电解铜箔制造技术讲座(连载十四)

任中文 编著

第十一章 电解铜箔电解加工的实际操作

11.1有关电解铜箔生产效率的计算与工艺参数的确定

电解铜箔生产前的准备工作千头万绪，但作为一个工程技术人员，其中一个主要工作是电解铜箔生产效率的计算与工艺参数的确定。

有关电解铜箔生产效率的计算与工艺参数的确定，主要包括了：生产能力;生产线速度;槽电压;电解液在极间的流速;高位罐到电解槽液位差;电解槽电解液循环量;电解槽的电解液与导体产生的热量;电流效率;铅阳极的电力单耗;溶铜能力;雷诺数等。本节对这些计算(估算)公式，做了总结归纳，并指明了每个公式中参数具体内容、单位。

以下所列的经验公式，均是总结于上世纪八十年代，这些公式随着技术的进步，以及设备的不断更新、技术水平的提升，或许有之后的改进、完善之处，供在对电解铜箔生产设备(包括附属设备)、工艺的操作及工艺制定时，作为参考。

11.1.1电解铜箔生产能力的计算

在电解铜箔生产前，对电解机生产能力的计算，可运用(式11-1)公式。

m=qηItn ?(式11-1)

式中：m：电解析出量(k) ;q：电化当量 1.186g/Ah;?η：电流效率 97%;

I：电流强度(A，安培);t：送电时间 (h); n：成材率(%)。

11.1.2电解铜箔生产速度的计算与确定

在电解铜箔生产的生产线速度的确定，可参考采用(式11-2)进行估算。

V=0.0023×I/S·δ?(式11-2)

式中：V：生产线速度 (cm/分钟);I：电流强度(A);S：产品宽度(cm);

δ：产品厚度(cm)。

11.1.3电解铜箔生产中槽电压的计算与确定

电解铜箔生产中的槽(铅阳极)电压的确定，可参考采用如下(式11-3)进行估算。?

V=1.69+(0.71+3.41L)i?(式11-3)

式中：V：槽电压 (伏); L：极距(cm); i：电流密度(A/cm2)。 ?

11.1.4电解铜箔生产中电解液极间流速的计算与确定

电解铜箔生产中的电解液在极间的流速，可参考采用如下(式11-4)计算与确定。

Vj=K/(2I×L)?(式11-4)

式中：Vj：m/h、m/min、mm/s; K：为常数6～10;I：极距(mm) ;L：极板弧长(m)。

11.1.5 电解铜箔生产中高位罐到电解槽电解液液位差的计算与确定

电解铜箔生产中的高位罐到电解槽液位差，可参考采用(式11-5)计算与确定。

H≥(W/2g)(I+λI/d)?(式11-5)

式中：H：位差(m);W：流速2～3m/s;g：9.8m/s2?;I：管路长度(m)+20(m)(含当量长度);d：管内长径(mm).?

11.1.6 电解铜箔生产中电解槽电解液循环量的计算与确定

电解铜箔生产中的电解槽电解液循环量，可参考采用如下(式11-6)估算。? Q=I·1.25n?(式11-6)

式中：Q：循环量dm3/h;I：单槽电流强度;n：开槽数;1.25：系数。

11.1.7 电解铜箔生产的电解槽中电解液与导体产生热量的估算

电解铜箔生产中电解槽的电解液与导体产生的热量，可参考采用如下(式11-7)进行估算。

Q=0.24I2Rt?(式11-7)

式中：Q：热量(卡);I：单槽电流强度(安培);R：电阻(欧姆);t：时间(秒)。

11.1.8电解铜箔生产中的电流效率的估算

电解铜箔生产中的电流效率，可参考采用如下(式11-8)进行计算。 ?

η= m/(q·I·t)×100%?(式11-8)

式中：η：电流效率(%);M：实际电解析出量(g); q：电化当量(g/A·h );

I：电流强度(A );t：电解时间(h)。

11.1.9 电解铜箔的电解加工的电力单耗(铅阳极)的估算

电解铜箔的电解加工的电力单耗(铅阳极)的估算，可参考采用如下(式11-9)。

E=1000V/1.1852η?(式11-9)

式中：E：单耗(瓦千/吨);V：槽电压(伏) ;η ：电流效率97%?

