CN203846109U - 与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，包括电解槽，电解槽包括阴极室和阳极室；阳极室的数量为一个，阴极室的数量为多个；多个阴极室均位于阳极室内；阴极室和阳极室之间通过离子交换膜隔开。本实用新型具有结构简单，有效提高阳极与阴极的面积比例，可沉积出致密的铜块，沉积效果好，且全程自动控制的优点，属于原材料的回收循环利用领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及原材料的回收循环利用领域，特别涉及与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，用于印刷电路板酸性蚀刻液的电解回收铜。
背景技术
自从2009年开始，中国已成为全球最大的PCB生产国家。目前被广泛应用于生产PCB的蚀刻工艺的蚀刻液主要为碱性蚀刻液和酸性蚀刻液。随着多层版生产量的增加和多层版层数的增加，酸性蚀刻液的用量逐年增加，酸性蚀刻液的用量已经超过碱性蚀刻液。酸性氯化铜蚀刻液种类丰富，主要有HCl/CuCl2、HCl/NaCl/CuCl2、HCl/NH4Cl/CuCl2等。在印制电路板生产过程中要经过蚀刻液的蚀刻工艺来生产电路板，每年这些企业都要排放大量的酸性蚀刻废液。因此，研究一种无任何污染排放的在线电解法再生酸性蚀刻废液，具有积极的环境效益和经济效益。
酸性蚀刻液再生方法主要分为化学再生法和电化学再生法，化学再生法如氯气氧化法、氯酸钠氧化法、双氧水再生法等需加入氧化剂等物质，将Cu+氧化再生为Cu2+，但是总铜不断增加，最终需要对外排出一部分的酸性蚀刻废液以维持一定的总铜浓度，不仅污染环境，还会造成大量Cu和酸的浪费；电化学法（也叫电解法）再生酸性蚀刻废液，不仅可以再生蚀刻液，还可以回收金属铜，是目前再生回收酸性蚀废刻液的主要方法。
CN102206835A公开了酸性蚀刻液在线电解回收装置及蚀刻液再生方法。该酸性蚀刻液在线电解回收装置包括：电解槽、阴极液储存槽、阳极液储存槽，调整槽、蚀刻机。其中电解槽包括阴极室、阳极室和将两者隔开的离子隔膜。阴极室内设有阴极管，阳极室内设有阳极网。其连接方式如下：阴极液储存槽、阴极室、调整槽依次通过管道相接，阳极液储存槽、阳极室、调整槽依次通过管道相接，调整槽与蚀刻机通过管道相接，蚀刻机再与阴极液储存槽和阳极液储存槽分别相接，整个系统组成一个闭路循环。该回收装置可以将蚀刻机排放的废液再生回用的同时又沉积回收金属铜，使PCB生产成本大大降低。且电解再生过程中不析出氯气和氢气，无废液排放。
然而现有的这种回收装置存在如下缺点：1.阴极室和阳极室彼此分开，并列设置，阳极和阴极的面积比例小，回收得到的铜多以铜粉的形式存在。2.电解回收铜的过程中，电解槽内的酸性蚀刻液以静置状态完成电解过程，电解效果不好。3.没有设置过滤杂质的设备，酸性蚀刻液经过多次循环后，杂质含量多，影响铜的析出，也影响铜的纯度。4.需要人工控制进液、出液步骤。5.现有的回收装置仍然有少量氯气产生。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种具有更好的铜沉积效果的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，包括电解槽，电解槽包括阴极室和阳极室；阳极室的数量为一个，阴极室的数量为多个；多个阴极室均位于阳极室内；阴极室和阳极室之间通过离子交换膜隔开。采用这种结构后，即阳极室包围多个阴极室，能增大阳极与阴极间的面积比，增强电解效果，有效防止氯气的产生。
阴极室为圆筒形；每个阴极室内均设有位于阴极室的中心轴线的阴极管。采用这种结构后，沉淀出的铜以铜块的形式存在，便于铜的回收。
在俯视方向上，阳极室的外围为矩形，阴极室在阳极室内呈矩形阵列排布。采用这种结构后，能在阳极室内排布尽量多的阴极室，提高铜的回收效率和酸性蚀刻液的再生效率；同时，在排布相同个数的阴极室的情况下，能减小电解槽的体积。
阳极室内设有DSA阳极网；在俯视方向上，DSA阳极网呈网格状，一个网格内分布有一个阴极室。采用这种结构后，能尽量放大阳、阴极之间的面积比例，增强电解效果。
与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，它还包括自动控制中枢、再生液储存槽、蚀刻机和过滤机；电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的出水口分别与过滤机的进水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀；电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的进水口分别与过滤机的出水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀。采用这种结构后，优化了管路的排布，通过控制电磁阀的开合控制液体流向，此处共有三路液体流向，分别是：由电解槽流向再生液储存槽，由蚀刻机流向电解槽和由再生液储存槽流向蚀刻机。三路液体流向均通过一个过滤机，有效过滤循环液中的杂质，防止杂质影响回收铜的纯度。当不采用过滤机的情况下，也可用泵替代过滤机。
