CN105040040A - 一种高效节能溶铜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溶铜系统，其包括溶铜罐、循环槽、尾液槽、循环泵、加热器、供液泵、过滤器、中间换热器，冷却器、返送泵、抽风机、酸雾吸收塔。本发明通过特殊结构的喷淋装置，交替喷淋方式使铜料与氧气及硫酸溶液充分接触反应，从而使溶铜反应速度得到大幅度的提升，相同产能的铜箔生产系统可以减少溶铜罐数量，从而减少投资；由于溶铜效率提高，配套动力设备减少，运行费用也大幅降低；由于采用了高温硫酸铜溶液热能的回收利用，使蒸汽的消耗大幅降低。

Description

一种高效节能溶铜系统

技术领域

本发明涉及高效节能溶铜系统。

背景技术

铜箔生产技术起源于美国的耶兹公司，后传入日本。溶铜是电解铜箔生产的第一道工序，为铜箔生产提供原料硫酸铜溶液，溶铜就是把铜原料在容器内氧化所进行反应，生成氧化铜，氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜的过程，溶铜系统就是由溶铜的容器(溶铜罐)与配套的附属设备组成的系统。

溶铜系统为铜箔生产提供硫酸铜溶液，现有溶铜系统由溶铜罐、空压机、泵、加热盘管、溶液贮槽及管路系统组成。溶铜罐为圆形贮罐，罐内存有稀硫酸溶液，投入原料在溶液中浸泡，加热蒸汽盘管放在罐内底部，用来加热溶液，使其温度保持在70℃。大型空压机通过管道通入罐内底部，并从槽底设置的空气管灌入压缩空气。经反应的高浓度70℃的硫酸铜溶液经泵送到溶液贮槽内，由于铜箔生产需要的硫酸铜溶液的温度为48℃左右，所以溶液需经冷却水降温后再送往生箔机。

传统溶铜方式均为浸泡式，使用蒸汽对溶铜罐内的硫酸铜溶液进行加热，以增加铜与硫酸和氧的反应速度。但现有技术中浸泡式溶铜工艺效率低下，且硫酸铜溶液温度的控制均采用加热与冷却来达到溶铜与生箔的温度要求，能量没有回收利用。

现溶铜系统由于铜料完全浸泡在硫酸溶液里，铜料氧化反应速度慢，溶铜与生产需要的硫酸铜溶液的温度相差22℃，能耗较高。

发明内容

鉴于上述现有技术溶铜系统溶铜速度较慢，溶铜的能耗较高，本发明的目的是提供一种高效节能溶铜系统，其能够提高溶铜的速度，并能回收溶铜中的热能，降低生产中能耗。

本发明改浸泡式溶铜为高效喷淋式，溶铜系统包括溶铜罐、循环槽、尾液槽、循环泵、加热器、供液泵、过滤器、中间换热器，冷却器、返送泵、抽风机、酸雾吸收塔，

其中，溶铜罐底端呈向内收的锥形且开口，溶铜罐内下部设有多个网孔的网板，溶铜罐上端设有加料口，循环槽位于溶铜罐的下方，循环槽顶部设有槽口正对溶铜罐的底部开口，溶铜罐内上部设有作为喷淋硫酸铜的稀硫酸溶液的喷淋管，喷淋管为环状结构，有两道内外环状喷淋管，内环状喷淋管位于外环状喷淋管的内侧，内环状喷淋管和外环状喷淋管的下部均设有能够将硫酸铜的稀硫酸溶液均匀喷淋在网板上的多个喷淋孔(多个与垂直方向呈不同角度的喷淋孔)；

其中，循环槽通过第一管道依次连接循环泵、加热器、电磁控制三通阀并连接到内环状管和外环状管中，循环槽通过第二管道依次连接供液泵、中间换热器、冷却器并连接到尾液槽内，尾液槽通过第三管道依次连接返送泵、中间换热器并连接到循环槽内，溶铜罐上端一侧设有抽气口，抽气口通过抽风管依次连接抽风机与酸雾吸收塔。

加热器设有蒸汽管道，用于供给蒸汽以实现加热。

冷却器设有冷却水管道，用于供给冷却水以实现冷却。冷却器另外还设有蒸汽管道。

优选地，循环槽上装有温度显示及控制仪，该仪表的信号返馈给供给加热器的蒸汽管道的蒸汽调节阀，通过调节蒸汽的流量控制加热的温度。

优选地，循环槽上装有液位显示及控制仪表，该仪表的信号返馈给供液泵，通过调节供液泵的流量控制循环槽的液位。

优选地，尾液槽设有温度显示及控制仪表，该仪表的信号返馈给供给冷却器的冷却水管道的冷却水调节阀，通过控制冷却水的流量控制尾液槽硫酸铜溶液的温度。

优选地，内环状管下部的喷淋孔为内喷淋孔，每个内喷淋孔的轴线均经过内环状管的中心，内喷淋孔分为三类：第一类内喷淋孔位于内环状管底部偏向最内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为45～65°，优选55°，第二类内喷淋孔位于内环状管底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为30～50°，优选40°，第三类为内喷淋孔位于内环状管最底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为20～40°，优选30°；

