浓度对初期行为的影响  51-53
  5.5 本章小结  53-54
第六章谷氨酸配合物体系铜电沉积工艺研究  54-66
  6.1 前言  54
  6.2 工艺条件实验  54-64
    6.2.1 铜离子浓度对槽电压与电流效率的影响  54-56
    6.2.2 谷氨酸根离子浓度对槽电压与电流效率的影响  56-58
    6.2.3 pH值对槽电压与电流效率的影响  58-59
    6.2.4 电流密度对槽电压与电流效率的影响  59-61
    6.2.5 极距对槽电压与电流效率的影响  61-63
    6.2.6 温度对槽电压与电流效率的影响  63-64
  6.3 本章小结  64-66
第七章结论与建议  66-68
  7.1 结论  66-67
  7.2 建议  67-68
参考文献  68-74
致谢  74-75
附录硕士期间发表的文章  75

铜在谷氨酸配合物体系电化学研究

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