一种高纯金的制备方法
阅读说明：本技术 一种高纯金的制备方法 (Preparation method of high-purity gold ) 是由 朱振华 冯杰荣 孔维龙 蒋发权 黄世盛 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及制备高纯金的技术领域,具体涉及一种高纯金的制备方法,该制备方法通电,电流结合电解质溶液使得阳极和阴极上发生氧化还原反应,进行电极之间原子和离子的转换,生成高纯金；并且在生产时克服银对高纯金的困扰,明显降低对环境的污染和利用,并提高了生产效率。(The invention relates to the technical field of preparing high-purity gold, in particular to a preparation method of high-purity gold, which is electrified, and the anode and the cathode are subjected to oxidation-reduction reaction by combining current with an electrolyte solution to convert atoms and ions between the electrodes to generate the high-purity gold; and the trouble of silver to high-purity gold is overcome during production, the pollution and the utilization to the environment are obviously reduced, and the production efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及制备高纯金技术领域，具体涉及一种高纯金的制备方法。
背景技术
高纯金具有极好的物理化学性能，接触电阻低而稳定，具备良好的导电性和导热性，易键合，易形成膜以及与半导体基体附着性良好等特性。
高纯金通过添加元素形成AuGe、AuGeNi、AuBe、AuGa等金基蒸发材料，可改变其熔流点，改善其与不同材料的润湿性，附着性，可以与化合物半导体形成欧姆接触，是制造半导体器件的关键基础材料，其产品质量直接影响半导体器件的性能，广泛应用于LED(发光二板管)照明、太阳能电池、微波半导体器件、电极和互联网等工业生产中，近年来随着电子行业的快速发展，电子行业广泛采用金及其合金材料作为引线，肥材和焊料等。
高纯金需求量每年以50％以上的速率增长，5N高纯金可用很多方法生产，例如应用王水造液后电解精炼、化学还原、溶剂萃取等方法都可生产出5N金，但有的方法较为烦琐，有的方法投资相对较大；例如，①传统的王水造液法的氯化精炼法流程短、速率快，但产品纯度不高，同时氯气的腐蚀性强，往往需要进一步电解精炼；②传统的化学还原方法很难得到高纯度的金；③溶剂萃取法往往要进行多次萃取，污染较大，劳动强度大，生产周期长、成本高。
发明内容
本发明提供一种高纯金的制备方法，以避免产品纯度不高或者单一技术重复多遍才能生产出高纯金的缺点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高纯金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：准备电解槽，电解槽的材料为HPVC；隔离槽，隔离槽的材料为HPVC；HPVC能保证电解槽和隔离槽不被槽内的溶液腐蚀，同时也能抱着溶液在槽内不会变质、阴极棒、阳极滤袋、5N的金和4N的金；电解槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝1:4，利用该浓度进行造液，使4N金片中尽量多的Au变成Au3+，隔离槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝4:1，并且保持隔离槽内的液面比电解槽内的液面高1cm～2cm；如此设置，避免在电解反应发生时金离子进入隔离槽中。
步骤二：将5N的金进行退火处理；
