一种提高电解铜箔生产率的改造方法

谢振家

摘 要：随着铜箔行业的竞争越来越大，通过提高铜箔生产率来增加产量，成为企业追求更大利益的重要途径。本文介绍了铜箔行业概况，现有电解铜箔生产工艺，详细介绍工艺中溶铜方案以及改造方案，分析其改造后的优点，说明此方案的优越性。

关键词：铜箔生产率；回收利用；改造

中图分类号：TQ153 文献标志码：A

1 铜箔行业概况

根据国务院发布的《中国制造2025》和《关于营造良好市场环境促进有色金属工业调结构促转型增效益的指导意见》文件精神，中央和地方都在全力推进新材料产业快速发展，加快高性能铜箔的研发及应用，铜箔行业迎来了发展的良好机遇，全国铜箔进入了高速发展期。

近些年来，锂电铜箔市场迅速扩大给整个电子铜箔行业以及市场带来了巨大的变化，同时，也促使了覆铜板和印制电路板用铜箔的市场价格产生大幅度的增长。

根据近期电子铜箔协会对行业2016年经营状况的调查数据，我们可以发现电子铜箔行业与市场发生的巨大变化。

根据电子铜箔协会2017年4月对国内铜箔企业调查统计、测算（详见图1），2016年我国电解铜箔的产能达到32.9232万吨，比2015年的28.4万吨增加了15.9%。生产量达到29.1599万吨，比2015年的23.85万吨增长了22.3%。产能利用率由2014年、2015年的75.6%、83.9%提高到88.6%。

2016年我国电解铜箔的销售量为29.0409万吨，销售收入达到197.8315亿元，比2015年的147.71亿元增加了33.9 %。

由于近两年铜箔行业市场越来越好，呈现供不应求的状态，国内各大铜箔厂都在扩能以及新铜箔厂的建立，势必在未来达到供求平衡状态，铜箔行业的竞争将势必增大，如何提高铜箔效益势必成为各大铜箔厂所面临的问题，各大铜箔厂势必寻求各种途径来提高本企业的市场竞争力，而提高铜箔生产率将是企业提高铜箔效益的一个重要途径。

2 电解铜箔生产工艺

锂电池箔生产工艺分3道工序，即溶铜工序、生箔工序、分切检验工序；标准电子铜箔生产工艺流程分为四道工序，即溶铜工序、生箔工序、表处理工序、分切检验工序。

2.1 溶铜（在槽罐内，用硫酸将原材料铜制成硫酸铜溶液，制成电解液）。

2.2生箔（在生箔机中，通过电解生成薄膜状的铜箔）。

2.3 表处理（通过处理机，对铜箔性能优化而进行粗化、耐热、防氧化等后续再加工的表面处理）。

2.4 分切检验（对铜箔进行规定尺寸的裁剪已经裁剪后铜箔性能的检验）。

（1）溶銅

电解液制备包括溶铜、调整电解液成分和过滤净化电解液等。溶铜：将原材料铜（铜线、铜板等）放入溶铜罐中通过加热氧化处理后，与加热的稀硫酸溶液进行反应生成硫酸铜溶液，再经过过滤净化、调节其温度以及调整电解液的成分，制备出纯度很高和满足工艺需求的电解液，从而满足连续电解生产铜箔的电解液需要。

（2）生箔

利用专有的低电压、大电流电子技术，通过电化学反应，使电解槽内的电解液铜离子生成箔状铜单质，其电子反应式如下：

Cu2+ +2e → Cu

通过这一电子反应过程，铜离子附着到连续转动的高性能的钛质阴极辊上，生成铜的结晶粒子。通过持续的电解沉积，渐渐形成薄箔（称为生箔），通过电流速度控制达到生产所需要的箔厚。电解生成的铜箔随着钛质阴极辊的转动，从上面分离出来，再经过一道防氧化工序作简短防锈处理后被卷绕成铜箔卷，此时获得的铜箔称为“未处理铜箔”或 “生箔”。铜箔的厚度的控制参数主要由电子工艺参数及电解液配方、阴极辊转速、电流、电压。

在铜箔整个工艺流程中，生箔是电解铜箔生产中的半成品制造的最重要的一道关键工序。它决定了最终成品铜箔的大部分质量性能。

生箔工艺流程示意如下： 原料铜 → 溶解 → 电解 → 成箔 → 防氧化（防锈） → 卷取（未处理铜箔）。

（3）表处理

表处理（又称为：后处理）过程，包括粗化层处理（又形象的称为瘤化处理）、固化层处理、黑化层处理、耐热层处理、防氧化层处理（又称为钝化处理）等5方面的表面处理。这些表面处理是通过一台表面处理机分序连续完成的，从而制成至少5层铜箔的表面处理层。其中粗化层、固化层、黑化层处理是在箔的粗糙面（毛面）上进行的，而耐热层和防氧化层处理是在箔的两面都进行的。

