一种电解铜箔生产用溶铜方法及采用该方法的溶铜装置与流程

1.本发明涉及一种溶铜方法，更具体地说，尤其涉及一种电解铜箔生产用溶铜方法。本发明同时涉及采用该方法的溶铜装置。


背景技术：

2.溶铜是电解铜箔生产的第一道工序，其能否高效可靠运行，直接关系到铜箔能否稳定生产及质量是否可靠。现有技术中，常采用浸泡式或喷淋式两种工艺制备硫酸铜溶液。而前者由于适用范围大、工艺条件宽且不受地区、条件影响，因此应用较普遍。
3.溶铜罐，是浸泡式溶铜的关键设备。所使用的电解铜原料，主要有铜线卷和铜板。现有技术中，采用铜线卷作为原料的话，一般是将其整卷投入溶铜罐内；采用铜板作为原料的话，则是将其切割成大小不一的小块再投入，目的是增大其表面积。铜线卷由于线与线之间本身就具有间隙，因此常规认为其表面积已经最大化，不需要再分切。
4.在实际使用中发现，不管是采用铜线卷或铜板，在投入溶铜罐后，当表面溶解后，均会在溶铜罐底部用于供氧的出气孔外围形成表面光滑的铜锭堆积。这是由于不管采用哪种原料，当表面溶解后，在外表面形成平整的整体结构，空气及溶液无法进入其内部，造成溶解时只能由外朝内溶解，这种情况下，由于参与溶解的铜原料表面积较小，当罐内铜材料总表面积缩小到一定程度时，所形成的硫酸铜溶液浓度不够，此时就需要重新再投入原料，但是此时罐底其实仍然有较多的铜原料。。这种方式的结果，就是在溶铜过程中，罐底会时刻留存相当比例的铜原料。
5.在铜原料价格持续走高背景下，这种溶铜方式，无形中占用了企业相当一部分的流动资金，造成资源的浪费。以本厂溶铜罐为例，罐高7m，直径4m，年底清理罐内余铜时，每个罐内平均约有60吨铜原料，而整个厂区，有十几二十个溶铜罐，则每年，无形中有几百吨铜线占据着流动资金，该损耗不可谓不大。


技术实现要素：

6.本发明的前一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种溶铜效率高、铜沉积少的溶铜方法。
7.本发明的后一目的在于提供一种采用上述溶铜方法的溶铜罐。
8.本发明的前一技术方案是这样实现的：一种电解铜箔生产用溶铜方法，包括下述步骤：
9.(1)根据预定宽幅尺寸，选择厚度为8
‑
12mm的铜板卷，采用现有冲压设备配合模具冲切出用于溶铜罐的铜板；铜板上成形出若干用于起支撑作用的凸环和用于引导气液的环形凹槽；在各凸环上压制有导通缺口，在相邻两道凸环之间的铜板上及环形凹槽内底部沿周向间隔设置有若干导通孔；
10.(2)将铜板层叠在预制的吊篮架上，在吊篮架上设置有与导通孔相对应且上端密封的导向喷气管，在导向喷气管上沿轴向设置有与相邻两块铜板之间的间隙相对的喷气
孔；
11.(3)将装满铜板的吊篮架通过吊装设备吊装并放入溶铜罐内，在溶铜罐顶部设置有引导吊篮架进入预定位置的导向口，在导向口对应的溶铜罐底部设置有与吊篮架上的导向喷气管进气端相对应的压缩空气供气管，压缩空气供气管进气端位于溶铜罐外且与外部压缩空气源管路连接；
12.(4)吊篮架内的铜板在凸环和环形凹槽与导向喷气管的配合下，由内至外同时溶解于硫酸中形成硫酸铜溶液。
13.本发明采用上述工艺后，通过在铜板上预先成形环形凹槽和凸环，使得相邻两层铜板之间形成环形且相互导通的间隙，然后通过吊篮架上的导向喷气管，对间隙内进行喷气，从而实现铜板内外同步溶解的目的，极大地增大了铜板反应时的接触面积，避免单向溶解造成的大量铜原料沉积的问题，有效地减少了铜原料对流动资金的占用。
