CN110820019A - 一种电解铜箔的溶铜系统及溶铜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解铜箔的溶铜系统，该系统包括串接的一次溶铜系统以及二次溶铜系统，并设置有压缩空气组件为一次溶铜系统以及二次溶铜系统进行压缩空气供气，其中，一次溶铜系统中包括溶铜罐，溶铜罐下部设置换热装置，并分别在换热装置的上、下部设置有盘管以及隔板以分别通入压缩气体以及防止铜原料；一次溶铜系统通过溢流结构连接二次溶铜系统，并在二次溶铜系统的溶铜罐中进行二次溶铜处理，且在溶铜处理处理过程中进行过滤和溢流操作；系统配合相应的溶铜方法来提供和获得不同浓度的含铜离子的混合物溶液，并通过合理的压缩空气供给来提高反应速率。本发明能够有效提高溶铜质量，减少硫酸铜溶液中亚铜离子和有机物杂质的含量，并降低溶液温度。
Description
技术领域
本发明属于电解铜箔生产技术领域，具体涉及一种电解铜箔的溶铜系统及溶铜工艺。
背景技术
溶铜是电解铜箔生产的第一道工序，为铜箔生产提供硫酸铜溶液，是十分关键的一道工序，溶铜就是把铜原料在容器内氧化所进行反应，首先将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到溶铜罐中，加热条件下使铜发生氧化，生成氧化铜与硫酸发生反应，生成硫酸铜水溶液的过程，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。
传统的溶铜方式均为浸泡式，原料铜浸泡在溶铜罐内的低浓度硫酸铜和硫酸混合液中，从罐底通入空气并加热，铜与氧气发生反应生成氧化铜，氧化铜再和硫酸反应生成硫酸铜。但是现有技术中浸泡式溶铜工艺效率低下，且溶铜反应过程由于铜不能充分氧化，产生的Cu+会进入后续生箔工序，造成箔层毛刺、粗糙、针孔、铜瘤等缺陷，另外，浸泡式溶铜所需要的环境温度较高，导致生产的高浓度硫酸铜溶液温度远高于生箔温度，在进入生箔工序之前需经换热器降温，且换热温差大，再加上设备换热效率低，导致相关设备的能耗增大，不利于企业的成本控制和长期发展。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种电解铜箔的溶铜系统及溶铜工艺，以解决现有技术中电解铜箔溶铜方法存在的溶铜效率慢，能耗高，溶液中伴有的亚铜离子不能去除，且溶液温度高，后序降温换热器换热效率低，运行成本高的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种电解铜箔的溶铜系统，包括：
压缩空气组件：用于提供的压缩空气，其通过供气管路连接一次溶铜系统以及二次溶铜系统；
一次溶铜系统：用于进行一次溶铜处理，其包括一次溶铜罐，所述一次溶铜罐上部开有用于添加原料铜的加料口以及用于添加稀硫酸铜和硫酸混合液的加液口，而在一次溶铜罐下部设置换热装置，所述供气管路从一次溶铜罐两侧伸入一次溶铜罐中，并在罐体下部的换热装置与罐底之间通过盘管向罐内通入压缩空气，在一次溶铜罐的下方还设置有用于搁置原料铜的隔板，该隔板上设置于换热装置之上，其上均匀开设有小孔以方便压缩空气通过，同时在所述一次溶铜罐的上部侧旁还设置有溢流孔；
二次溶铜系统：用于对一次溶铜罐中的混合物溶液进行二次溶铜处理，其包括二次溶铜罐，该二次溶铜罐串联在一次溶铜罐后部，包括进料口以及出料口，其进料口前端通过进液管连接一次溶铜罐侧旁的溢流孔，而进液管的后端伸入二次溶铜罐罐内，同时，在进料口与出料口之间还设置有过滤装置，并在过滤装置与出料口之间设置有溢流结构；而所述进液管的后端出液位置正对过滤装置；同时，所述供气管路伸入二次溶铜罐底部并向罐内通入压缩空气。
作为进一步限定，所述换热装置为热交换器。
作为进一步限定，所述一次溶铜罐以及所述二次溶铜罐上均设置有引风口作为为罐内气体出口，用以调整罐内气压并排出反应废气，所述引风口管道接入废气处理装置中。
