TWI583827B - 酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備及其方法 - Google Patents

Description

酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備及其方法

本發明涉及一種蝕刻廢液再生回收技術領域，尤其涉及一種酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備及其方法。

酸性蝕刻廢液由於其高含銅及高氯含量高污染的特點，在資源回收領域一直處於摸索進行的階段。現整個酸性氯化銅蝕刻廢液電解法處理行業均採用槽式電解槽結構，內部通過滲透膜將電解槽分為陰極區及陽極區，再採用多電解槽串聯，槽內陰陽極並聯的電流連接方式進行電解提銅，得到的電解銅呈渣或塊狀。在電解過程中產生的氯氣通過抽風系統經過鐵（鐵塊或鐵粉）溶液吸收後再經過廢液處理塔鹼吸收處理，形成整個循環。

現有工藝的不足及缺陷： 1. 電解槽採用開放式槽體設計極易造成氯氣及陰極酸霧洩漏，生產安全隱患大，嚴重損害設備操作人員身體健康。 2. 主導電銅條由於暴露在氯酸環境中極易造成腐蝕，影響電流效率增高運行成本。 3. 設備電流效率低下，經過長期實測，電流效率只能達到50%-75%。 4. 採用鐵為主要氯氣吸收原料，鐵不能100%吸收氯氣，且生成的三氯化鐵廢液需要轉運處理還是造成了二次污染。不能資源化利用。 5. 電解銅產品，銅渣或銅塊銅含量低，經濟效益低下。

針對現有技術中的不足，本發明的目的是提供一種酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備及其方法。

為了解決上述技術問題，本申請揭示了一種酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於，包括：中轉循環裝置；離心電解裝置，連接中轉循環裝置；以及真空氯氣吸收裝置，連接電解裝置；其中電解裝置包括外管體、筒形離子交換膜及陽極棒，筒形離子交換膜設置於外管體內，並分隔外管體為陰極區及陽極區，陽極棒設置於陽極區，外管體具有進液口、出液口及氯氣交換口，進液口及出液口連通陰極區，氯氣交換口連通陽極區，中轉循環裝置連接進液口及出液口，真空氯氣吸收裝置連接所述氯氣交換口，相連接的離心電解裝置、中轉循環裝置及真空氯氣吸收裝置的內部空間為密閉空間。

根據本申請的一實施方式，上述離心電解裝置還包括底座及蓋體，所述底座設置於外管體的底部，並具有錐狀導流結構，錐狀導流結構的頂部抵接於筒形離子交換膜的底部；蓋體設置於外管體的頂端，並具有氣體收集結構，氣體收集結構的底部連接筒形離子交換膜的頂部，氣體收集結構的頂部連接氯氣交換口。

根據本申請的一實施方式，上述中轉循環裝置包括廢液儲存腔及再生液儲存腔，廢液儲存腔連接所述進液口，再生液儲存腔連接所述出液口，廢液儲存腔與進液口間更設有泵浦。

根據本申請的一實施方式，上述真空氯氣吸收裝置還包括真空泵及反應槽，所述真空泵連接所述氯氣交換口及所述反應腔。

根據本申請的一實施方式，上述外管體及陽極棒的材料為鈦金屬。

根據本申請的一實施方式，還包括流量分配件，流量分配件設置於外管體內，並位於陰極區的底部，且位於進液口的上方。

本申請又揭示了一種使用上述酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的方法，其特徵在於，包括中轉循環裝置提供氯化銅蝕刻廢液至外管體的陰極區及陽極區；施加電流至外管體及陽極棒，並對氯化銅蝕刻廢液產生電解反應；氯化銅蝕刻廢液的銅離子位於陰極區並還原反應為銅金屬，並沈積於外管體的內側壁；氯化銅蝕刻廢液的氯離子通過筒形離子交換膜進入陽極區，並經氧化反應為氯氣；真空氯氣吸收裝置抽取陽極區的氯氣；以及陰極區產生氯化銅蝕刻再生液，氯化銅蝕刻再生液流至中轉循環裝置。