14.本发明的后一技术方案是这样实现的：一种采用上述溶铜方法的溶铜装置，包括溶铜罐，所述溶铜罐内下部近端部设置有支撑架，在支撑架上固定连接有压缩空气供应组件，在支撑架上端面放置有可吊装移动的吊篮架，在吊篮架上沿竖向分布固定有布气管组件，当吊篮架吊装至支撑架预定位置时，布气管组件进气端与压缩空气供应组件出气端导通连接。
15.在吊篮架上层叠堆放有待溶解的铜板，在铜板中心成形有第一导通定位孔，在铜板上成形有若干用于起支撑作用的凸环和若干用于引导气液的环形凹槽，在各凸环上沿周向分布有若干导通缺口，在相邻两道凸环之间的铜板上及环形凹槽内底部均沿周向间隔分布有若干第二导通定位孔，布气管组件位于第一导通定位孔和相应的第二导通定位孔内。
16.相邻两层铜板通过凸环形成溶解反应间隙，在各布气管组件侧壁分布有若干与各溶解反应间隙相对的喷气孔。
17.上述的一种溶铜装置中，所述压缩空气供应组件包括水平设置在支撑架下方且呈十字形的主供气管，主供气管通过第一连接管与外部压缩空气源管路连接，第一连接管焊接在溶铜罐底部且出气端焊接在主供气管中心位置。
18.在主供气管各自由端近端部沿竖向焊接有喷气管，各喷气管自由端与支撑架上端面齐平并焊接在支撑架上。
19.上述的一种溶铜装置中，所述主供气管中心沿竖向导通焊接有第一竖管，第一竖管上端通过半球形端盖密封；第一竖管与第一连接管出气端相对且内径小于第一连接管。
20.第一竖管焊接在支撑架中心，在支撑架上侧的第一竖管上沿轴向间隔分布有若干组驱动溶液旋转的旋转喷嘴组，旋转喷嘴组由若干沿第一竖管周向间隔均布的l形喷嘴组成；各l形喷嘴均水平设置且朝向相同。
21.上述的一种溶铜装置中，所述主供气管外围设置有辅助供气环，所述辅助供气环通过第二连接管与主供气管各自由端导通连接；在辅助供气环上端沿周向间隔分布有若干布气孔。
22.在辅助供气环上沿竖向导通连接有若干第二竖管，各第二竖管位于相邻两个吊篮架之间的间隙内；在第二竖管侧壁上沿竖向间隔均布有一排导流喷气孔，位于各第二竖管上的导流喷气孔喷气方向均与溶液转动方向相同。
23.上述的一种溶铜装置中，所述溶铜罐开口部设置有导向盖，在导向盖上分布有与
各喷气管一一对应的导向孔，在导向孔上端一体成型有倒圆台形的引导环，在引导环上端可拆卸连接有密封盖；各导向孔内径与吊篮架外径相适应且各喷气管位于对应导向孔的中心。
24.上述的一种溶铜装置中，所述吊篮架包括单边敞口的篮体，篮体横截面内轮廓与待堆叠的铜板外轮廓相适应，在篮体顶部沿周向设置有若干个挂耳，在篮体底部设置有支承脚。
25.所述布气管组件由沿竖向固定设置在篮体中心且与铜板上的第一导通定位孔相适应的第一布气管和沿周向间隔均布在第一布气管外围且与第二导通定位孔相对应配合的若干第二布气管组成；第一布气管外径小于压缩空气供应组件出气端管路的内径；所述喷气孔分布在第一布气管和第二布气管管壁上。
26.第一布气管下端位于篮体外底部，各第二布气管下端穿过篮体并通过横向连接管与第一布气管导通连接。
27.第一布气管下端面位于支承脚底面上侧，在支撑架上设置有与支承脚相配合的环形容置槽，在第一布气管下端外壁上设置有伸缩密封组件，当支承脚位于环形容置槽内时，第一布气管下端位于压缩空气供应组件出气端管件内，同时伸缩密封组件密封第一布气管外围的压缩空气供应组件出气端。
28.上述的一种溶铜装置中，所述伸缩密封组件由固定在第一布气管下端近端部的安装环、套设在安装环下方的第一布气管外的环形盖板及连接在安装环和环形盖板之间的若干复位弹簧组成。
29.所述环形盖板由套设在第一布气管外壁上的导向套管部及一体成型在导向套管部上端的密封环构成；密封环的外径大于压缩空气供应组件出气端的外径。
30.初始状态下，导向套管部下端与第一布气管下端齐平，当第一布气管下端位于压缩空气供应组件出气端内时，密封环紧贴在压缩空气供应组件出气端。