11.1.10 电解铜箔生产中溶铜能力的计算

电解铜箔生产中的溶铜能力(80℃液温时)的计算，可参考采用如下(式11-10) 计算。

Qr≥Qx?Qr=M×V×n?(式11-10)

式中：Qx：电解析出量; Qr：溶铜能力 (kg/时); V：原料铜的总表面积，可以用体积量表示m3;n：溶铜罐数量(个); M：4000～4500 A/m3(150m2)

11.1.11 电解铜箔生产中雷诺数的计算

电解铜箔生产中的液体流动参数——雷诺数的计算，可参考采用如下(式11-11)。

Re=ud/V (式11-11)

式中：Re：雷诺数;u：液体平均流速;d：液体管直径;

V：20℃水为1.01×10-6米2/秒。

11.2电解铜箔生产中的溶铜工艺操作

11.2.1 供液系统试车

电解铜箔工程设备安装完，首先需要进行单机调试，调试好之后等待加入整个工程系统调试。在系统调试之前，组织好人员，做好分工。要把工程范围之内的卫生打扫干净，清除障碍，保证安全。把试车需要的工具、材料摆放整齐。

溶铜制液设备和电解槽单机设备安装调试好之后，在生产启动前要进行电解液循环系统的联动整体试车。

试车前认真检查清理各个工艺设备里的卫生，把容器内不该有的东西全部清理出来，把灰尘用抹布擦洗干净。要把所有的盛液容器先用5%左右的硫酸水溶液用刷子刷洗一遍;再用5%的氢氧化钠水溶液刷洗;之后两种水综合储存起来，用于清洗其它容器和地面。最后用清水刷洗干净，刷洗时仔细观察有没有渗漏的地方。如有渗漏的立即维修，彻底解决。

试车首先用清水试车，在有一定压力的情况下，观察所有设备有没有渗漏的，如有渗漏点要停止试车，把渗漏点修理好。接着把水加热到60℃，按生产工艺路线进行大循环，模拟生产。在有较高温度的情况下仔细检查设备、管路有无变型渗漏现象，如有立即修理。同时认真检测清洗后的水质是否浑浊，如浑浊就排放，如不浑浊，立即加H2SO4到10%。边加酸边循环，继续检查设备管路是否出现渗漏。如没有问题，可以把硫酸水溶液通入投满铜料的溶铜罐里，通风加热造液。如有问题，进行维修。一般第一遍循环的水不要，排放为好，因为设备管路里不可避免地有尘灰和杂质，所有材料，包括高分子材料，H2SO4水溶液对其都会造成腐蚀，会产生可溶物。因此，第一遍循环的硫酸水溶液不留用为好。排放到废水池，用这些含酸废水清洗盛洗箔水的水池。尤其是高分子材料的容器必须用含酸、含碱的水刷洗，否则铜箔易出针孔和起疙瘩。

用硫酸水溶液试车的目的有以下几点：

(1)水和硫酸价值不高，经剂损失小。

(2)硫酸水溶液近似电解液，对设备的腐蚀性直接表现出来。如设备有问题需要修补就排放，损失较小。

(3)循环水加酸前的温度一般超过正常生产液温的5—6℃，铜箔生产的设备和管路，密封垫不少是塑料、橡胶的,受热要变形，变形就可能出现漏渗，此时的水里没有酸，修理方便。当温度达到最高点时，对所有法兰的螺栓都应紧一遍，尤其塑料法兰。加热的另一个作用是消除应力,看一看管路受热变型的情况，需不需要修改，如需要修改比较方便，对设备、厂房、地面的危害极小。

(4)注意观察盛液容器的液位控制是否好用，各种仪器仪表是否好用，显示是否准确。防止以后跑、冒硫酸铜电解液。

11.2.2 溶铜制液的生产启动?