本申請又揭示了一種使用上述酸性氯化銅蝕刻廢液回收再生設備的方法，其特徵在於，包括中轉循環裝置提供加壓的氯化銅蝕刻廢液至外管體的錐狀導流結構，氯化銅蝕刻廢液沿著所述陽極棒作離心旋轉流動並進入陰極區及陽極區；施加電流至外管體及陽極棒，並對氯化銅蝕刻廢液產生電解反應；氯化銅蝕刻廢液的銅離子位於陰極區並還原反應為銅金屬，並沈積於外管體的內側壁；氯化銅蝕刻廢液的氯離子通過所述筒形離子交換膜進入陽極區，並經氧化反應為氯氣；真空氯氣吸收裝置抽取陽極區的氯氣；以及陰極區產生氯化銅蝕刻再生液，氯化銅蝕刻再生液流至中轉循環裝置。

根據本申請的一實施方式，上述陽極棒的電流密度為2000A/平方米。

根據本申請的一實施方式，上述氯化銅蝕刻再生液流至蝕刻生產線並產生氯化銅蝕刻廢液，氯化銅蝕刻廢液通過所述中轉循環裝置流至離心電解裝置。

與現有技術相比，本申請可以獲得包括以下技術效果：本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備於密閉空間內進行離子交換及電解，有效杜絕各種廢液及廢氣洩漏，改善設備現場環境及維護員工身體健康，也可避免設備外的零元件直接或間接接觸到廢液及廢氣而發生腐蝕損壞。

本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的外管體及陽極棒使用鈦金屬，可增加設備的使用壽命及抗損性。

本申請的使用酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的方法的蝕刻廢液以離心旋轉流動，如此陽極棒的外表面積小於外管體的內表面積，陽極棒的電流密度高達2000A/平方米，即具有高電流密度，避免陽極棒發生鈍化的問題。

本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備可回收高純度的銅管及氯氣，氯氣再與鹼性溶液混合為漂白水，達到廢液提銅及氯氣資源化的目的；同時，本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備也可產生蝕刻再生液，並提供蝕刻再生液至蝕刻生產線使用，達到廢液再生利用的目的。

以下將以圖式揭露本申請的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本申請。也就是說，在本申請的部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單的示意的方式繪示之。

關於本文中所使用之“第一”、“第二”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本申請，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。

請參閱圖1，其是本申請一實施方式的酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備1的方塊圖及離心電解裝置10的示意圖；如圖所示，本申請提供一種酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備1，其包括離心電解裝置10、中轉循環裝置11及真空氯氣吸收裝置12。本申請的離心電解裝置10包括外管體101、筒形離子交換膜102及陽極棒103，本申請的外管體101及陽極棒版103的材料使用鈦金屬，筒形離子交換膜102設置於外管體101的內部，並將外管體101分隔為陰極區1011及陽極區1012，陽極棒103置放於陽極區1012。陽極區1012的頂端具有氯氣交換口1013，真空氯氣吸收裝置12與氯氣交換口1013連接。陰極區1011的底部具有進液口1014，其頂部具有出液口1015，中轉循裝置11連接進液口1014及出液口1015。當設置完成時，密封陽極管體103與外管體101間，使外管體101的內部與外部隔絕。外管體101的外側具有電性連接點1016，用於連接外部電源供應器的陰極；位於外管體101外側的陽極棒103的一端具有電性連接點1031，用於連接外部電源供應器的陽極。

本申請的中轉循環裝置11包括廢液儲存腔111及再生液儲存腔112，廢液儲存腔111儲存蝕刻產線的氯化銅蝕刻廢液，並連接電解裝置10的進液口1014。再生液儲存腔112儲存電解裝置10所產生的氯化銅蝕刻再生液，並連接電解裝置10的出液口1015，同時連接蝕刻產線2，用以提供氯化銅蝕刻再生液至蝕刻產線2。本申請的真空氯氣吸收裝置12包括真空泵121及反應腔122，真空泵121連接離心電解裝置10的氯氣交換口1013，真空泵121連接反應腔122。