31.本发明采用上述结构后，首先采用成形有环形凹槽和凸环的铜板，然后通过内置与铜板相配合的布气管组件，并在溶铜罐底部设置与各布气管组件相导通的压缩空气供应组件，实现对铜板内的持续供气，为铜板与硫酸反应提供足够的氧气。使得铜板可以内外同步溶解，相比现有结构，同等体积下，在初始反应时，铜板与硫酸的接触面积显著增加。而且，即使在持续反应过程中，由于其内部有供气管路及间隙，可以保证内部反应的持续性。该关键技术，通过实验，以原有铜原料投入量的约60％就具有与原有溶铜罐一样的硫酸铜产出效率，且由于内外同步反应，该硫酸铜浓度较为稳定，又为后续生箔提供了较好的条件。
附图说明
32.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
33.图1是本发明的结构示意图；
34.图2是图1中a处的局部放大示意图；
35.图3是图2中b处的局部放大示意图；
36.图4本发明溶铜罐内部的俯视结构示意图；
37.图5是本发明铜板的结构示意图；
38.图6是本发明辅助供气环与第二竖管的装配结构示意图；
39.图7是本发明第一竖管与旋转喷嘴组的装配结构示意图。
40.图中：1、溶铜罐；1a、导向盖；1b、导向孔；1c、引导环；1d、密封盖；2、支撑架；2a、环形容置槽；3、压缩空气供应组件；3a、主供气管；3b、喷气管；3c、第一竖管；3d、旋转喷嘴组；3e、l形喷嘴；3f、辅助供气环；3g、布气孔；3h、第二竖管；3i、导流喷气孔；4、吊篮架；4a、篮体；4b、挂耳；4c、支承脚；5、布气管组件；5a、喷气孔；5b、第一布气管；5c、第二布气管；6、铜板；6a、第一导通定位孔；6b、凸环；6c、环形凹槽；6d、导通缺口；6e、第二导通定位孔；6f、溶解反应间隙；7、伸缩密封组件；7a、安装环；7b、环形盖板；7c、复位弹簧。
具体实施方式
41.本发明的一种电解铜箔生产用溶铜方法，包括下述步骤：
42.(1)根据预定宽幅尺寸，选择厚度为8
‑
12mm的铜板卷，采用现有冲压设备配合模具冲切出用于溶铜罐的铜板；铜板上成形出若干用于起支撑作用的凸环和用于引导气液的环形凹槽；在各凸环上压制有导通缺口，在相邻两道凸环之间的铜板上及环形凹槽内底部沿周向间隔设置有若干导通孔；
43.(2)将铜板层叠在预制的吊篮架上，在吊篮架上设置有与导通孔相对应且上端密封的导向喷气管，在导向喷气管上沿轴向设置有与相邻两块铜板之间的间隙相对的喷气孔；
44.(3)将装满铜板的吊篮架通过吊装设备吊装并放入溶铜罐内，在溶铜罐顶部设置有引导吊篮架进入预定位置的导向口，在导向口对应的溶铜罐底部设置有与吊篮架上的导向喷气管进气端相对应的压缩空气供气管，压缩空气供气管进气端位于溶铜罐外且与外部压缩空气源管路连接；
45.(4)吊篮架内的铜板在凸环和环形凹槽与导向喷气管的配合下，由内至外同时溶解于硫酸中形成硫酸铜溶液。
46.参阅图1、图2、图4和图5所示，本发明的一种采用上述溶铜方法的溶铜装置，包括溶铜罐1，所述溶铜罐1内下部近端部设置有支撑架2，在支撑架2上固定连接有压缩空气供应组件3，在支撑架2上端面放置有可吊装移动的吊篮架4，在吊篮架4上沿竖向分布固定有布气管组件5，当吊篮架4吊装至支撑架2预定位置时，布气管组件5进气端与压缩空气供应组件3出气端导通连接。
