CN110983375A - 一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其通过具有阳极室、中隔室和阴极室的电解槽进行电解，阳极室与中隔室及阴极室与中隔室之间具有阳离子交换膜；其特征在于，包括以下步骤：加硫酸溶液入阳极室和中隔室；加印制线路板蚀刻废液入阴极室；施加电源至阳极室的阳极板和阴极室的阴极板，以进行电解；在阴极室进行电沉积铜；与现有技术相比，本发明的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，通电时，印制线路板蚀刻废液的氯离子不能通过阳离子交换膜，在阳极无氯气生成，并且在阴极室内进行铜的电沉积后，H+在阴极室富集，电解后结束后，阴极室内的溶液酸度较高，可以通过蒸馏提纯盐酸或作为中和废水用酸，可以避免污染环境。

Description

一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法
技术领域
本发明涉及电解技术领域，具体地，涉及一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法。
背景技术
PCB(印制线路板)是电子产品元器件的支撑体，其中酸性蚀刻液用量最大，其主要成分为氯化铜、有机添加剂、盐酸，当酸性蚀刻液中铜含量达到100克-140克/升时，需要更换新的蚀刻液；产生的蚀刻废液若不进行有效地处理，对环境危害非常大。目前，对于PCB含铜废液的处理一般采用主流的处理方法是：综合回收利用蚀刻废液中的铜制备成铜盐产品后，废水进行无害化处理后达标排放。例如：通过清水或氧化铜生产母液或硫酸铜生产母液与酸性含铜蚀刻废液和混合碱液反应生成高纯度氧化铜；再往清水或电镀级硫酸铜生产母液里加入上述制得的高纯度氧化铜和浓硫酸，制得电镀级硫酸铜，该工艺与目前传统的用氨水中和处理酸性蚀刻废液相比，未引进氨氮，能制备出电镀级硫酸铜，但该工艺仍然有大量的高盐废水(氯化钠)需要排放，处理不当会造成环境污染。还有一种处理方法是将通过电解装置将印制线路板酸性蚀刻液循环再生，但是现有的电解方法，在电解槽阳极室产生的氯气是用液碱吸收，而液碱成本很高，并且即使通过多级吸收，氯气仍然存在泄漏的风险。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法。
一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其通过具有阳极室、中隔室和阴极室的电解槽进行电解，阳极室与中隔室及阴极室与中隔室之间具有阳离子交换膜；其特征在于，包括以下步骤：
加硫酸溶液入阳极室和中隔室；
加印制线路板蚀刻废液入阴极室；
施加电源至阳极室的阳极板和阴极室的阴极板，以进行电解；
在阴极室进行电沉积铜。
根据本发明的一实施方式，在阴极室进行电沉积铜的步骤包括：
阴极室的二价铜离子与电子结合生成一价铜离子；
阴极室的一价铜离子与电子结合生成铜。
根据本发明的一实施方式，还包括以下步骤：
实时检测阴极室的铜离子总浓度和一价铜离子的浓度；
根据阴极室的一价铜离子的浓度调整电流密度。
根据本发明的一实施方式，根据阴极室的一价铜离子的浓度调整电流密度的步骤包括：
在阴极室的一价铜离子浓度增加的过程中，使用大电流密度进行电解；
在阴极室的一价铜离子浓度减小的过程中，逐步减小电流密度。
根据本发明的一实施方式，在阴极室的一价铜离子浓度增加的过程中，电流密度为8-10A/dm2。
根据本发明的一实施方式，在阴极室的一价铜离子浓度减小的过程中，将电流密度由7-8A/dm2降低到1-1.5A/dm2。
根据本发明的一实施方式，还包括在阴极室生成氢气的步骤。
根据本发明的一实施方式，在阴极室提高H+浓度的步骤包括：
在阳极室发生阳极反应产生氧气和氢离子；
阳极室产生的氢离子在外加电压下进入中隔室；
进入中隔室的氢离子在外加电压下进入阴极室。
根据本发明的一实施方式，当阴极室开始生成氢气时，采用的电流密度为1-1.5A/dm2。
根据本发明的一实施方式，加入阳极室和中隔室的硫酸溶液的酸度为1-2N。