外环状管下部的喷淋孔为外喷淋孔，每个外喷淋孔的轴线均经过外环状管的中心，外喷淋孔分为三类，第一类外喷淋孔位于外环状管的底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为20～40°，优选30°，第二类外喷淋孔位于外环状管的底部稍偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为5～25°，优选15°，第三类外喷淋孔位于外环状管的底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为3～15°，优选7°。

控制系统通过第一管道上安装的蒸汽调节阀控制加热的温度，通过第三管道上安装的冷却水调节阀来控制进入尾液槽硫酸铜溶液温度，通过控制供液泵的流量来控制循环槽的液位。

本发明的系统的操作过程如下：

系统工作时，从溶铜罐的上部进料口放入铜料，循环槽中的硫酸铜溶液通过循环泵经加热器将硫酸铜溶液加热到65℃，电磁阀由PLC控制，与循环泵接口常开，与内环状管和外环状管的接口只有一个导通，由PLC控制每隔2-5分钟，优选约3分钟变换一次，硫酸铜溶液交替进入外环状管和内环状管内，外环状管和内环状管下部均匀分布着喷淋孔，由于喷淋孔的轴线与垂直方向呈不同的角度，通过这些喷淋孔而下的液体可以覆盖到整个网板的上表面，不存在喷淋死角，硫酸铜溶液与铜料接触时氧气与铜料接触不充分，由于变换喷液，间隔的时间让铜料与氧气充分反应，铜料与氧气反应后再喷淋硫酸铜溶液，让氧化铜与硫酸进行反应生成硫酸铜溶液。网板上均匀分布着多个网孔，使发生反应后硫酸铜溶液能沿着网孔流入下方循环槽中，循环槽上装有温度显示及控制仪，该仪表的信号返馈给调节阀，通过调节蒸汽的流量控制加热的温度；循环槽上装有液位显示及控制仪表，该仪表的信号返馈给供液泵，通过调节供液泵的流量控制循环槽的液位；抽风机通过抽风管将空气和酸性气体从溶铜罐的底部引向酸雾吸收塔，新鲜空气从溶铜罐底端的开口填入，使溶铜罐内的氧气处于动态平衡状态；经溶铜反应流入循环槽中的硫酸铜溶液浓度变高，循环槽中高温(60～70℃，优选约65℃)高浓度硫酸铜溶液通过供液泵，经过滤器滤去杂质，经中间换热器降温至51℃，再经冷却器降温至45～50℃，优选约48℃进入尾液槽中，供生箔机生箔用。尾液槽中低温(45～50℃，优选约48℃)低浓度硫酸铜溶液通过返送泵，经过中间换热器换热至60～65℃，优选约62℃进入循环槽中。