下述說明本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備1的運作方式，請參閱圖3，其為本申請一實施方式的使用酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備的方法流程圖；如圖所示，首先，執行步驟S11，中轉循環裝置11的廢液儲存腔111通過離心電解裝置10的進液口1014氯化銅蝕刻廢液流入外管體101的陰極區1011及陽極區1012。同時，電源供應器的陽極連接陽極棒的電性連接點1031，其陰極22連接外管體101的電性連接點1011，接著執行步驟S12，電源供應器供應電流至離心電解裝置10的外管體101及陽極棒103，使外管體101與陽極棒103間產生電場，並對流入陰極區1011及陽極區1012的氯化銅蝕刻廢液進行電解反應，然後執行步驟S13，氯化銅蝕刻廢液中的銅離子位於陰極區1011內，並產生還原反應，且於外管體101的內側壁沈積銅金屬。接著執行步驟S14，氯化銅蝕刻廢液中的氯離子通過筒形離子交換膜102至陽極區1012，並產生氧化反應，且於陽極區1012內產生氯氣。

接著，執行步驟S15，位於陰極區1011內未還原成金屬銅的銅離子及未氧化成氯氣的氯離子形成氯化銅蝕刻再生液，氯化銅蝕刻再生液通過出液口1015流入中轉循環裝置11的再生液儲存腔112。最後執行步驟S16，形成於陽極區1012內的氯氣通過真空氯氣吸收裝置12的真空泵121抽出至反應腔122。上述中轉循環裝置11的再生液儲存腔112直接提供氯化銅蝕刻再生液至蝕刻產線2。蝕刻產線2所產生的氯化銅蝕刻廢液再流回中轉循環裝置11的廢液儲存腔112，廢液儲存腔112再提供氯化銅蝕刻廢液至離心電解裝置10進行上述步驟產生氯化銅蝕刻再生液，達到廢液再生利用的目的。此外，真空氯氣吸收裝置12的反應腔122內盛裝鹼性溶液，當真空泵121抽取陽極區1012內的氯氣至反應腔122時，氯氣與鹼性溶液反應形成次氯酸鈉溶液，待次氯酸鈉溶液的有效氯含量達到其重量百分比的10％後，次氯酸鈉溶液為合格的工業級漂白水，達到氯氣資源化的目的。最後，經不斷地電解氯化銅蝕刻廢液，於外管體101的內側壁持續沈積銅金屬，進而形成純度高達99.95％以上的銅管，銅管可從外管體101取出，達到廢液提銅的目的。

由上述可知，本申請的離心電解裝置10的外管體101的進液口1014及出液口1015分別與中轉循環裝置11的廢液儲存腔111及再生液儲存腔112連接，離心電解裝置10的外管體101的氯氣交換口1013與真空氯氣吸收裝置12的反應腔122連接，外管體101、廢液儲存腔111、再生液儲存腔112及反應腔122的內部空間相連通並為密閉空間，即本申請的離心電解裝置10非開放式電解裝置，相較於先前所使用的開放式電解裝置，本申請的離心電解裝置10內的酸性蝕刻廢液及其所產生的氯氣及酸性蝕刻再生液不會洩漏至外部，避免酸性蝕刻廢液及其所產生的氯氣及酸性蝕刻再生液腐蝕本申請設備的其他裝置，同時也改善工作環境的空氣品質，避免危害操作人員的身體健康。本申請的外管體101及陽極棒103的材料均採用鈦金屬，增加離心電解裝置10的使用壽命及抗損性。