与现有技术相比，本发明的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法具有以下优点：
本发明的一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，通电时，印制线路板蚀刻废液的氯离子不能通过阳离子交换膜，在阳极无氯气生成，并且在阴极室内进行铜的电沉积后，H+在阴极室富集，电解后结束后，阴极室内的溶液酸度较高，可以通过蒸馏提纯盐酸或作为中和废水用酸，可以避免污染环境。
附图说明
图1为本发明采用的电解槽的结构示意图；
图中：1.电解槽、11.阳极室、12.阴极室、13.中隔室、2.阳离子交换膜、3.阳极板、4.阴极板
本发明功能的实现及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，图1为本发明采用的电解槽的结构示意图。如图所示，采用本发明的方法电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法基于下述电解槽，电解槽1内设有阳离子交换膜2，阳离子交换膜2将电解槽1分为阳极室11、阴极室12和中隔室13；中隔室13被阳离子交换膜2包裹；阳极室11内设有阳极板3，阳极板3与电源正极连接，阳极室11内电解反应产生的H+可以穿过阳离子交换膜2进入中隔室13，然后由中隔室13穿过阳离子交换膜2进入阴极室12；阴极室12内设有阴极板4，阴极板4与电源负极连接。
为了保证阳极板3的稳定性，本发明采用的电解槽1中的阳极板3采用钛镀铱钌板。
为了提高产能降低电解铜的生产费用，本发明采用的电解槽1中的阴极板4使用钛板，用钛板制取的电解铜结晶组织致密，表面平整光滑，品质优；并且钛板无需涂抹分离剂，因而可以避免铜电解液的污染。
基于上述电解槽的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其包括以下步骤：
加硫酸溶液入阳极室11和中隔室13；
加印制线路板蚀刻废液入阴极室12；
施加电源至阳极室11的阳极板3和阴极室12的阴极板4，以进行电解；
在阴极室12进行电沉积铜。
其中，加入阳极室11和中隔室13的硫酸溶液的酸度为1-2N。
在本实施例中，在阴极室12进行电沉积铜的步骤包括：
阴极室12的二价铜离子与电子结合生成一价铜离子：Cu2++e→Cu1+；
阴极室12的一价铜离子与电子结合生成铜：Cu1++e→Cu。
本实施例的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法还包括在阴极室12提高H+浓度的步骤。
在本实施例中，在阴极室12提高H+浓度的步骤包括：
在阳极室11发生阳极反应产生氧气和氢离子：2H2O-4e-→O2+4H+；
阳极室11产生的氢离子在外加电压下进入中隔室13；
进入中隔室13的氢离子在外加电压下进入阴极室12。
本实施例的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法还包括以下步骤：
实时检测阴极室12的铜离子总浓度和一价铜离子的浓度；
根据阴极室12的一价铜离子的浓度调整电流密度。
在本实施例中，根据阴极室12的一价铜离子的浓度调整电流密度的步骤包括：
在阴极室12的一价铜离子浓度增加的过程中，使用大电流密度进行电解；
在阴极室12的一价铜离子浓度减小的过程中，逐步减小电流密度。
其中，电解反应发生前，阴极室12内的电解印制线路板蚀刻废液中铜离子的总浓度的浓度为100-140g/L，此时电解印制线路板蚀刻废液中一价铜离子的浓度较低，在电解开始后，阴极室12的二价铜离子与电子结合生成一价铜离子：Cu2++e→Cu1+，阴极室12的一价铜离子浓度开始增加，在此过程中，电流密度为8-10A/dm2，由于没有铜沉积，使用大电流密度进行电解可以使整个电解过程时间缩短、电流效率能达到95％以上。当阴极室12内的一价铜离子的浓度增加到60-70g/L时，阴极室12的一价铜离子开始与电子结合生成铜：Cu1++e→Cu，为了不影响铜的沉积，确保电解沉积铜的表面平整，将电流密度降低至7-8A/dm2，在此电流密度下，既不影响铜的沉积和沉积铜的表面平整，又可以加快电解速度。在阴极室12的一价铜离子开始与电子结合生成铜，并使阴极室12内的一价铜离子浓度减小的过程中，逐步减小电流密度，使电流密度由7-8A/dm2降低到1-1.5A/dm2。
