CN106702387A - 一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，包括电解暂存槽、电解槽、再生槽、氨气瓶、蚀刻槽、喷管架、工艺管道、气体管道、阀组、泵浦；所述蚀刻槽上装配有喷管架，所述再生槽与蚀刻槽连通，所述再生槽通过气体管道与氨气瓶连通、通过工艺管道与助剂罐连通、通过气体管道与电解槽连通、通过工艺管道、泵浦与电解暂存槽连通；所述电解暂存槽与电解槽设有回路循环，所述再生系统工艺流程包括刻蚀液循环、再生循环、电解循环和气体循环，并通过控制器自动控制运行；本发明采用电解提取铜，蚀刻液经调整再生后回用到蚀刻生产线上，实现资源的有效利用和污染物的零排放；在降低废液处理成本的同时增加经济效益和生态效益。

Description

一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统

技术领域

本发明涉及一种刻蚀液再生技术设备领域，特别涉及一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统。

背景技术

PCB行业在生产印刷电路板过程中通常会使用化学药液(蚀刻液)蚀刻基板从而获得所需的集成线路；所产生的蚀刻液为含有高浓度铜离子和酸碱的化学药液，对环境危害很大。公知的电子产业中电路板生产，使用蚀刻设备或者在蚀刻生产线上，将含有氯化氨和一小部分其他化学制剂的蚀刻液通入一系列槽体中，将基板放在蚀刻液里蚀刻，其中的干膜具有抗蚀刻性，盖膜的地方保护了底下的铜，而露在外表的铜被蚀刻掉，这样就形成了带干膜和带铜的图形，从而获得预先设计好的电路图、电导路径即电路也就形成了。

现有技术中，按照传统处理工艺，PCB电路板需要经过蚀刻液处理，通常，刻蚀除铜速率可达60μm/分钟；传统的碱性蚀刻液必须通过新鲜液或回收蚀刻液不断补给，而工艺过程中产生的冲洗水和废气可能无法回收或者只有部分被回收利用，这不符合生产与环保的需要；因此，有必要研发一种新型的循环再生系统，以简单高效经济环保的方式，在闭路在线循环系统中，实现对蚀刻液的回收和循环再利用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，针对现有技术中的不足，本发明碱性蚀刻液在线式再生设备和再生工艺；其功能在于把蚀刻废液中多余的铜通过电解提取分离出来，蚀刻液经调整再生后回到蚀刻生产线上回用，实现资源的有效利用和污染物的零排放。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，包括电解暂存槽、电解槽、再生槽、氨气瓶、蚀刻槽、喷管架、工艺管道、气体管道、阀组、泵浦，其特征在于：

所述蚀刻槽设置有多组，并排装配于刻蚀生产线上，所述蚀刻槽上装配有喷管架，所述喷管架内喷射出刻蚀液，通过刻蚀液对PCB基板喷洒刻蚀处理，并产生刻蚀废液；所述再生槽通过工艺管道与蚀刻槽连通，所述工艺管道上装配有阀组和泵浦，所述再生槽为蚀刻槽供给刻蚀液；所述蚀刻槽通过工艺管道、阀组和泵浦设置有回路，并通过回路将刻蚀废液回送到再生槽中；所述再生槽通过气体管道与氨气瓶连通，引入氨气气源；所述再生槽通过工艺管道与助剂罐连通，添加添加剂；所述再生槽通过气体管道与电解槽连通回收所述电解槽在电解过程中产生的氨气和氧气；所述再生槽中装配有喷射式泵浦，所述喷射式泵浦用于刻蚀废液与氨气、氧气和添加剂的充分混合；所述再生槽通过工艺管道、泵浦与电解暂存槽连通，并输送刻蚀废液到电解暂存槽，所述电解暂存槽通过工艺管道、阀组和泵浦与电解槽设置有回路循环连通，所述刻蚀废液中的铜在所述电解槽内，通过电极被提取出来，所述电解槽在电解过程上产生氨气和氧气；所述电解槽内除去铜后的刻蚀液循环回到电解暂存槽内，所述电解暂存槽与再生槽之间设置有旁路工艺管道连通，所述除去铜后的刻蚀液经由工艺管道输送回到再生槽内，除去铜后的刻蚀液与再生槽内的氨气、添加剂混合获得再生后的刻蚀液，并通过工艺管道和泵浦送入刻蚀生产线上的蚀刻槽回用；所述再生槽内设置有PH计、所述电解暂存槽内设置有液位计、比重计和铜离子浓度监测计，所述阀组、泵浦、PH计、液位计、比重计、铜离子浓度监测计与控制器电气信号连接，所述控制器自动控制在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统运行。

