CN104911596A - 一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法，该装置包括：包括废液储存槽、中转缸、隔膜电解槽、再生液储存槽以及溶解液吸收缸，其中，所述中转缸包括第一缸体及第二缸体，所述隔膜电解槽通过隔膜分为阳极室及阴极室。该发明的有益效果为：通过设置中转缸，并在中转缸与阴极室之间设置了强制循环系统，提高了电解槽的电解效率，无损分离出废蚀刻液中的铜，在阴极板上生产高纯度的铜板；废蚀刻液经本蚀刻液再生循环系统装置处理后进行循环使用，印制线路板蚀刻过程中无需再购买新的蚀刻液，节省了线路板生产企业的购买蚀刻液的生产成本；解决了蚀刻废液对环境造成的污染问题，产生的气体可达标排放；实现经济利益及环境效益的最大化。

Description

一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法

技术领域

本发明涉及蚀刻废液处理领域，尤其涉及一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法。

背景技术

作为电子工业、信息产业和家电行业的基础，近20年来重污染行业之一的印制电路板行业纷纷向中国转移，使得中国的PCB(印制电路板)行业近年一直保持10一12％的年增长速度，目前有多种规模的PCB企业5000多家，年产量达到1.2亿平方米。蚀刻是PCB生产中耗药水量较大的工序，也是产生废液和废水最大的工序，一般而言，每生产一平方米正常厚度(18μm)的双面板消耗蚀刻液约为2～3升，并产出废蚀刻液2～3升，产出的废液中铜含量在140g/L以上，现在PCB企业对此废液大多采用中和处理，既浪费了原材料，又对废液中有用的铜极其廉价的处理了，同时对环境也造成了较大的危害。

现有技术中，较为普遍的蚀刻废液处理办法有：

1、化学中和法

该技术的基本原理是将印制线路板碱性蚀刻废液与酸性氯化铜蚀刻废液进行中和沉淀，生成的碱式氯化铜沉淀用于生产工业级硫酸铜；沉淀压滤母液用于生产碱性蚀刻液；其余废水经金属铝屑置换去除铜离子，进行蒸发浓缩生产混合铵盐。另将三氯化铁蚀刻废液投铁提铜后通入氯气并蒸发浓缩，生成三氯化铁回用于线路板蚀刻。

该方法的缺点有以下三点：

1)普遍采取分散运输、集中处理的方式，在运输过程中存在跑、冒、滴、漏的现象。据统计，运输损失达3％～5％，对环境造成了污染；

2)均需要向废液里加入化学品，从而破坏了废液成分，无法循环使用；

3)铜回收效率低，产品价值低，处理成本高，产生废水处理成本高。

2、萃取-电解法

该技术的基本原理是失效蚀刻液经过滤去除杂物后，直接进入萃取系统用有机萃取剂萃取提铜(铜与蚀刻液分离，进入有机层)，分离后的萃取液经硫酸反萃处理后，提取反萃取液中的铜(反萃液送到电解槽中用连续电解沉积工艺生产紫铜板)。萃取后的残液(蚀刻液)经调整pH及添加蚀刻盐后再生成新的蚀刻溶液，返回蚀刻槽中循环使用。

该方法在萃取时需要用氨水调节PH值才可萃取，破坏了酸性蚀刻液的组成，而酸性萃取剂萃取能力非常差，铜离子降低慢，蚀刻液中容易夹带萃取剂，萃取后的酸性蚀刻废液需要补充大氧化剂以提高氧化还原电位，在调节PH值过程及补充氧化剂时药水会增量较大，即存在药水增量较大及无法回收氧化剂等问题。

3、离子膜(或隔膜)电解再生法

酸性蚀刻再生采用″离子膜电解铜″工艺。该工艺是用离子膜(或隔膜)将电解槽的阳极区和阴极区分隔成两个独立的区域；阳极区为废蚀刻液再生区，它将降铜后的废蚀刻液中的一价铜离子通过电化学反应生成二价铜离子，使废蚀刻液获得再生；阴极区为铜回收区，通过离子隔膜有选择性的使溶液中的离子定向迁移，让溶液中的铜离子得到电子还原成金属铜。