附图说明

图1是本发明的溶铜系统的示意图。

图2是溶铜系统的溶铜罐的结构示意图。

图3是内环状管和外环状管结构示意图。

图4是内环状管和外环状管的喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式，然而，本发明的范围不受以下具体实施方式任何限制。如图1、图2所示，一种新型高效溶铜系统，包括溶铜罐1、循环槽4、尾液槽11、循环泵2、加热器3、供液泵5、过滤器8、中间换热器9，冷却器10、返送泵12、抽风机6、酸雾吸收塔7及管路与控制系统组成。溶铜罐1底端呈向内收的锥形状且设有开口101，溶铜罐1内下部设有带多个网孔的网板102，循环槽4位于溶铜罐1的下方，循环槽4的顶部设有槽口正对溶铜罐1的开口101，溶铜罐1的上部设有作为喷淋管且水平设置的内环状管103和外环状管104，内环状管103位于外环状管104的内侧，内环状管103和外环状管104下部均设有多个与垂直方向呈不同角度的喷淋孔，内环状管103和外环状管104可以为圆形或椭圆形环状管，溶铜罐1的上盖为防止酸气外溢设置了上盖水封装置105。循环槽4通过第一管道L1依次连接循环泵2、加热器3、三通电磁阀107、溶铜罐1的内环状管103和外环状管104，加热器3优选为板式换热器，也可为列管式换热器，循环泵2优选为316L材质的化工泵，三通阀107分别控制硫酸铜溶液通往内环状管103和外环状管104。循环槽4通过第二管道L2依次连接供液泵5、过滤器8、中间换热器9、冷却器10并和尾液槽11相连，供液泵5优选为材质为316L的化工泵，过滤器8优选为袋式过滤器，中间换热器9、冷却器10优选为板式换热器。尾液槽11通过第三管道连接返送泵12、中间换热器9并与循环槽4相连，返送泵12优选为材质为316L的化工泵。溶铜罐1的上端一侧设有抽气口，抽气口通过风管依次连接抽风机6、酸雾吸收塔7，溶铜罐1顶部设有加料口106。循环槽4设有温度显示与控制的仪表401，温度仪表401的信号返馈给调节阀V1，通过调节阀V1控制蒸汽的流量，进而控制硫酸铜溶液温度，循环槽4设有液位显示及控制仪表402，仪表402的信号返馈给供液泵5，通过控制供液泵5的流量控制循环槽4的液位。尾液槽11设有液位显示仪表1102，尾液槽11设有温度显示及控制仪表1101，仪表1104的信号返馈给冷却器的冷却水调节阀V2，通过控制冷却水的流量控制尾液槽11硫酸铜溶液的温度。加热器具有蒸汽(SM)管道，并设有调节阀门V1，冷却器同时具有蒸汽(SM)管道和冷却水管道(CW)，同时具有相应的调节阀门V2和V3。

如图2所示，内环状管103和外环状管104由间隔设置的支架108(例如9个)支撑。

参见图3、图4，内环状管103下部的喷淋孔为内喷淋孔，每个内喷淋孔的轴线均经过内环状管103的中心，内喷淋孔分为三类：第一类内喷淋孔1031位于内环状管底部偏向最内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为55°，第二类内喷淋孔1032位于内环状管底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为40°，第三类为内喷淋孔1033位于内环状管最底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为30°。外环状管104下部的喷淋孔为外喷淋孔，每个外喷淋孔的轴线均经过外环状管的中心，外喷淋孔分为三类，第一类外喷淋孔1041位于外环状管104的底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为30°，第二类外喷淋孔1042位于外环状管104的底部稍偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为15°，第三类外喷淋孔1043位于外环状管104的底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为7°。在图3和4中，110为抽风口，内环状管103和外环状管104分别具有其相应的进液管111和112。

系统工作时，从溶铜罐1的上部进料口106放入铜料，铜料需均匀布置，循环槽4中的硫酸铜溶液通过循环泵2经加热器3将硫酸铜溶液加热到65℃，电磁阀107由PLC控制，与循环泵2接口常开，与内环状管103和外环状管104的接口只有一个导通，由PLC控制每隔3分钟变换一次，硫酸铜溶液交替进入外环状管104和内环状管103内，外环状管104和内环状管103的下部均匀分布着喷淋孔，由于喷淋孔的轴线与垂直方向呈不同的角度，通过这些喷淋孔而下的液体可以覆盖到整个网板102的上表面，不存在喷淋死角，硫酸铜溶液与铜料接触时氧气与铜料接触不充分，由于变换喷液，间隔的时间让铜料与氧气充分反应，铜料与氧气反应后再喷淋硫酸铜溶液，让氧化铜与硫酸进行反应生成硫酸铜溶液。网板102上均匀分布着多个网孔，使发生反应后硫酸铜溶液能沿着网孔流入下方循环槽4中，循环槽4上装有温度显示及控制仪401，仪表401的信号返馈给调节阀V1，通过调节蒸汽的流量控制加热的温度；循环槽4上装有液位显示及控制仪表402，仪表402的信号返馈给供液泵5，通过调节供液泵5的流量控制循环槽4的液位；抽风机6通过抽风管将空气和酸性气体从溶铜罐1的底部引向酸雾吸收塔7，新鲜空气从溶铜罐1底端的开口101填入，使溶铜罐1内的氧气处于动态平衡状态；经溶铜反应流入循环槽4中的硫酸铜溶液浓度变高，循环槽4中高温(65℃)高浓度硫酸铜溶液通过供液泵5，经过滤器8滤去杂质，经中间换热器9降温至51℃，再经冷却器10降温至48℃进入尾液槽11中，供生箔机生箔用。尾液槽11中低温(48℃)低浓度硫酸铜溶液通过返送泵12，经过中间换热器9换热至62℃进入循环槽4中。

