電解銅箔制造技術(shù)講座（連載一）
日期：2024-10-16 10:29:40 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：572電解銅箔制造技術(shù)講座(連載一)
任中文 編著
電解銅箔產(chǎn)品在國外已有80多年的生產(chǎn)歷史，在我國也有50多年的生產(chǎn)歷史。在這方面的系統(tǒng)的專業(yè)書籍或?qū)Ｖ形匆姷剑m然針對某一個問題的各種專利性材料發(fā)表不少，但至今沒有一本系統(tǒng)的基本的具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義的實(shí)用資料。本人基于從事電解銅箔四十年的生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)、管理的經(jīng)驗(yàn)，及總結(jié)我?guī)煾感でб簧纳a(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和參閱有關(guān)文獻(xiàn)斗膽寫出這份材料，供從事銅箔事業(yè)的專家學(xué)者和生產(chǎn)人員參考。希望起著拋磚引玉的作用，目的是把我國銅箔事業(yè)搞上去，真正生產(chǎn)出高檔銅箔和銅箔生產(chǎn)設(shè)備。
由于本人的學(xué)識水平有限，錯誤肯定很多，請各位諒解、不吝指正。
第一章 電解銅箔的發(fā)展簡史和用途
1.1電解銅箔的發(fā)展簡史
電子銅箔的連續(xù)法生產(chǎn)由來已久，早在一八九五年，西方發(fā)達(dá)國家就開始用壓延加工的方法生產(chǎn)銅箔，并把它稱為壓延銅箔。
電解銅箔是在二十世紀(jì)三十年代中期才開發(fā)生產(chǎn)，當(dāng)時生產(chǎn)的電解銅箔主要用于建筑，作為防水、防磁、防植物根系的材料;還有是機(jī)械行業(yè)作墊片用。
1937年，美國新澤西州安拿康達(dá)銅業(yè)公司，首先研制生產(chǎn)出0.035mm厚的較薄電解銅箔，始用于電子工業(yè)的電路板。
此后，由于第二次世界大戰(zhàn)期間，參戰(zhàn)各方對情報和無線通訊設(shè)備需求大增，極大的促進(jìn)了印制電路行業(yè)的發(fā)展。戰(zhàn)爭促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子通訊工業(yè)得到迅速發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)后，用印刷電路制作的電子產(chǎn)品在軍事、工業(yè)、人民生活上得到普遍的應(yīng)用，這就帶動了電解銅箔生產(chǎn)的飛速發(fā)展，各種特殊規(guī)格的和各種表面處理的銅箔也應(yīng)運(yùn)而生，這是電解銅箔大發(fā)展的一個時期。
我國生產(chǎn)電解銅箔是在1963年初，由國家冶金工業(yè)部下達(dá)給遼寧省本溪市合金廠的科研開發(fā)任務(wù)。本溪合金廠經(jīng)過半年的研制，于1963年9月投入生產(chǎn)，是當(dāng)年向國慶節(jié)獻(xiàn)禮產(chǎn)品，1964年獲得國家發(fā)明獎。
本溪市合金廠開始生產(chǎn)時是單張銅箔，叫作間斷銅箔。生產(chǎn)電解銅箔的陰極輥直徑500毫米，輥面寬600毫米。就是這樣大面積的304不銹鋼板，還是香港商人(可能是李嘉誠先生)特意從英國給買的，再從“小道”轉(zhuǎn)給國家的，大陸銅箔的發(fā)展傾注了很多人的心血，我們不能忘記他們。
1965年，開始實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)連續(xù)電解銅箔，即成卷銅箔。雖然采用了很多辦法，一步一步的前進(jìn)。但始終不理想。
