CN106086896A - 基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对以上技术问题，提供基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，包括蚀刻缸、电解槽、用于储存蚀刻缸中蚀刻液的蚀刻废液储存槽、再生蚀刻液调配槽，电解槽包括通过离子交换膜隔开形成阴极槽和阳极槽，蚀刻废液储存槽一端连通蚀刻缸，另一端连通阴极槽，再生蚀刻液槽位于阳极槽和所述蚀刻缸之间三者并相连通，还包括废气处理设备，该废气处理设备分别连通有阴极槽、阳极槽，该废气处理设备内装有具有强碱液喷液的喷淋装置，在阳极槽和阴极槽外均接通有用于控制电解槽内温度值的温度控制器，本发明有益效果在于：从酸性氯化含铜蚀刻废液中脱铜及环保再生利用，提高经济、社会效益及环境效益，设备稳定成本低，蚀刻废液在线循环利用，实现零排放。

Description

基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统

技术领域

本发明涉及线路板蚀刻应用领域，具体是指基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统。

背景技术

近20年来，中国的PCB行业一直保持10%的年增长速度，目前有多种规模的PCB企业5000多家，月产量达到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。我国PCB行业每月消耗精铜6万吨/月以上，产出的铜蚀刻废液中总铜量在5万吨/月以上，对社会尤其是PCB厂周边地区的水资源和土壤造成了严重污染。

铜是一种存在于土壤及人畜体内的重金属元素，土壤中含量一般在0.2ppm左右，过量的铜会与人畜体内的酶发生沉淀/络合反应，发生酶中毒而丧失生理功能。自然界中的铜通过水体、植物等转移至人畜体内，使人畜体内的微量元素平衡遭到破坏，导致重金属在体内的不正常积累，产生致病变性、致癌性等结果。

中国的工业废水排放标准中铜的监控指标为0.5ppm，饮用水标准为0.03ppm，欧美的相关标准则更加严厉。由于废铜蚀刻液中含铜为几十至上百克/升，且含有大量其它的有机及无机致病变性化合物，因此，国家环保总局将PCB废铜蚀刻液（废蚀铜液）定位为危险液体废物（HazardousWaste），规定就地处理，禁止越境转移。

尽管如此，当前中国大陆在处理废铜刻液方面存在的“属地经营、分散运输、集中处理”的杀鸡取卵局面己是不争的事实。仅广东省境内，处理废蚀刻液的合法不合法的厂家均采取简单的中和沉淀方法回收硫酸铜的中间产品，而排放的废水中含铜量高达数克/升，其它无机及有机物更无视其存在，即使是一些较大型的处理厂，其外排水中铜浓度也常高于1ppm，而氨氮、有机化合物更无法达标。除此之外，周边地区的政府及民众对运输废铜蚀刻液过程中产生的跑冒滴漏更是忧心忡忡。据统计，运输损失达3-5%，其危害可想而知。

蚀刻废液目前主要以末瑞治理的方法加以处理，废液产生后采取分散运输，集中后采用制取硫酸铜的工艺处理，在运输工程中存在着跑、冒、滴、漏等污染危险，其处理工艺仅将铜元素回收利用，而对 85%以上的组份如氨水、氯化氨、有机添加剂等只中和处理后排放，既造成资源浪费，又产生严重的二次污染。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提供基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统。