所述在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统的工艺流程为：刻蚀液循环，再生循环，电解循环，气体循环；

1、刻蚀循环，所述刻蚀循环流程依次为：刻蚀液—刻蚀槽—喷管架—刻蚀废液—再生槽—再生循环—刻蚀液；所述刻蚀液组分包括二氨合铜、四氨合铜、硫酸氨、硫酸铜和水。

2、再生循环，所述再生循环流程依次为：刻蚀废液—电解槽—电解循环—除铜后刻蚀液—喷射式泵浦—助剂罐—氨气瓶—刻蚀液；所述再生槽发生如下化学反应；氨气与二氨合铜反应产生四氨合铜,为蚀刻液提供额外溶液：

2[Cu(NH₃)₂]⁺+2NH₃+2NH₄ ⁺+1/2O₂→2[Cu(NH₃)₄]²⁺+H₂O (1)

3、电解循环，所述电解循环流程依次为：刻蚀废液—电解暂存槽—电解槽—电解暂存槽—除铜后刻蚀液；所述电解暂存槽中铜离子浓度控制范围为40g/L—60g/L；所述电解槽电极电流为60A，电压为23V，电流密度为600A/m²，电极间距为30mm；

所述电解槽内电解出多余的铜，所述电解槽内电极表面发生如下化学反应：

阳极：2OH^--2e^-→1/2O₂+H₂O (2)

阴极：[Cu(NH₃)₂]⁺+e^-→Cu+2NH₃ (3)

[Cu(NH3)₄]²⁺+2e^-→Cu+4NH₃ (4)

电解产生的氨气和氧气通过喷射式泵浦注入再生槽；

4、气体循环，所述气体循环流程依次为：电解槽—氨气/氧气—气体管道—喷射式泵浦—再生槽—刻蚀液；

5、所述助剂罐和氨气瓶向再生槽中添加药水，补充适量的添加剂以及损耗的氯离子和氨，并配置再生成新鲜蚀刻液供客户使用；所述添加剂的碱当量为10.2N、PH为9.8、铜离子浓度为155g/L、氯离子浓度为190g/L。

本发明的工作原理为：碱性蚀刻废液首先由蚀刻槽注入再生槽，然后由再生槽注入电解暂存槽，在电解暂存槽中保持一定铜离子浓度，然后由电解暂存槽注入电解槽电解出铜，同时有氨气产生。待电解暂存槽中铜离子浓度降低，输送至再生槽用于配液，同时配液槽配有喷射泵浦，将电解槽中的氨气与氧气吸入配液槽完成配液，用泵加以混合，完成配液后将配好的新鲜蚀刻液注入喷灌架，以供蚀刻用。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：本发明碱性蚀刻液在线式再生设备和再生工艺；其功能在于把蚀刻废液中多余的铜通过电解提取分离出来，蚀刻液经调整再生后回到蚀刻生产线上回用，实现资源的有效利用和污染物的零排放；运用本发明技术，在降低废液处理成本的同时增加了可观的经济效益，使企业获得良好的经济效益和生态效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统工艺流程示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.电解暂存槽 2.电解槽 3.再生槽 4.氨气瓶

5.蚀刻槽 6.喷管架 7.工艺管道 8.气体管道

9.阀组 10.泵浦

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1和图2，本发明提供了一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，包括电解暂存槽1、电解槽2、再生槽3、氨气瓶4、蚀刻槽5、喷管架6、工艺管道7、气体管道8、阀组9、泵浦10。

所述蚀刻槽5设置有多组，并排装配于刻蚀生产线上，所述蚀刻槽5上装配有喷管架6，所述喷管架6内喷射出刻蚀液，通过刻蚀液对PCB基板喷洒刻蚀处理，并产生刻蚀废液；所述再生槽3通过工艺管道7与蚀刻槽5连通，所述工艺管道7上装配有阀组9和泵浦10，所述再生槽3为蚀刻槽5供给刻蚀液；所述蚀刻槽5通过工艺管道7、阀组9和泵浦10设置有回路，并通过回路将刻蚀废液回送到再生槽3中；所述再生槽3通过气体管道8与氨气瓶4连通，引入氨气气源；所述再生槽3通过工艺管道7与助剂罐连通，添加添加剂；所述再生槽3通过气体管道8与电解槽2连通回收所述电解槽2在电解过程中产生的氨气和氧气；所述再生槽3中装配有喷射式泵浦，所述喷射式泵浦用于刻蚀废液与氨气、氧气和添加剂的充分混合；所述再生槽3通过工艺管道7、泵浦10与电解暂存槽1连通，并输送刻蚀废液到电解暂存槽1，所述电解暂存槽1通过工艺管道7、阀组9和泵浦10与电解槽2设置有回路循环连通，所述刻蚀废液中的铜在所述电解槽2内，通过电极被提取出来，所述电解槽2在电解过程上产生氨气和氧气；所述电解槽2内除去铜后的刻蚀液循环回到电解暂存槽1内，所述电解暂存槽1与再生槽3之间设置有旁路工艺管道7连通，所述除去铜后的刻蚀液经由工艺管道7输送回到再生槽3内，除去铜后的刻蚀液与再生槽3内的氨气、添加剂混合获得再生后的刻蚀液，并通过工艺管道7和泵浦10送入刻蚀生产线上的蚀刻槽5回用；所述再生槽3内设置有PH计、所述电解暂存槽1内设置有液位计、比重计和铜离子浓度监测计，所述阀组9、泵浦10、PH计、液位计、比重计、铜离子浓度监测计与控制器电气信号连接，所述控制器自动控制在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统运行。

