CN103774179B - 铜电解生产中自动控制添加剂的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法，将电位传感器的两组测量电极分别安装在添加剂混合槽的进液口和出液口；当添加剂加入添加剂混合槽时电位传感器向差动放大器输出电平信号；差动放大器放大该电平信号后输入低通滤波器；低通滤波器将工频噪音过滤后获得较平稳的电平信号；较平稳的电平信号输入A/D转换器转化为数字信号并输出到控制器；控制器运行专用软件通过输入数据计算处理生成控制信号输出到执行机构；由执行机构输出控制信号控制添加剂的加入量。它解决了现有生产中添加剂控制不准确的技术难题，铜电解、电积、电镀生产过程中电流效率提高一个百分点，A级品率达到95%以上。

Description

铜电解生产中自动控制添加剂的装置和方法
技术领域
本发明涉及金属铜的电积、电解精炼以及电镀工业生产设施，具体涉及一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，本发明还涉及应用该装置在线控制添加剂加入量的方法。
背景技术
在铜电解、电积和电镀工业生产中，为了获得致密、光洁、高纯度的产品，需要在电解液中加入必要的添加剂。现有生产中有通过直接测量阴极过电位来确定添加剂用量的方法和通过人工判断确定添加剂用量的方法。
添加剂加入过量会使槽电压升高，电流效率降低，从而增加了电耗；添加剂不足会造成产品表面结粒，结构疏松，产品杂质含量升高等问题；严重的情况下还可能造成正负极的短路，损坏生产设备。一般添加剂的用量是根据它的作用机理，即添加剂对铜电解、电积及电镀的阴极过电压的影响来确定。适宜的添加剂用量可以使阴极过电压升高20～27mV，而阴极过电位的实际测量值通常包含浓差极化，会随电解液温度、离子浓度等因素的变化有10～20mV波动，因此不能准确反映添加剂用量是否合适。
目前大部分生产厂家仍然人工判断添加剂的用量，通常采用人工间断按周期加入的方法调节添加剂用量。这种方式有明显的缺点：1、过程控制滞后；人工判断的方法往往在产品质量出现问题的时候才能发现添加剂用量存在偏差。2、难以总结出好的生产经验；确定添加剂的最佳加入量是一个复杂的过程，受到电解液温度、电解液铜离子浓度、酸浓度以及电解液总量等因素的影响；这些因素在不同的生产环境下不断变化，很难总结出能适用于各个厂，或一个厂不同时期的经验数值；实际上生产系统长期运行在偏离最佳值的状况下。3、依据实验研究，添加剂溶化后达到了最好的效果，此后按时间延后作用效果开始衰减；人工间断周期加入的方式容易造成开始添加剂过量，后期不足的情况。
综上所述，直接测量阴极过电位和人工判断的方法均不能准确反映添加剂的用量是否适宜。
发明内容
为了解决现有生产中添加剂控制的技术难题，本发明提供一种能够实现准确可靠计量的铜电解生产中自动控制添加剂的装置；本发明还提供铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法。
本发明解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，包括添加剂混合槽，添加剂混合槽设有电解液进口与电解液出口；其特征在于：还包括添加剂入口以及依次连接的电位传感器、低通滤波器、差动放大器、A/D转换器、控制器与执行机构；添加剂混合槽与电位传感器连接，执行机构与添加剂入口连接。
电位传感器包括两组测量电极与补偿电位器，两组测量电极结构相同，为惰性阳极电极；两组测量电极采用串联连接，两组测量电极与补偿电位器之间采用并联连接构成电桥电路；第一组测量电极的惰性阳极与补偿电位器正极连接，第二组测量电极的阴极与补偿电位器负极连接，第一组测量电极的阴极与第二组测量电极的阳极连接后引出正极接线端，补偿电位器滑动触头引出负极接线端，正极接线端与负极接线端连接于差动放大器。
测量中，电位传感器的一组测量电极置于原电解液中，或者安装在添加剂混合槽的进液口管道，另一组置于添加剂混合槽即加入添加剂后的电解液中，或者安装在添加剂混合槽的出液口管道。
一种铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法，将电位传感器的两组测量电极分别安装在添加剂混合槽的进液口和出液口；当添加剂加入添加剂混合槽时电位传感器向差动放大器输出电平信号；差动放大器放大该电平信号后输入低通滤波器；低通滤波器将工频噪音过滤后获得较平稳的电平信号；较平稳的电平信号输入A/D转换器转化为数字信号并输出到控制器；控制器运行专用软件通过输入数据计算处理生成控制信号，如占空比PWM：采用调制方波脉冲宽度信号调节添加剂加入流量、4～20mA环路信号输出到执行机构；由执行机构控制添加剂的加入量。
本发明提供的自动控制添加剂的装置能测量0～65℃范围内的电解液阴极过电势，测量范围1～1000mV，精确度1mV；适合铜电积、电镀、电解工业生产的添加剂自动控制。它解决了现有生产中添加剂控制不准确的技术难题，从而避免了由添加剂用量不准确引起的生产效率低下、产品质量不稳定与产品A级品率低等质量问题。本发明带来的效益包括：铜电解、电积、电镀生产过程中电流效率提高一个百分点，A级品率达到95%以上。
本发明提供的装置具有硬件设计简单，误差小，后期维护简单等优点。两组测量电极工作在环境一致的回路中，能有效抑制电源功率、电解液温度、离子浓度等因素变化引入的噪音。装置长期使用过程中电极组，尤其是阴极，会受到一定程度的污染。控制器可以对电位传感器电极受污染引起的误差进行运行时校准，做到不影响生产的情况下校准系统。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图，
图2是电位传感器工作原理示意图。
图中：1—添加剂混合槽，101—电解液进口，102—电解液出口，103—添加剂进口，2—电位传感器，201—惰性阳极电极、202—惰性阳极电极，203为补偿电位器，3—差动放大器，4—低通滤波器，5—A/D转换器，6—控制器，7—执行机构。
具体实施方式
装置实施例如图1所示：一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，包括添加剂混合槽1，添加剂混合槽1设有电解液进口101与电解液出口102；其特征在于：还包括添加剂入口103以及依次连接的电位传感器2、差动放大器3、低通滤波器4、A/D转换器5、控制器6与执行机构7；添加剂混合槽1与电位传感器2连接，执行机构7与添加剂入口103连接。差动放大器3、低通滤波器4、A/D转换器5等电子元件集成在集成电路板。执行机构可以根据现场具体环境选择，如计量泵或变频器-普通泵等，控制添加剂的加入量。
参见图2：电位传感器2包括两组测量电极与补偿电位器203，具有初级放大和校准仪器的作用，两组测量电极结构相同，为惰性阳极电极；第一组测量电极201与第二组测量电极202采用串联连接，两组测量电极与补偿电位器203之间采用并联连接构成电桥电路；第一组测量电极201的惰性阳极与补偿电位器203正极连接，第二组测量电极202的阴极与补偿电位器203负极连接，第一组测量电极201的阴极与第二组测量电极202的惰性阳极连接后引出正极接线端，补偿电位器203滑动触头引出负极接线端，正极接线端与负极接线端连接于差动放大器3。
方法实施例
一种铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法，将电位传感器的两组测量电极分别安装在添加剂混合槽的进液口和出液口；当添加剂加入添加剂混合槽时电位传感器向差动放大器输出电平信号；差动放大器放大该电平信号后输入低通滤波器；低通滤波器将工频噪音过滤后获得较平稳的电平信号；较平稳的电平信号输入A/D转换器转化为数字信号并输出到控制器；控制器运行专用软件通过输入数据计算处理生成控制信号，如占空比PWM：采用调制方波脉冲宽度信号调节添加剂加入流量、4～20mA环路信号输出到执行机构；由执行机构控制添加剂的加入量。控制器输出控制信号采用自整定PID闭路控制算法生成。随着添加剂的加入，自动控制添加剂装置采集到的阴极过电压会不断升高。当过电压达到控制器中的设定值时，控制器输出控制信号使执行机构加入添加剂的速度放慢，使过电位稳定在设定值附近，从而达到控制添加剂用量稳定在最佳值附近的目的。
电位传感器的两组测量电极也可以分别安装在原电解液中、加入添加剂后的电解液中，只要分别采集添加剂加入前后的不同电位信号即可。
专用软件包括数据储存、查询、检索与汇总功能；自整定PID闭路控制功能；传感器校准功能；现场显示及以太网通讯功能等。
本发明实验使用铅—锑—银合金惰性阳极，通过本装置测得电解最佳的阴极过电压应控制在20～27mV。

