「24k镀金回收价格」 合金精炼提纯过程中金属的电解回收研究
合金精炼提纯过程中金属的电解回收研究？
李佳艳1，2，贾朋军1，2，刘瑶1，2，李亚琼1，2，曹盼盼1，2，谭毅1，2
1。大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁大连；
2。辽宁省太阳能光伏系统重点实验室，辽宁大连
摘要：三元合金精炼方法能够显著提高太阳能级多晶硅的提纯产率，但添加的金属与难以分离的问题限制了它的实际应用。选用260/作为电解液，合金58.14%原子分数31.86%原子分数10%原子分数作为阳极，高纯99.99%作为阴极，在室温下进行恒电流沉积实验。通过讨论电流密度、电解液值、沉积时间、搅拌速度等参数对电流效率及沉积层形貌的影响，优化电解回收金属实验工艺。研究结果表明，在室温下，当磁力搅拌速度为800/，电流密度为0.4~0.5/2，沉积时间为3~6，值为3
~4时，电流效率达到最大值。
中图分类号：821文献标识码：
进入21世纪以来，能源和环境问题日益突出，新能源产业得到了迅猛的发展。其中硅太阳能电池发电技术以其独特的优点获得了世界各国的青睐，吸引了众多研究学者对太阳能级硅材料的研究[1]。目前生产太阳能级硅的方法主要为改良西门子法，但国外的核心技术一直对中国进行「24k镀金回收价格」封锁，并且国内企业的生产成本降低的空间有限，因此，近年来，低成本、低污染的多晶硅制备方法———冶金法，成为国内高校、企业的研究热点，开展了丰富的理论研究和实验研究[2]。冶金法是在硅不发生化学反应的情况下，依次去除多晶硅中杂质的方法。该方法主要是利用硅与杂质的不同物理性质进行分离，从而达到提纯目的。
合金精炼是冶金法中的一种，日本东京大学教授针对二元合金体系提纯多晶硅进行了大量的研究[3]，结果表明合金精炼的方法可以有效降低冶金硅中的杂质含量，具有极好的发展前景。但该方法面临一个十分棘手的难题，即无法有效分离提纯后的初晶硅与合金。虽然已有学者尝试采用感应富集[4]、超重力分离[5]、过滤[67]等方法，这些方法都具有一定的分离效果，但是它们只是专注于得到纯的初晶硅，而对金属的回收再利用没有进行研究。
精炼方本法文，前实期验探结讨果了表明[8]，合金的添添加加金能属降低的合金合金中共晶的含量，有效地增加初晶硅的回收率。而对方法合实金现精炼体的系分中离与回收合[9]金。结可合采现用有低研温究熔基盐础电，本解文针对金属的分离与回收，采用2电解液，在室温下电解阳极合金分离回收高纯金属，以期减少酸剂用量来降低环境污染，实现低成本回收高纯金属。
2实验实验装置如图1所示。
图1电解实验装置示意图
实验采用直流稳压电源电流控制精度为1做电流输出装置，电源的正极和负极分别接阳极合金58.14%原子分数31.86%原子分数10%原子分数和阴极高纯99.99%，电极间距固定为2。电极经抛光、清洗、干燥、称重后，插入由260/，4240/，687配2制0的/电解，液中[10]，在2室温2下改变电2流密/度，、
？基金项目：国家：2自艳01然4科0139学8003基-金，资女助，内项蒙目收古51到通10修辽40改人28稿，博日；高士期等，：师2学0承1校4谭0博6毅士3教0学授科，点从专事项冶通科金讯法研作制基者备金：资太谭助阳能项毅目级，多20晶11硅0：0研41究12「24k镀金回收价格」。0031。。收到初稿日期作者简介：李佳
