CN102127765A - 一种酸性蚀刻废液循环再生系统 - Google Patents

一种酸性蚀刻废液循环再生系统 Download PDF

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Abstract

一种酸性蚀刻废液循环再生系统。其特征是包括酸性废液收集罐、过滤机、阴极液循环槽、由阳极室和阴极室构成的双室膜电解槽、再生液中转槽和用于铜粉取出的辅助系统。本发明提供的酸性蚀刻废液循环再生系统具有以下优点：仅补加极少量的盐酸，产生的三废较少，对环境友好，在酸性蚀刻废液再生的同时，产出具有商业价值的铜，循环再生系统创造的价值较高。

Description

一种酸性蚀刻废液循环再生系统
技术领域
本发明涉及酸性含重金属废液循环再生及回收利用的领域，特别涉及一种酸性蚀刻废液循环再生的系统。
背景技术
酸性蚀刻液是一种适合印制电路板精细线路制作、多层板内层制作的蚀刻液。随着动态蚀刻的进行，蚀刻液中的亚铜配离子浓度和总铜浓度不断增加，表现为蚀刻液的氧化还原电位不断降低和密度不断增加。当蚀刻液的氧化还原电位低于给定值时，就必须进行化学再生才能维持稳定、快速的蚀刻。
目前，国内一般用氯酸钠溶液或双氧水等氧化剂进行化学再生(张志祥.氯酸钠/盐酸型蚀刻铜再生剂之论述.《印制电路信息》2002(3)：40～42)，即利用氯酸钠或过氧化氢的强氧化性，将亚铜配离子氧化为铜配离子，从而恢复蚀刻液的蚀刻效能，同时添加纯水辅助降低蚀刻液的密度，使蚀刻液的氧化还原电位和密度均在蚀刻工艺要求的范围内。该方法一般是根据测量槽中蚀刻液氧化还原电位的变化情况，间断添加氯酸钠溶液或双氧水等氧化剂到蚀刻缸中，同时还必须添加盐酸等含氯离子的化学试剂，以保证蚀刻液中有充足的氯配离子。为维持蚀刻缸中蚀刻液的液位不变，必须对外排放蚀刻废液。这种蚀刻废液被转移到异地，只是以铜或铜化合物的形式进行回收处理，其他离子随废水排放，显然这种做法既污染环境，又浪费资源。目前，国内印制电路板制造企业有1200多家，日排放酸性废液为8000t，因此实现酸性蚀刻废液的循环再生具有重要的意义。
发明内容
本发明目的是克服现有各种化学再生方法必须添加大量化学物质才可再生且对外排放废液、污染环境的难题，提供一种适用于工业应用的酸性蚀刻废液循环再生系统。该系统借助于阳极与阳极液间的电位差对酸性蚀刻废液中的亚铜配离子进行电化学氧化，以维持蚀刻液的氧化还原电位在设定的范围内；部分铜离子经电还原在阴极上以铜粉的形态析出，以维持蚀刻液的密度在设定的范围内。
本发明所采用的技术方案是：提供一种酸性蚀刻废液循环再生系统，该系统包括如下装置：
一个酸性蚀刻废液收集罐1，用于盛放从酸性蚀刻线上溢流出的酸性蚀刻废液，它设有废液入口和出口，装有液位计；
一台过滤机26，通过管道2与收集罐1的出口相连，它装有精密滤芯、活性炭，分别用于除去酸性蚀刻废液中的悬浮物和油墨等有机物；
一个阴极液循环槽19，通过带有阀门22、阀门25的管道3与过滤机26相连，用于阴极液的储存、中转和冷却，它装有冷却管、酸度计和温度探头；从阴极液循环槽19中溢出的阴极液由泵5经管道4泵至阳极室24；阀门22用于调节阴极液的添加量，阀门25用于调节阳极液与阴极液的总流量；
一个由阳极室24和阴极室23构成的双室膜电解槽，其阳极室24通过管道3与过滤机26相连，用于酸性废液中亚铜配离子的电化学氧化再生，其阴极室23通过带阀门16的管道18、耐酸泵17、管道20与循环槽19相连，构成一个阴极液循环系统，用于铜的回收；阀门16用于调节阴极液的循环量；所用膜为多孔隔膜或阳离子交换膜，阳极室24设有铱系混合金属氧化物涂层阳极，阴极室23设有纯钛或哈氏合金制的板状阴极；直流电源为双室膜电解槽提供动力；
一个再生液中转槽7，通过管道6与阳极室24相连，用于再生液的中转、暂存，它装有氧化还原电位计、波美计和温度探头和酸度计；还设有盐酸的入口和再生液的出口；
同时提供一种用于铜粉取出的辅助系统，包括如下装置：