1968年，本溪市合金廠的技術(shù)員肖千發(fā)明了摩擦片，才真正開始生產(chǎn)成卷銅箔，每卷銅箔重量能達(dá)到30公斤左右。這種摩擦片本溪銅箔廠使用到1992年，用了二十五年。那時的電解銅箔(習(xí)慣稱生箔或原箔)，由覆銅板廠家進(jìn)行表面陽極氧化(堿性溶液)處理，之后涂膠烘干，壓制成覆銅板，再銷售給線路板廠家，制作成電路板。 1965年夏季，本溪合金廠協(xié)助上海冶煉廠，并派人幫助在海防路原上海冶煉廠電解銅車間，改建成一個電解銅箔生產(chǎn)車間。1966年秋開始生產(chǎn)電解銅箔。
1967年，國家搞備戰(zhàn)備荒的三線建設(shè)，將本溪合金廠銅箔車間一半人，一半設(shè)備。搬遷到當(dāng)時的甘肅省蘭州市白銀區(qū)(現(xiàn)在叫白銀市)的西北銅加工廠(即八八四廠)，又新建一個銅箔車間。這就是人們常說起的中國銅箔的“老三家”。
1982年，我國當(dāng)時的“老三家”銅箔廠，各自先后開始研發(fā)陰極法處理銅箔表面的粗糙度，(所以當(dāng)時叫粗化銅箔)。
1983年，各家先后開始生產(chǎn)陰極法處理的粗化銅箔，其中有：紅化銅箔(鍍銅銅箔)、灰化銅箔(鍍鋅銅箔)、黃化銅箔(鍍黃銅銅箔)。
進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代后，隨著電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國大陸對電解銅箔需求量劇增。在銅箔高利潤的驅(qū)使下，電解銅箔生產(chǎn)廠一個一個迅速在各地開花，先后有遼寧本溪綜合銅箔廠(1982年，本溪第二銅箔廠)，遼寧鐵嶺銅箔廠(1984年)，陜西咸陽銅箔廠(1986年)，山東招遠(yuǎn)銅箔廠(1987年)，之后有山東高密銅箔廠，江西九江銅箔廠，西安向陽銅箔廠，蘇州福田銅箔廠，-------。 進(jìn)入二十一世紀(jì)，銅箔發(fā)展更是迅速，而且后來都是大型電解銅箔生產(chǎn)廠，河南靈寶銅箔廠，廣東梅縣梅雁銅箔廠(嘉元科技)，江西江銅耶茲銅箔廠，湖北中科銅箔廠，安徽合肥銅冠銅箔廠，安徽銅陵華納銅箔廠，青海西寧銅箔廠，等等。目前盡管不少為中國銅箔行業(yè)最初發(fā)展作出貢獻(xiàn)的西北八八四、鐵嶺、高密、銅陵(中金公司)、上海、本溪、鎮(zhèn)江(藤枝)等銅箔廠已停產(chǎn)或消失，但是眾多在萬噸年產(chǎn)能級的內(nèi)資及外資的企業(yè)，在我國大陸的廣東、山東、安徽、江西、河南、湖北、福建、江蘇等紛紛建立，并得到矚目的高速發(fā)展。我國的銅箔產(chǎn)業(yè)，由20世紀(jì)六、七十年代的在全球?yàn)槿跣?、技術(shù)落后的行業(yè)，經(jīng)過幾代銅箔人的艱苦卓絕的努力，世界最大的電解銅箔生產(chǎn)基地。根據(jù)我國電子圖版行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì):到2016年，我國的電解銅箔生產(chǎn)產(chǎn)能已發(fā)展到32.9萬噸，占全球總產(chǎn)能的52.1%。其產(chǎn)量已達(dá)到29.16萬噸，占全球總產(chǎn)量的57.6%。
1.2 我國電解銅箔的技術(shù)發(fā)展回顧
印制電路用銅箔生產(chǎn)首先是從壓延銅箔開始的。其寬度和厚度受到加工設(shè)備的影響有一定的限制，由其是毛面的刻蝕很麻煩。電解法生產(chǎn)的銅箔厚度為305g/m2(也叫一盎司，等于28.34g/呎2)，而且有非常理想的粗糙面，不需要對表面進(jìn)行刻蝕，這是壓延銅箔很難達(dá)到效果。
回顧我國電解銅箔最初的發(fā)展歷程,它是由以下的發(fā)展歷程特點(diǎn)：
生產(chǎn)從間斷單張銅箔到連續(xù)成卷銅箔;
從可溶陽極過渡到微溶陽極再到不溶陽極;
從鉛電解槽、鉛泵、鉛管路到使用316L和Ti及朔料材料;
從不銹鋼有縫陰極輥到純鈦復(fù)合陰極輥;
銅箔表面處理從陽極處理到陰極處理;