该方法在电解再生的工程中能耗大，离子膜(隔膜)的成本高且宜破损，产生的氯气不能回收彻底，既造成资源的浪费又污染环境，甚至导致严重的安全事故。阳极板使用寿命短，消耗成本大，从阴极板上产出的铜板品相差及纯度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对背景技术中三种蚀刻废液处理方法中存在的问题，提供一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造一种蚀刻液循环再生及提铜装置，包括废液储存槽、中转缸、隔膜电解槽、再生液储存槽以及溶解液吸收缸，其中，所述中转缸包括第一缸体及第二缸体，所述隔膜电解槽通过隔膜分为阳极室及阴极室；

所述废液储存槽分别连通至生产线蚀刻缸及所述第二缸体；

所述隔膜电解槽的阴极室与所述第二缸体连通并循环；所述阳极室分别连通至所述第一缸体及所述溶解液吸收缸；

所述再生液储存槽分别连通至所述生产线蚀刻缸及所述第一缸体；

所述溶解液吸收缸连通至所述生产线蚀刻缸。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，还包括第一循环泵组，所述第一循环泵组连接于所述第二缸体及所述阴极室之间，从而调节流通于所述第二缸体及所述阴极室中的蚀刻废液的电解质浓度。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，所述第一循环泵组包括第一循环泵及第二循环泵，所述阴极室开设有第一蚀刻液入口及第一蚀刻液出口，所述第二缸体开设有第二蚀刻液入口及第二蚀刻液出口，所述第一蚀刻液入口通过第一循环泵连通至所述第二蚀刻液出口，所述第二蚀刻液入口通过第二循环泵连通至所述第一蚀刻液出口。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，还包括第二循环泵组，所述第二循环泵组连接于所述生产线蚀刻缸及所述溶解液吸收缸之间。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，还包括提升泵，所述提升泵连接于所述再生液储存槽及所述第一缸体之间。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，所述阳极室为用于防止所述氯气泄漏的密闭结构。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜装置中，还包括第一氯气吸收器、第二氯气吸收器、漂白水制备槽以及废气处理塔；

所述第一氯气吸收器连接于所述阳极室及所述溶解液吸收缸之间以使所述阳极室产生负压；

所述第二氯气吸收器连接于所述溶解液吸收缸及所述漂白水制备槽之间；

所述废气处理塔分别连通于所述阴极区、所述溶解液吸收缸以及所述漂白水制备槽。

另一方面，提出一种蚀刻液循环再生及提铜方法，该方法采用上述蚀刻液循环再生装置，包括：

生产线蚀刻缸中的蚀刻废液流入至废液储存槽及溶解液吸收缸；

所述废液储存槽对所述蚀刻废液进行均质均量调节，并使其流入至第二缸体；

使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体与阴极室之间；

所述阴极室电解所述蚀刻废液以分离单质铜，并使电解后的所述蚀刻废液流入阳极室；

所述阳极室电解所述蚀刻废液以生成氯气及再生液，并将所述氯气流通至所述溶解液吸收缸，将所述再生液流入至第一缸体；

将所述溶解液吸收缸中的蚀刻废液与所述氯气反应以吸收所述氯气；

所述第一缸体将所述再生液流入至再生液储存槽，并依据预设的蚀刻液控制参数将所述再生液回流至所述生产线蚀刻缸中。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜方法中，在使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体与阴极室之间的步骤中，通过循环泵组使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体与阴极室之间，从而调节流通于所述第二缸体及所述阴极室中的蚀刻废液的电解质浓度。