Claims (6)

1.一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，包括添加剂混合槽，添加剂混合槽设有电解液进口与电解液出口；其特征在于：还包括添加剂入口（103）以及依次连接的电位传感器（2）、差动放大器（3）、低通滤波器（4）、A/D转换器（5）、控制器（6）与执行机构（7）；添加剂混合槽（1）与电位传感器（2）连接，执行机构（7）与添加剂入口（103）连接；电位传感器（2）包括两组测量电极，两组测量电极分别安装在添加剂混合槽（1）的进液口和出液口。
2.如权利要求1所述的一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，其特征在于：电位传感器（2）还包括补偿电位器（203），两组测量电极结构相同，为惰性阳极电极；第一组测量电极（201）与第二组测量电极（202）采用串联连接，两组测量电极与补偿电位器（203）之间采用并联连接构成电桥电路；第一组测量电极（201）的惰性阳极与补偿电位器（203）正极连接，第二组测量电极（202）的阴极与补偿电位器（203）负极连接，第一组测量电极（201）的阴极与第二组测量电极（202）的惰性阳极连接后引出正极接线端，补偿电位器（203）滑动触头引出负极接线端，正极接线端与负极接线端连接于差动放大器（3）。
3.如权利要求1或2所述的一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，其特征在于：差动放大器（3）、低通滤波器（4）、A/D转换器（5）集成在集成电路板。
4.如权利要求3所述的一种铜电解生产中自动控制添加剂的装置，其特征在于：执行机构（7）是计量泵或变频器式计量泵。
5.一种铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法，其特征在于：将电位传感器的两组测量电极分别安装在添加剂混合槽的进液口和出液口；当添加剂加入添加剂混合槽时电位传感器向差动放大器输出电平信号；差动放大器放大该电平信号后输入低通滤波器；低通滤波器将工频噪音过滤后获得较平稳的电平信号；较平稳的电平信号输入A/D转换器转化为数字信号并输出到控制器；控制器运行专用软件通过输入数据计算处理生成控制信号输出到执行机构；由执行机构控制添加剂的加入量。
6.如权利要求5所述的一种铜电解生产中在线控制添加剂加入量的方法，其特征在于：控制器运行专用软件通过输入数据计算处理生成的控制信号包括占空比PWM、4-20mA环路信号，采用调制方波脉冲宽度信号调节添加剂加入流量。
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