從高溫污染溶銅制液到低溫環(huán)保溶銅制液;
磨輥從人工徒手操作到自動化磨輥，電解液過濾精度從沒有過濾到過濾精度小于1?m;
電解電流從幾百安培到幾萬安培;
銅箔厚度從 70微米到7微米;然后又分支出生產(chǎn)市場需求的70微米到420微米的厚銅箔、超厚銅箔品種。
電解銅箔從一種已發(fā)展到十幾種。
電解銅箔始終跟隨著電子工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，不斷向更新更高的水平演變。這里凝聚著幾代銅箔人的心血和智慧，如：肖千、劉風(fēng)儉等。他們?yōu)槲覈~箔行業(yè)的發(fā)展做出了歷史性的貢獻(xiàn)。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品應(yīng)用的范圍越來越廣，性能要求越來越高。對電解銅箔的要求不僅數(shù)量增加，品種增加，厚度變薄。更重要的是銅箔微觀質(zhì)量的飛躍，檔次的提高，由注重銅箔表面質(zhì)量，轉(zhuǎn)為注重銅箔的內(nèi)在金屬性，力學(xué)性能。更加注重結(jié)晶組織形態(tài)的多樣化，可變性，可控性。這個尖端技術(shù)，給我們從事電解銅箔生產(chǎn)技術(shù)的人們，帶來了大量細(xì)致的工作，具有光明的前途。
1.3電解銅箔的用途
當(dāng)今世界知道電解銅箔的人是微乎其微，從事電解銅箔生產(chǎn)的人更是少之又少，但地球上幾乎所有的人都受益于電解銅箔。
電解銅箔從它誕生開始主要用在建筑方面，1979年，日本同行到本溪銅箔考察時說：“二戰(zhàn)時期，由于情報和通信方面的需要，微型發(fā)報機(jī)，照相機(jī)，微型電臺等音頻視頻電子設(shè)備的需求增大，使電解銅箔得以大發(fā)展。戰(zhàn)后美國企業(yè)家看到了商機(jī)，把電子產(chǎn)品發(fā)展成人們生活必須品，帶動了電解銅箔的迅速發(fā)展”。 在我國電解銅箔是生產(chǎn)覆銅板的主要材料，覆銅板是制作印制電路板的主要材料。電解銅箔目前仍然是印制電路板的最佳導(dǎo)電材料。從化學(xué)元素周期表上看，以后的幾十年里，可能還沒有更好的材料能替代銅作為電路板的導(dǎo)電材料。
印制電路板是電子產(chǎn)品，信息產(chǎn)業(yè)不可缺少的心臟材料，目前用于所有音頻、視頻、控制系統(tǒng)的電子產(chǎn)品上，如人們生活用的電視機(jī)、收錄機(jī)、收音機(jī)、電話機(jī)、手機(jī)、DVD、電子鐘表;醫(yī)療用的CT、B超、彩超及其它顯示器，辦公用的計(jì)算機(jī)、電腦打字機(jī)。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、交通、教育等方面用自動化顯示、自動控制、自動監(jiān)控。通訊方面用的程控交換機(jī)、移動通訊交換機(jī)、郵政電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，還有航天，航海、自動售票機(jī)。電動汽車、電動摩托車、電動自行車等?？梢哉f，人們的一切活動都受益于電解銅箔，人們的生活已離不開電解銅箔，社會對電解銅箔生產(chǎn)越來越重視。我國目前已經(jīng)是全球覆銅板生產(chǎn)的大國，產(chǎn)量占世界的70%以上，我國是世界電解銅箔主要消費(fèi)最大國，也是全球覆銅板的出口大國。
此外，電解銅箔還可用于電纜和軍事設(shè)施的屏蔽，建筑用來防植物根細(xì)和防水的復(fù)合材料，這方面在上世紀(jì)中后期國外使用量比較大。還用于軟連接的導(dǎo)電母線，機(jī)械行業(yè)的襯墊，家俱裝飾，近年來由于鋰離子電池行業(yè)的興起，銅箔作為鋰離子電池的極性材料，用量越來越大，電池用的各種特殊銅箔發(fā)展異常迅速。由于石油資源的短缺，電池汽車無污染，隨電池汽車在國內(nèi)、外城市公交方面的應(yīng)用，對銅箔需求不斷增加，使銅箔的生產(chǎn)又迎來一次難得的快速發(fā)展的黃金時期。
