CN103952704A - 使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统及方法，该系统包括pH调节池、离心分离机、氢氧化铜清洗池、破碎机及硫酸铜溶液的调制池等；该方法包括：将酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液在pH调节池中均匀混合，同时加入碱液至混合溶液的pH值为8～10，并搅拌均匀，待反应结束后，采用离心分离机过滤及清洗，得到氢氧化铜沉淀物；采用板框压滤机将氢氧化铜沉淀物中的水分压滤出来，得到氢氧化铜块料；采用破碎机将氢氧化铜块料破碎成粒度小于1mm的氢氧化铜粉状颗粒；在硫酸铜调制池中采用硫酸溶解氢氧化铜粉料，得到硫酸铜溶液。本发明能将蚀刻废液中的铜离子进行有效回收，并实现废液中氯化铵高效回用及废液零排放，具有环保和经济效益。

Description

使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种制备硫酸铜溶液的方法，具体涉及一种使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统和方法。

【背景技术】

印制电路板（Printed circuit board，简称PCB）是电子信息产业的基础，主要用于电子元器件之间的相互连接，提供了线路、电阻、电容和半导体集成芯片等元件的焊接部位，是一种重要的电子部件。近年来，我国电子工业迅速发展，作为电子工业的基础，PCB产业正以每年14.4%的速度持续增长，2006年中国已经取代日本，成为全球产值最大的PCB生产基地。但是，在PCB生产过程中会产生含高浓度铜的蚀刻废液包括酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液。

蚀刻废液的水质特点及产量包括以下几个方面：（1）成分复杂。蚀刻废液中的主要成份是重金属铜，也包含其他无机物，如氨、盐酸、双氧水等，这些成分组成在一起，污染指数极高，属于危险性液体废物，会严重污染环境，长期以来被人们当做重污染行业来对待。（2）水量大。目前我国平均日产蚀刻废液在1400吨以上。（3）回收价值高。蚀刻废液中存在大量重金属铜，基材覆铜板中50%～60%以上的铜要被蚀刻变成废的蚀刻液，所以其资源回收和再生利用的潜力巨大，PCB行业每年消耗精铜10万吨以上，产出的蚀刻废液中总铜含量在5万吨以上。

由于蚀刻废液成分复杂，污染系数高，是一种危险废弃物，如不能得到有效处理，将会对环境造成严重危害。因此，研究一种能将蚀刻废液中的铜离子进行有效回收，并实现废液中氯化铵高效回用，实现废液零排放，具有重要的环保和经济效益。

目前，含铜蚀刻废液的处理方法通常为加碱制备为氢氧化铜，或制备为五水硫酸铜晶体。制备氢氧化铜通常需要烘干工艺脱除产物中的水分，但是烘干工艺的温度控制十分重要，当温度过高时，常常会导致产物中出现氧化铜杂质。而制备五水硫酸铜晶体则需要采用复杂的结晶工艺和干燥工艺。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统和方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，包括碱液储池、碱性蚀刻废液储池、酸性蚀刻废液储池、pH调节池、离心分离机、氢氧化铜储池、氢氧化铜清洗池、板框压滤机、破碎机和硫酸铜溶液的调制池；其中，

碱液储池的出口连接pH调节池的第一入口，碱性蚀刻废液储池的出口连接pH调节池的第二入口，酸性蚀刻废液储池的出口连接pH调节池的第三入口，pH调节池的出口连接离心分离机的入口，离心分离机的固相出口连接氢氧化铜储池的入口，氢氧化铜储池的出口连接氢氧化铜清洗池的入口，氢氧化铜清洗池的出口分为两股，一股与pH调节池的出口合并后与离心分离机的入口相连，一股与板框压滤机相连，板框压滤机与破碎机相连，破碎机与硫酸铜溶液的调制池相连。

本发明进一步改进在于，还包括滤液储池，其中，离心分离机的液相出口与板框压滤机的液相出口合并后连接滤液储池的入口。

本发明进一步改进在于，硫酸铜溶液的调制池内设有加热盘管，加热盘管设有加热水进出口，均设置在硫酸铜溶液的调制池外。

本发明进一步改进在于，还包括氢氧化铜粉料储池和给料机，其中，破碎机与氢氧化铜粉料储池相连，氢氧化铜粉料储池与给料机相连，给料机与硫酸铜溶液的调制池相连。

本发明的另一个目的，使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，包括以下步骤：

1）将酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液在pH调节池中均匀混合，同时加入碱液至混合溶液的pH值为8～10，并搅拌均匀，待反应结束后，采用离心分离机过滤及清洗，得到氢氧化铜沉淀物；