所述在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统的工艺流程为：刻蚀液循环，再生循环，电解循环，气体循环；

1、刻蚀循环，所述刻蚀循环流程依次为：刻蚀液—刻蚀槽5—喷管架6—刻蚀废液—再生槽3—再生循环—刻蚀液；所述刻蚀液组分包括二氨合铜、四氨合铜、硫酸氨、硫酸铜和水。

2、再生循环，所述再生循环流程依次为：刻蚀废液—电解槽2—电解循环—除铜后刻蚀液—喷射式泵浦—助剂罐—氨气瓶4—刻蚀液；所述再生槽3发生如下化学反应，氨气与二氨合铜反应产生四氨合铜,为蚀刻液提供额外溶液：

2[Cu(NH₃)₂]⁺+2NH₃+2NH₄ ⁺+1/2O₂→2[Cu(NH₃)₄]²⁺+H₂O (1)

3、电解循环，所述电解循环流程依次为：刻蚀废液—电解暂存槽1—电解槽2—电解暂存槽1—除铜后刻蚀液；所述电解暂存槽1中铜离子浓度控制范围为40g/L—60g/L；所述电解槽2电极电流为60A，电压为23V，电流密度为600A/m²，电极间距为30mm；

所述电解槽2内电解出多余的铜，所述电解槽2内电极表面发生如下化学反应：

阳极：2OH^--2e^-→1/2O₂+H₂O (2)

阴极：[Cu(NH₃)₂]⁺+e^-→Cu+2NH₃ (3)

[Cu(NH3)₄]²⁺+2e^-→Cu+4NH₃ (4)

电解产生的氨气和氧气通过喷射式泵浦注入再生槽3；

4、气体循环，所述气体循环流程依次为：电解槽2—氨气/氧气—气体管道8—喷射式泵浦—再生槽3—刻蚀液；

本发明的具体实施例为：整套系统包含废液桶、电解暂存桶1、电解槽2、再生槽3、氨气瓶4、蚀刻槽5以及控制器；蚀刻废液首先由蚀刻槽5导入再生槽3，电解暂存槽1中铜离子浓度低于一定值时由再生槽3导入电解暂存槽1，电解暂存槽1把电解液导入电解槽2，经电解后电解出铜板同时产生氨气；由电解后的蚀刻液导入再生槽3与来自电解槽3的氨气与氧气合成新的蚀刻液，新的蚀刻液导入喷管架6进行喷洒，蚀刻电路板，蚀刻后产生刻蚀废液；