電解銅箔主要應(yīng)用在電路板上，占總量的80%;目前次之是用在電池行業(yè)，占總量的20%左右，目前正處在上升勢頭;其它方面用量極少;
電解銅箔的用途不同，技術(shù)要求也不同，通性是都要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，厚薄均勻，不能有針孔。應(yīng)用在印制電路上的銅箔還要有良好的導(dǎo)電性、延伸性、抗拉性等，毛面有較大的表面積及剝離強(qiáng)度，光面有極高的致密度，極好的抗氧化性。
第二章 電解銅箔生產(chǎn)的基本性能
2.1電解銅箔的特性
電解銅箔生產(chǎn)類似電解銅和電鍍銅生產(chǎn)的性質(zhì)，如把二者和在一起可能也沒有電解銅箔生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜和特殊，電解銅和電鍍銅都要求鍍層與基體結(jié)合牢固，受力不分層，表面要求平整或光滑和光亮，而電解銅箔則不同，它要求銅箔與陰極基體有較好的牢固的結(jié)合，但又能輕易地?zé)o絲毫損壞地剝離下來。銅箔光面結(jié)晶十分細(xì)致、平整光滑，而毛面即要平整光滑還要有十分明顯的大、小均勻的粗糙度，用以保證銅箔表面與有機(jī)材料基板最佳的粘結(jié)力，產(chǎn)品本身又要有較高的化學(xué)性能和物理性能，親、疏水性能。同一個工藝條件，產(chǎn)品兩面反差極大。
電鍍層不是產(chǎn)品，是肌體的保護(hù)層，不需要剝離下來，技術(shù)條條不多。銅箔是由鍍層被剝離下來變?yōu)楫a(chǎn)品，技術(shù)條條太多，有國家標(biāo)準(zhǔn)。電鍍層的母體表面要有比較粗糙的表面，與電鍍層結(jié)合牢固，不能剝離，電鍍層是由粗糙的結(jié)晶到細(xì)致的結(jié)晶。銅箔是由細(xì)致的結(jié)晶到粗糙的結(jié)晶，能很容易的剝離下來。銅箔有十幾個品種，不同的品種，銅箔的結(jié)晶組織皆然不同，差別很大，有的要求是柱狀晶，有的要求是片狀晶，有的是大晶粒，有的是細(xì)小晶粒。這就是電解銅箔產(chǎn)品的特殊性，不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝和添加劑也不同，生產(chǎn)工藝也具有其各自的特殊性，也是電解銅箔生產(chǎn)與電解銅和電鍍銅的不同之點(diǎn)。
電解銅箔生產(chǎn)是一系列化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的工程，整個生產(chǎn)過程都是在封閉的容器里進(jìn)行，手摸不著，眼看不著，耳聽不到，儀器測不著，只能從產(chǎn)品間接的反應(yīng)出來。結(jié)果已出來了，再回頭去找原因，已經(jīng)晚了，為了接下來的生產(chǎn)只能這樣。生產(chǎn)過程需要的是方方面面，各個行業(yè)的特殊材料制作的專用設(shè)備，由于科技水平的限制，各種特需材料的限制，使電解銅箔生產(chǎn)管理難度極大，工藝的精確控制顯得無能為力，也使電解銅箔生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展緩慢滯后。電解銅箔與國家的工、農(nóng)、商、學(xué)、醫(yī)、銀;黨、政、工、青、婦等方方面面的工作密切相關(guān)，對國防、對民生，對老百姓的衣食住行都緊密相連，對高端科技更顯特別的需要。