本发明的发明目的通过以下方案实现：

基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，包括蚀刻缸、电解槽、用于储存蚀刻缸中蚀刻液的蚀刻废液储存槽、再生蚀刻液调配槽，电解槽包括通过离子交换膜隔开形成有具有阴极板的阴极槽和具有阳极板的阳极槽，蚀刻废液储存槽一端连通蚀刻缸，另一端连通给其提供蚀刻液的阴极槽，再生蚀刻液槽位于阳极槽和所述蚀刻缸之间三者并相连通，其特征在于：还包括废气处理设备，该废气处理设备分别连通有阴极槽、阳极槽，在阳极槽边端还连接有用于把阳极槽中的氯气导入至蚀刻缸中的导流器，导流器与蚀刻缸之间具有用于连通废气处理设备的管道，该废气处理设备内装有具有强碱液喷液的喷淋装置，在阳极槽和阴极槽外均接通有用于控制电解槽内温度值的温度控制器，该温度控制器为电解槽提供冷源和热源，该温度控制器与电解槽之间还设置有温度节能循环器，温度节能循环器包括封闭式的箱体，该箱体加装有位于安装在箱体的底端处的水箱和隔板，隔板一端固定在箱体上方，其下方位于水箱上方处，箱体内腔通过隔板隔开成两个左右相通腔道，位于左腔道的箱体上端开连接有用于向电解槽提供热风的进吸风集风管以及用于连接电解槽中热风排出口的排出集风接头，位于右腔道的箱体上端开设有用于连接自然风的进风口以及用于排出从排出集风接头流入热风的排风口，排风口外连接有外排风机，外排风机风口处连接上端的废气处理设备，烘箱排出集风接头、排风口连接有一根以上散热管，散热管设置方式为穿梭在左腔道、经水箱中、再穿梭在右腔道与排风口连接，进风口至进进吸风集风管形成进风道，排出集风接头至排风口排风道形成出风道，喷淋装置包括箱体，箱体内设置有左右两排独立的两个喷淋液存储腔，两个喷淋液存储腔中端形成喷淋通道，两个喷淋液存储腔均开有用于连接外部喷淋液的进液口，喷淋液存储腔的进液口位于箱体侧壁上，每个喷淋液存储腔内设置有用于驱散经进液口进入至箱体内热风的多对液体导流块，液体导流块沿进液口方向设置在喷淋液存储腔内，相邻导流板之间的间隔形成液体流通腔，两个喷淋液存储腔外端处均加工有若干个朝向待被喷淋的喷淋嘴。

进一步地，还包括超声波线路板淤泥处理设备，该超声波线路板淤泥处理设备包括用于回收线路板的淤泥存储槽和双氧水供应设备，淤泥存储槽设置在与蚀刻废液储存槽连接，超声波线路板淤泥处理设备包括搅拌设备和超声波处理设备，超声波处理设备包括反应容器、超声波发生器、超声波换能器以及连接在换能器下方的超声波探头，超声波探头置于反应容器中，反应容器下方装有磁力搅拌器，反应容器中具有石灰供应设备。