步骤三：将步骤二所得的5N的金用模具制型，将5N的金防止在模具中压制，即可得到5N金片，将5N金片固定在阴极棒上，再将阴极棒放置在电解槽中；阴极采用5N的金可以避免其他离子的干扰，使得制备的高纯金杂质少。
步骤四：将4N的金用模具制型，将4N的金放到模具中压制，即可得到4N金片，将4N金片放到阳极滤袋中，再将阳极滤袋放置在隔离槽中；如此方便在4N金片溶解后收集阳极残极；
步骤五：造液：将隔离槽放置在电解槽中，在隔离槽中通电，直至造液完成；
步骤六：电解：在电解槽中通电，控制直流电压为0.5～1.0V，直至阳极滤袋中的4N金片变成阳极残极；通电时，若金离子不能全部迁移到阴极析出金，则说明阳极已经发生钝化，或者是电解槽内盐酸浓度不足，或者是阳极钝化和电解槽内盐酸浓度不足；此时电解槽内的离子存在形式为：AuCl3与水反应生成含Cl、Au、O的配位阴离子：
AuCl3+H2O＝H2AuCl3O；
H2AuCl3O＝2H++[AuCl3O]2﹣；
此时需要添加盐酸，先测定电解槽内的pH值，再补充优级GR纯盐酸，直至电解槽内盐酸浓度为2.5mol/L，继续电解，添加盐酸后电解液内的离子存在形式为：
AuCl3+HCl＝HAuCl4；
HAuCl4＝H++[AuCl4]﹣；
步骤七：待步骤六中的阳极变为残极时，取出阳极滤袋，收集阳极残极；将阴极所得到的金先用90℃～100℃的热水清洗，热水比冷水的效果好，快速且有效的洗掉金中含有的电解液，降低pH，其次用去离子水洗至中性；
步骤八：将步骤七经清洗后的金用去离子水与分析纯硝酸配制的含硝酸浓度为80～100g/L的溶液中在90℃～95℃下浸煮30min～45min，浸煮完毕后用去离子水洗至中性；
步骤九：将步骤八经清洗后的金用AR级氨水浸泡30min～40min，再用去离子水洗至中性，烘干，得到5N高纯金。
优选的，所述步骤一中的阴极棒由银组成；在造液过程中结合电流能避免银离子对制备高纯金的影响。
优选的，所述步骤三中的5N金片的规格为550mm×100mm×4mm；在保证金片质量的前提下提高阴极析出金的效率；所述步骤四的4N金片的规格为550mm×100mm×40mm；在保证金片质量稳定的前提下提高了阳极的电解效率。
优选的，所述步骤二中的退火处理调整金的硬度和韧性，使得金变脆，直至5N的金可以挂到阴极棒上；利用瓦斯加热，改善5N的金的表面氧化度，加热至5N的金变红变脆，但不能熔化，如此能够保证5N的金在电解反应时不会掉落。
优选的，所述步骤三中固定在同一个阴极棒上的5N金片至少有2片；如此能够保证5N金片能够在电解反应时能够稳固的挂在阴极棒上，阴极与电解液的接触面积增大，进而加快Au3+的析出效率。
优选的，所述步骤四中的阳极滤袋为绝缘滤袋；如此能保证阳极中4N金片熔掉后金离子能够通过绝缘滤袋进入隔离槽中，而阳极残极保留在绝缘滤袋中，方便收集。
优选的，所述步骤五中的造液是以直流电解方式进行，电解极距：100mm，电解温度为40～60℃，电流密度为250～300A/㎡；电解极距的设置使得多个阳极棒之间不接触，实现造液速度快。
优选的，所述步骤六中通电的电解极距为100mm，交流电流：直流电流＝(1～1.5)：1；在进行电解精炼时，4N金片作为阳极，5N金片作为阴极，在电解液里通过交直流整流机的特定交直流参数生产出高纯金，此种特定交直流参数组成非对称性的脉冲电流，使电解液里的AgCl薄膜即被气泡所冲击，变疏松脱落，AgCl的生成受到抑制，不仅克服了银对高纯金的影响，同时使产出的5N高纯金指标优良。
优选的，所述步骤五中当隔离槽内的溶液金离子浓度达到120～140g/L时，停止造液；如此才能达到电解槽电解反应的发生条件。
优选的，所述步骤六中电解时酸浓度需达到2.5mol/L；如此才能达到电解槽电解反应的发生条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果：该高纯金的制备方法，通过使用电解精炼法，电流结合电解质溶液使得阳极和阴极上发生氧化还原反应，进行电极之间原子和离子的转换，生成高纯金；并且在生产时克服银对高纯金的困扰，明显降低对环境的污染和利用，并提高了生产效率；
通过在隔离槽中造液使得金离子浓度和溶液中酸度达到电解所需的条件后进行电解，将电解槽中的金离子还原成金，以此来制备出5N高纯金，除杂效果好，避免了其他金属离子的干扰；