目前我國沒有一所大學(xué)設(shè)有電解銅箔專業(yè)課程，也沒有一所科研院所研究電解銅箔這個專業(yè)課題，電解銅和電鍍銅在很多大學(xué)設(shè)有專業(yè)，有的大學(xué)設(shè)置這些專業(yè)已經(jīng)有五、六十年歷史，這方面的研究部門也設(shè)置幾十年了。唯獨(dú)電解銅箔沒人重視這個行業(yè)，更沒有哪兒個部門給專門研究電解銅箔技術(shù)了。各個電解銅箔生產(chǎn)廠相互保密，關(guān)門自己干自己的，目前國內(nèi)銅箔制造技術(shù)普遍是傳統(tǒng)型、經(jīng)驗(yàn)型的，沒有接受新的理論，新的觀念。對臨界知識缺乏，在高端系統(tǒng)理論上十分缺乏。企業(yè)的科研人才、資源、設(shè)施十分有限，這是我國銅箔技術(shù)落后，發(fā)展十分緩慢，與國際先進(jìn)水平差距太大的原因之一。
2.2 電解銅箔生產(chǎn)的基本工藝過程
電解銅箔生產(chǎn)的工藝過程是根據(jù)產(chǎn)品的用途和技術(shù)水平?jīng)Q定的，產(chǎn)品檔次越高，生產(chǎn)條件要求越嚴(yán)格。如，電解液的過渡次數(shù)多，過濾精度高;生產(chǎn)環(huán)節(jié)多工序長，工藝過程復(fù)雜，工藝參數(shù)控制精確。不同的產(chǎn)品檔次選擇不同的工藝過程。但基本過程是一致的，只是精度的差別。
生產(chǎn)什么水平的電解銅箔需要什么樣的工藝，需要什么樣的添加劑。如生產(chǎn)雙面光的鋰離子電池用銅箔是一種工藝和添加劑，生產(chǎn)普通覆銅板用的標(biāo)準(zhǔn)銅箔是一種工藝和添加劑;生產(chǎn)特殊的電路板用超簿低輪廓銅箔是一種工藝和添加劑;同樣的道理，生產(chǎn)不同的電解銅箔還要有不同技術(shù)要求的陰極輥和陽極槽，還要有不同的磨輥機(jī)。生產(chǎn)高檔次的電解銅箔，必須有高檔次的陰極輥和陽極槽，必須有高檔次高精密的磨輥機(jī)。還需要用高純度的銅原料;高水平的電解液過濾機(jī);鈦陰極輥不是萬能的?！笆裁措娊忏~箔都能生產(chǎn)出來”——這是騙人的鬼話，靠加入大量的添加劑生產(chǎn)出來的銅箔，銅結(jié)晶組織不可能是高物理性能的，高密度的。
電解銅箔生產(chǎn)的基本工藝流程如圖1所示。
圖2-1 電解銅箔生產(chǎn)的基本工藝流程
第三章 硫酸銅電解液的制備
3.1溶銅生產(chǎn)的基本要求
電解銅箔生產(chǎn)，是將銅離子從硫酸銅水溶液中經(jīng)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(zhì)量是致關(guān)重要的。生產(chǎn)什么樣的銅箔需要什么樣的電解液，電解液就是電解銅箔生產(chǎn)的原料源泉。所以電解液的制備是電解銅箔生產(chǎn)的第一道工序，是電解銅箔的第一道質(zhì)量保障。
3.1.1電解液的基本要求
電解液必須十分潔凈，電解液是電解銅箔生產(chǎn)的血液，電解銅箔是無缺陷產(chǎn)品，不干凈就會得病。對電解銅箔生產(chǎn)來說，電解液怎么干凈都不過份。電解液中無機(jī)雜質(zhì)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，鎘<0.1 g/L，鉻<0.3 g/L。在電解液里非銅的無機(jī)金屬離子含量必須在允許范圍內(nèi)，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(jī)物含量除生產(chǎn)要求加入的之外，應(yīng)該接近零才好。泥土等懸浮雜質(zhì)不允許存在，電解液過濾的顆粒最大直徑要小于0.5?m。添加的有機(jī)物顆粒直徑最大不超過0.2?m。
電解液成份穩(wěn)定是電解銅箔生產(chǎn)的必要條件，在生產(chǎn)過程中各成分處于基本無變化狀態(tài)最好，波動范圍要微小。各種元素要無毒環(huán)保，腐蝕性小，方便采購，經(jīng)濟(jì)可用。工藝參數(shù)的選擇要環(huán)保經(jīng)濟(jì)便于應(yīng)用，便于管理，便于控制，調(diào)整方便。
電解液造價低，原輔材料便于采購，處理，化學(xué)成份符合生產(chǎn)和產(chǎn)品的技術(shù)要求。電解液蒸發(fā)氣體要無毒，利于凈化治理，對環(huán)境無污染，對人畜無害。