2）采用板框压滤机将氢氧化铜沉淀物中的水分压滤出来，得到氢氧化铜块料；

3）采用破碎机将氢氧化铜块料破碎成粒度小于1mm的氢氧化铜粉状颗粒；

4）在硫酸铜调制池中采用硫酸溶解氢氧化铜粉料，得到硫酸铜溶液。

本发明进一步改进在于，步骤1）中，碱液为NaOH溶液。

本发明进一步改进在于，步骤1）中，反应时间为30～60min。

本发明进一步改进在于，步骤1）中，采用自来水和纯水清洗反应产物各3～5次，将反应产物中的氯离子和氨离子杂质清洗并离心分离出来。

本发明进一步改进在于，采用滤液储池收集步骤1）中洗清得到的反应产物的滤液，以及步骤2）中压滤得到的氢氧化铜沉淀物的滤液。

本发明进一步改进在于，步骤4）中，在硫酸铜调制池中设有加热盘管，通过加热盘管调节硫酸的温度，实现配制不同溶解度的饱和硫酸铜溶液。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统及方法，其能将蚀刻废液中的铜离子进行有效回收，并实现废液中氯化铵高效回用，实现废液零排放，具有重要的环保和经济效益，同时，其制备的硫酸铜溶液可作为超临界水热合成反应制备纳米铜颗粒的原料。

【附图说明】

图1是本发明使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统及方法的工艺流程示意图。

图中：1、碱液储池；2、碱性蚀刻废液储池；3、酸性蚀刻废液储池；4、pH调节池；5、离心分离机；6、氢氧化铜储池；7、氢氧化铜清洗池；8、板框压滤机；9、滤液储池；10、破碎机；11、氢氧化铜粉料储池；12、给料机；13、硫酸铜溶液的调制池。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，包括碱液储池1、碱性蚀刻废液储池2、酸性蚀刻废液储池3、pH调节池4、离心分离机5、氢氧化铜储池6、氢氧化铜清洗池7、板框压滤机8、滤液储池9、破碎机10、氢氧化铜粉料储池11、给料机12和硫酸铜溶液的调制池13。

其中，碱液储池1的出口连接pH调节池4的第一入口，碱性蚀刻废液储池2的出口连接pH调节池4的第二入口，酸性蚀刻废液储池3的出口连接pH调节池4的第三入口，pH调节池4的出口连接离心分离机5的入口，离心分离机5的固相出口连接氢氧化铜储池6的入口，氢氧化铜储池6的出口连接氢氧化铜清洗池7的入口，氢氧化铜清洗池7的出口分为两股，一股与pH调节池4的出口合并后与离心分离机5的入口相连，一股与板框压滤机8相连，板框压滤机8与破碎机10相连，破碎机10与氢氧化铜粉料储池11相连，氢氧化铜粉料储池11与给料机12相连，给料机12与硫酸铜溶液的调制池13相连，且硫酸铜溶液的调制池13内设有加热盘管，加热盘管设有加热水进出口，均设置在硫酸铜溶液的调制池13外。

此外，离心分离机5的液相出口与板框压滤机8的液相出口合并后连接滤液储池9的入口。

下面以来源于某印制电路板厂的酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液为例，其主要成分如表1和表2所示。酸性蚀刻废液中含有Cu2+、H+、CuCl42-和Cl-等，其中的铜离子大多以CuCl42-的形式存在。碱性蚀刻废液中含Cu2+、NH4+、

Cu(NH3)42+和NH3等，其中的铜离子主要以铜氨络合物Cu(NH3)42+的形式存在。

表1：酸性蚀刻废液成分

表2：碱性蚀刻废液成分

本发明使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，包括以下步骤：

1）将酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液在pH调节池4中均匀混合，同时加入NaOH溶液至混合溶液的pH值为9，并搅拌均匀，反应50min后，采用离心分离机5过滤，同时采用自来水和纯水清洗反应产物各5次，将反应产物中的氯离子和氨离子杂质清洗并离心分离出来，得到氢氧化铜沉淀物；

2）采用板框压滤机8将氢氧化铜沉淀物中的水分压滤出来，得到氢氧化铜块料；

3）采用破碎机10将氢氧化铜块料破碎成粒度小于1mm的氢氧化铜粉状颗粒；

4）在硫酸铜调制池13中采用硫酸溶解氢氧化铜粉料，得到硫酸铜溶液；其中，在硫酸铜调制池13中还可以设有加热盘管，通过加热盘管调节硫酸的温度，实现配制不同溶解度的饱和硫酸铜溶液。

上述步骤1）和2）中，采用滤液储池9收集步骤1）中洗清得到的反应产物的滤液，以及步骤2）中压滤得到的氢氧化铜沉淀物的滤液；滤液储池9中收集的滤液可作为制备碱性蚀刻废液的原料，返回印制电路板生产工艺流程中回用。