再參閱圖1，本申請的離心電解裝置10還包括蓋體104及底座105，蓋體104蓋設於外管體101的上端，底座105組設於外管體101的底部。蓋體104內設有氣體收集結構1041，氣體收集結構1041設置於筒形離子交換膜102的上方，其為錐體，其底部與陽極區1012相連通，其頂部與氯氣交換口1013相連通。底座105內設有錐狀導流結構1051，錐狀導流結構1051的頂部抵接於筒形離子交換膜102的底部，進液口1014對應錐狀導流結構1051的錐面。請參閱圖4，其為本申請另一實施方式的使用酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備的方法流程圖；如圖所示，於上述步驟S11前執行步驟S10，本申請的進液口1014與中轉循環裝置11的廢液儲存槽111間設有泵浦13，泵浦13加壓廢液儲存槽111內的氯化銅蝕刻廢液，加壓的氯化銅蝕刻廢液通過進液口1014進入外管體101，並通過錐狀導流結構1051形成離心旋轉流動（如圖5所示的虛線部份表示蝕刻廢液的流動方向），同時加壓的氯化銅蝕刻廢液沿著筒形離子交換膜102作高速的離心旋轉流動，如此氯化銅蝕刻廢液內的銅離子可均勻分佈於陰極區1011內，並均勻沈積銅金屬於外管體101的內側壁。也因上述，本申請的陽極棒103的外表面積小於外管體101的內表面積，陽極棒103的電流密度高達2000A/平方米，相較於開放式電解裝置所使用的單陽極的電流密度高達8~10倍，有效避免發生陽極鈍化的問題。

此外，本申請的離心電解裝置10更包括流量分配件107，流量分配件107設置於外管體101的底部，並位於陽極區1011的底部，且位於進液口1014的上方。當氯化銅蝕刻廢液從進液口1014進入外管體101內時，氯化銅蝕刻廢液通過流量分配件107控制進入陽極區1011的流量。

綜上所述，本申請的一或多個實施方式中，本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備於密閉空間內進行離子交換及電解，有效杜絕各種廢液及廢氣洩漏，改善設備現場環境及維護員工身體健康，也可避免設備外的零元件直接或間接接觸到廢液及廢氣而發生腐蝕損壞。

本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的外管體及陽極棒使用鈦金屬，可增加設備的使用壽命及抗損性。

本申請的使用酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的方法的蝕刻廢液以離心旋轉流動，如此陽極棒的外表面積小於外管體的內表面積，陽極棒的電流密度高達2000A/平方米，即具有高電流密度，避免陽極棒發生鈍化的問題。

本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備可回收高純度的銅管及氯氣，氯氣再與鹼性溶液混合為漂白水，達到廢液提銅及氯氣資源化的目的；同時，本申請的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備也可產生蝕刻再生液，並提供蝕刻再生液至蝕刻生產線使用，達到廢液再生利用的目的。

上所述僅為本申請的實施方式而已，並不用於限制本申請。對於本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理的內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包括在本申請的權利要求範圍之內。

1‧‧‧酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備
2‧‧‧蝕刻產線
10‧‧‧離心電解裝置
11‧‧‧中轉循環裝置
12‧‧‧真空氯氣吸收裝置
13‧‧‧泵浦
111‧‧‧廢液儲存腔
112‧‧‧再生液儲存腔
121‧‧‧真空泵
122‧‧‧反應腔
101‧‧‧外管體
102‧‧‧筒形離子交換膜
103‧‧‧陽極棒
104‧‧‧蓋體
105‧‧‧底座
107‧‧‧流量分配件
1011‧‧‧陰極區
1012‧‧‧陽極區
1013‧‧‧氯氣交換口
1014‧‧‧進液口
1015‧‧‧出液口
1016‧‧‧電性連接點
1031‧‧‧電性連接點
1041‧‧‧氣體收集結構
1051‧‧‧錐狀導流結構
S10~S16‧‧‧步驟

〔圖1〕為本申請一實施方式的酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備的方塊圖； 〔圖2〕為本申請一實施方式的離心電解裝置的示意圖； 〔圖3〕為本申請一實施方式的使用酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備的方法流程圖； 〔圖4〕為本申請另一實施方式的使用酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備的方法流程圖；以及 〔圖5〕為本申請另一實施方式的離心電解裝置的使用狀態圖。

1‧‧‧酸性氯化銅蝕刻廢液的再生回收設備

2‧‧‧蝕刻產線

10‧‧‧離心電解裝置

11‧‧‧中轉循環裝置

12‧‧‧真空氯氣吸收裝置

13‧‧‧泵浦

111‧‧‧廢液儲存腔

112‧‧‧再生液儲存腔

121‧‧‧真空泵

122‧‧‧反應腔

Claims (10)