3.1.2對溶銅設(shè)備的要求
為了達(dá)到正常生產(chǎn)高品質(zhì)的電解銅箔，對電解銅箔制造中重要的溶銅設(shè)備，要求如下：
(1)溶銅罐是溶銅設(shè)備中的主要設(shè)備。它的構(gòu)造為：內(nèi)有熱水進(jìn)出管和列管換熱器，進(jìn)風(fēng)管和環(huán)形空氣分布器，進(jìn)液管及分布器;酸氣排出管，溶液流出篩板，溶銅罐上蓋(可吊裝)。對的要求溶銅罐應(yīng)堅(jiān)固耐用，不易變形;溶銅罐應(yīng)耐酸腐蝕，有較好的耐熱性、導(dǎo)熱性。溶銅罐的表面要做好保溫，這對節(jié)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(jié)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，溶銅罐內(nèi)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(jié)晶，停產(chǎn)時放液排空方便，并便于清理。為防止出現(xiàn)結(jié)晶，進(jìn)液、進(jìn)風(fēng)管路要全放進(jìn)入溶銅罐內(nèi)，因此它們要焊接在溶銅罐體的內(nèi)壁上。
(5)溶銅罐操作系統(tǒng)要求投料方便。電解液要循環(huán)流暢均勻，快慢控制簡單方便。溶銅罐上面最好是大開口，這便于停產(chǎn)期間的掏罐清洗。
(6)溶銅罐要密封嚴(yán)密，罐內(nèi)酸氣不外泄;罐外灰塵進(jìn)不來;利于保持電解液潔凈，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(diǎn)，防止腐蝕滲漏。
(8)排風(fēng)通暢，設(shè)有不同流速段，使廢氣中的硫酸冷卻回流入溶銅罐內(nèi)。排風(fēng)機(jī)設(shè)置在酸霧凈化塔后面，利用保護(hù)風(fēng)機(jī)。
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(yīng)根據(jù)地區(qū)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，這種氣溫肯定不適合噴淋式溶銅方式。我在生產(chǎn)實(shí)際的體會認(rèn)為，無論是南方還是北方，還是浸泡式溶銅的優(yōu)點(diǎn)多，建議大家應(yīng)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(jī)理都是一致的。金屬銅在溶銅罐內(nèi)的60℃液溫里，在與硫酸和氧氣相互交替接觸的條件下，進(jìn)行一系列多相反應(yīng)?？諝馊谌腚娊庖?放熱反應(yīng))，氧與銅發(fā)生氧化反應(yīng)(放熱反應(yīng))，硫酸與氧化銅反應(yīng)(放熱反應(yīng))，硫酸與銅反應(yīng)，硫酸與空氣反應(yīng)。使金屬銅變成離子銅，成為硫酸銅水溶液。當(dāng)銅離子濃度達(dá)到120—140g/L時，自溢流出，經(jīng)過顆粒狀活性炭的自然過濾，去除電解液里的懸浮雜質(zhì)和部分有機(jī)物，流入貯液池里，與電解槽流回的電解液混合，來補(bǔ)充因電解液在生箔機(jī)電沉積成銅箔后減少的二價銅離子。由專用循環(huán)泵把貯液池中的電解液不斷按所需的量打入溶銅罐中，溶銅罐內(nèi)含二價銅離子濃度高的電解液不斷流入儲液池，補(bǔ)充電解系統(tǒng)中減少的二價銅離子。達(dá)到溶銅與電解析銅的平衡。
3.4 溶銅罐內(nèi)的供風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)