47.在吊篮架4上层叠堆放有待溶解的铜板6，在铜板6中心成形有第一导通定位孔6a，在铜板6上成形有若干用于起支撑作用的凸环6b和若干用于引导气液的环形凹槽6c，在各凸环6b上沿周向分布有若干导通缺口6d，在相邻两道凸环6b之间的铜板6上及环形凹槽6c内底部均沿周向间隔分布有若干第二导通定位孔6e，布气管组件5位于第一导通定位孔6a和相应的第二导通定位孔6e内。当然，本领域技术人员基于上述结构，也可以容易想到将上述环形凹槽和凸环，设计成蚊香一样的螺旋形，其效果是一样的。这是本领域技术人员容易想到的等同替代方案。
48.相邻两层铜板6通过凸环6b形成溶解反应间隙6f，在各布气管组件5侧壁分布有若干与各溶解反应间隙相对的喷气孔5a。
49.采用成形有环形凹槽和凸环的铜板，然后通过内置与铜板相配合的布气管组件，并在溶铜罐底部设置与各布气管组件相导通的压缩空气供应组件，实现对铜板内的持续供气，为铜板与硫酸反应提供足够的氧气。使得铜板可以内外同步溶解，相比现有结构，同等体积下，在初始反应时，铜板与硫酸的接触面积显著增加。
50.优选地，所述压缩空气供应组件3包括水平设置在支撑架2下方且呈十字形的主供气管3a，这种形状，便于氧气的均匀分布。主供气管3a通过第一连接管与外部压缩空气源管路连接，第一连接管焊接在溶铜罐1底部且出气端焊接在主供气管3a中心位置。
51.在主供气管3a各自由端近端部沿竖向焊接有喷气管3b，各喷气管3b自由端与支撑架2上端面齐平并焊接在支撑架2上。这种结构，使压缩空气供应组件稳定地固定在支撑架上，既提高喷气管的稳定性，便于后续供气，又实现对压缩空气供应组件的固定。
52.进一步地，在主供气管3a中心沿竖向导通焊接有第一竖管3c，第一竖管3c上端通过半球形端盖密封；第一竖管3c与第一连接管出气端相对且内径小于第一连接管，至于第一竖管和第一连接管的内径比例，根据喷气管的数量，或者喷气管、第一竖管的总截面积以及气压等进行综合计算，目的是保证第一竖管和喷气管均有足够的气压输出。
53.第一竖管3c焊接在支撑架2中心，在支撑架2上侧的第一竖管3c上沿轴向间隔分布有若干组驱动溶液旋转的旋转喷嘴组3d，旋转喷嘴组3d由若干沿第一竖管3c周向间隔均布的l形喷嘴3e组成，具体结构如图7所示。各l形喷嘴3e均水平设置且朝向相同。通过设置该旋转喷嘴组，使溶铜罐内的溶液朝同一方向旋转，既能保证罐内溶液的浓度高度一致，又可以提高硫酸溶液对铜的溶解速度。
54.参阅图6所示，为进一步保证罐内空气分布的均匀性，同时提高罐内硫酸铜溶液的旋转速度，在主供气管3a外围设置有辅助供气环3f，所述辅助供气环3f通过第二连接管与主供气管3a各自由端导通连接；在辅助供气环3f上端沿周向间隔分布有若干布气孔3g。布气孔用于从下至上对罐内溶液进行补充氧气。
55.在辅助供气环3f上沿竖向导通连接有若干第二竖管3h，各第二竖管3h位于相邻两个吊篮架4之间的间隙内；在第二竖管3h侧壁上沿竖向间隔均布有一排导流喷气孔3i，位于各第二竖管3h上的导流喷气孔3i喷气方向均与溶液转动方向相同。导流喷气孔，在引导溶液旋转的同时，从轴向同步对溶液进行补充氧气。
56.进一步优选地，为保证吊篮架准确、快速地吊装至预定位置，实现与喷气管的准确对接，在溶铜罐1开口部设置有导向盖1a，在导向盖1a上分布有与各喷气管3b一一对应的导向孔1b，在导向孔1b上端一体成型有倒圆台形的引导环1c，在引导环1c上端可拆卸连接有密封盖1d；各导向孔1b内径与吊篮架4外径相适应且各喷气管3b位于对应导向孔1b的中心。
57.在本实施例中，所述吊篮架4包括单边敞口的篮体4a，篮体4a横截面内轮廓与待堆叠的铜板外轮廓相适应，在篮体4a顶部沿周向设置有若干个挂耳4b，在篮体4a底部设置有支承脚4c。敞开式的篮体，有利于铜板与硫酸溶液的接触，有利于铜溶解。挂耳可以是固定式，也可以是铰接式或者隐藏式的，根据具体吊装方式，或者考虑吊篮架是否要层叠放置、或者组合放置等具体设置，这是本领域技术人员容易想到的。