一价铜离子浓度减小的电解过程中，阴极室12中的铜离子总浓度、一价铜离子的浓度与电流密度满足下表所示的调整关系：
铜离子总浓度(g/L) 一价铜离子浓度(g/L) 电流密度(A/dm2)
80-140 40-70 6-8
60-80 30-50 5-6
40-60 20-40 4-5
15-40 10-30 1.5-4
在本实施例中，当阴极室12内的一价铜离子的浓度降为15-20g/L时，阴极室12内开始同时发生氢离子的还原反应；由于阴极室12的阴极板4处有气泡产生，导致阴极板4沉铜无法稳定结晶成块，此时控制电流密度1-1.5A/dm2进行电解，降低电解速度，使铜在阴极板4上结晶。当铜离子浓度10g/L以下，电解结束。
以下将通过3个实施例来验证采用本发明的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法在本发明的装置中电解电路板酸性蚀刻废液的效果：
实施例一：
厂家A的酸性蚀刻废液铜含量130g/L，一价铜含量1.8g/L，酸度1.8N。
取厂家A酸性蚀刻废液5L于电解槽1的阴极室12中，中隔室13和阳极室11内使用酸度为1N硫酸，阳极板3使用钛涂钌板，阴极板4使用钛板。
首先，通直流电8A/dm2进行电解，阴极室12内的二价铜离子被还原为一价铜离子，一价铜离子的浓度开始增大。
当阴极室12内的一价铜含量为60g/L时，阴极室12内的一价铜离子开始被还原为铜离子并在阴极板4上结晶；此时立即将电流密度降低至6A/dm2，阴极板14上开始电解沉积铜。
当铜离子的总浓度在60-80g/L或一价铜离子的浓度在30-50g/L的范围时，调节电流密度至5A/dm2；当铜离子的总浓度在40-60g/L或一价铜离子的浓度在20-40g/L的范围，调节电流密度至4A/dm2；当铜离子的总浓度在20-40g/L或一价铜离子的浓度在10-30g/L的范围，调节电流密度至2A/dm2。
当铜离子总浓度低于20g/L时，阴极室12内开始发生氢离子的还原反应，调节电流密度1A/dm2。
当阴极室12内的铜离子总浓度低于10g/L时，电解反应结束。
全过程电流效率95.2％；电解生成的气体使用真空泵抽到碱液中吸收，检测碱液有效氯含量可以计算氯气生成量，对比于无膜电解氯气削减达99.9％；电解沉积铜的镀铜效果平整。
实施例二：
厂家B的酸性蚀刻废液铜含量130g/L，一价铜含量1.8g/L，酸度1.8N。
取厂家B酸性蚀刻废液5L于电解槽1的阴极室12中，中隔室13和阳极室11内使用酸度为1.5N硫酸，阳极板3使用钛涂钌板，阴极板4使用钛板。
首先，通直流电9A/dm2进行电解，阴极室12内的二价铜离子被还原为一价铜离子，一价铜离子的浓度开始增大。
当阴极室12内的一价铜含量为65g/L时，阴极室12内的一价铜离子开始被还原为铜离子并在阴极板4上结晶；此时立即将电流密度降低至7A/dm2，阴极板14上开始电解沉积铜。
当铜离子的总浓度在60-80g/L或一价铜离子的浓度在30-50g/L的范围时，调节电流密度至5.5A/dm2；当铜离子的总浓度在40-60g/L或一价铜离子的浓度在20-40g/L的范围，调节电流密度至4.5A/dm2；当铜离子的总浓度在20-40g/L或一价铜离子的浓度在10-30g/L的范围，调节电流密度至2.5A/dm2。
当铜离子总浓度低于20g/L时，阴极室12内开始发生氢离子的还原反应，调节电流密度1.2A/dm2。
当阴极室12内的铜离子总浓度低于10g/L时，电解反应结束。
全过程电流效率95.4％；电解生成的气体使用真空泵抽到碱液中吸收，检测碱液有效氯含量可以计算氯气生成量，对比于无膜电解氯气削减达99.9％；电解沉积铜的镀铜效果平整。
实施例三：
厂家C的酸性蚀刻废液铜含量130g/L，一价铜含量1.8g/L，酸度1.8N。
取厂家C酸性蚀刻废液5L于电解槽1的阴极室12中，中隔室13和阳极室11内使用酸度为2N硫酸，阳极板3使用钛涂钌板，阴极板4使用钛板。
