CN110241432A - 电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，用于制造电解铜箔。该方法优选采用钛电极作阳极，碳棒作阴极，用阴离子交换膜将阳极室和阴极室分开，通入空气进行搅拌，并保证溶铜罐的温度不低于50℃，对铜的溶解罐中的阳极和阴极间施加适当的电压，即可实现铜料的快速溶解，本发明的快速溶铜技术可完全满足电解铜箔的生产需求。

Description

电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法

技术领域

本发明涉及一种快速溶铜技术，用于制备电解铜箔的铜电解液。该铜电解液的制备方法不仅适合于印制线路板的电解铜箔用铜电解液也适合于锂离子电池用电解铜箔用电解液。

背景技术

将电解铜或符合电解铜箔生产要求的金属铜料溶解，制备成电解液是生产电解铜箔的第一道工序。由于Cu²⁺/Cu的标淮电极电位为0.337V，在一般情况下，单质铜不可能置换溶液中硫酸的氢离子而溶解于硫酸的水溶液中，如果没有氧或其它氧化剂存在，则金属铜在任何pH值的水溶液中都是稳定的，这对于溶铜造液工序而言，意味着在没有氧或其他氧化剂存在的情况下，既不能用酸也不能用碱使铜转入溶液中。但是，如果有氧或其他氧化剂存在时，金属铜在任何pH值的水溶液中都变得不稳定。实际上，为了达到金属铜的溶解，生产上一般采用氧化溶解的方法：

2Cu+O₂+2H₂SO₄＝2Cu²⁺+2H₂O+2SO₄ ^2-

溶铜一般分为常压溶铜和高压溶铜。所谓高压溶铜就是向溶铜罐内通入氧气，随着氧的压力升高，使铜的氧化趋势增大，从而达到铜的快速溶解。高压溶铜的特点是铜的溶解速度快，效率高，但是设备复杂，投资较大。在电解铜箔生产工艺中，一般都采用在常压下溶铜的方法。常压溶铜又可分为高温溶铜和低温溶铜两种。根据溶铜罐内溶液加热方式的不同，溶铜分为内热式和外热式两种。所谓内热式溶铜罐就是将蒸汽换热器与溶铜罐体组合成一体。一般将列管式换热器直接安置在溶铜罐内的底部，或将盘管式换热器布置在溶铜罐的内壁。内热式溶铜罐优点是结构紧凑，占地面积小，操作方便。缺点是检修不容易，难度大。所谓外热式溶铜罐则是在溶铜罐外单独设置蒸汽换热器，通过泵和管道将溶铜罐中的溶液送入换热器，经过蒸汽加热后，再输送回溶铜罐中。外热式溶铜罐使用的换热器一般多为高效板式换热器或列管式换热器，外热式溶铜罐与内热式相比，结构简单，检修方便。但是无论是内热式还是外热式，由于都需要加入空气或氧气进行氧化，由于其溶铜速度较慢，为了加快溶铜速度，简化溶铜罐的结构，降低生产装置成本，本发明提供了一种具有电解槽功能的溶铜罐，该溶铜罐实现了铜的快速溶解，且设备简单。

发明内容

本发明的目的是为了解决电解铜箔生产工艺中，实现快速溶铜，制备铜电解液的技术。

为了实现这一目的，本发明提供一种具有电解功能的溶铜罐。

制备铜电解液时，将待溶解的铜料置于溶铜罐中的阳极室，由于铜料在阳级的氧化，实现铜料在硫酸溶液中的快速溶解。溶铜罐的结构如图1所示。溶铜罐具有阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间用阴离子交换膜隔开。溶铜罐中的阳极可使用比铜难于氧化的导电材料即可，如碳、钛、钛氧化物、银、铂和金等，从生产成本和材料强度的角度出发，溶铜罐阳极的最佳选择是钛金属材料。溶铜罐中的阴极只要能耐硫酸的腐蚀即可，同时要具有较大的析氢电位，基于此，可选用碳、钛、钛氧化物、银、铂和金等作阴极，溶铜罐阴极的最佳选择是碳材料。

