第三章 硫酸銅電解液的制備

3.1溶銅生産的基本要求

電解銅箔生産，是将銅離子從硫酸銅水溶液中經過電沉積把銅沉積在陰極上，形成銅箔的，為了得到理想的電解銅箔，電解液的質量是緻關重要的。生産什麼樣的銅箔需要什麼樣的電解液，電解液就是電解銅箔生産的原料源泉。所以電解液的制備是電解銅箔生産的第一道工序，是電解銅箔的第一道質量保障。

3.1.1電解液的基本要求

電解液必須十分潔淨，電解液是電解銅箔生産的血液，電解銅箔是無缺陷産品，不幹淨就會得病。對電解銅箔生産來說，電解液怎麼幹淨都不過份。電解液中無機雜質的最高允許含量：鋅＜1.0g/L，鐵＜1.5 g/L，銻＜0.15 g/L，鉛＜0.1 g/L，鎳＜0.1 g/L，镉＜0.1 g/L，鉻＜0.3 g/L。在電解液裡非銅的無機金屬離子含量必須在允許範圍内，而且越低越好，完全沒有還不行。非硫酸根的陰離子含量越低越好，完全沒有也不行。有機物含量除生産要求加入的之外，應該接近零才好。泥土等懸浮雜質不允許存在，電解液過濾的顆粒最大直徑要小于0.5μm。添加的有機物顆粒直徑最大不超過0.2μm。

電解液成份穩定是電解銅箔生産的必要條件，在生産過程中各成分處于基本無變化狀态最好，波動範圍要微小。各種元素要無毒環保，腐蝕性小，方便采購，經濟可用。工藝參數的選擇要環保經濟便于應用，便于管理，便于控制，調整方便。

電解液造價低，原輔材料便于采購，處理，化學成份符合生産和産品的技術要求。電解液蒸發氣體要無毒，利于淨化治理，對環境無污染，對人畜無害。

3.1.2對溶銅設備的要求

為了達到正常生産高品質的電解銅箔，對電解銅箔制造中重要的溶銅設備，要求如下：

（1）溶銅罐是溶銅設備中的主要設備。它的構造為：内有熱水進出管和列管換熱器，進風管和環形空氣分布器，進液管及分布器；酸氣排出管，溶液流出篩闆，溶銅罐上蓋（可吊裝）。對的要求溶銅罐應堅固耐用，不易變形；溶銅罐應耐酸腐蝕，有較好的耐熱性、導熱性。溶銅罐的表面要做好保溫，這對節能降耗是十分重要的。

（2）溶銅罐中的溶銅液的溫度要上升的快，熱量損失小，節約能耗。

（3）利用溶銅罐在溶銅時，要求熱量和氧(空氣)分布均勻，溶銅罐内的各個部位能得到激烈均勻的攪拌，不存在死角。

（4）要求管路不易結晶，停産時放液排空方便，并便于清理。為防止出現結晶，進液、進風管路要全放進入溶銅罐内，因此它們要焊接在溶銅罐體的内壁上。

（5）溶銅罐操作系統要求投料方便。電解液要循環流暢均勻，快慢控制簡單方便。溶銅罐上面最好是大開口，這便于停産期間的掏罐清洗。

（6）溶銅罐要密封嚴密，罐内酸氣不外洩；罐外灰塵進不來；利于保持電解液潔淨，不易受二次污染。

（7）所有管路易于封閉和連接，不易受損，盡量減少接頭和連接點，防止腐蝕滲漏。

（8）排風通暢，設有不同流速段，使廢氣中的硫酸冷卻回流入溶銅罐内。排風機設置在酸霧淨化塔後面，利用保護風機。

3.3溶銅制液的工藝流程

溶銅制液目前有多種工藝流程。按其溫度劃分，有高溫溶銅(80°—85℃)；有中溫溶銅（70～75℃）；有低溫溶銅(55～60℃)；按溶液浸料劃分，有銅原料全部浸在電解液中，稱浸泡法溶銅，有在銅原料上噴淋電解液的噴淋式溶銅，稱噴淋法溶銅。 溶銅方式應根據地區氣侯條件，如北方冬季氣溫在零下30℃多，一碗開水潑出去，即成為冰，這種氣溫肯定不适合噴淋式溶銅方式。我在生産實際的體會認為，無論是南方還是北方，還是浸泡式溶銅的優點多，建議大家應用浸泡式溶銅。 下面是幾種不同的溶銅制液流程：

圖3-1溶銅制液流程(一)

圖3-2溶銅制液流程(二)

圖3-3溶銅制液流程(三)

圖3-4溶銅制液流程(四)