首先，通直流电10A/dm2进行电解，阴极室12内的二价铜离子被还原为一价铜离子，一价铜离子的浓度开始增大。
当阴极室12内的一价铜含量为70g/L时，阴极室12内的一价铜离子开始被还原为铜离子并在阴极板4上结晶；此时立即将电流密度降低至8A/dm2，阴极板14上开始电解沉积铜。
当铜离子的总浓度在60-80g/L或一价铜离子的浓度在30-50g/L的范围时，调节电流密度至6A/dm2；当铜离子的总浓度在40-60g/L或一价铜离子的浓度在20-40g/L的范围，调节电流密度至5A/dm2；当铜离子的总浓度在20-40g/L或一价铜离子的浓度在10-30g/L的范围，调节电流密度至4A/dm2。
当铜离子总浓度低于20g/L时，阴极室12内开始发生氢离子的还原反应，调节电流密度1.5A/dm2。
当阴极室12内的铜离子总浓度低于10g/L时，电解反应结束。
全过程电流效率95.7％；电解生成的气体使用真空泵抽到碱液中吸收，检测碱液有效氯含量可以计算氯气生成量，对比于无膜电解氯气削减达99.9％；电解沉积铜的镀铜效果平整。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其通过具有阳极室、中隔室和阴极室的电解槽进行电解，所述阳极室与所述中隔室及所述阴极室与所述中隔室之间具有阳离子交换膜；其特征在于，包括以下步骤：
加硫酸溶液入所述阳极室和所述中隔室；
加印制线路板蚀刻废液入所述阴极室；
施加电源至所述阳极室的阳极板和所述阴极室的阴极板，以进行电解；
在所述阴极室进行电沉积铜。
2.根据权利要求1所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，在所述阴极室进行电沉积铜的步骤包括：
所述阴极室的二价铜离子与电子结合生成一价铜离子；
所述阴极室的一价铜离子与电子结合生成铜。
3.根据权利要求2所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
实时检测所述阴极室的铜离子总浓度和一价铜离子的浓度；
根据所述阴极室的一价铜离子的浓度调整电流密度。
4.根据权利要求3所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，根据所述阴极室的一价铜离子的浓度调整电流密度的步骤包括：
在阴极室的一价铜离子浓度增加的过程中，使用大电流密度进行电解；
在阴极室的一价铜离子浓度减小的过程中，逐步减小所述电流密度。
5.根据权利要求4所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，在阴极室的一价铜离子浓度增加的过程中，所述电流密度为8-10A/dm2。
6.根据权利要求4所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，在阴极室的一价铜离子浓度减小的过程中，将所述电流密度由7-8A/dm2降低到1-1.5A/dm2。
7.根据权利要求1所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，还包括在所述阴极室提高H+浓度的步骤。
8.根据权利要求7所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，在所述阴极室提高H+浓度的步骤包括：
在所述阳极室发生阳极反应产生氧气和氢离子；
所述阳极室产生的所述氢离子在外加电压下进入所述中隔室；
进入所述中隔室的所述氢离子在外加电压下进入所述阴极室。
9.根据权利要求8所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，当所述阴极室开始生成氢气时，采用的电流密度为1-1.5A/dm2。
10.根据权利要求1所述的电解印制线路板蚀刻废液沉积铜的方法，其特征在于，加入所述阳极室和所述中隔室的所述硫酸溶液的酸度为1-2N。
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