与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，它还包括一个循环泵；多个阴极室并联，并联后的首尾两端分别与循环泵的两端通过管道相接组成液体循环回路。采用这种结构后，阴极室内的酸性蚀刻液通过循环泵循环，相当于对酸性蚀刻液进行搅拌，可提高电流密度，形成致密的沉积铜块。
多个阴极室的结构相同；阴极室为圆筒形，其中心轴线处设有阴极管；在液体循环回路中，阴极室的进水口在阴极室的底部且进水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的出水口在阴极室的顶部且出水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的进、出水口分别位于阴极管的两侧。采用这种结构后，酸性蚀刻液在阴极室内，从下方进水口进入，绕着阴极管螺旋式上升，从出水口流出，有效增强搅拌的效果，有利于沉积出致密的铜块。。
自动控制中枢设有PLC；阴极室和阳极室内均设有液位计，阴极室内设有比重控制器，阳极室内设有氧化还原电位计；液位计、比重控制器、氧化还原电位计均与自动控制中枢相接。采用这种结构后，PLC通过导线与电解槽中的控制触点（液位计、比重控制器、氧化还原电位计）连接，通过编写的指令控制过滤机、循环泵、电磁阀、电解电源的运行。通过分级设定供给电流的大小实现电解再生回用系统的分步电解，提高电流效率。控制触点与自动控制中枢相连结，当氧化还原电位计读数达到设定值时，阳极室的蚀刻液再生完成；当比重控制器读数达到设定值时，阴极室的蚀刻液回收铜完成，系统进入下一个循环；当比重控制器读数达到设定值时，循环泵开启，回收铜完成时，循环泵停止工作。
阴极室在电解槽中均匀分布，电解槽和阴极室之间围成阳极室。采用这种结构后，能放大阳极和阴极之间的面积比例，增强电解效果。
每个阴极室和阳极室通过进水管和出水管连通，进水管和出水管均设有电磁阀。采用这种结构后，电解槽出水时，先将阳极室内的酸性蚀刻液排放至再生液储存槽，再通过出水管将阴极室内的酸性蚀刻液排放至阳极室，再排入再生液储存槽，即阳极室和阴极室的排水过程具有时间差。
总的说来，本实用新型具有如下优点：
结构简单，有效提高阳极和阴极的面积比例，可沉积出致密的铜块，沉积效果好，在电解过程中不产生有毒的氯气，且全程自动控制。操作方便，实现在线对蚀刻废液的再生回用，快捷有效的提高PCB企业的生产效率，节约成本。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是阴极室与循环泵组成液体循环回路的管路布线图。
其中，1是自动控制中枢（接线未示出），2是循环泵，3是电解槽，4是阳极室，5是DSA阳极网，6是阴极室，7是离子交换膜，8是阴极管，9是管道，10是氧化还原电位计，11是再生液储存槽，12是过滤机，13是电磁阀，14是蚀刻机。其中，电磁阀13包括六个电磁阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统包括：自动控制中枢、循环泵、电解槽、再生液储存槽、蚀刻机、电磁阀和过滤机。
电解槽包括阳极室和阴极室。电解槽成方形，其内排布两行两列的圆筒形阴极室，阴极室与电解槽内壁之间的空间围成阳极室。阴极室和阳极室之间通过离子交换膜分隔开，具体结构是设置圆筒形的框架，外表固定有只能让特定离子通过的离子交换膜。每个阴极室分别和阳极室通过进水管和出水管连通，进水管和出水管均设有控制液体通断的电磁阀。离子交换膜是阴离子交换膜，具有选择透过性，可以阻止Cu2+、Cu+迁移到阴极区，使阴极沉积铜电效提高。
四个阴极室的结构完全相同。如图2，四个阴极室并联，并联后的首尾两端分别与循环泵的两端通过管道相接组成液体循环回路。阴极室为圆筒形，其中心轴线处设有阴极管；在液体循环回路中，阴极室的进水口在阴极室的底部且进水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的出水口在阴极室的顶部且出水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的进、出水口分别位于阴极管的两侧。阴极管通过导电铜排与自动控制中枢相接。阴极管为钛质材料制成。
阳极室内设有DSA阳极网；在俯视方向上，DSA阳极网呈两行两列的网格状，一个网格内分布有一个阴极室。DSA阳极网通过导电铜排与自动控制中枢相接。
电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的出水口分别与过滤机的进水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀；电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的进水口分别与过滤机的出水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀。开启电磁阀Ⅰ、Ⅱ时酸性蚀刻液由电解槽流向再生液储存槽，开启电磁阀Ⅲ、Ⅳ酸性蚀刻液由蚀刻机流向电解槽，开启电磁阀Ⅴ、Ⅵ酸性蚀刻液由再生液储存槽流向蚀刻机。
自动控制中枢设有PLC；阴极室和阳极室内均设有液位计，阴极室内设有比重控制器，阳极室内设有氧化还原电位计；液位计、比重控制器、氧化还原电位计均与自动控制中枢相接。自动控制中枢根据液位计的读数控制电磁阀启闭，进而控制液体的进出；根据氧化还原电位计的读数判断阳极室的酸性蚀刻液再生进度；根据比重控制器读数判断阴极室内铜回收的程度，同时控制循环泵的启闭。