在制备铜的电沉积液时，溶铜罐中的阳极室和阴极室分别加入浓度约为100g/L的硫酸。将铜料加入到阳极室内，进行溶液搅拌，可选择通入空气搅拌，通入空气的目的有二：其一是起到对溶液的搅拌作用，降低浓差极化；其二是通过空气中的氧气，起到对铜料的氧化作用，加速铜料的溶解。

在溶铜过程中不必刻意加温，因为铜在硫酸中溶解本身就是一个放热过程，在后续添加硫酸进行硫酸浓度调整时，也是个放热过程，但是溶铜罐温度过低时，需要对溶铜罐进行加热，为了保证溶铜的速度，溶铜罐的温度要高于50℃。

将直流电源连接到溶铜罐的阴极和阳极，直流电源的正极接到溶铜罐的阳极上，直流电源的负极接到溶铜罐的阴极上，施加的电压可设定为2-20V，电压越大，溶铜的速度也越快，但是施加的电压若过高，阳极和阴极的副反应也随之产生(副反应为阴极产生氢气，阳极产生氧气)，最佳的电压范围是5-10V。

附图说明

图1为溶铜罐装置的结构图；

图2为溶铜罐的实验装置图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

为了有效说明本发明的效果，便于在实验室操作，制作了一个类似于溶铜罐的简易装置，其结构如图2所示(图2是实验室简要装置，在实际工业生产时采用图1装置，用阴离子交换膜将阳极室和阴极室间隔开)，将两个100ml的烧杯用盐桥连接起来，在其中分别加入100g/L的硫酸50ml，一边插入钛棒作为电解槽阳极，另一边插入碳棒作电解槽的阴极，向阳极槽加入50g铜电缆线，通入空气进行搅拌，对电解槽分别施加2-15V电压溶解铜，在反应约1/3后添加硫酸，进行硫酸浓度调整，溶解过程中保证阳极槽温度不低于50℃。

测量对电解槽分别施加2-15V电压下溶解50g铜电缆线所需时间，其结果列入表1的实施例中，对电解槽不施加电压，仅通入空气溶解的结果列于表1中的比较例中。

表1施加不同电压溶解铜的时间

实验例	施加电压/V	溶解时间/min
			实施例1	2	150
实施例2	4	24
			实施例3	6	12
实施例4	8	6
			实施例5	10	5
实施例6	15	4.5
			比较例	0	600

由表1中的比较例可知，当对电解槽所施加的电压为0V时，即便是通入空气进行氧化，溶铜时间仍需要600min，溶铜速度很慢。当对电解槽施加电压时，溶铜速度明显加快，但与电压并不是呈线性增长，这主要是由于随着电压增高，会出现阴极和阳极的副反应，所以最佳的电压是既要控制副反应的发生，降低生产成本，同时实现在阳极上铜溶解的速度最大，最佳的电压范围是5-10V。

Claims (10)

1.一种电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：在电解铜箔生产工艺中，将电源连接到溶铜罐的阴极和阳极，施加电压，待溶解的铜料置于溶铜罐中的阳极室，由于铜料在阳级的氧化，实现铜料在硫酸溶液中的快速溶解。

2.如权利要求1所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：溶铜罐是一个电解槽，具有阳极室和阴极室，阳极室和阴极室间用阴离子交换膜隔开。

3.如权利要求1所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：溶铜罐中的阳极材料使用比铜难于氧化的导电材料；溶铜罐中的阴极材料能耐硫酸的腐蚀，同时具有较大的析氢电位。

4.如权利要求3所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：所述溶铜罐中的阳极为钛、金、银、铂或碳材料；所述阴极为钛、金、银、铂或碳材料。

5.如权利要求4所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：所述阳极为钛金属材料，阴极为碳材料。

6.如权利要求1所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：溶铜罐的底部通入空气进行搅拌。

7.如权利要求1所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：溶铜罐中的阳极室和阴极室分别加入浓度100g/L的硫酸溶液，溶铜罐的温度高于50℃。

8.如权利要求1-7任一项所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：直流电源的正极接到溶铜罐的阳极上，直流电源的负极接到溶铜罐的阴极上，施加的电压设定为2-20V。

9.如权利要求8所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：施加的电压范围是5-10V。

10.如权利要求1所述电解铜箔制造工艺中快速溶铜的方法，其特征在于：保证溶铜罐中的温度不低于50℃。