CN101768742A - 一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法及其专用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法及其专用装置，属于利用电化学将废液资源化和有色金属回收领域。电化学处理中的电解槽被分为阳极室、中间室和阴极室。在阳极室盛放稀硫酸溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板。在中间室盛放酸性蚀刻废液。在阴极室盛放硫酸铜溶液，以不锈钢板为阴极电解板。在电场作用下，在硫酸铜体系中析出铜。阳极室的水氧化产生氧气和氢离子，当铜离子浓度降到1g/以下后可重新作为蚀刻液。该方法在实现资源化利用的同时，大大降低了生产成本、且不产生大气污染。

Description

一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法及其专用装置
技术领域
一种再生酸性蚀刻液的方法，涉及一种采用直接电解回收酸性蚀刻液中的金属铜并使酸性蚀刻液再生循环利用的方法。属于废液资源化处理和有色金属回收领域。
背景技术
全世界范围内，电器电子工业是增长最快的产业之一，印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)作为电器电子产品的重要组成部分，产量也日益增加，造成了大量的电路板蚀刻废液的产生和排放。
酸性蚀刻液因为具有侧蚀小、蚀率易控制和易再生等特点，所以是一种适合精细线路制作、多层板内层制作的蚀刻液。电路板经贴膜、曝光、显影、去膜和图形电镀锡铅合金之后，其它80％-90％以上不需要的铜箔需用蚀刻液腐蚀去除，从而形成印制电路。随着蚀刻过程的进行，溶铜量不断增加，蚀刻液含铜逐渐接近其最大容量，蚀刻速度大幅下降，不能满足蚀刻工序要求，此时蚀刻液成为废液而被排放。废蚀刻液的产出量巨大，每生产1m2的电路板约产生2.5L的蚀刻液。蚀刻废液中铜的浓度高于100g/L，若排入环境，不仅造成资源浪费，且严重污染环境。
目前，酸性蚀刻废液的处理方法主要包括化学沉淀法和常规电解法。中和及沉淀时会消耗大量的碱，只回收其中的铜，不能回收盐酸，且产生大量废水难于处理，造成资源浪费和环境污染；常规电解方法为了避免阴极区的Cu+迁移到阳极区，重新氧化成Cu，采用小阴极大阳极的配置，在操作中不甚方便，且在阴极会析出氯气，污染环境，另外在氯化铜盐酸体系中对极板的腐蚀严重，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的回收酸性蚀刻废液中的金属铜并使酸性蚀刻废液再生循环利用的方法。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案实现是：一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，它是电化学处理过程，电化学处理中的电解槽被分为阳极室、中间室和阴极室。在阳极室盛放稀硫酸溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板。在中间室盛放酸性蚀刻废液。在阴极室盛放硫酸铜溶液，以不锈钢板为阴极电解板。通电后，电场作用下，中间室里酸性蚀刻废液中的铜离子通过阳离子交换膜进入阴极室在不锈钢阴极电解板上析出金属铜片，在硫酸铜体系中析出铜；阳极室的水氧化产生氧气和氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室补充失去的铜离子，并与氯离子结合生成盐酸，当铜离子浓度降到1g/以下后可重新作为蚀刻液。
进一步：在上述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法中，阳极室硫酸浓度为5-15％，阴极室硫酸铜溶液的铜离子浓度为30-50g/L。所述阳极电解板与阴极电解板的间距为100-150mm，所述电化学处理的温度为25±5℃，电压2.5-6V，电流密度为300-1000A/m2。所述的电化学反原机理是：
阳极：2OH--2e→H2O+1/2O2↑
阴极：Cu2++2e→Cu    Cu++e→Cu
本发明还提供了上述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法的专用装置，包括电解槽、插入电解槽的阳极板和阴极板、与阳极板和阴极板连接的直流稳压电源，在电解槽中还插入两块阳离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、中间室、阴极室。
进一步：在上述专用装置中，所述的阳极板插入阳极室，阴极板插入阴极室。所述的阳极板是铅锡钙合金板，所述的阴极板是不锈钢板。
上述专用装置结构简单，方便操作。
与现有技术相比，上述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法中，利用阳离子交换膜能选择性使阳离子通过，而阴离子因为同性排斥而不能通过的特点，将电解槽隔为三个部分：阳极室、中间室、阴极室。阳极室中为稀硫酸溶液，中间室中为酸性蚀刻废液，阴极室中为硫酸铜溶液。在电场作用下，酸性蚀刻废液中的铜离子通过阳离子交换膜进入阴极室在阴极上析出金属铜，阳极室中的氢离子通过阳离子交换膜进入中间室与氯离子结合形成盐酸，从而实现酸性蚀刻废液的再生循环利用。本发明具有如下的优点：
1.本发明电解回收了酸性蚀刻废液中的金属铜，并使酸性蚀刻废液得以再生循环利用，在实现资源化利用的同时，大大降低了生产成本、减少了废水排放量，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。
2.本发明的工艺采用了阳离子交换膜，使酸性蚀刻废液中的氯离子无法进入阳极室，防止了电解过程中氯气的产生，不产生大气污染。
3.由于本发明的工艺过程中采用阳离子交换膜将电解槽隔为三个室，酸性蚀刻废液在中间室，避免了阴极反应直接在含氯离子的废液中直接进行，从而大大增加阴极不锈钢板的使用寿命，并提高了电解效率，析出铜片便于回收。
附图说明：
图1是本方明专用装置的结构示意图，其中1阳极室、2中间室、3阴极室、4直流稳压电源、5离子交换膜、6阳极板、7阴极板。
具体实施方式：
本发明的主旨是利用阳离子交换膜能选择性使阳离子通过，而阴离子因为同性排斥而不能通过的特点。在电场作用下，酸性蚀刻废液中的铜离子通过阳离子交换膜进入阴极室在阴极上析出金属铜，阳极室中的氢离子通过阳离子交换膜进入中间室与氯离子结合形成盐酸，从而实现酸性蚀刻废液的再生循环利用。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施方式中所提及的内容及相关方法条件的选择并非对本发明的限定，只是因地制宜而对结果并无实质性影响。
首先简述本发明的基本方案：一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，它是电化学处理过程，电化学处理中的电解槽被分为阳极室、中间室和阴极室；在阳极室盛放稀硫酸溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板；在中间室盛放酸性蚀刻废液；在阴极室盛放硫酸铜溶液，以不锈钢板为阴极电解板；在电场作用下，中间室里酸性蚀刻废液中的铜离子通过阳离子交换膜进入阴极室在不锈钢阴极电解板上析出金属铜片，在硫酸铜体系中析出铜；阳极室的水氧化产生氧气和氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室补充失去的铜离子，并与氯离子结合生成盐酸，当铜离子浓度降到1g/以下后可重新作为蚀刻液。
实施例1
一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，采用聚乙烯阳离子交换膜5将长方形聚乙烯塑料电解槽隔为阳极室1、中间室2、阴极室3三个室，在阳极室1加入浓度为5％的硫酸溶液，在中间室2加入酸性蚀刻废液，在阴极室3加入铜离子浓度为30g/L的硫酸铜溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板6，不锈钢板为阴极电解板7。两电解板的极间距为110mm，温度为常温，电压3V电流密度为500A/m2。电解后8小时后，当酸性蚀刻废液的铜离子浓度降低到1g/以下后可返回作为蚀刻液循环使用。
上述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法的专用装置，包括电解槽、插入电解槽的阳极板6和阴极板7、与阳极板和阴极板连接的直流稳压电源4，在电解槽中还插入两块阳离子交换膜5将电解槽分隔为阳极室1、中间室2、阴极室3。所述的阳极板6插入阳极室1，阴极板7插入阴极室3。所述的阳极板6是铅锡钙合金板，所述的阴极板7是不锈钢板。
实施例2
一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，采用聚偏氟乙烯阳离子交换膜5将长方形聚乙烯塑料电解槽隔为阳极室1、中间室2、阴极室3三个室，在阳极室1加入浓度为10％的硫酸溶液，在中间室2加入酸性蚀刻废液，在阴极室3加入铜离子浓度为40g/L的硫酸铜溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板6，不锈钢板为阴极电解板7。两电解板的极间距为150mm，温度为常温，电压5V电流密度为800A/m2。电解后6小时后，当酸性蚀刻废液的铜离子浓度降低到1g/以下后可返回作为蚀刻液循环使用。
上述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法的专用装置，包括电解槽、插入电解槽的阳极板6和阴极板7、与阳极板和阴极板连接的直流稳压电源4，在电解槽中还插入两块阳离子交换膜5将电解槽分隔为阳极室1、中间室2、阴极室3。所述的阳极板6插入阳极室1，阴极板7插入阴极室3。所述的阳极板6是铅锡钙合金板，所述的阴极板7是不锈钢板。

