一种电解液铜离子浓度控制系统的制作方法

本发明涉及电解液铜离子技术领域，具体来说，涉及一种电解液铜离子浓度控制系统。

背景技术：

在铜电解、电沉积和电镀生产过程中，为了获得高纯度，致密、高纯的产品，需要保持铜酸参数的稳定。现有生产过程是通过控制补铜手阀开度，来控制补铜流量。补铜流量加入过量，会导致系统铜浓度上升过快，铜浓度过高，会导致电解槽、钛辊边部容易结晶，造成箔面压坑。溶铜罐温度下降，增加蒸汽使用成本；补铜流量过小，系统铜浓度容易达不到要求。铜浓度过低，会导致箔面电沉积松散，容易出现“花斑”，手动调控达不到精细控制。

目前部分厂家仍然通过化验数据，以此来调整电解液铜浓度。这种方法有明显缺陷：过程控制滞后。人员压力较大，生产任务繁重无法保证工作完成度。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种电解液铜离子浓度控制系统，解决电解液铜离子浓度不易控制，控制精度较低的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样的：

设计一种电解液铜离子浓度控制系统，包括溶铜罐，所述溶铜罐通过管道一连接有污液罐，所述污液罐通过管道二连接有缓冲罐，所述缓冲罐通过管道三连接有过滤器一，所述过滤器一通过管道四连接有过滤器二，所述过滤器二通过管道五连接有储液罐，所述储液罐通过管道六连接有过滤器三，所述过滤器三通过管道七连接生箔机；所述溶铜罐、缓冲罐之间还连接有管道八，所述管道八的中间设有电动调节阀一，所述电动调节阀一与dcs子系统电连接，所述dcs子系统还与所述管道五上的监测仪电连接，所述管道五的中间设有板式换热器，所述板式换热器的输入端设有电动调节阀二，所述电动调节阀二电连接所述dcs子系统；所述溶铜罐内设有热敏电阻一、电磁流量计一，所述缓冲罐内设有雷达液位计一、热敏电阻二，所述缓冲罐内设有雷达液位计二、热敏电阻三，所述热敏电阻一、电磁流量计一、雷达液位计一、热敏电阻二、雷达液位计二、热敏电阻三均电连接所述dcs子系统；所述dcs子系统包含信号检测模块，所述信号检测模块电连接有plc控制器，所述plc控制器电连接电源，所述溶铜罐的输入端分别设有铜料入口、酸料入口。

进一步，所述溶铜罐的输入端还设有压差变送器一、压差变送器二。

进一步，所述管道三上设有离心泵一，所述管道六上设有离心泵二。

进一步，所述生箔机内设有电磁流量计二，所述电磁流量计二电连接所述dcs子系统。

进一步，所述过滤器一为硅藻土过滤器。

进一步，所述过滤器二为保安过滤器。

进一步，所述过滤器三为精密过滤器。

进一步，所述电源为ups电源。

进一步，所述生箔机工作时的稳定电流为25000-45000a。

进一步，所述电磁流量计一的流量范围为0-250l/min。

本发明的有益效果：这种电解液铜离子浓度控制系统调节精度高，可靠性强，安装简单，维护容易，运行数据可视化，可进行历史趋势监测，并且在不影响生产的情况下完成校准、调试等工作，从而降低了电耗成本；本系统可应用于铜浓度为80-100/0-11/50-55g/l硫酸铜溶液的检测及自动调节，具有流量异常报警，系统浓度异常报警、设备故障报警等集成化功能，长期运行数月不需要校准，每次与化验室滴定检测偏差小于2g/l，准确可靠；本发明不仅试用于生箔电解液中铜浓度的控制，还可运用于表面处理低浓度溶液的自动平衡调节，不止限于铜浓度的调节，还可在铬、锌离子的平衡调节（更换相应探头即可），自动调节精度高，可靠性强，过程能力提升显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述一种电解液铜离子浓度控制系统的结构示意图；

