CN103435092B - Pcb过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的资源回收方法 - Google Patents

Abstract

PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的资源回收方法，涉及PCB生产废水的处理方法领域。本发明的目的在于提供一种处理成本低、资源利用度高的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的处理方法，主要步骤为：向反应釜中加入少量蒸馏水作为底液，待反应温度升至35～90℃时，开启搅拌装置，并将经预处理后的微蚀废液与碱液对加到反应釜中反应，料液对加过程中控制pH值为3～6，所述碱液为碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种或两者的混合液。各废物处理站以及PCB生产企业均可使用本发明的方法对过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液进行资源回收处理。

Description

PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的资源回收方法

技术领域

本发明涉及PCB生产废水的处理方法领域，特别涉及使用过硫酸钠-硫酸体系微蚀液处理PCB后得到的含铜微蚀废液的资源回收方法。

背景技术

PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。PCB的生产工序达20 多道，其中多道工序的前处理均须微蚀，如沉铜（PTH)制程、内层前处理、加厚铜（PATT）生产线、图形电镀（PLAT）制程、绿油前处理、OSP处理等，均须使用微蚀液除去铜表面的氧化层，以使其表面形成一定的粗糙度，从而加大铜面与下道工序的各物料的结合力。

目前，比较通用的微蚀液主要有两种：一种是过硫酸盐-硫酸体系，另一种是过氧化氢-硫酸体系。前者由于微蚀铜速率较快，且较稳定，可以提供较合适的微观粗糙面，多用于沉铜、二铜，后者多用于内层前处理、OSP、减薄铜线。过硫酸盐-硫酸体系又分为过硫酸钠-硫酸体系和过硫酸氨-硫酸体系，由于过硫酸氨-硫酸体系的废水要处理氨氮问题，故现在一般主要采用过硫酸钠-硫酸体系的微蚀液。

使用上述微蚀液处理铜电路板表面后产生的废水称为微蚀废液，这些微蚀废液中一般会含有20～30g/L的铜离子，具有较高的回收价值，如若不经处理直接外排，一方面会造成资源的浪费，另一方面铜金属排放后渗入至土壤及水源之中，会对我们赖以生存的自然环境及自身的健康造成严重的污染和危害。近年来，随着人们环保意识的增强，国家环保部门对线路板的外排水的要求越来越严格，铜含量从1mg/L 逐步要求降低到0.5mg/L，因此，微蚀废液中的高含量铜离子对PCB厂的污水处理运营造成很大的压力。

对于使用双氧水-硫酸体系微蚀液处理PCB后得到的微蚀废液，目前主要通过电解—补加双氧水、稳定剂及润浸剂—循环使用的处理工艺，使废液中的铜以金属铜的形式回收，硫酸得到循环利用；而过硫酸盐-硫酸系列的微蚀废液，由于在微蚀过程中，过硫酸盐参与反应变成硫酸盐而不断减少，且过硫酸盐在电解的时候会放电，无法通过电解的处理方式得以循环使用，故目前PCB行业自行处理时主要采用稀释-中和沉淀-产出铜泥的方法处理。但是，此种处理方法存在着处理成本较高、产量低等缺点，并且处理后只能得到附加值低的氧化铜泥，资源利用度极低。

发明内容

针对PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液现有的处理方法存在的处理成本较高、资源利用度低等不足，本发明的目的在于提供一种处理成本低、资源利用度高的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的处理方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的资源回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

     （1）微蚀废液预处理：通过向微蚀废液中加入中和剂将其pH值调节到0.5～2.5，去除不溶物，得到清液；

     （2）向反应釜中加入少量蒸馏水或者步骤（1）得到的清液作为底液，待反应温度升至35～90℃时，开启搅拌装置，并将步骤（1）得到的清液与碱液对加到反应釜中反应，料液对加过程中控制pH值为3～6，所述碱液为碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种或两者的混合液；

     （3）料液对加完毕后，控制反应温度和pH值不变，继续反应10～60min，得到反应产物；

     （4）步骤（3）得到的反应产物经过滤、水洗、烘干、过筛后制得碱式硫酸铜产品。

料液对加过程中pH值控制在3～6是因为，pH值过低不利于碱式硫酸铜的生成，铜的回收率低；pH值过高则会有氢氧化铜或氧化铜产生，得不到合格的碱式硫酸铜产品。反应温度控制在35～90℃是因为，温度过低则产出的基本为碱式硫酸铜铜泥，温度过高则产品容易发黑，会有部分氧化铜产生。

进一步地，所述中和剂为不含氯的氧化铜泥。这里的不含氯的氧化铜泥可以市购也可以是过硫酸盐-硫酸系列的微蚀液采用中和沉淀的处理方法制备得到的产物，选择氧化铜泥作为中和剂，不仅可以预中和掉多余的硫酸，还可以增加经预处理得到的清液中的含铜浓度；此外还可以将附加值低的氧化铜泥通过后续的处理加工变成附加值高的碱式硫酸铜产品。

