一種提高電解銅箔生產率的改造方法

謝振家

摘 要：隨著銅箔行業的競爭越來越大，通過提高銅箔生產率來增加產量，成為企業追求更大利益的重要途徑。本文介紹了銅箔行業概況，現有電解銅箔生產工藝，詳細介紹工藝中溶銅方案以及改造方案，分析其改造后的優點，說明此方案的優越性。

關鍵詞：銅箔生產率；回收利用；改造

中圖分類號：TQ153 文獻標志碼：A

1 銅箔行業概況

根據國務院發布的《中國制造2025》和《關于營造良好市場環境促進有色金屬工業調結構促轉型增效益的指導意見》文件精神，中央和地方都在全力推進新材料產業快速發展，加快高性能銅箔的研發及應用，銅箔行業迎來了發展的良好機遇，全國銅箔進入了高速發展期。

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

根據近期電子銅箔協會對行業2016年經營狀況的調查數據，我們可以發現電子銅箔行業與市場發生的巨大變化。

根據電子銅箔協會2017年4月對國內銅箔企業調查統計、測算（詳見圖1），2016年我國電解銅箔的產能達到32.9232萬噸，比2015年的28.4萬噸增加了15.9%。生產量達到29.1599萬噸，比2015年的23.85萬噸增長了22.3%。產能利用率由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市場越來越好，呈現供不應求的狀態，國內各大銅箔廠都在擴能以及新銅箔廠的建立，勢必在未來達到供求平衡狀態，銅箔行業的競爭將勢必增大，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的市場競爭力，而提高銅箔生產率將是企業提高銅箔效益的一個重要途徑。

2 電解銅箔生產工藝

鋰電池箔生產工藝分3道工序，即溶銅工序、生箔工序、分切檢驗工序；標準電子銅箔生產工藝流程分為四道工序，即溶銅工序、生箔工序、表處理工序、分切檢驗工序。

2.1 溶銅（在槽罐內，用硫酸將原材料銅制成硫酸銅溶液，制成電解液）。

2.2生箔（在生箔機中，通過電解生成薄膜狀的銅箔）。

2.3 表處理（通過處理機，對銅箔性能優化而進行粗化、耐熱、防氧化等后續再加工的表面處理）。

2.4 分切檢驗（對銅箔進行規定尺寸的裁剪已經裁剪后銅箔性能的檢驗）。

（1）溶銅

電解液制備包括溶銅、調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行反應生成硫酸銅溶液，再經過過濾凈化、調節其溫度以及調整電解液的成分，制備出純度很高和滿足工藝需求的電解液，從而滿足連續電解生產銅箔的電解液需要。

（2）生箔

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

Cu2+ +2e → Cu

通過這一電子反應過程，銅離子附著到連續轉動的高性能的鈦質陰極輥上，生成銅的結晶粒子。通過持續的電解沉積，漸漸形成薄箔（稱為生箔），通過電流速度控制達到生產所需要的箔厚。電解生成的銅箔隨著鈦質陰極輥的轉動，從上面分離出來，再經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主要由電子工藝參數及電解液配方、陰極輥轉速、電流、電壓。

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

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表面處理機分序連續完成的，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）上進行的，而耐熱層和防氧化層處理是在箔的兩面都進行的。

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。

（4）分切檢驗

經過表處理后的銅箔送分切工序，根據客戶的不同需求對銅箔進行最后加工，由專用分切機和切片機進行裁剪分切，通過質量檢驗合格后最后捆包、出廠。

3 電解銅箔改造方案

3.1 改造原因

銅箔生產工藝先是溶銅化學反應，原材料為銅線，銅線在加熱的條件下與O2發生反應生成CuO， CuO再與H2SO4反應生成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。實際生產工藝中由于O2供應量不足，導致溶銅化學反應速率無法提升，進而無法提高銅箔生產率。

3.2 現有情況

目前電解銅箔領域基本采用抽風型和壓風型2種方式來給溶銅化學反應提供O2，使其化學反應發生，參考圖2 工藝流程圖。

（1）方案一：抽風型：溶銅罐底部設有吸風口，溶銅罐頂部用風機抽風，使溶銅罐里的空氣和外面大氣流通，從而將O2帶入到罐中，促使其化學反應發生。

（2）方案二：壓風型：溶銅罐是密封的，外部使用羅茨風機將空氣壓入罐中，從而將O2帶入到罐中，促使其化學反應發生。

（3）現有技術的缺點或不足

O2供應量不足，反應速率慢，生產率低，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溶液通過動力設備輸送到生箔機，通電生成銅箔和O2，O2通過酸霧處理塔凈化后排入大氣。現要求提高銅箔生產率，生箔機電解部分可以通過增大電流來實現，但系統中CuSO4溶液輸送不足，主要原因是因O2供應不足使溶銅罐化學反應速率無法提高。現有提高銅箔生產率的方法如下（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作為系統反應原料，通過接管的方式將其通入到溶銅罐，提高溶銅罐中含氧率，提升溶銅罐化學反應速率，從而提高生箔電解中CuSO4溶液供應速率，最終實現銅箔生產率的提高。

5 改造后的優點

相對于傳統方案，對于改造后的系統，具有以下優勢：

5.1根據工藝流程圖（圖2）中的化學反應公式和電解方程式，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，銅箔生產率由第一次送入溶銅罐的O2量來定，送入量越大，生產率越高。

5.2 改造后系統中的O2是自給自足的，無須外界提供動力來通入O2，也無須蒸汽來給此部分O2加熱促使其發生化學反應，從而節省了設備投資和降低了生產能耗成本，增加企業效益。

5.3 減少或停止系統中O2向大氣排放，從而減小環境污染的可能性。

結語

綜上所述，筆者認為通過對系統中O2回收利用，直接將其通入到溶銅罐，提高罐中含氧率，提升溶銅罐化學反應速率，從而提高生箔電解中CuSO4溶液供應速率，最終實現銅箔生產率的提高。與此同時，節省了設備投資和降低了生產能耗，大大提高了企業的市場競爭力。本文的觀點是筆者的一家之言，如有不妥之處還請讀者斧正。

參考文獻

[1]金榮濤.電解銅箔生產[M].北京：中南大學出版社，2010.

[2]冷大光.新形勢下我國電子銅箔行業發展現況[J].覆銅板咨訊，2017，6（15）：28-35.

[3]鄭衍年.銅箔電解液制造工藝流程[J].化工設計通信，2016，10（28）：72.

[4]巨國賢，趙鑫.銅箔供不應求或仍持續[N].中國有色金屬報，2017-4-18，（5）.

[5]東北證券，笪佳敏.新能源汽車快速發展引發銅箔漲價[N].中國有色金屬報，2017-5-16， （5）.