一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，以及一种应用所述装置降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，在不增加额外设备的情况下，提供一个多孔网板的设计方案来保证锡溶解罐中的锡颗粒能处于理想的流态化状态，即锡颗粒在溶解罐中处于一种自由流动的状态，和含有溶解氧的镀锡液充分混合，避免局部过量氧的发生。另外同时增加混合室中锡颗粒的量，用过量的锡颗粒，保证最大的溶锡速率情况下氧气也不会过量，同时，通过合理的镀锡液组分的配比，使锡泥产生量降低到一个较低的水平。
【专利说明】一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装置，具体地，涉及一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，同时，本发明还涉及一种应用所述装置降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，应用于不溶性阳极的镀液制备。
【背景技术】
[0002]商品电镀锡板的生产方式分为两种:一种是使用不溶性阳极进行电镀锡，一种是使用可溶性锡阳极进行电镀锡。采用不溶性阳极，由于阳极电极不发生溶解，可以使阳极和被镀钢带的距离保持不变，因而镀层的厚度更均匀。同时不溶性阳极的寿命在10个月左右，这样就避免了可溶性阳极必须班班更换的繁重的体力劳动和承受现场开放式的恶劣操作环境的影响。
[0003]采用不溶性阳极电镀锡的方法与可溶性阳极的最大不同是不溶性阳极镀锡必须有一个进行镀锡液制备的装置。这是一个化学溶解锡的过程，通过吹氧加速锡氧化成Sn2+，但不可避免将产生Sn4+，即锡泥。
[0004]镀锡液制备的装置是一个内部充填有金属锡粒子，有镀液高速流动和吹入氧气使锡发生溶解的金属锡溶解罐。当金属锡粒子遇到氧时其表面就会生成氧化亚锡，氧化亚锡与镀锡液中的H+反应就生成我们需要的二价锡离子。过量的溶解氧又会与氧化亚锡反应生成氧化锡，由于氧化锡是不溶性的，所以就成为镀锡液中的淤泥，它的存在不仅会影响电镀的质量，同时也是一种锡资源损失的表现形式。
[0005]可溶性阳极电镀锡由于没有这种锡粒子和氧的强制性接触，它所产生的锡泥中锡的含量一般占总的锡金属的使用量的0.5~1.5%(锡泥中含有的锡/溶解锡)，而不溶性阳极在4~12%。因此，降低不溶性阳极电镀锡的锡泥损耗就成为该技术的一种追求。也是目前不溶性阳极电镀锡技术没有得到广泛应用的原因。
[0006]事实上，锡泥的来源由两方面的原因造成，一是不溶性阳极工艺所面临的独有的制锡过程中锡离子和纯氧气的强制性接触；另一方面是这二种工艺都要面对的电镀锡过程，电镀的过程会产生氧气，同时由于镀锡液是在开口的槽罐中运行的，在电镀的过程中势必会和空气接触，因此电镀的过程也会产生锡泥。世界上所有商业化的镀锡生产线其可溶性阳极电镀锡所产生的锡损耗率即锡泥中锡的含量占总的锡金属的使用量(锡泥中含有的锡+金属锡的消耗量)的百分比为0.5^1.5%，而不溶性阳极电镀锡由于还有一个制锡过程，所有锡泥中锡的含量占总的锡金属的使用量的百分比在4~12%。因此，降低不溶性阳极电镀锡的锡泥损耗就成为该技术的一种追求。也是目前不溶性阳极电镀锡技术没有得到广泛应用的原因。
[0007]为了抑制锡溶解罐中的氧化亚锡进一步氧化成氧化锡沉淀而在镀液中生成锡泥，目前主要存在如下专利文献: [0008]专利文献1:特开平3—180493号公报提出了对金属离子进行机械搅拌以加速锡的溶解速度，从而减少锡泥的发生量。实际上，机械搅拌的主要作用是使锡颗粒与吹入的氧气和流动的镀锡液更充分的均匀混合。该方法增加了设备投资，同时，在锡颗粒溶解罐有很大压力的情况下，搅拌器旋转轴穿过溶解罐部位的动态密封就显得十分重要，连续工作状态下正常工作的可靠性难以保证。增加的搅拌器也增加了能源的额外消耗。