沉积值[11、1沉2]。积沉时积间结以束及后搅立拌即速取度出等参数电进极行并用蒸的馏电解水冲洗，放入烘箱干燥。结合电子分析天平、射线衍射仪、扫描电子显微镜等仪器研究各参数对电流效率及沉积层质量、形貌的影响，最终确定最优的金属电解回收工艺。李佳艳等：合金精炼提纯过程中金属的电解回收研究
3结果与讨论
图2为一定条件下电解沉积前后阴极的对比图像。可以看到电解沉积过程完成后，阴极上出现了一层致密的沉积物，且两侧和下端处较多。这是由于方形的阴极棱角处呈现明显的尖端效应，尖端处的电场19139线分布比较密集，所以沉积物在尖端处生长比较集中，其它平缓的区域生长的概率较小。对沉积物进行
3.1电流密度对电流效率2及沉积层质图量2的沉影积响前后阴极图加像及当沉电积流物密度为，和2时，电流效率达到最
，0.40。5/
在室温条件下，固定搅拌速度800/，电解液大值92.91%。继续加大电流密度，电流效率反而降低。
0。1~值0为71~2，2电进解行时电间解5实验，采研用究不其同对的电电流流效密率度的不同电流密度对应的沉积层形貌如图4所示。
影响。电流效率的计算式如下所示
η？？？2.214×100%1
为电其流中密，度η，为/电流2效；率为，电极为面实积际，产物2的；质为量通，电；时间，；2.214为2+的电化学当量，/？。利用式
流1效计率由算图的3对可应沉知关积，系过电如程流图的效3电率所随流示着效。电率流，得密到度电的流增密加度逐与渐电增3图3电流密度对电流效率的影响
图4不同电流密度下阴极沉积层的扫描图
分析，确定沉积物为金属。
由图4可以看出，电流密度较小时，析出的颗粒尺寸较大，沉积层疏松；随着电流密度的增加，析出的颗粒尺寸逐渐均匀，沉积层表面致密平整，且出现分层现象，表层颗粒尺寸大且不规则容易脱落。
这是因为在阴极上的电解沉积是一个形核与生长共同作用的过程，沉积层表面颗粒的形状、大小和数量由形核及生长速度两方面决「24k镀金回收价格」定。低电流密度时，阴极电位低，离子放电缓慢，原已形成的晶核的成长速度大于新晶核的产生速度，所以沉积生成的颗粒较大，层很薄且比较疏松，未能完全覆盖阴极，可以看到裸露的阴极表面如图4所示。此时疏松层的附着力差，结合不紧密，限制了的进一步沉积，导致较低的电流效率；随着电流密度的增加，阴极电位逐渐变大，形核逐渐占主导地位，所以颗粒尺寸越来越小，沉积层致密，使得电流效率增加；而当电流密度进一步增加时，的析出速度加快，针状的产物与基体结合力较差，容易脱落，导致电流效率降低[13]。与此同时，当电流密度增加到极限电流时，则氢气将与金属同时析出，造成阴极附近液层中+浓度下降，局部值升高，产生的2沉淀夹附于沉积层中，
使沉积层粗糙或呈海绵状。
2沉积时间对电流效率的影响
图5为室温条件下，固定搅拌速度为800/，电流密度为0.4/2，值为1~2，不同沉积时间
与电流效率的关系。
由图5可以看出，随着沉积时间的延长电流效率逐渐增大，当电解时间为3~6时，电流效率达到最大值为95.71%，然后电流效率又逐渐降低。这是因为沉积时间较短时，沉积初期要进行电极的表面充电，导致阴极电位的降低。一段时间后，才能达到阴极的形核过电位，在阴极开始形核，生长速度缓慢。沉积质量增加较小，所以电流效率较低。随着电解时间的延长，生长速度加快，沉积质量增加导致电流效率的升高，增加到最大值后，电流效率降低，这可能是由于随着沉积时间的延长，2+离子浓度不断减小，则由浓差极化或电化学极化造成的析过电位逐渐升高，电沉积电流效率降低；另一方面，随着电解的进行，阴极表面由光滑逐渐粗糙，吸附氢原子的能力增强，析出氢气增多，导致电流效率降低。
