一種提高電解銅箔生產(chǎn)率的改造方法

謝振家

摘 要：隨著銅箔行業(yè)的競爭越來越大，通過提高銅箔生產(chǎn)率來增加產(chǎn)量，成為企業(yè)追求更大利益的重要途徑。本文介紹了銅箔行業(yè)概況，現(xiàn)有電解銅箔生產(chǎn)工藝，詳細(xì)介紹工藝中溶銅方案以及改造方案，分析其改造后的優(yōu)點(diǎn)，說明此方案的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：銅箔生產(chǎn)率；回收利用；改造

中圖分類號(hào)：TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 銅箔行業(yè)概況

根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》和《關(guān)于營造良好市場環(huán)境促進(jìn)有色金屬工業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)促轉(zhuǎn)型增效益的指導(dǎo)意見》文件精神，中央和地方都在全力推進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，加快高性能銅箔的研發(fā)及應(yīng)用，銅箔行業(yè)迎來了發(fā)展的良好機(jī)遇，全國銅箔進(jìn)入了高速發(fā)展期。

近些年來，鋰電銅箔市場迅速擴(kuò)大給整個(gè)電子銅箔行業(yè)以及市場帶來了巨大的變化，同時(shí)，也促使了覆銅板和印制電路板用銅箔的市場價(jià)格產(chǎn)生大幅度的增長。

根據(jù)近期電子銅箔協(xié)會(huì)對(duì)行業(yè)2016年經(jīng)營狀況的調(diào)查數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)電子銅箔行業(yè)與市場發(fā)生的巨大變化。

根據(jù)電子銅箔協(xié)會(huì)2017年4月對(duì)國內(nèi)銅箔企業(yè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)、測算（詳見圖1），2016年我國電解銅箔的產(chǎn)能達(dá)到32.9232萬噸，比2015年的28.4萬噸增加了15.9%。生產(chǎn)量達(dá)到29.1599萬噸，比2015年的23.85萬噸增長了22.3%。產(chǎn)能利用率由2014年、2015年的75.6%、83.9%提高到88.6%。

2016年我國電解銅箔的銷售量為29.0409萬噸，銷售收入達(dá)到197.8315億元，比2015年的147.71億元增加了33.9 %。

由于近兩年銅箔行業(yè)市場越來越好，呈現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)，國內(nèi)各大銅箔廠都在擴(kuò)能以及新銅箔廠的建立，勢必在未來達(dá)到供求平衡狀態(tài)，銅箔行業(yè)的競爭將勢必增大，如何提高銅箔效益勢必成為各大銅箔廠所面臨的問題，各大銅箔廠勢必尋求各種途徑來提高本企業(yè)的市場競爭力，而提高銅箔生產(chǎn)率將是企業(yè)提高銅箔效益的一個(gè)重要途徑。

2 電解銅箔生產(chǎn)工藝

鋰電池箔生產(chǎn)工藝分3道工序，即溶銅工序、生箔工序、分切檢驗(yàn)工序；標(biāo)準(zhǔn)電子銅箔生產(chǎn)工藝流程分為四道工序，即溶銅工序、生箔工序、表處理工序、分切檢驗(yàn)工序。

2.1 溶銅（在槽罐內(nèi)，用硫酸將原材料銅制成硫酸銅溶液，制成電解液）。

2.2生箔（在生箔機(jī)中，通過電解生成薄膜狀的銅箔）。

2.3 表處理（通過處理機(jī)，對(duì)銅箔性能優(yōu)化而進(jìn)行粗化、耐熱、防氧化等后續(xù)再加工的表面處理）。

2.4 分切檢驗(yàn)（對(duì)銅箔進(jìn)行規(guī)定尺寸的裁剪已經(jīng)裁剪后銅箔性能的檢驗(yàn)）。

（1）溶銅

電解液制備包括溶銅、調(diào)整電解液成分和過濾凈化電解液等。溶銅：將原材料銅（銅線、銅板等）放入溶銅罐中通過加熱氧化處理后，與加熱的稀硫酸溶液進(jìn)行反應(yīng)生成硫酸銅溶液，再經(jīng)過過濾凈化、調(diào)節(jié)其溫度以及調(diào)整電解液的成分，制備出純度很高和滿足工藝需求的電解液，從而滿足連續(xù)電解生產(chǎn)銅箔的電解液需要。

（2）生箔

利用專有的低電壓、大電流電子技術(shù)，通過電化學(xué)反應(yīng)，使電解槽內(nèi)的電解液銅離子生成箔狀銅單質(zhì)，其電子反應(yīng)式如下：

Cu2+ +2e → Cu

通過這一電子反應(yīng)過程，銅離子附著到連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的高性能的鈦質(zhì)陰極輥上，生成銅的結(jié)晶粒子。通過持續(xù)的電解沉積，漸漸形成薄箔（稱為生箔），通過電流速度控制達(dá)到生產(chǎn)所需要的箔厚。電解生成的銅箔隨著鈦質(zhì)陰極輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，從上面分離出來，再經(jīng)過一道防氧化工序作簡短防銹處理后被卷繞成銅箔卷，此時(shí)獲得的銅箔稱為“未處理銅箔”或 “生箔”。銅箔的厚度的控制參數(shù)主要由電子工藝參數(shù)及電解液配方、陰極輥轉(zhuǎn)速、電流、電壓。

