堿性含銅蝕刻廢液如何處理

更新時(shí)間：2014-06-19 10:14 來(lái)源：環(huán)境工程學(xué)報(bào) 作者: 閱讀：4456

摘要：實(shí)驗(yàn)對(duì)堿性含銅蝕刻廢液膜電解工藝處理的可行性開(kāi)展相關(guān)研究,考察了槽電壓、電解時(shí)間和陽(yáng)極液pH值等因素對(duì)膜電解電流效率的影響,并確定了最佳工藝條件:槽電壓3.10 V、電解時(shí)間2 h、陽(yáng)極液初始pH值9.20。在上述最優(yōu)工藝條件下,膜電解電流效率達(dá)91.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該工藝操作方便、簡(jiǎn)單可行,是處理蝕刻廢液、回收銅的有效方法,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

印刷線路板（PCB），又被稱為印制電路板。近幾年，我國(guó)PCB及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其產(chǎn)值、產(chǎn)量分別占世界第二位和第一位，全國(guó)已有PCB企業(yè)3500多家。印刷線路板在制造過(guò)程中，當(dāng)蝕刻液的蝕刻能力減弱時(shí)必須及時(shí)更換。因此蝕刻過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的含銅堿性蝕刻廢液，其中含有Cu、Cl-、NH3和NH4+等有用物質(zhì)。研究表明，每噸廢蝕刻液中含Cl-在250kg、Cu120kg以上、NH3- NH4+80kg左右及其他各種有價(jià)離子，平均每生產(chǎn)1m2的PCB板會(huì)產(chǎn)生2.5L左右的廢蝕刻液。

因此，如若處置不當(dāng)，容易造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。有研究表明，1L未經(jīng)處理的堿性蝕刻廢液可以污染100t以上的水。
印制電路板蝕刻目前所采用的蝕

液主要有堿性氯化銅溶液和酸性氯化銅溶液，其中酸性Cu Cl2蝕刻液的蝕刻速率慢，反應(yīng)溫度較高；而堿性Cu Cl2蝕刻液則具有蝕刻速率較快且溶液穩(wěn)定、安全性好等優(yōu)點(diǎn)而成為蝕刻雙面板及多面板的主流目前。

堿性含銅蝕刻廢液處理的主要方法包括：酸化法、堿化法和萃取法。采用酸化法時(shí)直接加硫酸，制得膽礬后再應(yīng)用電解法回收金屬銅；堿化法一般將NaOH溶液與廢液反應(yīng)生成CuO沉淀，隨后將CuO沉淀與稀硫酸反應(yīng)制備硫酸銅；萃取法采用強(qiáng)鰲合劑萃取蝕刻廢液中的Cu2+，再經(jīng)過(guò)反萃等工序回收銅同時(shí)再生蝕刻液。然而這些傳統(tǒng)工藝方法均存在諸如再生工藝流程較長(zhǎng)、投入成本較高、副產(chǎn)品質(zhì)量較低和容易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)，造成實(shí)際應(yīng)用的局限性。

膜電解工藝中利用的離子交換膜又稱為離子選擇性透過(guò)膜，該膜上含有離子基團(tuán)因而在電場(chǎng)的作用下可以讓溶液中的離子選擇性透過(guò)，即陽(yáng)離子交換膜只允許溶液中的陽(yáng)離子選擇性透過(guò)，陰離子交換膜只允許溶液中的陰離子透過(guò)。具體參見(jiàn)http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

因此利用離子交換膜的選擇透過(guò)性同時(shí)結(jié)合電極表面的氧化還原反應(yīng)可以很好地將含銅堿性蝕刻廢液中不同價(jià)態(tài)的銅離子進(jìn)行有效分離。經(jīng)膜電解后陽(yáng)極蝕刻液根據(jù)蝕刻工藝要求，通過(guò)必要的組分調(diào)整，可再次返回蝕刻工序從而做到蝕刻液的循環(huán)使用；另一方面，膜電解后含二價(jià)銅離子的陰極液可通過(guò)添加亞硫酸鈉的方式進(jìn)行還原處理，還原處理后的溶液可參考文獻(xiàn)中的方法用于制備氯化亞銅產(chǎn)品。這對(duì)于環(huán)境保護(hù)、資源循環(huán)利用和蝕刻企業(yè)生產(chǎn)成本的降低都具有重要意義。

本實(shí)驗(yàn)采用自制膜電解分離設(shè)備，對(duì)膜電解工藝處理堿性含銅蝕刻廢液的可行性開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)影響不同價(jià)態(tài)銅離子分離的工藝條件（如槽電壓、電解時(shí)間、陽(yáng)極液初始PH值等）進(jìn)行了探究。研究結(jié)果將為蝕刻液的循環(huán)利用及制備氯化亞銅工藝的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施提供必要的技術(shù)指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)原理

本研究是在直流電場(chǎng)的作用下，在陽(yáng)離子膜電解槽中電解再生堿性蝕刻液，堿性蝕刻液中包含氯化銨、氯化亞銅和氯化銅，電解裝置如圖1所示。電解槽用陽(yáng)離子交換膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)；將陰極液貯液槽借助水泵)和陰極室連通；將陽(yáng)極液貯液槽借助水泵、和陽(yáng)極室連通；進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，陽(yáng)極室蝕刻液中的氯化亞銅在陽(yáng)極表面氧化生成氯化銅，同時(shí)其中的銨離子穿越陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室；陰極室蝕刻液中的二價(jià)銅離子優(yōu)先在陰極表面還原成一價(jià)銅，同時(shí)一價(jià)銅離子返回至陰極液貯液槽中。

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