向溶銅罐內(nèi)的電解液里供空氣，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，在電解銅箔生產(chǎn)時即使有電解液里帶入的一點(diǎn)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，成為電解銅箔生產(chǎn)的雜質(zhì)，十分有害。
二是對溶銅罐內(nèi)的溶銅反應(yīng)起著攪拌作用，使反應(yīng)的生成物迅速離開原料表面，反應(yīng)物迅速傳遞到原料表面直接碰撞，進(jìn)行反應(yīng)。達(dá)到反應(yīng)周而復(fù)始的迅速進(jìn)行，這一點(diǎn)往往不被人認(rèn)識，所以，向溶銅罐內(nèi)投料時很隨意，根本不考慮風(fēng)的分布均勻與否。
浸泡式溶銅的供風(fēng)可以用鼓風(fēng)機(jī)，壓縮空壓機(jī)直接向溶銅罐內(nèi)供風(fēng)。噴淋式溶銅用抽風(fēng)機(jī)使溶銅塔內(nèi)負(fù)壓，空氣靠大氣壓進(jìn)入溶銅塔 內(nèi)。浸泡式溶銅最理想的是采用無油壓縮空壓機(jī)，它具有空氣潔凈、氣壓大、攪拌激烈等優(yōu)勢。 所供給的空氣必須是十分潔凈的，無塵、無水、無油、無脂、無雜質(zhì)。要連續(xù)供風(fēng)，保持足夠穩(wěn)定的風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)溫。溶銅速度與供給的風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)溫有直接關(guān)系。風(fēng)量和風(fēng)壓是調(diào)整溶銅速度的主要方法。電解液中銅濃度高時可適量的減少供風(fēng)量，銅濃度就會慢慢降下來。電解液中銅濃度低時可適量的增大風(fēng)量，銅濃度會慢慢上升。
溶銅反應(yīng)的關(guān)鍵是供風(fēng)，只要風(fēng)量、風(fēng)壓足，溶銅的熱量就會不間斷產(chǎn)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(fēng)能力是溶銅生產(chǎn)的關(guān)鍵。 供風(fēng)管路在安裝時，注意停風(fēng)時防止電解液進(jìn)入風(fēng)管里，這樣就會避免供風(fēng)管路被硫酸銅結(jié)晶堵死。如果出現(xiàn)這種情況，最好用蒸汽把結(jié)晶的硫酸銅溶解，如用蒸汽不行，只能把管路割斷換新的。溶銅罐內(nèi)的供風(fēng)管路一般采用316L不銹鋼的，耐溫、耐撞擊。
當(dāng)空氣通過溶銅罐內(nèi)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。溶銅時將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(jìn)行處理。使酸和銅分離出來，以保證排出的氣體不污染環(huán)境。 酸霧分離器在北方可以采用螺旋板式，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，自然的流回溶銅罐里。在南方也可以采用這種半法，還可以采用專業(yè)的酸霧凈化塔，配有耐酸排風(fēng)機(jī)(見圖3-5)。
圖3-5 溶銅的供風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)
供風(fēng)機(jī)有的用螺桿式空氣壓縮機(jī)，有的用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。我認(rèn)為溶銅最好用空氣壓縮機(jī)，風(fēng)量大，風(fēng)壓高，攪拌能力強(qiáng)，單個溶銅罐可裝滿銅料。使溶銅罐充分發(fā)揮溶銅、加熱、過濾的作用，溶銅能力大，單罐能供多臺生箔機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量可以，風(fēng)壓太低，溶銅罐不能多裝料。溶銅罐內(nèi)銅料投多了，風(fēng)鼓不進(jìn)去，攪拌不起來，嚴(yán)重影響溶銅速度。