进一步地，所述清液中铜含量为20～60g/L。含量过低则母液太多，反应能耗增加，生产效率低下；含量过高则需要补加过多的氧化铜泥，不易实现。

进一步地，所述碱液的浓度为0.5～2.0mol/L。浓度过低则母液太多，反应能耗增加，生产效率低下；浓度太高则反应太快，pH值不易控制，且颗粒会很细小，影响产品的过滤性和流动性。

进一步地，所述过滤为压滤或离心。

进一步地，所述反应产物的烘干温度为70～120℃。

进一步地，所述资源回收方法还包括步骤（5）：向步骤（4）过滤后的滤液中加入Na₂SO₃，除去过硫酸钠，再经螯合树脂的离子柱吸附除去铜，然后用氢氧化钠调节pH至中性，最后经过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤和干燥后得到试剂级无水硫酸钠。

有益效果：

     与现有技术相比，本发明具有以下优点：

     1、与PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液现有的处理方法相比，本发明提供的处理方法以价格极为低廉的碳酸钠、碳酸氢钠作为反应原料，大大降低了处理成本，并且得到的反应产物为附加值较高的碱式硫酸铜，通过化学分析检测可知，反应得到的碱式硫酸铜产品中碱式硫酸铜含量大于98%，铁含量不高于0.05%，氯化物(以Cl计) 含量不高于0.1%，硝酸盐(以NO₃计) 含量不高于0.1%，砷含量不高于5ppm，重金属(以Pb计)含量不高于10ppm，可直接作为微量元素铜的添加剂应用于饲料领域；

     2、与碱式硫酸铜现有的制备方法相比，本发明提供的制备方法以价格极为低廉的碳酸钠、碳酸氢钠以及PCB工业废水作为反应原料，生产成本较低、安全环保、可实现资源的重复利用，另外，碳酸钠、碳酸氢钠属于中强碱，不仅腐蚀性小，而且用它们与含铜微蚀废液反应制备碱式硫酸铜，其反应过程较为缓和，可以产出粒度较大的产品，无需再添加任何铵盐或者络合剂，废水处理较为简单，且生产母液经处理后还可以回收硫酸钠。

附图说明

图1是采用本发明提供的方法得到的产品的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

     （1）向收集到的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液（含铜20.36g/L，过硫酸钠26.69g/L，酸度(以H⁺计)约1.05g/L）中加入不含氯的氧化铜泥，调节pH值为0.5，去除不溶物，得到清液；

     （2）用工业级碳酸钠配制成2 mol/L的溶液；

     （3）向反应釜中加入少量蒸馏水，并开启搅拌装置，同时将温度升高至40℃，然后再将步骤（1）得到的清液和步骤（2）得到的碳酸钠溶液同时对加到反应釜中，控制pH值在5.0，搅拌速度为200r/min；

     （4）料液对加完成后维持pH值、反应温度和搅拌速度不变，继续反应10min，得到反应产物；

     （5）步骤（4）得到的反应产物经离心、洗涤、100℃下烘干、粉碎过60目筛，最后得到成品。

通过XRD检测方法检测成品的晶体组成及结构，产品的XRD图谱与碱式硫酸铜的标准图谱一致，可以确定成品为碱式硫酸铜；同时化学分析检测成品得：铜的沉淀率92.24%，碱式硫酸铜含量为98.2%，铁、砷及重金属等杂质含量均达标。

实施例2          

     （1）向收集到的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液（含铜20.36g/L，过硫酸钠26.69g/L，酸度(以H⁺计)约1.05g/L）中加入碳酸钠，调节pH值为1.0，去除不溶物，得到清液；

     （2）用试剂级碳酸氢钠配制成1.0mol/L的溶液；

     （3）向反应釜中加入少量步骤（1）得到的清液，并开启搅拌装置，同时将温度升高至90℃，然后再将步骤（1）得到的清液和步骤（2）得到的碳酸氢钠溶液同时对加到反应釜中，控制pH在3.5，搅拌速度为150r/min；

     （4）料液对加完成后维持pH值、反应温度和搅拌速度不变，继续反应30min，得到反应产物；

     （5）步骤（4）得到的反应产物经压滤、洗涤、70℃下烘干，粉碎过60目筛，最后得到成品。

通过XRD检测方法检测成品的晶体组成及结构，产品的XRD图谱与碱式硫酸铜的标准图谱一致，可以确定成品为碱式硫酸铜。同时化学分析检测成品得：铜的沉淀率95.82%，碱式硫酸铜含量为98.5%，铁、砷及重金属等杂质含量均达标。