作为进一步限定，所述二次溶铜罐容积小于一次溶铜罐的容积，为一次溶铜罐容积的1/100～1/10。
作为进一步限定，所述过滤装置包括多个滤框结构或者滤笼结构，且在所述滤框结构或者滤笼结构中填充有可替换的过滤材料，所述过滤材料为活性炭或者滤布或者滤袋，优选为活性炭。
作为进一步限定，所述溢流结构为设置于过滤装置与出料口之间的挡板，且所述挡板的设置高度低于过滤装置的设置高度，二次溶铜罐中的混合物溶液经过过滤装置过滤后在挡板内侧滞留，并在达到混合物溶液液面高度超过挡板时发生溢流，并在出料口端流出。
本发明还公开了一种电解铜箔的溶铜方法，该溶铜方法利用上述设备进行溶铜作业，具体包括以下步骤：
S1通过加料口向一次溶铜罐内的隔板上加入原料铜，低浓度硫酸铜和硫酸混合液从一次溶铜罐上部的进液口注入罐内底部，低浓度硫酸铜和硫酸混合液的加入量以浸没原料铜为准，并控制混合液中硫酸浓度为10～150g/L，Cu2+浓度为0～100g/L；
S2使用换热装置对一次溶铜罐内的溶液加热，加热温度控制位45～85℃，从一次溶铜罐罐体两侧的两个供气管路向罐内溶液中通入0.2～1.0MPa的压缩空气，流量为5～500m3/h；
S3持续加入低浓度硫酸铜和硫酸混合液，使得原料铜在罐内持续发生溶铜反应生成硫酸铜，使得低浓度硫酸铜溶液变成高浓度硫酸铜溶液，当Cu2+含量达到80～160g/L时，打开溢流口，使高浓度硫酸铜溶液从一次溶铜罐溢流口进入二次溶铜罐；
S4通过压缩空气组件向二次溶铜罐内通入压缩空气，压缩空气进入高浓度硫酸铜溶液后，空气中的氧气与溶液中的Cu+反应生产Cu2+，再经过滤装置过滤，并通过溢流结构溢流后由出液口进入污液槽，即完成溶铜工序。
本发明有益效果在于：
在现有浸泡式溶铜系统中增加二次溶铜系统，溶铜产生的Cu+在二次溶铜系统中被氧化为Cu2+，消除Cu+对铜箔质量的影响。系统中二次溶铜罐容积为一次溶铜罐容积的1/100～1/10，体积小，造价便宜，另外，Cu+氧化无需加热，且所需供风量小，能耗非常低，但是效果显著；
二次溶铜罐设置过滤装置，对硫酸铜酸溶液进行粗过滤，减小后续过滤系统压力，延长过滤器中过滤材料的使用寿命，减小更换频率。过滤器中过滤材料的更换比较困难，需停车进行，会对生产造成十分不利的影响，而该过滤装置中的过滤材料达到饱和后易于更换，且可再生使用，过滤效率高，运行成本小，可以大幅节约整个过滤系统的运行成本。
二次溶铜无需加热，且通入罐内的压缩空气排出时可以带走溶液中的部分热量，二次溶铜罐也可散发一部分热量，因此对硫酸铜溶液起到很好的降温作用，可减小后续降温换热器负担。
二次溶铜罐内设置液体挡板，使过滤面积增大，提高过滤效率。
一次溶铜罐中的进风方式从一端进风改为从两端进风，两端进风风压相对稳定，罐内风量一致，溶铜速度加快，保证生箔系统Cu2+的正常供应。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的溶铜系统结构示意图。
其中：1、一次溶铜罐；2、二次溶铜罐；11、加料口；12、加液口；131、第一供气口；132、第二供气口；14、一次溶铜罐引风口；15、溢流口；16、隔板；17、盘管；181、第一供气管路；182、第二供气管路；19、换热器；191、蒸汽进口；192、冷凝水出口；21、过滤材料更换口；22、二次溶铜罐进料口；23、第三供气口；24、二次溶铜罐引风口；25、出液口；26、U型管；27、第三供气管路；28、过滤装置；29、挡板；30、进液管。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示以及实施例，进一步阐述本发明。
在上述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