同时，不需要进行像溶剂萃取法中的多次萃取步骤，使得制备高纯金流程短；不需要进行王水造液法，避免了产生氯气，使得该制备方法对环境友好。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，4N代表纯度为99.99％的金，5N代表纯度为99.999％的金。
实施例一
准备电解槽(材质为HPVC，规格为1000mm×500mm×450mm)、隔离槽(材质为HPVC，规格为470mm×420mm×60mm)、阴极棒(由银组成，规格为长650mm×直径14mm)、阳极滤袋，该滤袋为绝缘滤袋、5N的金和4N的金，电解槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝1:4，隔离槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝4:1；隔离槽位于电解槽中，且隔离槽内页面高于电解槽内液面2cm；将5N的金进行退火处理，处理后利用模具压制成5N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将2片5N金片固定在一条阴极棒上，组成一个阴极，将阴极棒和5N金片放置在电解槽中；将4N的金用模具压制成4N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将4N金片放到阳极滤袋中，将阳极滤袋和4N金片放置在隔离槽中；在隔离槽中通电，造液以直流电解方式进行，电解极距：100mm，电解温度为60℃，电流密度为250A/㎡，当金离子浓度达到140g/L时，停止造液；再在电解槽中通电，控制直流电压为1.0V，通电时，若金离子不能全部迁移到阴极析出金，则说明阳极已经发生钝化，或者是电解槽内盐酸浓度不足，或者是阳极钝化和电解槽内盐酸浓度不足；此时需要添加盐酸，先测定电解槽内的pH值，再补充优级GR纯盐酸，直至电解槽内盐酸浓度为2.5mol/L，继续电解；待阳极滤袋中的4N金片变为阳极残极时，取出阳极滤袋，收集阳极泥；将阴极所得到的金先用90℃的热水清洗，其次用去离子水洗至中性；经清洗后的金用去离子水与分析纯硝酸配制的含硝酸浓度为100g/L的溶液在95℃下浸煮45min，浸煮完毕后用去离子水洗至中性；其次用AR级氨水浸泡40min，再用去离子水洗至中性，最后烘干，得到5N高纯金。
实施例二
准备电解槽(材质为HPVC，规格为1000mm×500mm×450mm)、隔离槽(材质为HPVC，规格为470mm×420mm×60mm)、阴极棒(由银组成，规格为长650mm×直径14mm)、阳极滤袋，该滤袋为绝缘滤袋、5N的金和4N的金，电解槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝1:4，隔离槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝4:1；隔离槽位于电解槽中，且隔离槽内页面高于电解槽内液面1.5cm；将5N的金进行退火处理，处理后利用模具压制成5N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将3片5N金片固定在一条阴极棒上，组成一个阴极，将阴极棒和5N金片放置在电解槽中；将4N的金用模具压制成4N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将4N金片放到阳极滤袋中，再将阳极滤袋放置在隔离槽中；在隔离槽中通电，造液以直流电解方式进行，电解极距：100mm，电解温度为50℃，电流密度为275A/㎡，当金离子浓度达到130g/L时，停止造液；再在电解槽中通电，控制直流电压为0.8V，通电时，若金离子不能全部迁移到阴极析出金，则说明阳极已经发生钝化，或者是电解槽内盐酸浓度不足，或者是阳极钝化和电解槽内盐酸浓度不足，此时需要添加盐酸，先测定电解槽内的pH值，再补充优级GR纯盐酸，直至电解槽内盐酸浓度为2.5mol/L，继续电解；待阳极滤袋中的4N金片变为阳极残极时，取出阳极滤袋，收集阳极泥；将阴极所得到的金先用95℃的热水清洗，其次用去离子水洗至中性；经清洗后的金用去离子水与分析纯硝酸配制的含硝酸浓度为90g/L的溶液在93℃下浸煮37min，浸煮完毕后用去离子水洗至中性；其次用AR级氨水浸泡38min，再用去离子水洗至中性，最后烘干，得到5N高纯金。
实施例三
