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图1、图2所示分别为不同电流密度下,铜回收率、阴极电流效率随时间的变化。由图1可以看出,电流密度越大,铜回收率越高。电解180min后,电流密度为200A˙m-2、250 A˙m-2、300A˙m-2时,铜回收率分别为93.24 %、96.82 %、98.68 %,铜回收率差别不大。
这表明进一步加大电流密度对提高铜回收率影响并不明显,这主要是由于随着电沉积时间延长,电解液中的Cu2+浓度逐渐降低且PH值持续下降,高浓度的氢离子及其它杂质离子在阴极与Cu2+竞争析出造成的。
由图2可以看出,阴极电流效率随时间呈总体下降趋势,且电流密度越大,下降趋势越明显。不同电流密度在前90 min内电流效率基本保持在90 %以上,这是由于前期铜离子浓度高,副反应少,而且电解液温度会随着电解时间逐渐上升趋于稳定,加快了溶液中离子交换速度。
90 min后各电流密度下的阴极电流效率差异明显,电流密度为100A˙m-2、150 A˙m-2、200 A˙m-2时电流效率相对稳定,基本保持在80 %以上,而在250 A˙m-2、300 A˙m-2电流密度条件下呈现急剧下降趋势。这主要是由于电解液存在少量铁离子及其它杂质造成的,电沉积后期 Fe3+、H+在阴极还原几率逐渐增大,副反应加剧,且电流密度过大会造成发热量的增加,降低电流效率。
2.初始PH值对铜回收影响
不同初始PH值对铜回收率、阴极电流效率的影响如图3、图4所示。
由图可知,随着电解液初始PH值的升高,铜回收率和阴极电流效率缓慢提升,且随电沉积时间延长影响越不明显。由表3可知,Fe3+极易在阴极还原成Fe2+,并在阳极上又被氧化为Fe3+,造成阴极电流效率的降低。
当初始 pH>3 时,Fe3+开始沉淀,铜离子还原反应受到竞争抑制减小,铜回收率和阴极电流效率提升。而随电沉积时间延长,铜离子浓度持续降低,高浓度的氢离子在阴极与 Cu2+竞争还原占据优势地位,Fe3+的对电沉积影响不再明显。
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