进一步地，废气处理设备入口处加装有用于测量气体进入量的测量仪。

进一步地，喷淋嘴外端具有向两边折弯的加强筋。

进一步地，液体导流块具有不少于两片导流分散叶片，导流分散叶片均分的分布在液体导流块外周圈上。

进一步地，多对导流板设置方式为沿着出风口的流向依次平行设置，各每对导流板的开口口径大小随着与向远离方向进液口递减。

进一步地，在排出集风接头上安装有温度检测器。

本发明有益效果在于：从酸性氯化含铜蚀刻废液中脱铜及环保再生利用，提高经济、社会效益及环境效益，设备稳定成本低， 蚀刻废液在线循环利用，实现零排放。

附图说明

图1 是本发明流程框图；

图2是喷淋装置结构示意图；

图3是图2的内部结构示意图；

图4是温度节能循环器结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

参照附图1至图4所示，本发明的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，包括蚀刻缸、电解槽、用于储存蚀刻缸中蚀刻液的蚀刻废液储存槽、再生蚀刻液调配槽，电解槽包括通过离子交换膜隔开形成有具有阴极板的阴极槽和具有阳极板的阳极槽，所述阴极板为不锈钢板。所述阳极板、所述阴 极板分别和相应的电流装置连接，电流装置其为现有技术不做说明，蚀刻废液储存槽一端连通蚀刻缸，另一端连通给其提供蚀刻液的阴极槽，再生蚀刻液槽位于阳极槽和所述蚀刻缸之间三者并相连通，还包括废气处理设备，该废气处理设备分别连通有阴极槽、阳极槽，在阳极槽边端还连接有用于把阳极槽中的氯气导入至蚀刻缸中的导流器，导流器与蚀刻缸之间具有用于连通废气处理设备的管道，该废气处理设备内装有具有强碱液喷液的喷淋装置，在阳极槽和阴极槽外均接通有用于控制电解槽内温度值的温度控制器，该温度控制器为电解槽提供冷源和热源，该温度控制器与电解槽之间还设置有温度节能循环器，温度节能循环器包括封闭式的箱体1，该箱体1加装有位于安装在箱体的底端处的水箱2和隔板，隔板一端固定在箱体上方，其下方位于水箱上方处，箱体内腔通过隔板隔开成两个左右相通腔道，位于左腔道的箱体上端开连接有用于向电解槽提供热风的进吸风集风管7以及用于连接电解槽中热风排出口的排出集风接头5，排出集风接头上还具有温度检测器6，位于右腔道的箱体上端开设有用于连接自然风的进风口9以及用于排出从排出集风接头流入热风的排风口12，排风口12外连接有外排风机102，外排风机风口102处连接上端的废气处理设备，烘箱排出集风接头、排风口连接有一根以上散热管4，散热管4设置方式为穿梭在左腔道、经水箱中、再穿梭在右腔道与排风口连接，进风口至进进吸风集风管形成进风道，排出集风接头至排风口排风道形成出风道，喷淋装置包括箱体20，箱体20内设置有左右两排独立的两个喷淋液存储腔，两个喷淋液存储腔中端形成喷淋通道21，两个喷淋液存储腔均开有用于连接外部喷淋液的进液口22，喷淋液存储腔的进液口位于箱体侧壁上，每个喷淋液存储腔内设置有用于驱散经进液口进入至箱体内热风的多对液体导流块23，液体导流块沿进液口方向设置在喷淋液存储腔内，相邻导流板之间的间隔形成液体流通腔，两个喷淋液存储腔外端处均加工有若干个朝向待被喷淋的喷淋嘴。

由于目前蚀刻方式比较成熟故对过程做下列简述，在使用过程中，酸性蚀刻废液通过废水进口管进入到蚀刻缸内，蚀刻缸通过泵将酸性蚀刻废液分别送入到阴极槽和阳极槽内，阳极槽通过电解将内部的一价铜离子氧化成二价铜离子，此时的溶液即为再生子液；酸性蚀刻废液通过泵的作用下进入到阴极槽内，阴极槽内的酸性蚀刻废液电解将内部的一价铜离子和二价铜离子还原成铜单质，即电解铜。如此连续的工作即可持 续的电解铜和得到再生子液。离子交换膜的加入使得阳极槽和阴极槽之间只允许铜离子的通过，隔绝了其它的离子交换，因此，只对铜离子进行电解，对内部溶液的成分不造成破坏。

该蚀刻废液在所述阴极槽的所述阴极板上析出单质铜，具体反应式表示为 ：Cu 2+ +2e=Cu，使蚀刻废液中的铜离子浓度大为降低，然后在离子交换膜和电场作用下，迁移至所述阳极槽 中，在电解作用下，氯离子失去电子，生成氯气，反应式表示：2Cl- -2e=Cl2，由于氯气的强氧化作用，将所述阳极槽中的亚铜离子氧化为铜离子，反应式表示： Cl2+2Cu+=2Cu 2+ +2Cl- 。所述阳极槽 中，由于氧化反应，亚铜离子被氧化为铜离子，从而实现了含铜离子酸性蚀刻液的再生。一方面提高了氯气的利用率，另一方面也减少了废气的排放量，减少环境污染。对本再生系统产生的废气如氯气、氯化氢 气体进行中和处理，保证了废气的零排放，实现了环保的要求。

本发明在于通过增加了：1、废气处理设备，其内装有具有强碱液喷液的喷淋装置，该喷淋装置其喷淋的范围广，其能杜绝有氯气没有反应掉，防止有害气体外流。2、温度控制器，其主要是让蚀刻在一定温度下电解能提高电解的速率，节省成本；而其中温度节能循环器其作用是为了能让热气能循环使用，不需要在加热。