本发明用尤其带有特殊角度喷嘴的环状管进行喷淋，通过增大铜料与硫酸的接触表面积、控制溶铜罐内氧气量，通过三通阀控制硫酸铜溶液交替通往内环状管和外环状管进行喷淋，根据溶铜罐的布料情况，设定和调整气动阀107的A口与B口的启闭切换时间。A口开启，内环状管103的喷淋区铜料溶化，外环状管104喷淋覆盖区的铜料全部暴露在高温气氛中进行氧化反应。B口开启后，外环状管104喷淋覆盖区内的铜丝溶化，内环状管103喷淋覆盖区的铜料全部暴露在高温气氛中进行氧化反应。如此可以改善两方面：1、铜料氧化反应时，没有喷淋液阻碍铜丝表面与氧气的接触。2、喷淋液接触的是经过充分氧化的铜料，消除了喷淋未经氧化铜料无效喷淋。使铜料与氧气及硫酸铜液交替进行充分反应，从而达到提高溶铜效率的效果，从而保持了整个生产系统溶铜的总量稳定和保持了硫酸铜溶液通成分的相对稳定。本发明专利发明了运用中间换热器将高温(65℃)高浓度硫酸铜溶液与低温(48℃)低浓度的硫酸铜溶液进行热量的充分交换，从而减少了低温硫酸铜溶液溶铜反应加热蒸汽的消耗，同时也减少了高温硫酸铜溶液冷却到生箔温度要求冷却水量。

本发明专利通过特殊结构的喷淋装置，交替喷淋方式使铜料与氧气及硫酸溶液充分接触反应，从而使溶铜反应速度得到大幅度的提升，相同产能的铜箔生产系统可以减少溶铜罐数量，从而减少投资；由于溶铜效率提高，配套动力设备减少，运行费用也大幅降低；由于采用了高温硫酸铜溶液热能的回收利用，使蒸汽的消耗大幅降低。

Claims (7)

1.一种溶铜系统，其包括溶铜罐、循环槽、尾液槽、循环泵、加热器、供液泵、过滤器、中间换热器，冷却器、返送泵、抽风机、酸雾吸收塔，

其中，溶铜罐底端呈向内收的锥形且开口，溶铜罐内下部设有多个网孔的网板，溶铜罐上端设有加料口，循环槽位于溶铜罐的下方，循环槽顶部设有槽口正对溶铜罐的底部开口，溶铜罐内上部设有作为喷淋硫酸铜的稀硫酸溶液的喷淋管，喷淋管为环状结构，有两道内外环状喷淋管，内环状喷淋管位于外环状喷淋管的内侧，内环状喷淋管和外环状喷淋管的下部均设有能够将硫酸铜的稀硫酸溶液均匀喷淋在网板上的多个喷淋孔；

其中，循环槽通过第一管道依次连接循环泵、加热器、电磁控制三通阀并连接到内环状管和外环状管中，循环槽通过第二管道依次连接供液泵、中间换热器、冷却器并连接到尾液槽内，尾液槽通过第三管道依次连接返送泵、中间换热器并连接到循环槽内，溶铜罐上端一侧设有抽气口，抽气口通过抽风管依次连接抽风机与酸雾吸收塔。

2.根据权利要求1所述的溶铜系统，其中，加热器设有用于供给蒸汽以实现加热的蒸汽管道。

3.根据权利要求1或2所述的溶铜系统，其中，冷却器设有用于供给冷却水以实现冷却的冷却水管道且还设有蒸汽管道。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的溶铜系统，其中，循环槽上装有温度显示及控制仪，该仪表的信号返馈给供给加热器的蒸汽管道的蒸汽调节阀，通过调节蒸汽的流量控制加热的温度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的溶铜系统，其中，循环槽上装有液位显示及控制仪表，该仪表的信号返馈给供液泵，通过调节供液泵的流量控制循环槽的液位。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的溶铜系统，其中，尾液槽设有温度显示及控制仪表，该仪表的信号返馈给供给冷却器的冷却水管道的冷却水调节阀，通过控制冷却水的流量控制尾液槽硫酸铜溶液的温度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的溶铜系统，其中，内环状管下部的喷淋孔为内喷淋孔，每个内喷淋孔的轴线均经过内环状管的中心，内喷淋孔分为三类：第一类内喷淋孔位于内环状管底部偏向最内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为45～65°，优选55°，第二类内喷淋孔位于内环状管底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为30～50°，优选40°，第三类为内喷淋孔位于内环状管最底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为20～40°，优选30°；

外环状管下部的喷淋孔为外喷淋孔，每个外喷淋孔的轴线均经过外环状管的中心，外喷淋孔分为三类，第一类外喷淋孔位于外环状管的底部偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为20～40°，优选30°，第二类外喷淋孔位于外环状管的底部稍偏向内侧，其轴线方向与垂直方向的夹角为5～25°，优选15°，第三类外喷淋孔位于外环状管的底部，其轴线方向与垂直方向的夹角为3～15°，优选7°。