图5沉积时间对电流效率的影响
6图6阴极基体沉积层及脱落物的扫’描电镜及能谱分析图
从图可以看出，沉积层及脱落的金属在微观形貌上存在很大的不同，图6沉积层多为
对电解时间为8的样品冲洗干燥后，看到金属表面富集了很多颗粒，在棱角处由于堆积厚度过大而脱落，脱落的多为粉状。对「24k镀金回收价格」沉积层及脱落的金属进行微观形貌及成分分析，结果如图6所示。李佳艳等：合金精炼提纯过程中金属的电解回收研究球状颗粒，堆积比较致密；而图6脱落的金属为枝晶状结构，这部分脱落的金属是由于电流密度的加大和电解时间的延长引起的，也验证了电解过程中金属的一个形核长大的过程，小的电流密度和电解时间对应于生长速度较慢的球状结构，堆积在阴极金属的表面不容易脱落；而较大的电流密度和电解时间使得生长速率较快的枝状结构的含量增多，因此在实际电解回收锡的工艺过程中，当电解实验进行一段时间后，为了保持最优的电流效率，需要对阴极进行更换或表面处理，然后再继续回收过程。
3.3室搅温拌下速，度固对定电电流流效密率度的0影。4响/2，沉积时间为
5，值为1~2。电流效率随搅拌速度的变化趋势如图7所示。
图7搅拌速度对电流效率的影响
由图7可以看出，当搅拌速度较小时，电流效率较低。当搅拌速度达到800/时，电流效率达到最大值95.81%，继续增加搅拌速度，电流效率反而降低。这是因为搅拌速度较低时，阴极的放电消耗导致阴极附近的2+离子浓度处于相对贫乏状态，所以得到的层中含量较低。搅拌速度达到800/后，溶液与阴极表面间的扩散层的厚度大大减小，离子从溶液到阴极表面的扩散层减少，由于放电消耗而降低的离子浓度能够得到及时的补充，使得在阴极本来处于相对贫乏的2+离子浓度上升，从而沉积层质量增加。由于溶液与阴极间扩散层的厚度不会随着搅拌速度的增加而无限减小，所以，当搅拌速度超过800/时，继续加大搅拌速度不会对层造成明显影响。此外，过大的搅拌速度会使溶液中溶入更多氧气，加剧2+的氧化，所以搅拌速度不宜过大，最佳搅拌速度为800/。
3.4值对电流效率的影响
室温下2，电固解定时搅间拌5速度为，调80整0/，的电量流得密到度为
0.4/
值为1~2，3~4，5~6和7~8的电解液。研究不同值下，电解液对电流效率的影响，结果如表1所示。可以看出电流效率随着电解液值的增大而增大，当值为3~4时，电流效率达到最大值，为9是3。因04为%电。解液值为高3~于43时~4，适时量，电的流效+形率成逐水渐合降氢低离。这子19141积出。氢3而气+[14，]增，使值强电过溶解低液时液的/过电导量极电的界性面，利+形会于成在金隔阴属离极层得，的阻到电碍电解电子析沉沉
积少的，几进乎行不，能导形致成电水流合效氢率离的子降低。+，值从过而高导，致导+电减3
性降合差；同，成不时利电于解金液属呈2碱沉性淀的时导电，电致解解沉液积2+中，的造浓成2度+电会降流与低效，率减的少-下了结生，
电沉积过程中所需要的沉积基体，造成层无法顺利生成，其结果只是在阴极表面析出一层很薄的钝化层，导致电解过程无法进行。
表1值对电流效率的影响
92.91
93.04沉淀析8出9，0无9法实验
47~8
值为3~4。在上述条件下，获得的电流效率高于96.78。通过研究，可以有效地回收合金精炼过程中的金属。