58.所述布气管组件5由沿竖向固定设置在篮体4a中心且与铜板6上的第一导通定位孔6a相适应的第一布气管5b和沿周向间隔均布在第一布气管5b外围且与第二导通定位孔6e相对应配合的若干第二布气管5c组成；第一布气管5b外径小于压缩空气供应组件3出气
端管路的内径；所述喷气孔5a分布在第一布气管5b和第二布气管5c管壁上。
59.第一布气管5b下端位于篮体4a外底部，各第二布气管5c下端穿过篮体4a并通过横向连接管与第一布气管5b导通连接。
60.第一布气管5b下端面位于支承脚4c底面上侧，在支撑架2上设置有与支承脚4c相配合的环形容置槽2a，在第一布气管5b下端外壁上设置有伸缩密封组件7，当支承脚4c位于环形容置槽2a内时，第一布气管5b下端位于压缩空气供应组件3出气端管件内，同时伸缩密封组件密封第一布气管5b外围的压缩空气供应组件3出气端。这种结构，既避免吊篮架在装铜板时，第一布气管下端伸至支承脚外，影响吊篮架的固定，又可保证当吊篮架置于溶铜罐内时，第一布气管下端可伸入压缩空气供应组件进气端内。
61.为了在吊篮架放置时，降低其与喷气管的对接精度要求，因此第一布气管下端外径会比压缩空气供应组件进气端，即喷气管的内径要小得多，具体的差距，本领域技术人员可以结合吊装设备精度等进行合理选择。伸缩密封组件的作用，就是用于遮挡对接时两管之间的间隙，避免大量空气外漏造成布气管组件内空气量少而影响溶解的问题。
62.通过吊篮架的巧妙设计，由布气管组件在实现布气的供氧的同时，实现对铜板的定位，避免其在溶解后期出现大幅度的移位情况。在实验过程中发现，如果在吊篮架内不对铜板进行定位，其在溶解后期，会出现大幅度的移位，造成相邻铜板间的溶解反应间隙被破坏，使得内部反应面积大幅度减少，在溶解后期，铜板溶解速度大幅下降，甚至会出现现有技术中的大量铜料沉积现象。因此，布气管组件的设计，不仅巧妙地实现了对铜板内部进行供氧进而实现内外同步溶解反应的目的，同时其有效地保证了铜板在溶解后期仍然能保持较规则的堆叠，使溶解面积不断增加，既有效保证了后期的铜溶解速度，同时又解决了铜料沉积量大的问题。从根本上解决了溶铜罐一直存在的铜料占用资源的问题。
63.参阅图2和图3所示，进一步优选地，所述伸缩密封组件7由固定在第一布气管5b下端近端部的安装环7a、套设在安装环7a下方的第一布气管5b外的环形盖板7b及连接在安装环7a和环形盖板7b之间的若干复位弹簧7c组成。
64.所述环形盖板7b由套设在第一布气管5b外壁上的导向套管部及一体成型在导向套管部上端的密封环构成；密封环的外径大于压缩空气供应组件3出气端的外径。
65.初始状态下，导向套管部下端与第一布气管5b下端齐平，当第一布气管5b下端位于压缩空气供应组件3出气端内时，密封环紧贴在压缩空气供应组件3出气端。
66.在本实施例中，吊篮架及罐内各管件、支撑部件等，均采用耐腐蚀的316l不锈钢材质。同时，溶铜罐、吊篮架的规格，可以根据具体生产要求设计制作。这些均是本领域技术人员容易想到的。
67.使用时，采用现有冲床压机等现有设备，根据铜板形状设计冲压模具，成型出铜板，再将铜板堆叠在吊篮架内，最后通过吊装设备，将吊篮架起吊，通过引导环校正位置后进入溶铜罐内，并最终实现与罐底压缩空气供应组件的准确对接。在溶铜结束后，将吊篮架取出重新装填铜板，同时将装好铜板的吊篮架再吊入溶铜罐内。
68.以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。