在銅箔整個(gè)工藝流程中，生箔是電解銅箔生產(chǎn)中的半成品制造的最重要的一道關(guān)鍵工序。它決定了最終成品銅箔的大部分質(zhì)量性能。

生箔工藝流程示意如下： 原料銅 → 溶解 → 電解 → 成箔 → 防氧化（防銹） → 卷取（未處理銅箔）。

（3）表處理

表處理（又稱為：后處理）過程，包括粗化層處理（又形象的稱為瘤化處理）、固化層處理、黑化層處理、耐熱層處理、防氧化層處理（又稱為鈍化處理）等5方面的表面處理。這些表面處理是通過一臺(tái)表面處理機(jī)分序連續(xù)完成的，從而制成至少5層銅箔的表面處理層。其中粗化層、固化層、黑化層處理是在箔的粗糙面（毛面）上進(jìn)行的，而耐熱層和防氧化層處理是在箔的兩面都進(jìn)行的。

表處理工藝流程示意如下：

箔卷 → 清洗 →粗化處理→清洗→ 固化處理→清洗→ 黑化處理→耐熱層處理→耐熱層處理→防氧化處理→干燥→ 卷取 → 特性檢驗(yàn)。

（4）分切檢驗(yàn)

經(jīng)過表處理后的銅箔送分切工序，根據(jù)客戶的不同需求對(duì)銅箔進(jìn)行最后加工，由專用分切機(jī)和切片機(jī)進(jìn)行裁剪分切，通過質(zhì)量檢驗(yàn)合格后最后捆包、出廠。

3 電解銅箔改造方案

3.1 改造原因

銅箔生產(chǎn)工藝先是溶銅化學(xué)反應(yīng)，原材料為銅線，銅線在加熱的條件下與O2發(fā)生反應(yīng)生成CuO， CuO再與H2SO4反應(yīng)生成CuSO4溶液：2Cu+O2 → 2CuO（加熱），CuO+H2SO4 → CuSO4+H2O；然后CuSO4溶液通過電解生成銅箔：Cu2++2e- → Cu（銅箔）， 2H2O+2SO42-—4e- → 2H2SO4 + O2。實(shí)際生產(chǎn)工藝中由于O2供應(yīng)量不足，導(dǎo)致溶銅化學(xué)反應(yīng)速率無法提升，進(jìn)而無法提高銅箔生產(chǎn)率。

3.2 現(xiàn)有情況

目前電解銅箔領(lǐng)域基本采用抽風(fēng)型和壓風(fēng)型2種方式來給溶銅化學(xué)反應(yīng)提供O2，使其化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，參考圖2 工藝流程圖。

（1）方案一：抽風(fēng)型：溶銅罐底部設(shè)有吸風(fēng)口，溶銅罐頂部用風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，使溶銅罐里的空氣和外面大氣流通，從而將O2帶入到罐中，促使其化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

（2）方案二：壓風(fēng)型：溶銅罐是密封的，外部使用羅茨風(fēng)機(jī)將空氣壓入罐中，從而將O2帶入到罐中，促使其化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

（3）現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)或不足

O2供應(yīng)量不足，反應(yīng)速率慢，生產(chǎn)率低，與外界流通，能耗大。

4 改造方案

目前電解銅箔工藝流程及步驟（參考圖2 工藝流程圖）：向溶銅罐中放入銅料，硫酸，并通入O2，在加熱的條件下，生成CuSO4溶液，CuSO4溶液通過動(dòng)力設(shè)備輸送到生箔機(jī)，通電生成銅箔和O2，O2通過酸霧處理塔凈化后排入大氣。現(xiàn)要求提高銅箔生產(chǎn)率，生箔機(jī)電解部分可以通過增大電流來實(shí)現(xiàn)，但系統(tǒng)中CuSO4溶液輸送不足，主要原因是因O2供應(yīng)不足使溶銅罐化學(xué)反應(yīng)速率無法提高。現(xiàn)有提高銅箔生產(chǎn)率的方法如下（參考圖2紅線部分）。

溶銅罐改為密閉型，回收利用原本排入大氣中的O2作為系統(tǒng)反應(yīng)原料，通過接管的方式將其通入到溶銅罐，提高溶銅罐中含氧率，提升溶銅罐化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高生箔電解中CuSO4溶液供應(yīng)速率，最終實(shí)現(xiàn)銅箔生產(chǎn)率的提高。

5 改造后的優(yōu)點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)方案，對(duì)于改造后的系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢：

5.1根據(jù)工藝流程圖（圖2）中的化學(xué)反應(yīng)公式和電解方程式，通過回收利用O2， 理論上溶銅罐中O2是自給自足的，無須外界提供氧氣，銅箔生產(chǎn)率由第一次送入溶銅罐的O2量來定，送入量越大，生產(chǎn)率越高。

5.2 改造后系統(tǒng)中的O2是自給自足的，無須外界提供動(dòng)力來通入O2，也無須蒸汽來給此部分O2加熱促使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而節(jié)省了設(shè)備投資和降低了生產(chǎn)能耗成本，增加企業(yè)效益。

5.3 減少或停止系統(tǒng)中O2向大氣排放，從而減小環(huán)境污染的可能性。

結(jié)語

綜上所述，筆者認(rèn)為通過對(duì)系統(tǒng)中O2回收利用，直接將其通入到溶銅罐，提高罐中含氧率，提升溶銅罐化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高生箔電解中CuSO4溶液供應(yīng)速率，最終實(shí)現(xiàn)銅箔生產(chǎn)率的提高。與此同時(shí)，節(jié)省了設(shè)備投資和降低了生產(chǎn)能耗，大大提高了企業(yè)的市場競爭力。本文的觀點(diǎn)是筆者的一家之言，如有不妥之處還請(qǐng)讀者斧正。

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