新工程启动首先要启动溶铜系统，溶铜系统是电解铜箔生产第一道工序，只有合格的电解液出来才能进行电解产出铜箔。

溶铜系统的设备和管路清洗完之后，首先向溶铜罐内投料，最好先向一个罐里投料。溶铜运行一切正常没有任何问题，再向其它罐里投料，这样做可以避免一些不必要的麻烦。

铜原料要符合1#铜的化学成分，铜含量必须在99.95%以上;表面清洁干净，无油、无脂、无漆、无尘。铜料块越小越好，投入溶铜罐的料的密度越大越好，投料越多越好，投料分布越均越好，投料高度一般要超过出液口，低于排风管。第一次投料是为以后投料打基础，摆放均匀十分重要。根据原料的数量，最好一个罐一个罐的投料，必须把铜原料均匀的分布在溶铜罐内，为下次投料创造好条件。

溶铜投料的同时，向低位污液池加水，加酸。加之前要计算加水量和酸量，水必须是去离子水，加酸要小流，对准加入口加。快要加满时化验H2SO4浓度，控制在100g/L左右。

开始用泵向溶铜罐中输入硫酸水溶液,输入的同时打开进压缩空气阀门向溶铜罐供风，使液温保持在60～65℃,此时便开始溶铜造液。在开始的24小时内，每4小时化验一次H2SO4浓度，根据消耗情况调整加酸量，但加硫酸不能快加，要小流慢加入。八小时后每2小时化验一次Cu++和H2SO4浓度。

在溶铜罐制液时，要不断向污液池加水、加酸。增大电解液储备量为生箔机开动准备电解液。当铜浓度接近工艺要求时，电解液量达到正常生产所需60～70%时，可开动过滤机，对电解液进行净化处理，准备供电解槽生产用。

在溶铜生产的进行期间，要做好电解槽的生产准备，要把阴极辊研磨好，要把过滤机准备好，要把添加剂的制作设备准备好，要把从阴极辊上起箔等工具准备好。还要把处理可能出现的各种突发事情，需要处理的工具准备好。

电解槽必须具备开动生产的条件下，才能开始溶铜罐制液，防止阴极辊没有磨好，铜离子浓度上来之后电解槽开不起来。会使铜离子浓度过高，造成管路和工艺设备内硫酸铜结晶，当铜原料溶解速度达到最高点后，降低速度有一个过程。如果不能把析出能力迅速提上来，就会造成铜溶解大干铜析出，溶液中铜离子浓度过高，是非常危险，非常可怕的事情。

溶铜罐必须一个一个的开动，不能同时开动，要与电解槽相配合，防止溶铜能力很快，电解不能析出铜，生产系统铜离子浓度越来越高，照顾不过来。所以，刚开动后要保持溶铜能力≤析出能力，电解槽都能正常开动起来，要保持溶铜能力等于铜的电解析出能力。因此溶铜罐要一个一个的开动，一个溶铜罐溶铜能力与电解槽析出量相互平衡，一切正常了，稳定了;再开动另一个溶铜罐，这样做损失小，浪费少，人也不手忙脚乱。因为，电解槽开动起来也不一定是成功的，铜箔可能出现撕边，折印等问题，要有一个调整过程。?

11.2.3 溶铜制液中的电解液过滤

溶铜造液启动后，就开始有硫酸铜溶液流出，电解液的过滤就应该开始了。

溶铜罐是电解液的污染源头，溶铜罐出来的电解液量少，污染杂质最多，在此设置过滤关卡是最有利的。

当溶铜制液准备的电解液量基本达到了电解槽循环要求时，对过滤机进行检查，做好过滤电解液的准备工作。当污液池的铜酸浓度达到电解工艺要求时，开始准备开动硅藻土过滤机对电解液进行过滤。

此时要储蓄电解液，根据过滤机，净液槽，高位罐和工艺管道的总容积，储备足够的电解液供电解生产循环使用。

电解液的过滤方法多种，一种是用过滤布，进行粗、细滤布搭配过滤电解液;还有用316L丝网上涂敷硅藻土的方法过滤电解液;还有在过滤布上涂敷硅藻土的方法过滤电解液;还有用高分子膜过滤电解液;不论那种方法都可以。这里只介绍316L丝板框上套过滤布的硅藻土过滤机的操作，硅藻土过滤机过滤硫酸铜电解液，只消耗硅藻土，硅藻土可以随时更换，过滤效果可以自己控制，是最经济，最实用，最简单的方法。