Claims (7)

1.一种再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，它是电化学处理过程，其特征在于：
电化学处理中的电解槽被分为阳极室、中间室和阴极室；
在阳极室盛放稀硫酸溶液，以铅锡钙合金板为阳极电解板；
在中间室盛放酸性蚀刻废液；
在阴极室盛放硫酸铜溶液，以不锈钢板为阴极电解板；
在电场作用下，中间室里酸性蚀刻废液中的铜离子通过阳离子交换膜进入阴极室在不锈钢阴极电解板上析出金属铜片，在硫酸铜体系中析出铜；阳极室的水氧化产生氧气和氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室补充失去的铜离子，并与氯离子结合生成盐酸，当铜离子浓度降到1g/以下后可重新作为蚀刻液。
2.根据权利要求1所述的再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，其特征在于：阳极室硫酸浓度为5-15％，阴极室硫酸铜溶液的铜离子浓度为30-50g/L。
3.根据权利要求2所述的再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，其特征在于：所述阳极电解板与阴极电解板的间距为100-150mm，所述电化学处理的温度为25±5℃，电压2.5-6V，电流密度为300-1000A/m2。
4.根据权利要求3所述的再生酸性蚀刻液和回收铜的方法，其特征在于：所述的电化学反原机理是：
阳极：2OH--2e→H2O+1/2O2↑
阴极：Cu2++2e→Cu    Cu++e→Cu    
5.一种根据权利要求1-4中择一所述再生酸性蚀刻液和回收铜的方法的专用装置，包括电解槽、插入电解槽的阳极板(6)和阴极板(7)、与阳极板和阴极板连接的直流稳压电源(4)，其特征在于：在电解槽中还插入两块阳离子交换膜(5)将电解槽分隔为阳极室(1)、中间室(2)、阴极室(3)。
6.根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于：所述的阳极板(6)插入阳极室(1)，阴极板(7)插入阴极室(3)。
7.根据权利要求6所述的专用装置，其特征在于：所述的阳极板(6)是铅锡钙合金板，所述的阴极板(7)是不锈钢板。
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