第三章 硫酸铜电解液的制备

3.1溶铜生产的基本要求

电解铜箔生产，是将铜离子从硫酸铜水溶液中经过电沉积把铜沉积在阴极上，形成铜箔的，为了得到理想的电解铜箔，电解液的质量是致关重要的。生产什么样的铜箔需要什么样的电解液，电解液就是电解铜箔生产的原料源泉。所以电解液的制备是电解铜箔生产的第一道工序，是电解铜箔的第一道质量保障。

3.1.1电解液的基本要求

电解液必须十分洁净，电解液是电解铜箔生产的血液，电解铜箔是无缺陷产品，不干净就会得病。对电解铜箔生产来说，电解液怎么干净都不过份。电解液中无机杂质的最高允许含量：锌＜1.0g/L，铁＜1.5 g/L，锑＜0.15 g/L，铅＜0.1 g/L，镍＜0.1 g/L，镉＜0.1 g/L，铬＜0.3 g/L。在电解液里非铜的无机金属离子含量必须在允许范围内，而且越低越好，完全没有还不行。非硫酸根的阴离子含量越低越好，完全没有也不行。有机物含量除生产要求加入的之外，应该接近零才好。泥土等悬浮杂质不允许存在，电解液过滤的颗粒最大直径要小于0.5μm。添加的有机物颗粒直径最大不超过0.2μm。

电解液成份稳定是电解铜箔生产的必要条件，在生产过程中各成分处于基本无变化状态最好，波动范围要微小。各种元素要无毒环保，腐蚀性小，方便采购，经济可用。工艺参数的选择要环保经济便于应用，便于管理，便于控制，调整方便。

电解液造价低，原辅材料便于采购，处理，化学成份符合生产和产品的技术要求。电解液蒸发气体要无毒，利于净化治理，对环境无污染，对人畜无害。

3.1.2对溶铜设备的要求

为了达到正常生产高品质的电解铜箔，对电解铜箔制造中重要的溶铜设备，要求如下：

（1）溶铜罐是溶铜设备中的主要设备。它的构造为：内有热水进出管和列管换热器，进风管和环形空气分布器，进液管及分布器；酸气排出管，溶液流出筛板，溶铜罐上盖（可吊装）。对的要求溶铜罐应坚固耐用，不易变形；溶铜罐应耐酸腐蚀，有较好的耐热性、导热性。溶铜罐的表面要做好保温，这对节能降耗是十分重要的。

（2）溶铜罐中的溶铜液的温度要上升的快，热量损失小，节约能耗。

（3）利用溶铜罐在溶铜时，要求热量和氧(空气)分布均匀，溶铜罐内的各个部位能得到激烈均匀的搅拌，不存在死角。

（4）要求管路不易结晶，停产时放液排空方便，并便于清理。为防止出现结晶，进液、进风管路要全放进入溶铜罐内，因此它们要焊接在溶铜罐体的内壁上。

（5）溶铜罐操作系统要求投料方便。电解液要循环流畅均匀，快慢控制简单方便。溶铜罐上面最好是大开口，这便于停产期间的掏罐清洗。

（6）溶铜罐要密封严密，罐内酸气不外泄；罐外灰尘进不来；利于保持电解液洁净，不易受二次污染。

（7）所有管路易于封闭和连接，不易受损，尽量减少接头和连接点，防止腐蚀渗漏。

（8）排风通畅，设有不同流速段，使废气中的硫酸冷却回流入溶铜罐内。排风机设置在酸雾净化塔后面，利用保护风机。

3.3溶铜制液的工艺流程

溶铜制液目前有多种工艺流程。按其温度划分，有高温溶铜(80°—85℃)；有中温溶铜（70～75℃）；有低温溶铜(55～60℃)；按溶液浸料划分，有铜原料全部浸在电解液中，称浸泡法溶铜，有在铜原料上喷淋电解液的喷淋式溶铜，称喷淋法溶铜。 溶铜方式应根据地区气侯条件，如北方冬季气温在零下30℃多，一碗开水泼出去，即成为冰，这种气温肯定不适合喷淋式溶铜方式。我在生产实际的体会认为，无论是南方还是北方，还是浸泡式溶铜的优点多，建议大家应用浸泡式溶铜。 下面是几种不同的溶铜制液流程：

图3-1溶铜制液流程(一)

图3-2溶铜制液流程(二)

图3-3溶铜制液流程(三)

图3-4溶铜制液流程(四)