实用方法，首先向硅藻土混合罐放入电解液至80%左右，然后向硅藻土过滤机里注入电解液，注满保持有一定的压力。向硅藻土混合罐里缓慢加入硅藻土，按粗细比例6：4左右，体积比。加硅藻土同时开动硅藻土涂敷泵，使硅藻土混合罐里的溶液循环搅动起来。这时慢慢向硅藻土混合罐投入粗的硅藻土。投入时分布均匀，边投料边搅拌，投入2袋左右，已搅拌成泥浆状，打开硅藻土过滤机的阀门对过滤机开始涂敷硅藻土，进行挂“滤饼”。

过滤机的回流液全部回流到硅藻土混合罐里，电解液带着硅藻土泥浆在硅藻土过滤机和硅藻土混合罐之间进行循环。先涂敷3～4袋粗硅藻土后，等待循环20分钟，再向硅藻土混合罐缓慢均流投放细硅藻土。往过滤片上涂敷细硅藻土，大约循环30分钟后，再涂敷2袋粗硅藻土，再循环30分钟左右。

随着过滤机内丙伦布上的硅藻土滤饼厚度增加，出水越来越清，当出水用肉眼看不到混浊杂质，电解液很清洁后。开动污液泵，停止硅藻土涂敷泵，在开、停两个泵的同时，对应的阀门，一个是由小到大的打开，一个是由大到小的关闭。由原来硅藻土过滤机与硅藻土混合罐之间的循环，变为硅藻土过滤机与污液槽之间的循环。当电解液十分清洁时，把过滤机回流的电解液由进入污液槽，切换到进入净液槽，准备开动净液泵对电解槽开始供液。

污液池容纳的液量应满足体系循环用量，设计时应该保证这一点。如果达不到这一点，只能采用把污液池和溶铜罐内铜酸浓度控制在高位，开始过滤时，以补水增加电解液量，保证电解系统的循环液量，同时保证工艺参数的标准。

过滤泵最好采用液下泵，不用灌水，启动方便，不漏渗，利于防腐，生产环境干净，不占地方。

当净液槽盛满了经硅藻土过滤的洁净的电解液后，开动净液泵，电解液经过精密过滤器进行精细过滤。此过滤器一般采用低压，大过滤面积为好，利于得到理想的过滤效果。

电解液经过精细过滤后进入高位槽，高位槽的液面与电解槽的液面差应大于10m以上。以保证电解液的势能，保证电解槽极间的电解液流速，为了充分利用能源电解液从高位槽流下时，可以设置自然压力，大过滤面积过滤器，利于进一步提高电解液的过滤精度。

11.2.4 溶铜制液中电解液温度的调整

调整电解液温度一般用热交换器，有蛇盘管式，蛇盘板式，列管式，直板式的。蛇盘管式和蛇盘板式早已没人用了。

列管式换热器，比较坚固。换热较慢，需要时间偏长，效率低，不能拆卸，无法维修，设备体积较大，易渗漏，制作成本较高，用水量大。目前已经没人用它对电解液换热了，只有在溶铜罐内用，用于加热电解液，同时，也是主要的用于均匀分布溶铜罐内的供风和电解液。

板式换热器，有316L板材，有钛板材。效率高，体积小，尤其是钛板换热器，板厚度在0.5～0.75mm，重量小，维修、更换、增加面积、减小面积方便。运输、安装方便，使用中不能碰撞，容易变形，运输、安装时要小心。

溶铜罐的加热一般是利用现有条件，如有现成的蒸汽或蒸汽冷凝水90℃ 以上，就利用此热源为溶铜罐加热;如此地电能充足，可用电锅炉加热去离子水至95℃ 左右给溶铜罐加热。溶铜罐起步时一般都需要加热，正常溶铜生产，就不需要专门加热了。正常溶铜生产时，溶铜的化学反应热就可以满足溶铜热能需要了。