图中：1、溶铜罐；2、污液罐；3、缓冲罐；4、过滤器一；5、过滤器二；6、板式换热器；7、储液罐；8、过滤器三；9、生箔机；10、dcs子系统；11、压差变送器一；12、压差变送器二；13、热敏电阻一；14、电磁流量计一；15、电动调节阀一；16、雷达液位计一；17、热敏电阻二；18、离心泵一；19、雷达液位计二；20、离心泵二；21、热敏电阻三；22、电动调节阀二；23、监测仪；24、电磁流量计二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种电解液铜离子浓度控制系统，包括溶铜罐1，所述溶铜罐1通过管道一连接有污液罐2，所述污液罐2通过管道二连接有缓冲罐3，所述缓冲罐3通过管道三连接有过滤器一4，所述过滤器一4通过管道四连接有过滤器二5，所述过滤器二5通过管道五连接有储液罐7，所述储液罐7通过管道六连接有过滤器三8，所述过滤器三8通过管道七连接生箔机9；所述溶铜罐1、缓冲罐3之间还连接有管道八，所述管道八的中间设有电动调节阀一15，所述电动调节阀一15与dcs子系统10电连接，所述dcs子系统10还与所述管道五上的监测仪23电连接，所述管道五的中间设有板式换热器6，所述板式换热器6的输入端设有电动调节阀二22，所述电动调节阀二22电连接所述dcs子系统10；所述溶铜罐1内设有热敏电阻一13、电磁流量计一14，所述缓冲罐3内设有雷达液位计一16、热敏电阻二17，所述缓冲罐3内设有雷达液位计二19、热敏电阻三21，所述热敏电阻一13、电磁流量计一14、雷达液位计一16、热敏电阻二17、雷达液位计二19、热敏电阻三21均电连接所述dcs子系统10；所述dcs子系统10包含信号检测模块，所述信号检测模块电连接有plc控制器，所述plc控制器电连接电源，所述溶铜罐1的输入端分别设有铜料入口、酸料入口；所述dcs子系统中的信号检测模块采集相连元器件的信号，传递给plc控制器处理后，然后对相应进行处理与控制,达到了分布式控制的效果，dcs子系统10内包含储存单元，可对采集的信号存储与调取。

在本实施例中，所述溶铜罐1的输入端还设有压差变送器一11、压差变送器二12。

在本实施例中，所述管道三上设有离心泵一18，所述管道六上设有离心泵二20。

在本实施例中，所述生箔机9内设有电磁流量计二24，所述电磁流量计二24电连接所述dcs子系统10。

在本实施例中，所述过滤器一4为硅藻土过滤器。

在本实施例中，所述过滤器二5为保安过滤器。

在本实施例中，所述过滤器三8为精密过滤器。

在本实施例中，所述电源为ups电源；监测仪24与ups电源有温度补偿、背景光消除、耐酸腐蚀、数据传输储存功能，其测量精度不小于百分之2.105%，并且能保持在正常生产工况下与化验室偏差稳定，且铜不大于2g/l，酸不大于4g/l，安装方法准确，流速稳定。

在本实施例中，所述生箔机9工作时的稳定电流为25000-45000a；采用阳极板底部喷淋电解液低压高电流的放电方式在阴极辊上镀铜生产。

在本实施例中，所述电磁流量计一14的流量范围为0-250l/min；电磁流量计无需设定特殊参数或曲线，满管即可准确测量实际电解液的体积流量。

在本实施例中，电动调节阀一15、电动调节阀二22控制补铜流量，进行溢流给系统液补铜；监测仪检测系统铜酸浓度，输出4-20ma电信号给dcs子系统10，系统通过pid运算输出合适电信号使得电动调节阀一15、电动调节阀二22调整开度达到改变流量的目的，电磁流量计一14、电磁流量计二24通过检测体积流量信号来反馈补铜流量是否处于正常范围。

