使用再生氧化銅制備電解銅箔用電解液

付文峰

（廣東梅縣金象銅箔有限公司，廣東 梅州 514759）

電解銅箔是通過(guò)使用陰極輥及陽(yáng)極板對(duì)硫酸銅電解液進(jìn)行電鍍沉積獲得的，電解銅箔生產(chǎn)過(guò)程不斷從電解液中沉積出銅，就需要對(duì)電解液中補(bǔ)充銅離子（Cu2+）以維持電解液指標(biāo)的平衡。在常規(guī)電解銅箔生產(chǎn)過(guò)程中，電解液中銅離子的補(bǔ)充是通過(guò)使用系統(tǒng)管道及儲(chǔ)罐的低含銅量電解液流經(jīng)儲(chǔ)存有銅線或銅板的罐體，以獲得富含銅量的電解液，此罐體稱(chēng)之為溶銅罐。銅線或銅板在溶銅罐中是一種氧化溶解的過(guò)程，由于銅的溶解過(guò)程會(huì)受溶解溫度、與酸接觸面積、銅材周邊電解液飽和度等因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)溶銅罐中對(duì)銅材的溶解能力差異，所以電解液系統(tǒng)中的銅離子是屬于波動(dòng)狀態(tài)。由于為了保證溶銅罐中有足夠的銅材與電解液接觸面積，在溶銅罐中儲(chǔ)備大量的銅材會(huì)增加生產(chǎn)材料的儲(chǔ)備成本。

為了降低銅材采購(gòu)成本以及生產(chǎn)中能夠穩(wěn)定控制銅離子的濃度，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐研發(fā)了使用再生氧化銅補(bǔ)充銅離子的方法。本方法中使用的氧化銅為利用線路板生產(chǎn)廠家蝕刻液回收提純制作，屬于環(huán)保再生資源利用。此類(lèi)氧化銅由于生產(chǎn)工藝的影響，其純度一般在80%左右，另外20%成份主要為水及有機(jī)雜質(zhì)，此類(lèi)氧化銅原材料相比干法烘焙出來(lái)的氧化銅會(huì)含有更多的有機(jī)雜質(zhì)。

以下是具體實(shí)施方法及效果分析。

1 實(shí)施原理及條件

以往銅線或銅板在溶銅罐中溶解的原理為：

可見(jiàn)，在銅線或銅板溶解過(guò)程中，需要通入大量的空氣以使銅線或銅板迅速氧化，然后和硫酸進(jìn)行反應(yīng)生成硫酸銅；大量空氣的獲得是通過(guò)鼓風(fēng)設(shè)備進(jìn)行的，此過(guò)程需要消耗大量的電能。

而使用再生產(chǎn)氧化銅制備電解液時(shí)，其反應(yīng)原理為：

通過(guò)上述反應(yīng)式可以看出，氧化銅和硫酸可以直接反應(yīng)，不需通入空氣，從而節(jié)省大量電能，并且由于減少反應(yīng)過(guò)程所需空氣因素，使得氧化銅的溶解反應(yīng)非常迅速，如此即可容易計(jì)算出所溶解的銅離子含量。

但由于此類(lèi)再生產(chǎn)氧化銅中含有大量的其它有機(jī)雜質(zhì)，在使用此類(lèi)氧化銅時(shí)必須對(duì)所溶解的電解液進(jìn)行去除有機(jī)物的處理。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用活性炭對(duì)所制備的電解液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾處理后，對(duì)電解銅箔生產(chǎn)是沒(méi)有影響的。

2 實(shí)例

主要設(shè)備：溶銅罐、過(guò)濾器、泵、加熱器、羅茨風(fēng)機(jī)

再生氧化銅：CuO含量80%，水份及其實(shí)雜質(zhì)含量20%

粉末活性炭：800曲吸附，顆粒度小于20目

電解銅箔生產(chǎn)過(guò)程中硫酸銅電解液

工藝要求：生箔用電解液銅離子濃度（80±2）g/L。溶銅罐銅離子濃度提升達(dá)到（120～140）g/L。（用氧化銅溶解生產(chǎn)電解液比例:70 kg:1000 L）

過(guò)濾要求：10 μm過(guò)濾袋

活性炭配比：為200目粉末活性炭，用量為活性炭與電解液比0.8kg:1000L。

3 操作過(guò)程及設(shè)備流程圖（圖1）

氧化銅溶解操作過(guò)程：

（1）由溶銅罐進(jìn)行，在加氧化銅前，檢查溶銅罐內(nèi)罐體干凈、管路與閥門(mén)正常。

（2）開(kāi)啟溶銅罐進(jìn)液閥門(mén)K1、供風(fēng)閥門(mén)打開(kāi)，啟動(dòng)加熱4組。加入生溶電解液進(jìn)溶解,當(dāng)溶銅罐液量為40 m3時(shí)關(guān)閉閥門(mén)K1。

（3）溶銅罐電解液溫度到60 ℃后添加氧化銅，添加氧化銅時(shí)必須散狀加入，2.8 t氧化銅控制在（30～40）分鐘均勻緩慢加入。銅罐電解液與氧化銅比例為40 m3：2.8 t。

（4）氧化銅添加完成后等30 min溶解攪拌，再取電解液樣品過(guò)濾澄清，取樣分析銅含量約為130 g/L。

（5）溶銅罐電解液澄清后，加入粉末活性炭進(jìn)行除凈處理，活性炭與電解液比例0.8kg:1m3，（即活性炭為32 kg），此時(shí)供風(fēng)攪拌不停。

（6）加活性炭循環(huán)30分鐘后，打開(kāi)K2、K3及后段閥門(mén)，啟動(dòng)內(nèi)部循環(huán)泵對(duì)電解液進(jìn)行過(guò)濾循環(huán)。

（7）閥門(mén)切換好后立即啟動(dòng)耐腐蝕泵，當(dāng)過(guò)濾器壓力達(dá)0.1 Mpa時(shí)打開(kāi)閥門(mén)K4，據(jù)生產(chǎn)銅含量要求開(kāi)啟所需流量大小，調(diào)整合適的閥門(mén)流量。

（8）當(dāng)閥門(mén)K4全開(kāi)時(shí)生產(chǎn)流量達(dá)不到補(bǔ)充銅離子要求時(shí)或過(guò)濾壓力大于0.3 Mpa，停耐酸泵更換過(guò)濾袋。更換過(guò)濾袋時(shí)必須保證不能因?yàn)V袋破裂和緊固密封造成漏濾。

（9）當(dāng)溶銅罐40 m3電解液抽空后，停止耐腐蝕泵后，對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行更換濾袋和沖洗泵體管道，防止結(jié)晶。重新再按此操作放液溶解氧化銅操作，來(lái)保證生箔所需銅離子濃度要求。

圖1

在氧化銅使用過(guò)程中其溶解的銅離子計(jì)算依據(jù)：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

按照上述反應(yīng)方程式，每溶解1 mol的氧化銅可以生產(chǎn)1 mol的銅離子，也即每溶解80 g的氧化銅可以生成60 g的銅離子。若電解液需要補(bǔ)充1 g/L的銅離子，則需溶解1.25 g/L的氧化銅，再根據(jù)再生氧化銅中氧化銅的百分含量，計(jì)算出補(bǔ)充1 g/L的銅離子需要投入再生氧化銅的重量。