溶铜罐内加热用列管加热器比较好，热利用率高，损失小，无故障(山东招远金宝设备公司制作的);溶铜罐外加热用钛板式加热器比较好，热损失可能大一些，易维修。

钛板换热器安装使用中一般要求如下：

(1)启动前先将出口阀开1/4，再开1/2，启动后再到全开。

(2)启动前将入口开1/4，启动泵后再开1/2，后全开，贸然全开，会造成热交换器损伤。

电解液升温一般用热水较好，电解液降温一般用冷却水，东北因冬季天气寒冷，需要热水量较大，应该用去离子水对电解液冷却降温，产生的热水用途很多。去离子水防止换热器金属板结垢失去换热能力。水温提高后，再用于洗箔和树脂再生的冲洗水。南方可用冷却塔循环水(去离子水)，这样节约用水，利用降低生产成本。?

11.2.5 保持溶铜罐中溶铜制液的工艺稳定性?

? 当电解槽全部开起来后，达到正常生产能力，要保持溶铜罐生产的稳定。稳定的条件越多越好，如：溶铜罐内铜料量稳定，溶铜温度稳定，循环量稳定。调整溶铜罐的溶铜速度应调整供风量。原则上液循环量不动，只有在特殊情况下可以调整，如需要铜浓度提高一些和降低一些，可以增大和减少供风量。一般对铜浓度的控制靠调整风量，铜浓度处于下降的趋势，应增大风量，反之减少风量。液温度的调整。关键看铜浓度和溶铜速度，影响铜浓度的最大因素是电解槽开槽数量。冬季气温低，散热量大，水和原料的温度都很低，溶铜液温度偏高一些好，可控制在75～80℃;夏季气温高，水和原料都在20℃多，溶铜温度可控制在70～75℃，溶铜液温度应基本桓定，不要总处于波动状态，使生产系统电解液温度难于控制。

在生产进行中，出现铜浓度高于正常生产工艺参数，酸浓度低于正常工艺参数时不要立即补酸。要适当降低溶铜速度，因为铜浓度降下来时，酸浓度会自行升上去的。当铜浓度处于工艺参数指标，而酸浓度偏低时。按照补酸量计算，将酸加入后，经化验，酸还没有上来。此时千万不要再急干加酸，因为酸加入后要有一个反应期，经过一段时间大约2～3个小时才能循环化验出来。如果急于加入过量的酸，当经过几个循环周期，酸浓度上来后就不好降了。铜浓度高了，低了都有办法快速调节，只有酸浓度高了没有办法解决，只有慢慢等。所以补酸时一定要少补、多次补充，补充了不能立即反应出来，要有一段时间。千万不要急于再补充，防止过量了，不好往低调。补充硫酸必须有提前预测量，或总结出规律来。

当铜，酸浓度都偏高时，可补充水。把工艺调整到标准要求，这就要求液位控制上，要始终有一定的余量。

当铜酸浓度都偏低时，可加大供风量，适当加大或提高一点溶铜液温度，加强摆料的均匀性，同时进行滴加补酸。保持铜酸同步提高，当铜达到工艺要求时，酸与铜浓度相同，或低1～2g/L时，应停止滴酸，经过2个小时后，化验酸还低，可再少补一点。以下是控制溶铜速度的几点注意事项：

(1)铜料块的大小要始终稳定一致，不能忽大忽小，不能今天是长的，明天是短的。投料摆放要一致，不能今天横着放，明天竖着放。投料量要一致，始终保持溶铜罐内的料量是满的。铜原料的表面积是无法计算准确，只能按照铜的重量来计算投料量，所以人们习惯用：铜原料量/时间=溶铜速度。溶铜速度的稳定关键是溶铜罐内的投料量，这是铜箔质量稳定的一个重要因素。

(2)溶铜液温度、溶铜罐进出液循环量、体系液量不要总是处于变化状态，要稳定。因为可变的因素越多，越不好控制，稳定的因素越多越好控制。电解液总量一定要稳定，这也是铜箔质量稳定的一个重要因素。

(3)高温和低温溶铜都存在一个温度控制问题，温度有一个调整范围。对体系的电解液温度过高和过低，调整都不容易，所以，液温度一定要严格控制，不可小视，同样关系到铜箔质量的稳定。