溶銅的方式不同，但機理都是一緻的。金屬銅在溶銅罐内的60℃液溫裡，在與硫酸和氧氣相互交替接觸的條件下，進行一系列多相反應。空氣融入電解液（放熱反應），氧與銅發生氧化反應（放熱反應），硫酸與氧化銅反應（放熱反應），硫酸與銅反應，硫酸與空氣反應。使金屬銅變成離子銅，成為硫酸銅水溶液。當銅離子濃度達到120—140g/L時，自溢流出，經過顆粒狀活性炭的自然過濾，去除電解液裡的懸浮雜質和部分有機物，流入貯液池裡，與電解槽流回的電解液混合，來補充因電解液在生箔機電沉積成銅箔後減少的二價銅離子。由專用循環泵把貯液池中的電解液不斷按所需的量打入溶銅罐中，溶銅罐内含二價銅離子濃度高的電解液不斷流入儲液池，補充電解系統中減少的二價銅離子。達到溶銅與電解析銅的平衡。

3.4溶銅罐内的供風排風系統

向溶銅罐内的電解液裡供空氣，主要作用有兩方面:

一是供氧，這是銅溶解成硫酸銅不可缺少的一個元素。如果沒有氧金屬銅就會停止溶解，在電解銅箔生産時即使有電解液裡帶入的一點氧，銅溶解也十分緩慢。溶銅時如果缺氧，金屬銅就會溶解成一價銅離子、或原子銅粉，成為電解銅箔生産的雜質，十分有害。

二是對溶銅罐内的溶銅反應起着攪拌作用，使反應的生成物迅速離開原料表面，反應物迅速傳遞到原料表面直接碰撞，進行反應。達到反應周而複始的迅速進行，這一點往往不被人認識，所以，向溶銅罐内投料時很随意，根本不考慮風的分布均勻與否。

浸泡式溶銅的供風可以用鼓風機，壓縮空壓機直接向溶銅罐内供風。噴淋式溶銅用抽風機使溶銅塔内負壓，空氣靠大氣壓進入溶銅塔 内。浸泡式溶銅最理想的是采用無油壓縮空壓機，它具有空氣潔淨、氣壓大、攪拌激烈等優勢。 所供給的空氣必須是十分潔淨的，無塵、無水、無油、無脂、無雜質。要連續供風，保持足夠穩定的風量、風壓、風溫。溶銅速度與供給的風量、風壓、風溫有直接關系。風量和風壓是調整溶銅速度的主要方法。電解液中銅濃度高時可适量的減少供風量，銅濃度就會慢慢降下來。電解液中銅濃度低時可适量的增大風量，銅濃度會慢慢上升。

溶銅反應的關鍵是供風，隻要風量、風壓足，溶銅的熱量就會不間斷産生供給溶液。溶銅溫度是溶銅速度的催化劑，保證充足的供風能力是溶銅生産的關鍵。 供風管路在安裝時，注意停風時防止電解液進入風管裡，這樣就會避免供風管路被硫酸銅結晶堵死。如果出現這種情況，最好用蒸汽把結晶的硫酸銅溶解，如用蒸汽不行，隻能把管路割斷換新的。溶銅罐内的供風管路一般采用316L不鏽鋼的，耐溫、耐撞擊。

當空氣通過溶銅罐内的原料層，把氧氣耗盡，完成了對溶液攪拌的過程排出時，在空氣泡上會粘帶一些酸和銅離子的微粒。溶銅時将有大量的空氣和水蒸汽要排放出去。這些水蒸汽也夾帶一些酸、銅離子微粒，所以對這些氣體在排放過程中必須進行處理。使酸和銅分離出來，以保證排出的氣體不污染環境。 酸霧分離器在北方可以采用螺旋闆式，天熱時通入冷水，天涼時通入自然冷空氣。使酸汽冷卻成酸水，自然的流回溶銅罐裡。在南方也可以采用這種半法，還可以采用專業的酸霧淨化塔，配有耐酸排風機（見圖3-5）。

圖3-5溶銅的供風排風系統

供風機有的用螺杆式空氣壓縮機，有的用羅茨鼓風機。我認為溶銅最好用空氣壓縮機，風量大，風壓高，攪拌能力強，單個溶銅罐可裝滿銅料。使溶銅罐充分發揮溶銅、加熱、過濾的作用，溶銅能力大，單罐能供多台生箔機。羅茨鼓風機風量可以，風壓太低，溶銅罐不能多裝料。溶銅罐内銅料投多了，風鼓不進去，攪拌不起來，嚴重影響溶銅速度。

排風機有的是316L材料制作，有的是環氧玻璃鋼制作，有的是PP或PVC等朔料制作的，根據多年的生産經驗，排風機放在室内，用朔料的就可以，放在室外還是用玻璃鋼的較好，經濟實用，耐紫外線照射。