正确安装好管道、自动控制中枢、过滤机，循环泵。连接好自动控制中枢的线路，电解槽里装载好酸性蚀刻液废液，连接好蚀刻机，本实用新型的运行过程如下：
（1）打开自动控制中枢的开关，进入触摸屏的设置页面，设置好相关控制点的参数，分别以电流密度1000A/m2、800A/m2、600A/m2、400A/m2、200A/m2、100A/m2来设置分步电解的工作电流。整流机与自动控制中枢相连，阴、阳极均与整流机相连，通过整流机调节电流密度。
（2）设置好各个参数后，开启自动按钮，系统正式进入工作状态，开始电解，当阳极室的氧化还原电位计读数达到设定值时，阳极室的蚀刻液再生完成。当阴极室的比重控制器读数达到设定值时，阴极室的蚀刻液回收铜完成，系统进入下一个循环。当比重控制器读数达到设定值时，循环泵开启，直到回收铜完成时，循环泵才停止工作。
（3）每完成一个循环时，循环泵停止工作，这时电解槽的出水口与过滤机的进水口的连接管道以及再生液储存槽的进水口与过滤机的出水口的连接管道上的电磁阀Ⅰ、Ⅱ开启，同时过滤机启动，开始转移电解槽内的蚀刻液，直至液位到达液位计的下限。然后，同时打开蚀刻机的出水口与过滤机的进水口连接管道以及电解槽的进水口与过滤机的出水口上的连接管道上的电磁阀Ⅲ、Ⅳ，把经过了蚀刻工序后的蚀刻液泵入电解槽内，直至液位到达液位计的上限。最后，同时打开再生液储存槽的出水口与过滤机的进水口连接管道以及蚀刻机的进水口与过滤机的出水口连接管道上的电磁阀Ⅴ、Ⅵ，把再生液泵至蚀刻机内。至此，开始下一个循环。其中，电解槽出水时，阳极室的出水和阴极室的出水具有时间差，即先放完阳极室内的蚀刻液后，阴极室内的蚀刻液放到阳极室再放走。电解进水时，阳极室的进水和阴极室的进水也具有时间差，即先将蚀刻液泵入阴极室，再放满阳极室。
（4）当系统自动运行几个循环（通常6—10个循环）后，停止自动按钮，并关掉自动控制中枢，取出阴极管，可见沉积附着在阴极管上的金属铜成型致密均匀，无枝晶。将金属铜剥落，清洗，存放，待售。
除了本实施例提及的方式外，阴极室和阳极室的数量和排列方式可做其他变换，例如矩形的阳极室内排放两行三列的阴极室，或排放三行三列的阴极室。DSA阳极网也可仅为矩形，包围在多个阴极室的外围。这些变换方式均在本实用新型的保护范围内。
上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，包括电解槽，电解槽包括阴极室和阳极室，其特征在于：所述阳极室的数量为一个，阴极室的数量为多个；多个阴极室均位于阳极室内；阴极室和阳极室之间通过离子交换膜隔开。
2.按照权利要求1所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述阴极室为圆筒形；每个阴极室内均设有位于阴极室的中心轴线的阴极管。
3.按照权利要求1所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：在俯视方向上，所述阳极室的外围为矩形，阴极室在阳极室内呈矩形阵列排布。
4.按照权利要求3所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述阳极室内设有DSA阳极网；在俯视方向上，DSA阳极网呈网格状，一个网格内分布有一个阴极室。
5.按照权利要求1所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：它还包括自动控制中枢、再生液储存槽、蚀刻机和过滤机；电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的出水口分别与过滤机的进水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀；电解槽、再生液储存槽和蚀刻机三者的进水口分别与过滤机的出水口通过管道相接，且三条管道中均设置电磁阀。
6.按照权利要求5所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：它还包括一个循环泵；多个阴极室并联，并联后的首尾两端分别与循环泵的两端通过管道相接组成液体循环回路。
7.按照权利要求6所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述多个阴极室的结构相同；阴极室为圆筒形，其中心轴线处设有阴极管；在液体循环回路中，阴极室的进水口在阴极室的底部且进水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的出水口在阴极室的顶部且出水方向与阴极室的侧壁相切，阴极室的进、出水口分别位于阴极管的两侧。
8.按照权利要求5所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述自动控制中枢设有PLC；阴极室和阳极室内均设有液位计，阴极室内设有比重控制器，阳极室内设有氧化还原电位计；液位计、比重控制器、氧化还原电位计均与自动控制中枢相接。
9.按照权利要求1所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述阴极室在电解槽中均匀分布，电解槽和阴极室之间围成阳极室。
10.按照权利要求1所述的与蚀刻机联机运行的酸性蚀刻液在线电解再生回收系统，其特征在于：所述每个阴极室和阳极室通过进水管和出水管连通，进水管和出水管均设有电磁阀。
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