还包括超声波线路板淤泥处理设备，该超声波线路板淤泥处理设备包括用于回收线路板的淤泥存储槽和双氧水供应设备，淤泥存储槽设置在与蚀刻废液储存槽连接，超声波线路板淤泥处理设备包括搅拌设备和超声波处理设备，超声波处理设备包括反应容器、超声波发生器、超声波换能器以及连接在换能器下方的超声波探头，超声波探头置于反应容器中，反应容器下方装有磁力搅拌器，反应容器中具有石灰供应设备。

针对该设备主要反应做了实验说明：提取一定量的如50g的线路板污泥放进250mL 反应容器中中，配成含水量 90%的泥浆，在室温 25℃（低于此温度胶体生成较多）且搅拌速度为 300r/min 条件下加入 20mL30%的双氧水，充分搅拌 1h，以保证所有的 Fe2+都氧化成 Fe 3+ 。有关的反应式如下：

2Fe(OH) ₂ + H ₂ O ₂ = 2Fe(OH) ₃

处理后的含氢氧化铁的线路板污泥近中性，pH 在 7.0 左右。

然后对石灰的预处理

取3.0kg石灰放进5L容器中，加1.5L水溶解，充分搅拌30分钟。将这些石灰浆过600目的筛，去除不溶于水的残渣，用另一个5L容器收集过滤后的石灰乳，用于处理本研究中各个实验中的废弃物。

铜铁分离

第一组实验是在室温25℃，且搅拌速度为300r/min条件下往处理过的泥浆中加蚀刻废液，调节不同的pH值，分别在无超声波、100W、200W、300W功率的超声波作用下，充分搅拌30min，然后过滤并漂洗，漂洗分三次，每次用200mL，漂洗水同滤液合并，定容至1L，然后从中取1mL，定容至100mL，然后再从这100mL中取10mL，定容至100mL，即稀释1000倍后，测量并记录其中的含铜量，便可以换算成为液相中的含铜量；固相用盐酸溶解，定容至1L，然后从中取10mL，定容至100mL，然后再从这100mL中取1mL，定容至100mL，即稀释1000倍后，测量并记录其中的含铁量，便可以换算成为液相中的含铁量，以确定理想pH值。

另一组实验是在室温25℃且搅拌速度为300r/min条件下往处理过的泥浆中加蚀刻废液55.0mL，把pH调至1.5，然后用石灰调节不同的pH值（反应物体积约150-160ml），分别在无超声波、100W、200W、300W功率的超声波作用下，充分搅拌30min，然后过滤并漂洗，漂洗分三次，每次用200mL，漂洗水同滤液合并，定容至1L，然后稀释1000倍，测量并记录其中的含铜量，便可以换算成为液相中的含铜量；固相用盐酸溶解，定容至1L，然后稀释1000倍，测量并记录其中的含铁量，便可以换算成为液相中的含铁量，以确定理想pH值。

有关的反应式如下：

Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 3 + 3HCl = FeCl 3 + 3H 2 O

2FeCl 3 + 3 Ca(OH) 2 = 3CaCl 2 + 2Fe(OH) 3 ↓

固液分离后，大部分的铜以氯化铜的形式进入到液相中，而大部分的铁以氢氧化铁的形式残留在固相中。由于需将液相中的Cu制成硫酸铜产品，因此需要先用石灰将Cu从液相中沉淀下来。将上述铜铁分离后液相以及固相的漂洗水混合在一起，用原子吸收测量其含铜量，每次取100mL的这种混合液放进250mL烧杯进行实验。

通过超声波可以进一步处理蚀刻液再生问题，能对线路板的淤泥以及废液做进一步地处理，提高再生利用。

为了清楚进入量，更好的旋转喷淋的量，废气处理设备入口处加装有用于测量气体进入量的测量仪。能提高使用寿命，喷淋嘴外端具有向两边折弯的加强筋。

液体导流块具有不少于两片导流分散叶片，导流分散叶片均分的分布在液体导流块外周圈上。多对导流板设置方式为沿着出风口的流向依次平行设置，各每对导流板的开口口径大小随着与向远离方向进液口递减。这种方式喷淋液能均匀分布在每个喷嘴上，能均提高喷淋效果。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。