在本发明所述的蚀刻液循环再生及提铜方法中，还包括：

通过第一氯气吸收器吸收所述阳极室中的氯气以使其产生负压，从而将所述氯气流通至所述溶解液吸收缸；

通过第二氯气吸收器吸收所述溶解液吸收缸中的氯气至漂白水制备槽中；

所述漂白水制备槽吸收所述氯气以生成漂白水；

废气处理塔分别连通于所述阴极区、所述溶解液吸收缸及所述漂白水制备槽以分别吸收其中的氯气。

上述公开的一种蚀刻液循环再生及提铜装置及方法具有以下有益效果：通过设置中转缸，并在中转缸与阴极室之间设置了强制循环系统，提高了电解槽的电解效率，无损分离出废蚀刻液中的铜，在阴极板上生产高纯度的铜板。废蚀刻液经本蚀刻液再生循环系统装置处理后进行循环使用，印制线路板蚀刻过程中无需再购买新的蚀刻液，节省了线路板生产企业的购买蚀刻液的生产成本。解决了蚀刻废液对环境造成的污染问题，产生的气体可达标排放。实现经济利益及环境效益的最大化。此外，通过循环泵组调节电解槽中的电解质浓度，提高了电极板的使用寿命，大大降低了蚀刻液再生循环系统的运行成本。而且，设置漂白水制备槽及设置氯气吸收器使阳极室内保持负压状态解决了以往蚀刻液在线循环回收系统存在的氯气外泄问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种蚀刻液循环再生及提铜装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种蚀刻液循环再生及提铜装置100，在废液储存槽2与隔膜电解槽4之间设置中转缸3，并在中转缸3与阴极室41之间中配置强制循环系统，保证电解槽中的电解液浓度，保障电解在最佳浓度范围内进行电解，大大提高电解效能，保证电极板电解铜板的纯度及提高电极板的使用寿命；阳极室42采用封闭设计，保证电解过程中产生的氯气会泄露，解决以往电解系统的氯气泄露问题；设置氯气吸收器，吸收来自阳极室42内的氯气，使阳极室42内产生负压，同时使氯气与溶解液吸收缸6内的氯气与蚀刻液充分反应，提高ORP值(Oxidation-Reduction Potential，氧化还原电位)；设置漂白水制备槽12，吸收来自溶解液吸收缸6内多余的氯气，并通过碱液与氯气反应生成漂白水，处理系统产生的多余氯气，既将氯气进一步回收利用生产成有经济价值的漂白水，也保证了氯气的不泄露外排。总之，本装置致力于酸性蚀刻液循环再生与铜回收，其全天候为PCB企业的蚀刻工序提供再生蚀刻液，使再生后的蚀刻液完全符合生产要求，确保蚀刻品质。同时蚀刻液循环再生设备从失效的蚀刻液中提炼出高纯度的电解铜板，纯度达到99.95％以上，废液中的铜回收率达99.99％以上，给企业带来良好的经济效益。并使PCB蚀刻工序成为清洁生产工序。蚀刻废液经该系统处理后达到“零”排放，零污染，保护环境。同时，本发明装置将蚀刻废液进行在线处理，在蚀刻废液中利用离心电积装置提取废液中的铜，在电极板上形成高纯度的铜板，同时蚀刻液经再生用进行循环使用，既取得良好的经济效益，又能解决蚀刻废液污染环境问题。

参见图1，图1为本发明提供的一种蚀刻液循环再生及提铜装置100的结构示意图，该蚀刻液循环再生及提铜装置100包括废液储存槽2、中转缸3、隔膜电解槽4、再生液储存槽5、溶解液吸收缸6、第一循环泵组7、第二循环泵组8、提升泵9、第一氯气吸收器10、第二氯气吸收器11、漂白水制备槽12以及废气处理塔13，其中，中转缸3包括第一缸体31及第二缸体32，隔膜电解槽4通过隔膜分为阳极室42及阴极室41，第一循环泵组7包括第一循环泵71及第二循环泵72。

