惠州酸性蚀刻液回用及提铜方法（关键工艺因素对溶铜液品质的影响）

第四章 关键工艺因素对溶铜液品质的影响

4.4溶铜与供风的关系

众所周知，铜在稀硫酸水溶液中溶解必须有氧气，在电解铜箔生产中的溶铜是通入空气实现供氧，一般情况供空气量的大小决定溶铜速度。先辈早已进行了供空气量与铜溶解的关系的研究。增大空气供给量是增大溶铜罐内的溶液扩散速度，增加氧与铜料的碰撞次数，使参加反应的元素相互多接触，生成物被驱离铜料表面进入溶液里。参加反应的元素从新接触，使新的反应继续进行。反应的速度主要取决于空气中的氧气浓度，采用富氧空气溶铜速度会更快。

4.4.2加大供氧量的工艺手段

溶铜反应所需要的氧气一般是以压缩空气或罗茨鼓风机的方式提供的，溶铜反应速度与氧气量有以下列关系。

dw/dt=KPon 式4-11

式中：Po：氧的分压，K、n：反应常数

由式4-11可见，反应速度与氧的分压成正比，即反应速度与风压，风量成正比。我们知道只有运动到铜表面的氧气才能参加溶铜反应，如果氧气不能与金属铜接触，所供的氧气只是起到了搅拌的作用。 空气在溶铜罐的液体中由下向上运动与压力有关，这有两个力，一个是供风机给的主动力。这个力是供风机给的动力，它要大于溶铜罐液体高度和铜料堆积形成的阻力。这个压力的大小主要取决于溶铜罐内投铜料量与铜料的几何形状和布料密度。铜原料在溶铜罐内应摆成象用砖砌墙一样，上面的砖把下面的砖缝压住。溶铜布料必须是上面的铜料把下面的铜料的缝隙压住，空气在溶铜罐里从下向上运动要有一定的阻力，使空气在铜料之间的缝隙串来串去，让投入到溶铜罐里的铜料表面都接触到空气。进入溶铜罐里的空气中的氧气都参加反应，最后耗尽了氧的空气排放出来，溶铜罐内的空气压力是靠铜料对空气上升的阻碍来实现的，达到提高空气在溶铜罐内的压力。以此提高氧的分压，氧的溶解度与氧的分压成正比，即：

Po=KP 式4-12

(4-11)、(4-12)两个方程式揭示了同一个规律，提高溶铜罐内的空气压力，是使气体温度升高，运动速度频率加快，碰撞次数增多，提高空气压力，等于加大风量，是加快溶铜反应速度的主要手段。 氧气在电解液中的溶解度除前边所说的与压力，温度有关外，还与电解液的Cu 、H2SO4浓度有关，随着盐和酸的浓度的增加，其溶解度按色奇洛夫定律而变化。

tg S0/S=KC 式4-13

式中：S0：气体在纯水中的溶解度；S：气体在电解液中的溶解度；

C：电解液中盐和酸的浓度；K：常数

式4-13式告诉我们，电解液中的主要成分稳定在一个适当的浓度范围内，对改善供气的动力学条件是有利的。

溶铜速度与压缩空气的流量有重要关系，开始时随着压缩空气的流量加大，溶铜速度加快。供风的作用一个是供氧，另一个作用是搅拌，消除浓差极化。但是，当加大供风量到一定值时，其它条件不变，再增大供风量反应速度没有明显的变化。

在生产中采用控制对溶铜罐供风量的方法，来控制溶铜反应速度。供风量的确定可参考下面的经验方式：

Q风=KQ铜 式4-14

式中：Q风：供风量m3/分；K：经验系数1.2～1.3；Q铜：析出铜量g/分

4.4.3新的酸和氧扩散的过程

溶铜反应是有固-液、固-气、液气参加的多相反应。反应效果一般是由吸附、化学反应和扩散三个步骤所决定。由于吸附很快达到平衡，所以多相反应的速度主要由化学反应和扩散决定，随着化学反应的进行，铜料块表面的酸、氧浓度会逐渐降低，而反应产物硫酸铜且随之增多，显然在铜料表面存在这样一个空间，称为“界面层”（硫酸铜）。如果施以强烈的搅拌，将反应产物硫酸铜从金属铜表面扩散开去，将新的酸和氧扩散到铜料表面，新的反应才能开始进行下去。又通过搅拌将新的反应产物扩散开去。将溶液中的酸和氧，再扩散到铜料表面，使反应周而复始的不断进行下去，否则反应将逐渐减弱直至终止。减弱或消除阻碍着溶铜反应的“界面层”，只能靠空气的搅拌，而且必须要求均匀。搅拌不能集中在一处或几处。即不能有死角，这样才能达到溶铜的最大效果，发挥出溶铜加工的最大效率。

扩散速度可用下式描述，生成物扩散速度公式：

dc/dt=DA/Vδ(Cs-C) 式4-15

反应物扩散速度公式：

dc/dt=DA/Vδ(C-Cs) 2—16

4.4.4溶铜过程中的供风

溶铜过程中的供风的关键，是保证氧在溶液中的溶解度和均匀有效的扩散，这是浸渍式溶铜的关键，只有这样才能使铜料表面充分的接触O2气。无论是浸渍式溶铜，还是喷淋式溶铜，适当的增大风量，使铜料充分接触空气，加快对流，加快铜料表面蒸发，减薄铜料周围液层，都会有利于铜料的溶解，但浸渍式溶铜的搅拌不能过于强烈，这样会使溶铜罐内底部沉积的泥沙等杂质搅动起来，随电解液流出，造成电解液“脏”，增加过滤负担，严重会造成铜箔粗造。搅拌强烈，热损失大，能原消耗大。喷淋式溶铜更不能采用大的空气流量，那样空气带走的热量太多，热能损失太大，而且给供热带来很大的麻烦。

溶铜的供风过程一般为：

空气→过滤器→无油空压机→空气净化器→分风储存器→溶铜罐→排空。 浸液式溶铜供风目前大多数采用螺杆式无油空气压缩机，或螺杆式空气压缩机配备除油器。次之采用罗茨鼓风机。空气压缩机的好处是空气压力大，溶铜罐可以大量密集布料，实现溶铜罐内比较大的空气压力，提高空气和溶铜罐内溶液温度。空气压力大，空气的钻劲大，可以使投入溶铜罐里的金属铜最大面积的接触空气，参加反应的铜料多，金属铜作功效率提高，无功铜减少。也就是说，投入溶铜罐内的铜参加反应的量多，在那呆着无用的少了。 空气压力大，对投入的废箔溶解有利。空气压力大能把废箔搅动起来，使废箔分散开，利于与空气和硫酸接触反应。而罗茨鼓风机的缺点是空气压力低，吹不动废箔，废箔叠在一起里面接触不到空气，不溶解，成为一块铜疙瘩。罗茨鼓风机对原料铜是有选择的，溶铜罐内不能投入过多的原料。因为空气压力小，溶铜罐里的液面不能超过6米。溶铜罐的利用率就低了，本来一个溶铜罐可以供十台三万电流的电解槽，这样只能供四台，效率只发挥了30%。