表处理工艺流程示意如下：

箔卷 → 清洗 →粗化处理→清洗→ 固化处理→清洗→ 黑化处理→耐热层处理→耐热层处理→防氧化处理→干燥→ 卷取 → 特性检验。

（4）分切检验

经过表处理后的铜箔送分切工序，根据客户的不同需求对铜箔进行最后加工，由专用分切机和切片机进行裁剪分切，通过质量检验合格后最后捆包、出厂。

3 电解铜箔改造方案

3.1 改造原因

铜箔生产工艺先是溶铜化学反应，原材料为铜线，铜线在加热的条件下与O2发生反应生成CuO， CuO再与H2SO4反应生成CuSO4溶液：2Cu+O2 → 2CuO（加热），CuO+H2SO4 → CuSO4+H2O；然后CuSO4溶液通过电解生成铜箔：Cu2++2e- → Cu（铜箔）， 2H2O+2SO42-—4e- → 2H2SO4 + O2。实际生产工艺中由于O2供应量不足，导致溶铜化学反应速率无法提升，进而无法提高铜箔生产率。

3.2 现有情况

目前电解铜箔领域基本采用抽风型和压风型2种方式来给溶铜化学反应提供O2，使其化学反应发生，参考图2 工艺流程图。

（1）方案一：抽风型：溶铜罐底部设有吸风口，溶铜罐顶部用风机抽风，使溶铜罐里的空气和外面大气流通，从而将O2带入到罐中，促使其化学反应发生。

（2）方案二：压风型：溶铜罐是密封的，外部使用罗茨风机将空气压入罐中，从而将O2带入到罐中，促使其化学反应发生。

（3）现有技术的缺点或不足

O2供应量不足，反应速率慢，生产率低，與外界流通，能耗大。

4 改造方案

目前电解铜箔工艺流程及步骤（参考图2 工艺流程图）：向溶铜罐中放入铜料，硫酸，并通入O2，在加热的条件下，生成CuSO4溶液，CuSO4溶液通过动力设备输送到生箔机，通电生成铜箔和O2，O2通过酸雾处理塔净化后排入大气。现要求提高铜箔生产率，生箔机电解部分可以通过增大电流来实现，但系统中CuSO4溶液输送不足，主要原因是因O2供应不足使溶铜罐化学反应速率无法提高。现有提高铜箔生产率的方法如下（参考图2红线部分）。

溶铜罐改为密闭型，回收利用原本排入大气中的O2作为系统反应原料，通过接管的方式将其通入到溶铜罐，提高溶铜罐中含氧率，提升溶铜罐化学反应速率，从而提高生箔电解中CuSO4溶液供应速率，最终实现铜箔生产率的提高。

5 改造后的优点

相对于传统方案，对于改造后的系统，具有以下优势：

5.1根据工艺流程图（图2）中的化学反应公式和电解方程式，通过回收利用O2， 理论上溶铜罐中O2是自给自足的，无须外界提供氧气，铜箔生产率由第一次送入溶铜罐的O2量来定，送入量越大，生产率越高。

5.2 改造后系统中的O2是自给自足的，无须外界提供动力来通入O2，也无须蒸汽来给此部分O2加热促使其发生化学反应，从而节省了设备投资和降低了生产能耗成本，增加企业效益。

5.3 减少或停止系统中O2向大气排放，从而减小环境污染的可能性。

结语

综上所述，笔者认为通过对系统中O2回收利用，直接将其通入到溶铜罐，提高罐中含氧率，提升溶铜罐化学反应速率，从而提高生箔电解中CuSO4溶液供应速率，最终实现铜箔生产率的提高。与此同时，节省了设备投资和降低了生产能耗，大大提高了企业的市场竞争力。本文的观点是笔者的一家之言，如有不妥之处还请读者斧正。

参考文献

[1]金荣涛.电解铜箔生产[M].北京：中南大学出版社，2010.

[2]冷大光.新形势下我国电子铜箔行业发展现况[J].覆铜板咨讯，2017，6（15）：28-35.

[3]郑衍年.铜箔电解液制造工艺流程[J].化工设计通信，2016，10（28）：72.

[4]巨国贤，赵鑫.铜箔供不应求或仍持续[N].中国有色金属报，2017-4-18，（5）.

[5]东北证券，笪佳敏.新能源汽车快速发展引发铜箔涨价[N].中国有色金属报，2017-5-16， （5）.