废液储存槽2分别连通至生产线蚀刻缸1及第二缸体32；生产线蚀刻缸1中的蚀刻废液通过溢流口溢流到废液储存桶，蚀刻废液在储存桶中进行废液量及均质调节，保障电解过程中的电解液均质均量，蚀刻废液通过阀门调节流量进入到中转缸3的第二缸体32中。

隔膜电解槽4的阴极室41与第二缸体32连通并循环；阳极室42分别连通至第一缸体31及溶解液吸收缸6；第一循环泵组7连接于第二缸体32及阴极室41之间，从而调节流通于第二缸体32及阴极室41中的蚀刻废液的电解质浓度。第一循环泵组7将第二缸体32中的蚀刻废液泵至隔膜电解槽4的阴极室41内，蚀刻废液在阴极室41内进行电解反应，铜离子在电解的作用下失去电子变成单质铜不断吸附在阴极板上生产铜板。电解后的蚀刻废液一部分进入到阳极室42中，另一部分回流至中转缸3的第二缸体32中。回流到第二缸体32的废蚀刻液与废液储存槽2中进入到第二缸体32中的废液进行混合调节后再次进入到阴极室41内，废液在第二缸体32及阴极室41内进行强制循环以保证电解质的浓度在最佳的电解效能范围内，如此，保证了电解质浓度处于一较佳范围内，可提高电极板的使用寿命，电极板的使用寿命一般在2年以上，比以往电极板的使用寿命一般在一年左右必须更换提高了一倍以上。大大降低了蚀刻液再生循环系统的运行成本，运行成本比当前其它离子膜电解再生系统降低了30％以上。

具体地，阴极室41开设有第一蚀刻液入口及第一蚀刻液出口，第二缸体32开设有第二蚀刻液入口及第二蚀刻液出口，第一蚀刻液入口通过第一循环泵71连通至第二蚀刻液出口，第二蚀刻液入口通过第二循环泵72连通至第一蚀刻液出口。本装置在废液储存槽2与隔膜电解槽4之间设置了中转缸3，并在中转缸3与阴极室41之间设置了强制循环系统，提高了电解槽的电解效率，无损分离出废蚀刻液中的铜，在阴极板上生产高纯度的铜板，铜板的含铜量一般为99.9％以上，回收铜的经济价值比传统化学法提高了30％以上。

溶解液吸收缸6连通至生产线蚀刻缸1，第一氯气吸收器10连接于阳极室42及溶解液吸收缸6之间以使阳极室42产生负压，阳极室42为用于防止氯气泄漏的密闭结构。即蚀刻废液经阴极室41电解后在阳极室42内进一步发生电解反应，氯离子得到电子生成氯气。氯气在吸收器的作用下进入到溶解液吸收缸6中，溶解液吸收缸6与蚀刻生产线相连通，蚀刻液进入到溶解液吸收缸6内与氯气发生氧化还原反应，蚀刻液中的Cu+被氧化成Cu2+，蚀刻液的蚀刻活性得到提高，同时氯气被还原成Cl^-，大部分氯气在溶解液吸收缸6内进行还原吸纳。如此，阳极室42采用封闭设计，保证电解过程中产生的氯气不会泄露，解决以往电解系统的氯气泄露问题。设置氯气吸收器，吸收来自阳极室42内的氯气，使阳极室42内产生负压，同时使氯气与溶解液吸收缸6内的一价铜离子充分反应，提高ORP值。

再生液储存槽5分别连通至生产线蚀刻缸1及第一缸体31，第二循环泵组8连接于生产线蚀刻缸1及溶解液吸收缸6之间，提升泵9连接于再生液储存槽5及第一缸体31之间。经阳极室42电解后的蚀刻废液生成再生液进入到中转缸3的第一缸体31中，再通过提升泵9至再生液储存桶中，根据蚀刻生产线的蚀刻液控制参数自动添加到蚀刻生产线上进行使用。