一台可调速离心过滤机11，通过带有阀门9的管道8和耐酸泵10与阴极室23相连，在转鼓低速运转时用于铜粉与阴极液的分离，在转鼓高速运转时用于铜粉的深度脱水；阀门9用于调节阴极液的泵出流量，耐酸泵10用于含铜粉的阴极液抽至过滤机11；
一个阴极液储槽12，通过管道15与离心过滤机11相连，通过带有阀门21的管道13、耐酸泵14与阴极室23相连，用于中转、暂存阴极液；耐酸泵14用于将储槽12中的阴极液泵至阴极室23中；阀门21用于调节阴极液返回至阴极室的流量。
本发明提供的酸性蚀刻废液循环再生系统具有以下优点：
1.仅添加极少量的盐酸，产生的三废较少，对环境友好；
2.在酸性蚀刻废液再生的同时，产出具有商业价值的铜，循环再生系统创造的价值较高。
附图说明
图1是本发明酸性蚀刻废液循环再生系统示意图。
具体实施方式
结合图1对本发明的酸性蚀刻废液循环再生系统给予具体说明：
从酸性蚀刻线上溢流出的墨绿色酸性废液，其氧化还原电位为460mV，密度为1.35g/mL，由废液入口进入收集罐1。该罐为圆柱型塑料罐，其上部装有一个液位计用以控制过滤机26的工作状态，当收集罐中废液的液面高于低位时过滤机26运行。该废液由管道2经过滤机26中的缠绕式精密滤芯滤除其中的固体杂质、经过柱状活性炭吸附其中的油墨等有机物后，而成为洁净溶液。
洁净溶液由管道3、阀门25和22进入双室膜电解槽的阳极室24和阴极液循环槽19。调节直流电源的输出电压为3.0～6.0V。进入阳极室24的酸性溶液，其流量为2000～4000L/h，在阳极与阳极液间电位差的驱动下，其中的亚铜氯配离子在涂层钛阳极的表面转为铜氯配离子，溶液的氧化还原电位升高，约为530mV，酸性溶液的颜色由墨绿色变为鲜绿色，即实现了蚀刻废液的再生。阳极室24中的部分铜离子通过阳离子交换膜电迁移至阴极室23，经电还原在钛阴极上析出铜粉，同时阴极液循环系统中多余的溶液由泵5泵入阳极室24，这样阳极室24溢流的再生液的密度处在酸性蚀刻工艺要求的1.20～1.30g/mL范围内。
再生液由管道6溢流至再生液中转槽7，其上安装的氧化还原电位计、波美计、温度探头和酸度计分别监测再生液中亚铜配离子电氧化再生的效果、检测密度调节的效果和测量再生液的温度和酸度，保证了酸性再生液合格后才泵到酸性蚀刻线上，以免影响印制电路板的蚀刻质量。如酸性再生液的酸度不足，则由再生液中转槽7的盐酸入口加入30％(wt％)的盐酸。合格的酸性再生液由再生液中转槽7的出口，添加到酸性蚀刻线上。
阴极液循环槽19上装有冷却管，维持了阴极液的温度恒定，一般为50℃。装有的温度探头测量阴极液的温度，进而控制冷却系统中的制冷量。装有的酸度计检测阴极液的酸度，这样便于调节阴极液酸度，以达到较高的阴极电流效率。
阴极室23通过带有阀门16的管道18、耐酸泵17、管道20与循环槽19相连，构成一个用于阴极液循环的系统。阴极室23中的铜离子经电还原析出铜粉，其大部分从阴极上脱落、集中于阴极室23的底部。通过阀门16调节阴极液的循环量，优选1500～2000L/h，以保证阴极液中铜浓度和温度的均匀。耐酸泵17用于将循环槽19中的阴极液经管道18泵入阴极室23，溢流的阴极液经管道20流入循环槽19。
对用于铜粉取出的辅助系统具体说明如下：
酸性蚀刻废液循环再生系统停止运行后，关闭阀门16、阀门22，打开阀门9、阀门21。阴极室23中的含铜粉阴极液，因泵入的储备阴极液的鼓动、搅动而形成悬浮液，接着经带有阀门9的管道8由耐酸泵10泵入转鼓低速运转的离心过滤机11中，在过滤机11中得到铜粉，分离出的阴极液经管道15进入阴极液储槽12。调节阀门21，使储槽12的阴极液以阴极室23中阴极液泵出流量一半的流量，经管道13由耐酸泵14泵入阴极室23，形成悬浮液。如此几个循环后，阴极室23中的铜粉可完全取出。此时铜粉表面吸附的水分较多，再经过滤机11转鼓的高速运转后，含水量约为1％，铜粉纯度约99％，位错少，抗氧化能力强。
本发明提供的酸性蚀刻废液再生系统的电解能耗为400～800kW.h/t废液，30％(wt％)盐酸的补加量约为30L/t废液，仅为化学再生法的1/6。在循环再生的同时，产出具有商业价值的铜粉，且对环境较友好，因此与化学再生方法相比循环再生系统具有较大的竞争优势。