参见图1的一种电解铜箔的溶铜系统，在本实施例中，溶铜系统包括一次溶铜系统以及二次溶铜系统，其中，一次溶铜系统的主体容器为一次溶铜罐1，而二次溶铜系统的主体容器为二次溶铜罐2，一次溶铜罐1顶部设有用于添加铜料的加料口11、用于添加稀硫酸铜和硫酸混合液的加液口12、连接压缩空气组件的第一供气口131以及第二供气口132、一次溶铜罐引风口14以及设置于一次溶铜罐1罐体侧面上部的溢流口15。
一次溶铜罐1下方设有隔板16，该隔板16上部用于放置原料铜，隔板16上均匀开设小孔。压缩空气组件用于向一次溶铜系统以及二次溶铜系统中通入压缩空气，压缩空气从第一供气口131以及第二供气口132送出后分别通过连接的第一供气管路181以及第二供气管路182与盘管17，盘管17设置在一次溶铜罐1底部并与罐体底部留有装配间隙，盘管17上均匀密集开设出气孔，压缩空气经第一供气管路181以及第二供气管路182这两个压缩空气供气管路进入盘管17，经由盘管17上的出气孔进入一次溶铜罐1罐内，为溶铜提供氧气，并对液体起搅拌作用。而换热器19设在隔板16的下部、盘管17的上部，蒸汽从蒸汽进口191进入换热器19，换热器19用于对罐内液体进行加热，加快溶铜速度，换热器19中蒸汽冷凝后的冷凝水则从冷凝水出口192进入收集池。
一次溶铜罐1中溶铜反应生产的高浓度高温硫酸铜溶液由溢流口15进入二次溶铜系统，该二次溶铜系统包括二次溶铜罐2、过滤装置28以及挡板29，二次溶铜罐2顶部设有过滤材料更换口21、二次溶铜罐进料口22、压缩空气进口以及二次溶铜罐引风口24，其中，过滤材料更换口21用于对过滤装置28中的过滤芯材进行更换；二次溶铜罐进料口22上部连接一次溶铜罐1罐体侧面上的溢流口15用于接收一次溶铜罐1中的高浓度高温硫酸铜溶液，压缩空气进口上连接有第三供气管路27，该第三供气管路27前端连接压缩空气组件，而后端与U型管26靠近罐壁的一角连接，U型管26上均匀密集开设出气孔，通过U型管26进入二次溶铜罐2的压缩空气除了为二次溶铜提供氧气外，还可以带走溶液中的一部分热量，起到降低溶液温度的作用。
高浓度高温硫酸铜溶液进口22末端连接进液管30，进液管30深入第二溶铜罐2罐内，末端接近过滤装置28底部，使得进液管30进入的混合液体深入罐内，保证溶液能够全部被过滤，过滤装置28由两个过滤材料放置筐组成，过滤筐中放置过滤材料，其中一个过滤筐设置于U型管27的中间，另一个过滤筐设置在U型管27外侧，过滤筐两端与底部都与二次溶铜罐密封固定，以免部分溶液未经过滤直接由出液口25进入下一道工序，同时也能保证溶液能够全部被过滤，挡板29两侧和底部分别与二次溶铜罐2相连，上部与二次溶铜罐2顶部有一定距离，该距离大于过滤装置28顶部与二次溶铜罐顶部的距离，保证溶液能全部经过过滤装置28进行过滤，挡板29还有一个目的是增大过滤面积，提高过滤效率；而二次溶铜罐2的侧面下部还设有出液口25，进入二次溶铜罐2内的高浓度高温硫酸铜溶液经氧化、过滤、降温后从出液口进入污液槽，为生箔补充Cu2+。
基于上述设备溶铜方法，具体为：
首先，在一次溶铜罐1内的隔板16上放置原料铜，将Cu2+浓度为0～100g /L的低浓度硫酸铜和浓度10～150g /L的硫酸混合液从进液口12注入罐内，浸没原料铜；然后开启换热器19上的蒸汽阀门191对罐内液体加热至50～85℃，并开启压缩空气组件设备，从第一供气口131和第二供气口132向溶铜罐1通入0.2～1.0MPa、流量5～500m3/h的压缩空气。
保持混合液的供应，使得原料铜在加热条件下与氧气和硫酸发生反应逐渐溶解生成硫酸铜进入溶液，当Cu2+含量增加至80～160g/L时，即形成高浓度高温硫酸铜溶液，然后从溢流口15进入二次溶铜系统。
高浓度硫酸铜溶液从进液口22进入二次溶铜罐2，同时开启供风系统，从第三供气口23通过第三供气管路27向二次溶铜罐2的罐内通入压缩空气，溶液中的Cu+在二次溶铜罐内被压缩空气中的氧气氧化，生成Cu2+的同时降低溶液温度，再经过滤装置28过滤，去除溶铜带入的杂质，经氧化和过滤后的高浓度硫酸铜溶液从挡板29的上部流入挡板29的另一侧，然后从出液口25进入污液槽，完成溶铜、降温工序，而挡板29在此过程中还能增大过滤面积，提高过滤效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，包括：