11.2.6溶铜液位的控制

溶铜加工中的盛放电解液的容器有：溶铜罐、污液槽、净液槽、高位槽、过滤机、管道等。在这些盛液容器中，只充许有一个容器里的液位是变动的，其它容器里的电解液储量都是固定的。可变动液位的容器应该是容积最大的、位置最低的那个，一般是电解机列回流的污液低位槽，溶铜和电解生产的电解液量，只控制污液槽的液位就可以了。

按照电解液从溶铜罐出液口流出之后，电解液流程顺序，是：溶铜罐里的电解液流入污液槽，污液槽里的电解液经过硅藻土过滤机过滤后进入净液槽。电解生产系统电解液液量的控制，应该是净液槽的电解液始终是满的，多了自然溢流进入污液槽里，其它储液槽的电解液都能进入污液槽里，污液槽里的电解液总量始终处在1/3～1/4。要留出足够的空余容积，只允许洁净度高的电解液流向洁净度低的容器里，不能出现倒流现象。? 如果所有容器的液位都是可变的，那么液位就无法控制，只有一个是变动的，控制了这个液位也就是控制了全局，这样才能利于电解液量的控制，利于工艺的稳定。液位控制放在最显眼、最醒目的地方。

液位控制的目的，其一，是保证工艺中添加进来的元素浓度稳定，配合溶铜和电解的工艺变化。其二，是准备突发事件，一旦出现突然停电、机械故障、其它突发事故，造成停产。保证电解液不流失，因为这是硫酸水溶液，这是硫酸铜溶液，必须全部装入盛液容器内。所以，液位控制始终要有足够的余量。

11.2.7 其它方面需要注意的几项工作?

(1)正常产生时，一般每2个小时对电解液的铜、酸浓度化验一次，根据铜、酸浓度的变化趋势对风压、风量、液循环量、液温度进行提前预测，调整，观察，调整。

(2)根据铜箔单位面积质量和表面粗糙度情况对活性炭进行添加，对添加剂进行调整。一般情况铜箔的单位质量低于8.0g/m2μm，活性炭就应更换，最好一切都是定期更换。更换前对颗粒状活性炭认真清洗，达到用手抓活性炭，手上不黑为准。清洗的目的，是去除灰尘，减少氯离子。用粉沬活性炭就不需要清洗了，也无法清洗。?

(3)溶铜罐内的气体是正压排风，正常工作时不开风机，防止造成溶铜罐内的负压，不利于氧的溶解和温度的保持，只有下料时风机才打开，下料完毕再把风机关闭了。溶铜罐上盖一定要搞好密封。

(4)定时记录过滤机的工作压力，如达到额定压力，应做好更换过滤材料的准备。利用停产的机会，及时更换。

(5)过滤机内的过滤布刷洗最好把过滤布扒下来刷洗，不要套在过滤片上刷洗，那样会把泥、尘、灰冲刷进过滤布布丝里面，当过滤布再次使用时，这些泥、灰直接进入电解液里，污染电解液。

(6)根据开槽的数量和总电解电流大小，及时调整溶铜速度，防止铜浓度的上升，酸浓度下降不利于铜箔质量的现象发生。

(7)溶铜生产所需的一切原辅材料，技术部门要对这些材料的生产现场进行考察，对材料的原料、生产过程添加元素等进行了解。如发现对电解铜箔生产不利的元素及时提出，这样做使自己工厂的生产心中有数，出现什么问题也好判断，解决。

(8)溶铜罐生产的节能降耗。我在近几年设计的溶铜生产，增加了一个换热器，把进入溶铜罐的电解液(51℃)与从溶铜罐出来的电解液(70℃)进行热交换。进入溶铜罐的电解液由51℃提高到60℃，溶铜罐生产的温度是70℃;靠溶铜罐本身进出液把进入的溶液温度提高了10℃。节省了热能。溶铜罐出来的电解液温度由70℃降到60℃，电解生产电解液温度是50℃，靠溶铜罐自身的进出液把出来的溶液温度降了10℃，节省了冷却水用量。

(未完，待续)