Claims (1)

1.一种酸性蚀刻废液循环再生系统，其特征是包括如下装置：
一个酸性蚀刻废液收集罐(1)，用于盛放从酸性蚀刻线上溢流出的酸性蚀刻废液，它设有废液入口和出口，装有液位计；
一台过滤机(26)，通过管道(2)与收集罐(1)的出口相连，它装有精密滤芯、活性炭，分别用于除去酸性蚀刻废液中的悬浮物和油墨等有机物；
一个阴极液循环槽(19)，通过带有阀门(22)、阀门(25)的管道(3)与过滤机(26)相连，用于阴极液的储存、中转和冷却，它装有冷却管、酸度计和温度探头；从阴极液循环槽(19)中溢出的阴极液由泵(5)经管道(4)泵至阳极室(24)；阀门(22)用于调节阴极液的添加量，阀门(25)用于调节阳极液与阴极液的总流量；
一个由阳极室(24)和阴极室(23)构成的双室膜电解槽，其阳极室(24)通过管道(3)与过滤机(26)相连，用于酸性废液中亚铜配离子的电化学氧化再生，其阴极室(23)通过带阀门(16)的管道(18)、耐酸泵(17)、管道(20)与循环槽(19)相连，构成一个阴极液循环系统，用于铜的回收；阀门(16)用于调节阴极液的循环量；所用膜为多孔隔膜或阳离子交换膜，阳极室(24)设有铱系混合金属氧化物涂层阳极，阴极室(23)设有纯钛或哈氏合金制的板状阴极；直流电源为双室膜电解槽提供动力；
一个再生液中转槽(7)，通过管道(6)与阳极室(24)相连，用于再生液的中转、暂存，它装有氧化还原电位计、波美计和温度探头；还设有盐酸的入口和再生液的出口；
同时提供一种用于铜粉取出的辅助系统，包括如下装置：
一台可调速离心过滤机(11)，通过带有阀门(9)的管道(8)和耐酸泵(10)与阴极室(23)相连，在转鼓低速运转时用于铜粉与阴极液的分离，在转鼓高速运转时用于铜粉的深度脱水；阀门(9)用于调节阴极液的泵出流量，耐酸泵(10)用于含铜粉的阴极液抽至过滤机(11)；
一个阴极液储槽(12)，通过管道(15)与离心过滤机(11)相连，通过带有阀门(21)的管道(13)、耐酸泵(14)与阴极室(23)相连，用于中转、暂存阴极液；耐酸泵(14)用于将储槽(12)中的阴极液泵至阴极室(23)中；阀门(21)用于调节阴极液返回至阴极室的流量。
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