电解槽2电解参数条件为：电流60A，电压23V，电流密度600A/m²，极间距为30mm；碱性蚀刻废液碱当量为6.5N、PH为8.5、铜离子浓度180g/L、蚀刻速度为10.0μm/min；将蚀刻废液电解到铜离子含量降至40g/L左右，检测氯离子及氨的损耗情况，通过添加(NH4)₂SO₄使得电解液补充损失的SO42-，通氨气调节PH至11。根据铜离子含量按配比混合电解液以及蚀刻废液，并按1L蚀刻液10ml添加剂比例加入添加剂组成再生工作液；配置添加剂的参数为碱当量10.6N、PH9.5、铜离子浓度130g/L、蚀刻速度17.1μm/min。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：本发明碱性蚀刻液在线式再生设备和再生工艺；其功能在于把蚀刻废液中多余的铜通过电解提取分离出来，蚀刻液经调整再生后回到蚀刻生产线上回用，实现资源的有效利用和污染物的零排放；运用本发明技术，在降低废液处理成本的同时增加了可观的经济效益，本发明自动化程度高、操作简单、占地面积小、能耗低、无添加无排放环境友好，在保护环境的同时可以为客户带来可观的经济收益。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，其特征在于，包括电解暂存槽、电解槽、再生槽、氨气瓶、蚀刻槽、喷管架、工艺管道、气体管道、阀组、泵浦；所述蚀刻槽设置有多组，并排装配于刻蚀生产线上，所述蚀刻槽上装配有喷管架，所述喷管架内喷射出刻蚀液，通过刻蚀液对PCB基板喷洒刻蚀处理，并产生刻蚀废液；所述再生槽通过工艺管道与蚀刻槽连通，所述工艺管道上装配有阀组和泵浦，所述再生槽为蚀刻槽供给刻蚀液；所述蚀刻槽通过工艺管道、阀组和泵浦设置有回路，并通过回路将刻蚀废液回送到再生槽中；所述再生槽通过气体管道与氨气瓶连通，引入氨气气源；所述再生槽通过工艺管道与助剂罐连通，添加添加剂；所述再生槽通过气体管道与电解槽连通回收所述电解槽在电解过程中产生的氨气和氧气；所述再生槽中装配有喷射式泵浦，所述喷射式泵浦用于刻蚀废液与氨气、氧气和添加剂的充分混合；所述再生槽通过工艺管道、泵浦与电解暂存槽连通，并输送刻蚀废液到电解暂存槽，所述电解暂存槽通过工艺管道、阀组和泵浦与电解槽设置有回路循环连通，所述刻蚀废液中的铜在所述电解槽内，通过电极被提取出来，所述电解槽在电解过程上产生氨气和氧气；所述电解槽内除去铜后的刻蚀液循环回到电解暂存槽内，所述电解暂存槽与再生槽之间设置有旁路工艺管道连通，所述除去铜后的刻蚀液经由工艺管道输送回到再生槽内，除去铜后的刻蚀液与再生槽内的氨气、添加剂混合获得再生后的刻蚀液，并通过工艺管道和泵浦送入刻蚀生产线上的蚀刻槽回用；所述再生槽内设置有PH计、所述电解暂存槽内设置有液位计、比重计和铜离子浓度监测计，所述阀组、泵浦、PH计、液位计、比重计、铜离子浓度监测计与控制器电气信号连接，所述控制器自动控制在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统运行。

2.根据权利要求1所述的一种在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统，其特征在于，所述在线碱性硫酸铵刻蚀废液循环再生系统的工艺流程为：刻蚀液循环，再生循环，电解循环，气体循环；

2.1、刻蚀循环，所述刻蚀循环流程依次为：刻蚀液—刻蚀槽—喷管架—刻蚀废液—再生槽—再生循环—刻蚀液；所述刻蚀液组分包括二氨合铜、四氨合铜、硫酸氨、硫酸铜和水；

2.2、再生循环，所述再生循环流程依次为：刻蚀废液—电解槽—电解循环—除铜后刻蚀液—喷射式泵浦—助剂罐—氨气瓶—刻蚀液；所述再生槽发生如下化学反应；氨气与二氨合铜反应产生四氨合铜,为蚀刻液提供额外溶液：

2[Cu(NH₃)₂]⁺+2NH₃+2NH₄ ⁺+1/2O₂→2[Cu(NH₃)₄]²⁺+H₂O (1)

2.3、电解循环，所述电解循环流程依次为：刻蚀废液—电解暂存槽—电解槽—电解暂存槽—除铜后刻蚀液；所述电解暂存槽中铜离子浓度控制范围为40g/L—60g/L；所述电解槽电极电流为60A，电压为23V，电流密度为600A/m²，电极间距为30mm；

所述电解槽内电解出多余的铜，所述电解槽内电极表面发生如下化学反应：

阳极：2OH^--2e^-→1/2O₂+H₂O (2)

阴极：[Cu(NH₃)₂]⁺+e^-→Cu+2NH₃ (3)

[Cu(NH3)₄]²⁺+2e^-→Cu+4NH₃ (4)

电解产生的氨气和氧气通过喷射式泵浦注入再生槽；

2.4、气体循环，所述气体循环流程依次为：电解槽—氨气/氧气—气体管道—喷射式泵浦—再生槽—刻蚀液；

2.5、所述助剂罐和氨气瓶向再生槽中添加药水，补充适量的添加剂以及损耗的氯离子和氨，并配置再生成新鲜蚀刻液供客户使用；所述添加剂的碱当量为10.2N、PH为9.8、铜离子浓度为155g/L、氯离子浓度为190g/L。