第二氯气吸收器11连接于溶解液吸收缸6及漂白水制备槽12之间；部分未在溶解液吸收缸6内吸纳的氯气再通过漂白水制备槽12内进一步消化吸收生产漂白水，氯气被完全吸收不会排放到环境中。设置漂白水制备槽12，吸收来自溶解液吸收缸6内多余的氯气，并通过碱液与氯气反应生成漂白水，处理系统产生的多余氯气，既将氯气进一步回收利用生产成有经济价值的漂白水，也保证了氯气的不泄露外排。

废气处理塔13分别连通于阴极区、溶解液吸收缸6以及漂白水制备槽12。本系统配置废气处理塔13装置，废气处理塔13分别和电解槽的阴极室41、溶解液吸收缸6顶部及漂白水制备槽12的顶部相连通。收集处理来自以上处理设备的氯化氢及氯气等废气。

另一方面，上述一种蚀刻液循环再生及提铜装置100对应的工作流程包括：

生产线蚀刻缸1中的蚀刻废液流入至废液储存槽2及溶解液吸收缸6；

废液储存槽2对蚀刻废液进行均质均量调节，并使其流入至第二缸体32；

通过循环泵组使蚀刻废液循环流通于第二缸体32与阴极室41之间，从而调节流通于第二缸体32及阴极室41中的蚀刻废液的电解质浓度。

阴极室41电解蚀刻废液以分离单质铜，并使电解后的蚀刻废液流入阳极室42；

阳极室42电解蚀刻废液以生成氯气及再生液，并将氯气流通至溶解液吸收缸6，将再生液流入至第一缸体31；

将溶解液吸收缸6中的蚀刻废液与氯气反应以吸收氯气；

第一缸体31将再生液流入至再生液储存槽5，并依据预设的蚀刻液控制参数将再生液回流至生产线蚀刻缸1中；

通过第一氯气吸收器10吸收阳极室42中的氯气以使其产生负压，从而将氯气流通至溶解液吸收缸6；

通过第二氯气吸收器11吸收溶解液吸收缸6中的氯气至漂白水制备槽12中；

漂白水制备槽12吸收氯气以生成漂白水；

废气处理塔13分别连通于阴极区、溶解液吸收缸6及漂白水制备槽12以分别吸收其中的氯气。

总之，本装置中，废液储存槽2进口与生产线蚀刻缸1溢流口通过管道连通，废液储存槽2出口与中转缸的第二缸体32进口通过管道连通，中转缸的第二缸体32与电解槽阴极室41相连通，并通过第一循环泵组7进行强制循环；电解槽的阳极室42与中转缸3的第一缸体31相连通，中转缸3的第一缸体与再生液储存桶相连通，通过提升泵9将第一缸体31内的再生液循环到再生液储存桶中进行储备使用。再生液储存槽5与蚀刻生产线蚀刻缸1相连通。阴极室41顶部的排气口与第一氯气吸收器10进口连接，第一氯气吸收器10的出口与溶解液吸收缸6相连接，溶解液吸收缸6的顶部排气口与漂白水制备槽12相连通。溶解液吸收缸6与生产线蚀刻缸1相连通，并通过第二循环泵组8进行强制循环。阴极室41的顶部排气口、漂白水制备槽12顶部排气口与废气处理塔13相连通。整个系统可通过仪表对相关参数进行监控，实行全自动运行。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，包括废液储存槽(2)、中转缸(3)、隔膜电解槽(4)、再生液储存槽(5)以及溶解液吸收缸(6)，其中，所述中转缸(3)包括第一缸体(31)及第二缸体(32)，所述隔膜电解槽(4)通过隔膜分为阳极室(42)及阴极室(41)；

所述废液储存槽(2)分别连通至生产线蚀刻缸(1)及所述第二缸体(32)；

所述隔膜电解槽(4)的阴极室(41)与所述第二缸体(32)连通并循环；所述阳极室(42)分别连通至所述第一缸体(31)及所述溶解液吸收缸(6)；

所述再生液储存槽(5)分别连通至所述生产线蚀刻缸(1)及所述第一缸体(31)；

所述溶解液吸收缸(6)连通至所述生产线蚀刻缸(1)。

2.根据权利要求1所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，还包括第一循环泵组(7)，所述第一循环泵组(7)连接于所述第二缸体(32)及所述阴极室(41)之间，从而调节流通于所述第二缸体(32)及所述阴极室(41)中的蚀刻废液的电解质浓度。