溶铜的方式不同，但机理都是一致的。金属铜在溶铜罐内的60℃液温里，在与硫酸和氧气相互交替接触的条件下，进行一系列多相反应。空气融入电解液（放热反应），氧与铜发生氧化反应（放热反应），硫酸与氧化铜反应（放热反应），硫酸与铜反应，硫酸与空气反应。使金属铜变成离子铜，成为硫酸铜水溶液。当铜离子浓度达到120—140g/L时，自溢流出，经过颗粒状活性炭的自然过滤，去除电解液里的悬浮杂质和部分有机物，流入贮液池里，与电解槽流回的电解液混合，来补充因电解液在生箔机电沉积成铜箔后减少的二价铜离子。由专用循环泵把贮液池中的电解液不断按所需的量打入溶铜罐中，溶铜罐内含二价铜离子浓度高的电解液不断流入储液池，补充电解系统中减少的二价铜离子。达到溶铜与电解析铜的平衡。

3.4溶铜罐内的供风排风系统

向溶铜罐内的电解液里供空气，主要作用有两方面:

一是供氧，这是铜溶解成硫酸铜不可缺少的一个元素。如果没有氧金属铜就会停止溶解，在电解铜箔生产时即使有电解液里带入的一点氧，铜溶解也十分缓慢。溶铜时如果缺氧，金属铜就会溶解成一价铜离子、或原子铜粉，成为电解铜箔生产的杂质，十分有害。

二是对溶铜罐内的溶铜反应起着搅拌作用，使反应的生成物迅速离开原料表面，反应物迅速传递到原料表面直接碰撞，进行反应。达到反应周而复始的迅速进行，这一点往往不被人认识，所以，向溶铜罐内投料时很随意，根本不考虑风的分布均匀与否。

浸泡式溶铜的供风可以用鼓风机，压缩空压机直接向溶铜罐内供风。喷淋式溶铜用抽风机使溶铜塔内负压，空气靠大气压进入溶铜塔 内。浸泡式溶铜最理想的是采用无油压缩空压机，它具有空气洁净、气压大、搅拌激烈等优势。 所供给的空气必须是十分洁净的，无尘、无水、无油、无脂、无杂质。要连续供风，保持足够稳定的风量、风压、风温。溶铜速度与供给的风量、风压、风温有直接关系。风量和风压是调整溶铜速度的主要方法。电解液中铜浓度高时可适量的减少供风量，铜浓度就会慢慢降下来。电解液中铜浓度低时可适量的增大风量，铜浓度会慢慢上升。

溶铜反应的关键是供风，只要风量、风压足，溶铜的热量就会不间断产生供给溶液。溶铜温度是溶铜速度的催化剂，保证充足的供风能力是溶铜生产的关键。 供风管路在安装时，注意停风时防止电解液进入风管里，这样就会避免供风管路被硫酸铜结晶堵死。如果出现这种情况，最好用蒸汽把结晶的硫酸铜溶解，如用蒸汽不行，只能把管路割断换新的。溶铜罐内的供风管路一般采用316L不锈钢的，耐温、耐撞击。

当空气通过溶铜罐内的原料层，把氧气耗尽，完成了对溶液搅拌的过程排出时，在空气泡上会粘带一些酸和铜离子的微粒。溶铜时将有大量的空气和水蒸汽要排放出去。这些水蒸汽也夹带一些酸、铜离子微粒，所以对这些气体在排放过程中必须进行处理。使酸和铜分离出来，以保证排出的气体不污染环境。 酸雾分离器在北方可以采用螺旋板式，天热时通入冷水，天凉时通入自然冷空气。使酸汽冷却成酸水，自然的流回溶铜罐里。在南方也可以采用这种半法，还可以采用专业的酸雾净化塔，配有耐酸排风机（见图3-5）。

图3-5溶铜的供风排风系统

供风机有的用螺杆式空气压缩机，有的用罗茨鼓风机。我认为溶铜最好用空气压缩机，风量大，风压高，搅拌能力强，单个溶铜罐可装满铜料。使溶铜罐充分发挥溶铜、加热、过滤的作用，溶铜能力大，单罐能供多台生箔机。罗茨鼓风机风量可以，风压太低，溶铜罐不能多装料。溶铜罐内铜料投多了，风鼓不进去，搅拌不起来，严重影响溶铜速度。

排风机有的是316L材料制作，有的是环氧玻璃钢制作，有的是PP或PVC等朔料制作的，根据多年的生产经验，排风机放在室内，用朔料的就可以，放在室外还是用玻璃钢的较好，经济实用，耐紫外线照射。