排風(fēng)機(jī)有的是316L材料制作，有的是環(huán)氧玻璃鋼制作，有的是PP或PVC等朔料制作的，根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，排風(fēng)機(jī)放在室內(nèi)，用朔料的就可以，放在室外還是用玻璃鋼的較好，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，耐紫外線照射。
3.5溶銅供熱系統(tǒng)
溶銅制液，不論是高溫溶銅還是低溫溶銅一般都設(shè)有供熱系統(tǒng)，采用低溫溶銅在啟動生產(chǎn)或中間停產(chǎn)再啟動，電解液都要有一個升溫的過程，由其在北方冬季氣溫在零下三十余度，全部系統(tǒng)熱量損耗極大，不加熱根本保證不了生產(chǎn)，原料銅的溫度都在零下幾十度，投入溶銅罐內(nèi)，罐內(nèi)溫度會下降許多，溶銅速度會立即下降的。所以采用多高溶銅溫度要因地制宜，電解銅箔設(shè)計(jì)同樣需要當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料。
溶銅生產(chǎn)正常時可以不需要加熱的，這與溶銅采用什么幾何形狀的原料有關(guān)，如：采用1---3毫米粗的銅線，采用蜂窩形的氧化銅塊，片狀的小“銅花”，都可以不用供熱裝置。原料的表面積很大，各種反應(yīng)的面積很大，造成溶銅反應(yīng)速度很快，溶銅液的溫度上升很快。這也是能量守恒吧，如果花錢處理合理的原料，就不需要供熱;如果原料方面不處理，剩下的錢就得給溶銅供熱。
圖3—6溶銅供熱系統(tǒng)
溶銅用鍋爐主要是給溶銅供熱，有的用95度熱水，有的用蒸汽，只要達(dá)到需要的溶銅速度都可以。溶銅加熱的方式也應(yīng)該根據(jù)本地區(qū)的條件而定，如果本地電價有優(yōu)勢可用電鍋爐，如本地油量油價有優(yōu)勢可用燃油鍋爐，如本地煤碳有優(yōu)勢可用燃煤鍋爐，如工廠附近有熱電廠或地?zé)豳Y源等其它熱源，都可以利用，就地就近取材。
3.6溶銅工藝參數(shù)的選擇
溶銅工藝參數(shù)的選擇是一個非常關(guān)鍵的問題，它不僅是產(chǎn)品質(zhì)量的保證，還是一個經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，對節(jié)約能源，降低各項(xiàng)消耗和最大限度地發(fā)揮設(shè)備功能有重要意義。 工藝參數(shù)與生產(chǎn)能力和生產(chǎn)設(shè)備有直接關(guān)系。工藝參數(shù)的確定，取決于多種因素相互配合，與電解槽(陽極)、陰極輥材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、極距、電解電流、電解液流量流速、電解液過渡精度、添加劑，原料幾何形狀尺寸，布料方法，供風(fēng)形式能力，溶銅溫度等等有密切關(guān)系，主要是相互配合。最終是保證生產(chǎn)出最佳的銅箔和企業(yè)獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
3.7溶銅工藝參數(shù)選擇
表3-1提供了三種常用溶銅工藝參數(shù)，供選擇。
表3-1 常用三種溶銅工藝參數(shù)
ABC
溶銅罐進(jìn)口Cu++ g/l100±290100
溶銅罐出口Cu++g/l100±2125130
溶銅罐內(nèi)液溫度℃ 608080
溶銅罐內(nèi)風(fēng)壓 kg/cm2 1≥1.2≥1.5
溶液循環(huán)量m3/h·罐 502015
溶銅罐進(jìn)口H2SO4g/l100±2 90±2105
溶銅罐出口H2SO4g/l70±26065
(連載未完，下期待續(xù))