为了对本发明进一步了解，现对其工作过程做一详细陈述。

参见图1，本发明使用酸性和碱性蚀刻废液为超临界水热合成反应制备纳米铜颗粒原料的系统及方法，包括：将酸性蚀刻废液储池2中的酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液储池3中碱性蚀刻废液在pH调节池4中搅拌均匀，同时将碱液储池1中的NaOH溶液加入pH调节池4中并充分搅拌，通过调节NaOH溶液添加量来控制混合溶液的pH值至8～10。pH调节池4出口连接离心分离机5的进口，离心分离机5的固相产物出口连接氢氧化铜储池6，离心分离机5的液相产物出口连接滤液储池9，滤液储池9中收集的滤液可作为制备碱性蚀刻废液的原料，返回印制电路板生产工艺流程中回用。氢氧化铜储池6连接氢氧化铜清洗池7，分别采用自来水和纯水清洗沉淀物各3～5次，将沉淀物中的氯离子和氨离子杂质清洗并离心分离出来，离心出的清洗滤液也收集于滤液储池9中。氢氧化铜清洗池7的出口分为两路，一路连接离心分离机5的入口，另一路连接板框压滤机8的入口。采用板框压滤机8将氢氧化铜沉淀物中的水分压滤出来，制备成氢氧化铜块料。板框压滤机8的出口连接破碎机10的入口，破碎机10将氢氧化铜块料破碎成粒度小于1mm的粉状颗粒，氢氧化铜粉料储存于氢氧化铜粉料储池11。氢氧化铜粉料储池11的出口连接给料机12的入口，给料机12给硫酸铜溶液的调制池13定量给料。加入硫酸在硫酸铜溶液的调制池13中，并充分搅拌溶解氢氧化铜粉料，配制硫酸铜溶液。硫酸铜溶液的调制池13的出口连接超临界水热合成反应系统。硫酸铜溶液的调制池13中设置了换热盘管，可以通过调节溶液的温度从而配制成不同溶解度的饱和硫酸铜溶液。本发明制备的硫酸铜溶液可作为超临界水热合成反应制备纳米颗粒的原料。

Claims (10)

1.使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，其特征在于，包括碱液储池（1）、碱性蚀刻废液储池（2）、酸性蚀刻废液储池（3）、pH调节池（4）、离心分离机（5）、氢氧化铜储池（6）、氢氧化铜清洗池（7）、板框压滤机（8）、破碎机（10）和硫酸铜溶液的调制池（13）；其中，

碱液储池（1）的出口连接pH调节池（4）的第一入口，碱性蚀刻废液储池（2）的出口连接pH调节池（4）的第二入口，酸性蚀刻废液储池（3）的出口连接pH调节池（4）的第三入口，pH调节池（4）的出口连接离心分离机（5）的入口，离心分离机（5）的固相出口连接氢氧化铜储池（6）的入口，氢氧化铜储池（6）的出口连接氢氧化铜清洗池（7）的入口，氢氧化铜清洗池（7）的出口分为两股，一股与pH调节池（4）的出口合并后与离心分离机（5）的入口相连，一股与板框压滤机（8）相连，板框压滤机（8）与破碎机（10）相连，破碎机（10）与硫酸铜溶液的调制池（13）相连。

2.根据权利要求1所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，其特征在于，还包括滤液储池（9），其中，离心分离机（5）的液相出口与板框压滤机（8）的液相出口合并后连接滤液储池（9）的入口。

3.根据权利要求1所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，其特征在于，硫酸铜溶液的调制池（13）内设有加热盘管，加热盘管设有加热水进出口，均设置在硫酸铜溶液的调制池（13）外。

4.根据权利要求1所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的系统，其特征在于，还包括氢氧化铜粉料储池（11）和给料机（12），其中，破碎机（10）与氢氧化铜粉料储池（11）相连，氢氧化铜粉料储池（11）与给料机（12）相连，给料机（12）与硫酸铜溶液的调制池（13）相连。

5.使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液在pH调节池（4）中均匀混合，同时加入碱液至混合溶液的pH值为8～10，并搅拌均匀，待反应结束后，采用离心分离机（5）过滤及清洗，得到氢氧化铜沉淀物；

2）采用板框压滤机（8）将氢氧化铜沉淀物中的水分压滤出来，得到氢氧化铜块料；

3）采用破碎机（10）将氢氧化铜块料破碎成粒度小于1mm的氢氧化铜粉状颗粒；

4）在硫酸铜调制池（13）中采用硫酸溶解氢氧化铜粉料，得到硫酸铜溶液。

6.根据权利要求5所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，步骤1）中，碱液为NaOH溶液。

7.根据权利要求5所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，步骤1）中，反应时间为30～60min。

8.根据权利要求5所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，步骤1）中，采用自来水和纯水清洗反应产物各3～5次，将反应产物中的氯离子和氨离子杂质清洗并离心分离出来。

9.根据权利要求5所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，采用滤液储池（9）收集步骤1）中洗清得到的反应产物的滤液，以及步骤2）中压滤得到的氢氧化铜沉淀物的滤液。

10.根据权利要求5所述的使用酸性和碱性蚀刻废液制备硫酸铜溶液的方法，其特征在于，步骤4）中，在硫酸铜调制池（13）中设有加热盘管，通过加热盘管调节硫酸的温度，实现配制不同溶解度的饱和硫酸铜溶液。