[0009]专利文献2:特开平一 131399号公报提出向混合室中的金属锡粒子供给溶解氧为300ppm以下的电镀液，减少过量氧情况的发生来减少锡泥的发生量。专利文献3:CN1993502A提供了一种将锡离子浓度控制在目标上下限之间，从而使锡离子生成速度接近锡离子的平均预定消耗速度，因而可以减少锡泥的产生的方法。该方法是在调整氧的吹入量的时候，根据钢带的运行速度计算出锡离子预定消耗速度随时间的变化量，每隔预定时间对所述锡离子生成速度进行划分，将在各划分的区间已经平均化的锡离子生成速度设定为平均随时间的变化量，以此来调整氧的吹入量，使得平均随时间的变化量相适应的锡离子浓度成为不超过控制目标上下限的锡离子生成速度。上述两个专利文献都是从如何减少过量的氧气吹入量入手来减少锡泥的产生，但方法繁琐且控制方法复杂，对控制精度要求较高，实施难度较大。
【发明内容】
[0010]为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，以及一种应用所述装置降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，在不增加额外设备的情况下，提供一个多孔网板的设计方案来保证锡溶解罐中的锡颗粒能处于理想的流态化状态，即锡颗粒在溶解罐中处于一种自由流动的状态，和含有溶解氧的镀锡液充分混合，避免局部过量氧的发生。另外同时增加混合室中锡颗粒的量，用过量的锡颗粒，保证最大的溶锡速率情况下氧气也不会过量，同时，通过合理的镀锡液组分的配比，使锡泥产生量降低到一个较低的水平。
[0011]为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案:
[0012]一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，所述装置包括电镀锡单元和锡溶解单元，
[0013]所述电镀锡单元包括电镀槽，所述电镀槽一端通过管线分别与第二循环泵和第三阀门连接；
[0014]所述锡溶解单元包括锡溶解罐，所述锡溶解罐通过管线与氧气供应装置、第一循环泵、镀液储存槽以及第一阀门形成闭合连接，所述锡溶解罐包括依次设置的分离室、混合室和分布室；
[0015]所述电镀槽通过管线与镀液储存槽连接，所述第二循环泵和第三阀门并联后通过第四阀门与镀液储存槽连接，其特征在于:
[0016]所述混合室和分布室之间设置有多孔网板，所述多孔网板包括第一网板和第二网板。
[0017]根据本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，采用的是，所述分布室和氧气供应装置之间设置有第三压力表。
[0018]根据本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，采用的是，所述混合室与第一压力计连接，所述分离室与第一阀门之间设置有第二压力计，所述分离室与第一阀门之间还设置有流量计。
[0019]根据本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，采用的是，所述氧气供应装置和镀液储存槽之间还设置有第二阀门，所述第二阀门与第一循环泵形成并联连接。
[0020]根据本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，采用的是，所述第二网板设置于第一网板上方，所述第一网板厚度为2(T30mm，孔径为6~8mm，开孔率为28~32%，所述第二网板厚度为2~5mm，孔径大于O且小于2.5mm。
[0021]根据本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，采用的是，所述第一网板和第二网板之间通过螺栓连接。
[0022]同时，本发明还提供一种应用所述降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤:
[0023](A)、向混合室(102)内加入锡颗粒，所述锡颗粒的加入量通过如下方法确定:
[0024]混合室中锡颗粒的加入量 > 氧气吹入量+吹氧强度
[0025]上式中，氧气吹入量为300~1000Nl/min，吹氧强度为65~120L/min.t ；
[0026](B)、将镀液输入锡溶解罐(1)，将氧气按照步骤(A)中的氧气吹入量和吹氧强度吹入分布室(103)内与镀液混合，混有氧气的镀液穿过多孔网板(11)进入混合室(102)，溶解混合室(102)内的锡颗粒，形成镀锡液，最终，生成的镀锡液从分离室(101)顶部出口排出锡溶解罐(I)；