实施例3

     （1）向收集到的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液（含铜20.36g/L，过硫酸钠26.69g/L，酸度(以H⁺计)约1.05g/L）中加入不含氯的氧化铜泥，调节pH值为0.5，去除不溶物，得到清液；

     （2）用工业级碳酸钠配制成0.5 mol/L的溶液；

     （3）向反应釜中加入少量蒸馏水，并开启搅拌装置，同时将温度升高至35℃，然后再将步骤（1）得到的清液和步骤（2）得到的碳酸钠溶液同时对加到反应釜中，控制pH值在6.0，搅拌速度为200r/min；

     （4）料液对加完成后维持pH值、反应温度和搅拌速度不变，继续反应50min，得到反应产物；

     （5）步骤（4）得到的反应产物经离心、洗涤、105℃下烘干、粉碎过60目筛，最后得到成品。

通过XRD检测方法检测成品的晶体组成及结构，产品的XRD图谱与碱式硫酸铜的标准图谱一致，可以确定成品为碱式硫酸铜；同时化学分析检测成品得：铜的沉淀率95.24%，碱式硫酸铜含量为98.05%，铁、砷及重金属等杂质含量均达标。

实施例4

     （1）向收集到的PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液（含铜20.36g/L，过硫酸钠26.69g/L，酸度(以H⁺计)约1.05g/L）中加入碳酸氢钠，调节pH值为1.5，去除不溶物，得到清液；

     （2）碳酸钠和碳酸氢钠任意比例混合配制成1.5mol/L的混合溶液；

     （3）向反应釜中加入少量蒸馏水，并开启搅拌装置，同时将温度升高至80℃，然后再将步骤（1）得到的清液和步骤（2）得到的混合溶液同时对加到反应釜中，控制pH在3.0，搅拌速度为100r/min；

     （4）料液对加完成后维持pH值、反应温度和搅拌速度不变，继续反应20min，得到反应产物；

     （5）步骤（4）得到的反应产物经过滤、洗涤、120℃下烘干，粉碎过60目筛，最后得到成品。

通过XRD检测方法检测成品的晶体组成及结构，产品的XRD图谱与碱式硫酸铜的标准图谱一致，可以确定成品为碱式硫酸铜。同时化学分析检测成品得：铜的沉淀率92.54%，碱式硫酸铜含量为98.6%，铁、砷及重金属等杂质含量均达标。

（6）分析步骤（5）过滤后的滤液中的过硫酸钠的含量，按照理论值的1.05倍加入Na₂SO₃固体搅拌溶解，室温下还原除去过硫酸钠，待反应完全后，再将其过装有D403螯合树脂的离子柱··，吸附除去铜，控制出液铜离子浓度小于0.05ppm，然后用氢氧化钠调节pH至中性，过滤，再经蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤和干燥后得到符合GB/T9853-2008标准的试剂级无水硫酸钠。

对比实施例1

     采用与实施例1 相同的工艺，区别在于步骤（3）中，所述反应温度为25℃，得到的基本上是碱式硫酸铜铜泥。

对比实施例2

     采用与实施例3 相同的工艺，区别在于步骤（3）中，所述反应温度为100℃，得到的产品偏灰色，硫含量不足，碱式硫酸铜含量低于98%。

Claims (4)

1.PCB过硫酸钠-硫酸体系含铜微蚀废液的资源回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

    （1）微蚀废液预处理：通过向微蚀废液中加入中和剂将其pH值调节到0.5～2.5，去除不溶物，得到清液；

    （2）向反应釜中加入少量蒸馏水或者步骤（1）得到的清液作为底液，待反应温度升至35～90℃时，开启搅拌装置，并将步骤（1）得到的清液与碱液对加到反应釜中反应，料液对加过程中控制pH值为3～6，所述碱液为碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种或两者的混合液；

    （3）料液对加完毕后，控制反应温度和pH值不变，继续反应10～60min，得到反应产物；

    （4）步骤（3）得到的反应产物经过滤、水洗、烘干、过筛后制得碱式硫酸铜产品；

所述中和剂为不含氯的氧化铜泥，所述清液中铜含量为20～60g/L，所述碱液的浓度为0.5～2.0mol/L。

2.根据权利要求1所述的资源回收方法，其特征在于：所述过滤为压滤或离心。

3.根据权利要求1所述的资源回收方法，其特征在于：所述反应产物的烘干温度为70～120℃。

4.根据权利要求1所述的资源回收方法，其特征在于，还包括步骤（5）：向步骤（4）过滤后的滤液中加入Na₂SO₃，除去过硫酸钠，再经螯合树脂的离子柱吸附除去铜，然后用氢氧化钠调节pH至中性，最后经过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤和干燥后得到试剂级无水硫酸钠。