压缩空气组件：用于提供的压缩空气，其通过供气管路连接一次溶铜系统以及二次溶铜系统；
一次溶铜系统：用于进行一次溶铜处理，其包括一次溶铜罐，所述一次溶铜罐上部开有用于添加原料铜的加料口以及用于添加稀硫酸铜和硫酸混合液的加液口，而在一次溶铜罐下部设置换热装置，所述供气管路从一次溶铜罐两侧伸入一次溶铜罐中，并在罐体下部的换热装置与罐底之间通过盘管向罐内通入压缩空气，在一次溶铜罐的下方还设置有用于搁置原料铜的隔板，该隔板上设置于换热装置之上，其上均匀开设有小孔以方便压缩空气通过，同时在所述一次溶铜罐的上部侧旁还设置有溢流孔；
二次溶铜系统：用于对一次溶铜罐中的混合物溶液进行二次溶铜处理，其包括二次溶铜罐，该二次溶铜罐串联在一次溶铜罐后部，包括进料口以及出料口，其进料口前端通过进液管连接一次溶铜罐侧旁的溢流孔，而进液管的后端伸入二次溶铜罐罐内，同时，在进料口与出料口之间还设置有过滤装置，并在过滤装置与出料口之间设置有溢流结构；而所述进液管的后端出液位置正对过滤装置；同时，所述供气管路伸入二次溶铜罐底部并向罐内通入压缩空气。
2.根据权利要求1所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述换热装置为热交换器。
3.根据权利要求1所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述一次溶铜罐以及所述二次溶铜罐上均设置有引风口作为为罐内气体出口。
4.根据权利要求3所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述引风口管道连接废气处理装置。
5.根据权利要求1所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述二次溶铜罐容积为一次溶铜罐容积的1/100～1/10。
6.根据权利要求1所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述过滤装置包括多个滤框结构或者滤笼结构，且在所述滤框结构或者滤笼结构中填充有可替换的活性炭或者滤布或者滤袋作为过滤材料。
7.根据权利要求6所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述过滤材料为活性炭。
8.根据权利要求1所述的电解铜箔的溶铜系统，其特征在于，所述溢流结构为设置于过滤装置与出料口之间的挡板，且所述挡板的设置高度低于过滤装置的设置高度。
9.一种电解铜箔的溶铜方法，该溶铜方法利用上述设备进行溶铜作业，具体包括以下步骤：
S1通过加料口向一次溶铜罐内的隔板上加入原料铜，低浓度硫酸铜和硫酸混合液从一次溶铜罐上部的进液口注入罐内底部，低浓度硫酸铜和硫酸混合液的加入量以浸没原料铜为准，并控制混合液中硫酸浓度为10～150g/L，Cu2+浓度为0～100g/L；
S2使用换热装置对一次溶铜罐内的溶液加热，加热温度控制位45～85℃，从一次溶铜罐罐体两侧的两个供气管路向罐内溶液中通入0.2～1.0MPa的压缩空气，流量为5～500m3/h；
S3持续加入低浓度硫酸铜和硫酸混合液，使得原料铜在罐内持续发生溶铜反应生成硫酸铜，使得低浓度硫酸铜溶液变成高浓度硫酸铜溶液，当Cu2+含量达到80～160g/L时，打开溢流口，使高浓度硫酸铜溶液从一次溶铜罐溢流口进入二次溶铜罐；
S4通过压缩空气组件向二次溶铜罐内通入压缩空气，压缩空气进入高浓度硫酸铜溶液后，空气中的氧气与溶液中的Cu+反应生产Cu2+，再经过滤装置过滤，并通过溢流结构溢流后由出液口进入污液槽，即完成溶铜工序。
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