Claims (7)

1.基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，包括蚀刻缸、电解槽、用于储存蚀刻缸中蚀刻液的蚀刻废液储存槽、再生蚀刻液调配槽，电解槽包括通过离子交换膜隔开形成有具有阴极板的阴极槽和具有阳极板的阳极槽，蚀刻废液储存槽一端连通蚀刻缸，另一端连通给其提供蚀刻液的阴极槽，再生蚀刻液槽位于阳极槽和所述蚀刻缸之间三者并相连通，其特征在于：还包括废气处理设备，该废气处理设备分别连通有阴极槽、阳极槽，在阳极槽边端还连接有用于把阳极槽中的氯气导入至蚀刻缸中的导流器，导流器与蚀刻缸之间具有用于连通废气处理设备的管道，该废气处理设备内装有具有强碱液喷液的喷淋装置，在阳极槽和阴极槽外均接通有用于控制电解槽内温度值的温度控制器，该温度控制器为电解槽提供冷源和热源，该温度控制器与电解槽之间还设置有温度节能循环器，温度节能循环器包括封闭式的箱体，该箱体加装有位于安装在箱体的底端处的水箱和隔板，隔板一端固定在箱体上方，其下方位于水箱上方处，箱体内腔通过隔板隔开成两个左右相通腔道，位于左腔道的箱体上端开连接有用于向电解槽提供热风的进吸风集风管以及用于连接电解槽中热风排出口的排出集风接头，位于右腔道的箱体上端开设有用于连接自然风的进风口以及用于排出从排出集风接头流入热风的排风口，排风口外连接有外排风机，外排风机风口处连接上端的废气处理设备，烘箱排出集风接头、排风口连接有一根以上散热管，散热管设置方式为穿梭在左腔道、经水箱中、再穿梭在右腔道与排风口连接，进风口至进进吸风集风管形成进风道，排出集风接头至排风口排风道形成出风道，喷淋装置包括箱体，箱体内设置有左右两排独立的两个喷淋液存储腔，两个喷淋液存储腔中端形成喷淋通道，两个喷淋液存储腔均开有用于连接外部喷淋液的进液口，喷淋液存储腔的进液口位于箱体侧壁上，每个喷淋液存储腔内设置有用于驱散经进液口进入至箱体内热风的多对液体导流块，液体导流块沿进液口方向设置在喷淋液存储腔内，相邻导流板之间的间隔形成液体流通腔，两个喷淋液存储腔外端处均加工有若干个朝向待被喷淋的喷淋嘴。

2.根据权利要求1所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：还包括超声波线路板淤泥处理设备，该超声波线路板淤泥处理设备包括用于回收线路板的淤泥存储槽和双氧水供应设备，淤泥存储槽设置在与蚀刻废液储存槽连接，超声波线路板淤泥处理设备包括搅拌设备和超声波处理设备，超声波处理设备包括反应容器、超声波发生器、超声波换能器以及连接在换能器下方的超声波探头，超声波探头置于反应容器中，反应容器下方装有磁力搅拌器，反应容器中具有石灰供应设备。

3.根据权利要求1所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：废气处理设备入口处加装有用于测量气体进入量的测量仪。

4.根据权利要求1所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：喷淋嘴外端具有向两边折弯的加强筋。

5.根据权利要求4所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：液体导流块具有不少于两片导流分散叶片，导流分散叶片均分的分布在液体导流块外周圈上。

6.根据权利要求5所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：多对导流板设置方式为沿着出风口的流向依次平行设置，各每对导流板的开口口径大小随着与向远离方向进液口递减。

7.根据权利要求1所述的基于重金属废水处理中的线路板酸性蚀刻液循环再生系统，其特征在于：在排出集风接头上安装有温度检测器。