为方便对上述技术方案的进一步理解，现对其工作原理进行说明：

如图1所示，这种电解液铜离子浓度控制系统主要包括底部联通的污液罐2、溶铜罐1、过滤器一4、过滤器二5、过滤器三8、生箔机9、监测仪24、dcs子系统10；工作方式为溶铜罐1内发生化学反应，为整个系统补充高浓度cu²⁺，污液罐2接受溶铜罐1溢流的高浓度cu²⁺溶液以及从生箔机9返回的低浓度电解液，通过泵将电解液送往溶铜罐1补高液位使其不断置换高浓度电解到污液罐2中补充cu²⁺，泵将达到平衡的电解液送往过滤系统，最后运输到生箔机9，在经过过滤器三8时，在管道五上安装有在线铜酸监控的监测仪23以及化验室取样装置，可对送往生箔机9处电解液的铜离子、氢离子浓度进行监控，并将信号反馈给dcs子系统10，系统处理后转换为电信号给电动调节阀一15、电动调节阀二22控制流量，电磁流量计一14、电磁流量计二24可监控并实时显示在dcs系统，从而形成连锁。本系统具有识别异常，及自我校准仪器的功能，无需要化验人员每天频繁取样化验，以及操作工手动控制补铜流量，提高了电解液浓度的稳定性。

在具体工作时，溶铜罐1内的cu²⁺浓度因化学溶解逐渐上升，为整个系统补充高浓度cu²⁺；污液罐2通过管道接受溶铜罐1溢流的高浓度cu²⁺溶液以及通过泵将电解液不断置换高浓度电解到污液罐2补充cu²⁺。泵将达到平衡的电解液送往过滤器处进行过滤，在管道上安装有监测仪、化验室取样装置，最后运输到生箔机9处，生箔机9内的cu²⁺浓度因电化学反应逐渐下降，通过此装置对送往生箔机9的电解液的铜离子、氢离子浓度进行监控，对于浓度范围65-90mg/l的电解液，可通过一束精确聚焦的平行光以恒定光强穿透过程介质，剩余的光强被对面双通道的整体封装的光电管接受检测，并将光电信号送入放大器，由于介质对光的吸收和散射引起的光强变化可以用郎伯-比尔定律进行描述：透射率损失的对数与产生透射损失的介质的浓度成正比，该定律既适用于可溶性介质也适用于非可溶性介质，针对不同的介质，通过选择特定的光程长和光学滤镜组合可以精确检测到介质内微小的颜色变化，传感器采用的是vis到nir的光谱，波长范围：380-1100nm，基于双通道的测量技术可以补偿背景浊度等的干扰，并将信号反馈给dcs子系统10，系统处理后转换为电信号返给调节阀，实际流量由电磁流量计监控并实时显示在dcs子系统中。

在操作过程中，预先设定好监测仪23检测的cu²⁺浓度的中心值；比如，中心值为92.5g/l，所对应的基准电压可为2.3伏；在系统工作过程中，连接在缓冲槽上的监测仪23每一秒自动检测一次电解液的cu²⁺浓度，由监测仪23输出检测结果的模拟信号，设置信号检测的输入模块，实现cu²⁺浓度检测传感器的信号输入，该输入模块完成数据的采集；将输入模块采集的数据输送至plc控制器，由plc控制中的中心控制模块完成数据的运算处理，从而发出0-10伏可变电压信号给高频电源；高频电源根据电压信号输出相应的电压，输出的电压自动控制电流大小，根据输入的电流大小，调整电动调节阀一15、电动调节阀二22的输出开度发生相应变化，给系统补充合适数量的铜离子。这样实现了cu²⁺浓度在线自动平衡的控制；当监测仪23检测到缓冲槽内的cu²⁺浓度超过高于中心值时，中心控制模块完成数据运算处理后，并发出高于中心值所对应的低于基准电压的可变电压信号给高频电源，当缓冲槽内的cu²⁺浓度低于中心值时，中心控制模块完成数据运算处理后并发出低于中心值所对应的基准电压的可变电压信号给高频电源。高频电源输出的电压=基准电压+变化量，变化量为cu²⁺浓度每升高或降低0.5g/l相对应电压增加或减少0.5；可以实现整个酸性镀铜体系的铜离子达到自我调节平衡，整个电解液的硫酸铜溶液浓度始终保持在工艺值的最佳状态。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，诸如“部件”一和“部件”二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。