[0027](C)、观测第一压`力计(5)中的数值？1、第二压力计(6)中的数值己以及流量计
(13)中的流速数值，根据压差，即P1-P2的值，以及流速数值，确定锡颗粒是否处于均匀混合的状态；
[0028](D)、保持第一网板(1101)的开孔率不变，然后重复步骤(A)~(C)，通过调整第二网板(1102)的开孔率，使得多孔网版11的开孔率达到稳定临界开孔率，最终使锡颗粒与镀液达到均匀混合状态。
[0029]根据本发明所提供的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，采用的是，所述锡颗粒的直径为2.5~3mm，所述稳定临界开孔率为4~15%，所述压差的范围为
0.48~0.50MPa，所述流速数值的范围为2.35~2.50m3/h。
[0030]根据本发明所提供的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，采用的是，所述镀液为甲基磺酸盐镀液，所述甲基磺酸盐镀液包括如下组分:甲基磺酸盐浓度65~75ml/l，添加剂浓度25~35ml/l，抗氧化剂浓度15~25ml/l。
[0031]根据本发明所提供的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，采用的是，所述混合室中锡颗粒加入量范围为51吨。
[0032]本发明的有益效果在于:
[0033]I)、在锡溶解罐的分布室和混合室之间设置一个多孔网板，从而保证锡溶解罐中的锡颗粒能处于理想的良好的均匀混合状态，从而使锡颗粒在溶解罐中处于一种自由流动的状态，和含有溶解氧的镀液充分混合，避免局部区域的氧过量，降低锡泥产生量；
[0034]2)、引入“吹氧强度”的指标来指导对混合室内锡颗粒加入量的控制，从而通过使用过量的锡颗粒，来保证最大的溶锡速率情况下，氧不会过量；
[0035]3)、通过特定配比及组分的甲基磺酸盐镀液，进一步有效抑制锡泥的产生量。【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为镀液通过不同开孔率网板时锡颗粒层的总压降与表观流速的关系示意图。
[0037]图2为本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置的结构示意图。
[0038]图3为本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置中多孔网板的结构示意图。
[0039]图1中，A、局部固定锡颗粒层，B、局部流化锡颗粒层，C、局部嗔涌锡颗粒层，α、实时开孔率，α ?、稳定临界开孔率，Umf、临界流化态速度。
[0040]图2中，1、锡溶解罐，101、分离室，102、混合室，103、分布室，2、第一循环泵，3、氧气供应装置，4、第三压力计，5、第一压力计，6、第二压力计，701、第一阀门，702、第二阀门，703、第三阀门，704、第四阀门，8、镀液储存槽，9、第二循环泵，10、电镀槽，11、多孔网板，12、
管线，13、流量计。
[0041]图3中，1101、第一网板，110 2、第二网板。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置及其方法作进一步的解释说明。
[0043]本发明所提供的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置的结构如下:
[0044]如图2所示,所述装置包括电镀锡单元和锡溶解单元,所述电镀锡单元包括电镀槽10，所述电镀槽10 —端通过管线12分别与第二循环泵9和第三阀门704连接，所述锡溶解单元包括锡溶解罐I，所述锡溶解罐I通过管线12与氧气供应装置3、第一循环泵2、镀液储存槽8以及第一阀门701形成闭合连接，所述锡溶解罐I包括依次设置的分离室101、混合室102和分布室103，所述分布室103和氧气供应装置3之间设置有第三压力计4，所述氧气供应装置3和镀液储存槽8之间还设置有第二阀门702，所述第二阀门702与第一循环泵2形成并联连接，所述分离室101与第一阀门701之间还设置有流量计13。