1. 一種酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於包括： 中轉循環裝置； 離心電解裝置，連接所述中轉循環裝置；以及 真空氯氣吸收裝置，連接所述離心電解裝置， 其中所述離心電解裝置包括外管體、筒形離子交換膜及陽極棒，所述筒形離子交換膜設置於所述外管體內，並分隔所述外管體為陰極區及陽極區，所述陽極棒設置於所述陽極區，所述外管體具有進液口、出液口及氯氣交換口，所述進液口及出液口連通所述陰極區，所述氯氣交換口連通所述陽極區，所述中轉循環裝置連接所述進液口及出液口，所述真空氯氣吸收裝置連接所述氯氣交換口，相連接的所述離心電解裝置、中轉循環裝置及真空氯氣吸收裝置的內部空間為密閉空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於所述離心電解裝置還包括底座及蓋體，所述底座設置於所述外管體的底部，並具有錐狀導流結構，所述錐狀導流結構的頂部抵接於所述筒形離子交換膜的底部；所述蓋體設置於所述外管體的頂端，並具有氣體收集結構，所述氣體收集結構的底部連接所述筒形離子交換膜的頂部，所述氣體收集結構的頂部連接所述氯氣交換口。
3. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於所述中轉循環裝置包括廢液儲存腔及再生液儲存腔，所述廢液儲存腔連接所述進液口，所述再生液儲存腔連接所述出液口，所述廢液儲存腔與所述進液口間更設有泵浦。
4. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於所述真空氯氣吸收裝置還包括真空泵及反應槽，所述真空泵連接所述氯氣交換口及所述反應腔。
5. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於所述外管體及陽極棒的材料為鈦金屬。
6. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備，其特徵在於還包括流量分配件，所述流量分配件設置於所述外管體內，並位於所述陰極區的底部，且位於所述進液口的上方。
7. 一種使用如申請專利範圍第1項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的方法，其特徵在於包括所述中轉循環裝置提供氯化銅蝕刻廢液至所述外管體的陰極區及陽極區；施加電流至所述外管體及陽極棒，並對所述氯化銅蝕刻廢液產生電解反應；所述氯化銅蝕刻廢液的銅離子位於所述陰極區並還原反應為銅金屬，且沈積於所述外管體的內側壁；所述氯化銅蝕刻廢液的氯離子通過所述筒形離子交換膜進入所述陽極區，並經氧化反應為氯氣；所述真空氯氣吸收裝置抽取所述陽極區的氯氣；以及所述陰極區產生氯化銅蝕刻再生液，所述氯化銅蝕刻再生液流至所述中轉循環裝置。
8. 一種使用如申請專利範圍第2項所述的酸性氯化銅蝕刻廢液再生回收設備的方法，其特徵在於包括所述中轉循環裝置提供加壓的氯化銅蝕刻廢液至所述外管體的錐狀導流結構，所述氯化銅蝕刻廢液沿著所述陽極棒作離心旋轉流動並進入陰極區及陽極區；施加電流至所述外管體及陽極棒，並對所述氯化銅蝕刻廢液產生電解反應；所述氯化銅蝕刻廢液的銅離子位於所述陰極區並還原反應為銅金屬，並沈積於所述外管體的內側壁；所述氯化銅蝕刻廢液的氯離子通過所述筒形離子交換膜進入所述陽極區，並經氧化反應為氯氣；所述真空氯氣吸收裝置抽取所述陽極區的氯氣；以及所述陰極區產生氯化銅蝕刻再生液，所述氯化銅蝕刻再生液流至所述中轉循環裝置。
9. 如申請專利範圍第7項或第8項所述的方法，其特徵在於所述陽極棒的電流密度為2000A/平方米。
10. 如申請專利範圍第7項或第8項所述的方法，其特徵在於所述氯化銅蝕刻再生液流至蝕刻生產線並產生氯化銅蝕刻廢液，所述氯化銅蝕刻廢液通過所述中轉循環裝置流至所述離心電解裝置。