准备电解槽(材质为HPVC，规格为1000mm×500mm×450mm)、隔离槽(材质为HPVC，规格为470mm×420mm×60mm)、阴极棒(由银组成，规格为长650mm×直径14mm)、阳极滤袋，该滤袋为绝缘滤袋、5N的金和4N的金，电解槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝1:4，隔离槽的溶液为优级纯盐酸：去离子水＝4:1；隔离槽位于电解槽中，且隔离槽内页面高于电解槽内液面1cm；将5N的金进行退火处理，处理后利用模具压制成5N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将2片5N金片固定在一条阴极棒上，组成一个阴极，将阴极棒和5N金片放置在电解槽中；将4N的金用模具压制成4N金片，规格为550mm×100mm×40mm，将4N金片放到阳极滤袋中，将阳极滤袋和4N金片放置在隔离槽中；在隔离槽中通电，造液以直流电解方式进行，电解极距：100mm，电解温度为40℃，电流密度为250A/㎡，当金离子浓度达到120g/L时，停止造液；再在电解槽中通电，控制直流电压为0.5V，通电时，若金离子不能全部迁移到阴极析出金，则说明阳极已经发生钝化，或者是电解槽内盐酸浓度不足，或者是阳极钝化和电解槽内盐酸浓度不足，此时添加需要盐酸，先测定电解槽内的pH值，再补充优级GR纯盐酸，直至电解槽内盐酸浓度为2.5mol/L，继续电解；待阳极滤袋中的4N金片变为阳极残极时，取出阳极滤袋，收集阳极泥；将阴极所得到的金先用100℃的热水清洗，其次用去离子水洗至中性；经清洗后的金用去离子水与分析纯硝酸配制的含硝酸浓度为80g/L的溶液在90℃下浸煮30min，浸煮完毕后用去离子水洗至中性；其次用AR级氨水浸泡30min，再用去离子水洗至中性，最后烘干，得到5N高纯金。
对比例一：
溶解：将原料放入反应釜中，加入王水加热溶解，溶解后加盐酸赶硝；过滤：赶硝后的金溶液用纯净水稀释过滤；还原：向滤液中加入还原剂还原，直至溶液中的金还原完全，进行固液分离，还原母液分析金含量；洗涤：还原后得到的金放入烧杯中，加纯净水洗涤数次，直至pH试纸检测洗水呈中性；再溶解：清洗后的金放入烧杯中，加盐酸和硝酸混合酸溶解，赶硝，用纯净水稀释，稀释后溶液过滤，滤液进行金的还原，滤纸洗涤后集中回收处理；还原：过滤后的溶液加入还原剂，加热还原，还原结束后，进行固液分离，海绵金转入烧杯中洗涤，母液回收金后排放，洗涤、烘干：海绵金放入烧杯中，加纯净水洗涤，直至pH试纸检测洗水呈近中性。洗涤结束后,金转人蒸发皿内,电炉上烘干水分，得到高纯金A。
对比例二：首先用王水或者电解造液的方式将粗金溶解，然后将滤渣进行过滤，调整浸出液中盐酸的浓度，然后用萃取剂进行萃取，使金与杂质得到分离，再用稀盐酸水溶液洗涤萃取液，除杂后，将载金萃取液与草酸盐一起加温，还原获得高纯金B。
通过上述实施例一～三与对比例一～二的制备方法、实验现象和实验结果对比可知，对比例一王水需要考虑溶解温度，步骤麻烦，需要现配现用，在高纯金的制备上会产生较多的二氧化氮和氯气，利用率不高，对人体危害大，制备得到的高纯金A混有杂质较多，不能排除银离子对实验的干扰；对比例二在高纯金的制备上有机相和水相要互相分离，技术工序多，时间长，需要考虑萃取剂成本，萃取剂气味大，对人体伤害大，有机物比较危险，不能高温，而且制备的高纯金B混有杂质较多，也不能排除银离子对实验的干扰；实施例1～3电解精炼只需检查交直流整流机控制其在合适范围内即可进行高纯金的制备，不会产生其他有毒气体，电解液和阳极残极好回收，没有添加入其他的杂质。
本发明的有益效果：该高纯金的制备方法，通过使用电解精炼法，电流结合电解质溶液使得阳极和阴极上发生氧化还原反应，进行电极之间原子和离子的转换，生成高纯金；并且在生产时克服银对高纯金的困扰，明显降低对环境的污染和利用，并提高了生产效率；
通过在隔离槽中造液使得金离子浓度和溶液中酸度达到电解所需的条件后进行电解，将电解槽中的金离子还原成金，以此来制备出5N高纯金，除杂效果好，避免了其他金属离子的干扰；
同时，不需要进行像溶剂萃取法中的多次萃取步骤，使得制备高纯金流程短；不需要进行王水造液法，避免了产生氯气，使得该制备方法对环境友好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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