[0045]所述电镀槽10通过管线12与镀液储存槽8连接，所述第二循环泵9和第三阀门703并联后通过第四阀门704与镀液储存槽8连接，所述混合室102与第一压力计5连接，所述分离室101与第一阀门701之间设置有第二压力计6，所述混合室102和分布室103之间设置有多孔网板11，所述多孔网板11包括第一网板1101和第二网板1102,所述第一网板1101和第二网板1102之间通过螺栓连接，在第一网板1101和第二网板1102的中心设一个紧固螺栓，在网板中心至边缘的中间位置按60°角度平均设6个紧固螺栓，这样即保证了复合紧密，又拆卸方便。第二网板1102边缘的安装可利用原有不锈钢丝网的安装方式。
[0046]其中，所述第二网板1102设置于第一网板1101上方,所述第一网板1101厚度为2(T30mm，孔径为6~8mm，开孔率为28~32%，所述第二网板1102厚度为2~5mm，孔径大于O且小于 2.Smnin
[0047]本发明所使用的第一网板1101和第二网板1102应用于工业化生产装置上。
[0048]本发明提供了锡溶解罐I中最重要的一个部件一多孔网板11的设计方案来保证锡溶解罐中的锡颗粒与吹入的氧气和流动的镀锡液更充分的均匀混合，避免局部的过量氧，使锡泥发生量更低。其中的多孔网板11是一种组合式的复合结构，它是由二块独立的多孔网板组成。
[0049]其中一块网板，即第一网板1101，称之为基础网板，其功能是承载溶解罐内的锡颗粒和镀液的重量以及高的罐内压力。因此该网板必须有一定的厚度。经验告诉我们，其厚度在2(T30mm，为了加工方便可以将孔开的比较大一点，孔的直径一般在6~8mm，其开孔率必然很大，一般在28~32%，是属于低压降的多孔网板。
[0050]另外一块，即第二网板1102，可以称之为“稳定均匀混合网板”，由于不需要承载重量，板的厚度可以比较薄，其功能是它与基础网板(即第一网板1101)复合后形成的开孔率应达到稳定临界开孔率的要求。由于锡颗粒的直径一般在3_左右，因此第二网板1102的孔径须小于2.5mm,以防止锡颗粒漏到分布室103中。由于该网板的孔比较小并且密集，加工时会造成网板变形翘曲，因此该网板又不能太薄，板厚一般在2~5_，以加工完成后不变形为准。
[0051]其中上述两块网板在锡溶解罐内必须紧密复合在一起。因为二者之间若有空隙，开孔率就会发生变化，整个罐的良好的均匀混合状态就会改变。同时，二块板之间的空隙会被锡泥堵住。复合后的多孔网板11的稳定临界开孔率的实现是保证锡颗粒在锡溶解罐内自由流动，与含有溶解氧的镀液充分混合的关键。本发明经过试验验证，在锡颗粒直径为
2.5"3mm时，其稳定临界开孔率在4~15%。
[0052]要达到低的锡泥量，仅有好的多孔网板是不够的，好的多孔网板只能避免局部区域的氧过量，它还需要通过总体氧气的不过量来配合，因此，本发明提供了另外一种防止氧气过量的方法，它不需要繁琐的控制方法，与专利文献2、3的方法不同，本发明以锡颗粒量的过量来保证氧气的不过量。本发明引入一种“吹氧强度”的量来指导对锡颗粒重量的控制，所述“吹氧强度”，即I吨金属锡粒对应吹入多少氧气量(单位为标Nl/min，即标准升每分钟)，在锡颗粒重量大于用“吹氧强度”值计算出的锡颗粒重量的情况下，锡泥的发生量最少。以MSA镀液为例，在溶锡压力0.6^0.8MPa，混合室内镀液流速10(Tl50mm/S，混合室中的锡颗粒重量应按大于5(Tl00Nl/min.t计算出的锡颗粒量控制。即
[0053]混合室中锡颗粒加入量 > 氧气吹入量+吹氧强度
[0054]同时，本发明是基于不溶性阳极MSA镀液的低锡泥损耗的控制方法，制备镀锡液过程中，MSA镀液(即甲基磺酸盐镀液)的各种组分的配比对锡泥的产生量起到很大的影响。本发明采用的镀液添加剂是商品TP-G7，在制锡过程中须满足以下组分配比条件方能得到低锡泥损耗。
[0055]
【权利要求】
1.一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，所述装置包括电镀锡单元和锡溶解单元， 所述电镀锡单元包括电镀槽(10)，所述电镀槽(10)—端通过管线(12)分别与第二循环泵(9)和第三阀门(704)连接； 所述锡溶解单元包括锡溶解罐(1 )，所述锡溶解罐(I)通过管线(12)与氧气供应装置(3 )、第一循环泵(2 )、镀液储存槽(8 )以及第一阀门(701)形成闭合连接，所述锡溶解罐(I)包括依次设置的分离室(101 )、混合室(102)和分布室(103); 所述电镀槽(10 )通过管线(12)与镀液储存槽(8 )连接，所述第二循环泵(9 )和第三阀门(703)并联后通过第四阀门(704)与镀液储存槽(8)连接，其特征在于: 所述混合室(102)和分布室(103)之间设置有多孔网板(11)，所述多孔网板(11)包括第一网板(1101)和第二网板(1102)。