3.根据权利要求2所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，所述第一循环泵组(7)包括第一循环泵(71)及第二循环泵(72)，所述阴极室(41)开设有第一蚀刻液入口及第一蚀刻液出口，所述第二缸体(32)开设有第二蚀刻液入口及第二蚀刻液出口，所述第一蚀刻液入口通过第一循环泵(71)连通至所述第二蚀刻液出口，所述第二蚀刻液入口通过第二循环泵(72)连通至所述第一蚀刻液出口。

4.根据权利要求1或2所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，还包括第二循环泵组(8)，所述第二循环泵组(8)连接于所述生产线蚀刻缸(1)及所述溶解液吸收缸(6)之间。

5.根据权利要求1所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，还包括提升泵(9)，所述提升泵(9)连接于所述再生液储存槽(5)及所述第一缸体(31)之间。

6.根据权利要求1所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，所述阳极室(42)为用于防止所述氯气泄漏的密闭结构。

7.根据权利要求6所述的蚀刻液循环再生及提铜装置，其特征在于，还包括第一氯气吸收器(10)、第二氯气吸收器(11)、漂白水制备槽(12)以及废气处理塔(13)；

所述第一氯气吸收器(10)连接于所述阳极室(42)及所述溶解液吸收缸(6)之间以使所述阳极室(42)产生负压；

所述第二氯气吸收器(11)连接于所述溶解液吸收缸(6)及所述漂白水制备槽(12)之间；

所述废气处理塔(13)分别连通于所述阴极区、所述溶解液吸收缸(6)以及所述漂白水制备槽(12)。

8.一种蚀刻液循环再生及提铜方法，采用如权利要求1所述的蚀刻液循环再生装置，其特征在于，包括：

生产线蚀刻缸(1)中的蚀刻废液流入至废液储存槽(2)及溶解液吸收缸(6)；

所述废液储存槽(2)对所述蚀刻废液进行均质均量调节，并使其流入至第二缸体(32)；

使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体(32)与阴极室(41)之间；

所述阴极室(41)电解所述蚀刻废液以分离单质铜，并使电解后的所述蚀刻废液流入阳极室(42)；

所述阳极室(42)电解所述蚀刻废液以生成氯气及再生液，并将所述氯气流通至所述溶解液吸收缸(6)，将所述再生液流入至第一缸体(31)；

将所述溶解液吸收缸(6)中的蚀刻废液与所述氯气反应以吸收所述氯气；

所述第一缸体(31)将所述再生液流入至再生液储存槽(5)，并依据预设的蚀刻液控制参数将所述再生液回流至所述生产线蚀刻缸(1)中。

9.根据权利要求8所述的蚀刻液循环再生及提铜方法，其特征在于，在使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体(32)与阴极室(41)之间的步骤中，通过循环泵组使所述蚀刻废液循环流通于所述第二缸体(32)与阴极室(41)之间，从而调节流通于所述第二缸体(32)及所述阴极室(41)中的蚀刻废液的电解质浓度。

10.根据权利要求8所述的蚀刻液循环再生及提铜方法，其特征在于，还包括：

通过第一氯气吸收器(10)吸收所述阳极室(42)中的氯气以使其产生负压，从而将所述氯气流通至所述溶解液吸收缸(6)；

通过第二氯气吸收器(11)吸收所述溶解液吸收缸(6)中的氯气至漂白水制备槽(12)中；

所述漂白水制备槽(12)吸收所述氯气以生成漂白水；

废气处理塔(13)分别连通于所述阴极区、所述溶解液吸收缸(6)及所述漂白水制备槽(12)以分别吸收其中的氯气。