2.根据权利要求1所述的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，其特征在于所述分布室(103 )和氧气供应装置(3 )之间设置有第三压力计(4 )。
3.根据权利要求1所述的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，其特征在于所述混合室(102)与第一压力计(5)连接，所述分离室(101)与第一阀门(701)之间设置有第二压力计(6)，所述分离室(101)与第一阀门(701)之间还设置有流量计(13)。
4.根据权利要求1所述的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，其特征在于所述氧气供应装置(3)和镀液储存槽(8)之间还设置有第二阀门(702)，所述第二阀门(702)与第一循环泵(2)形成并联连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，其特征在于所述第二网板(1102)设置于第一网板(1101)上方，所述第一网板(1101)厚度为20~30mm，孔径为6~8mm，开孔率为28~32%，所述第二网板(1102)厚度为2~5mm，孔径大于O且小于2.5mmο
6.根据权利要求1或5所述的一种用于降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的装置，其特征在于所述第一网板(1101)和第二网板(1102)之间通过螺栓连接。
7.一种应用权利要求1所述的装置降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: (A)、向混合室(102)内加入锡颗粒，所述锡颗粒的加入量通过如下方法确定: 混合室中锡颗粒的加入量 > 氧气吹入量+吹氧强度 上式中，氧气吹入量为30(Tl000Nl/min，吹氧强度为65~120L/min.t ； (B)、将镀液输入锡溶解罐(1)，将氧气按照步骤(A)中的氧气吹入量和吹氧强度吹入分布室(103)内与镀液混合，混有氧气的镀液穿过多孔网板(11)进入混合室(102)，溶解混合室(102)内的锡颗粒，形成镀锡液，最终，生成的镀锡液从分离室(101)顶部出口排出锡溶解罐(1); (C)、观测第一压力计(5)中的数值P1、第二压力计(6)中的数值P2以及流量计 (13)中的流速数值，根据压差，即P1-P2的值，以及流速数值，确定锡颗粒是否处于均匀混合的状态； (D)、保持第一网板(1101)的开孔率不变，然后重复步骤(A)~(C)，通过调整第二网板(1102)的开孔率，使得多孔网版11的开孔率达到稳定临界开孔率，最终使锡颗粒与镀液达到均匀混合状态。
8.根据权利要求7所述的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，其特征在于:所述锡颗粒的直径为2.5~3mm，所述稳定临界开孔率为4~15%，所述压差的范围为0.48~0.50MPa，所述流速数值的范围为2.35~2.50m3/h。
9.根据权利要求7所述的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，其特征在于:所述镀液为甲基磺酸盐镀液，所述甲基磺酸盐镀液包括如下组分:甲基磺酸盐浓度65~75ml/l，添加剂浓度25~35ml/l，抗氧化剂浓度15~25ml/l。
10.根据权利要求7所述的一种降低镀锡液制备过程中锡泥产生量的方法，其特征在于:所述混合室中锡颗粒加入量范围为51吨。
【文档编号】C25D21/14GK103668419SQ201210315873
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】黄邦霖, 李鹏 申请人:宝山钢铁股份有限公司