碱性含铜蚀刻废液如何处理

Posted 2023-01-13 碱

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摘要：实验对碱性含铜蚀刻废液膜电解工艺处理的可行性开展相关研究,考察了槽电压、电解时间和阳极液pH值等因素对膜电解电流效率的影响,并确定了最佳工艺条件:槽电压3.10 V、电解时间2 h、阳极液初始pH值9.20。在上述最优工艺条件下,膜电解电流效率达91.5%。实验结果表明,该工艺操作方便、简单可行,是处理蚀刻废液、回收铜的有效方法,具有一定的应用价值。

印刷线路板（PCB），又被称为印制电路板。近几年，我国PCB及相关产业发展迅速，其产值、产量分别占世界第二位和第一位，全国已有PCB企业3500多家。印刷线路板在制造过程中，当蚀刻液的蚀刻能力减弱时必须及时更换。因此蚀刻过程会产生大量的含铜碱性蚀刻废液，其中含有Cu、Cl-、NH3和NH4+等有用物质。研究表明，每吨废蚀刻液中含Cl-在250kg、Cu120kg以上、NH3- NH4+80kg左右及其他各种有价离子，平均每生产1m2的PCB板会产生2.5L左右的废蚀刻液。

因此，如若处置不当，容易造成严重的资源浪费和环境污染。有研究表明，1L未经处理的碱性蚀刻废液可以污染100t以上的水。
印制电路板蚀刻目前所采用的蚀

液主要有碱性氯化铜溶液和酸性氯化铜溶液，其中酸性Cu Cl2蚀刻液的蚀刻速率慢，反应温度较高；而碱性Cu Cl2蚀刻液则具有蚀刻速率较快且溶液稳定、安全性好等优点而成为蚀刻双面板及多面板的主流目前。

碱性含铜蚀刻废液处理的主要方法包括：酸化法、碱化法和萃取法。采用酸化法时直接加硫酸，制得胆矾后再应用电解法回收金属铜；碱化法一般将NaOH溶液与废液反应生成CuO沉淀，随后将CuO沉淀与稀硫酸反应制备硫酸铜；萃取法采用强鳌合剂萃取蚀刻废液中的Cu2+，再经过反萃等工序回收铜同时再生蚀刻液。然而这些传统工艺方法均存在诸如再生工艺流程较长、投入成本较高、副产品质量较低和容易产生二次污染等缺点，造成实际应用的局限性。

膜电解工艺中利用的离子交换膜又称为离子选择性透过膜，该膜上含有离子基团因而在电场的作用下可以让溶液中的离子选择性透过，即阳离子交换膜只允许溶液中的阳离子选择性透过，阴离子交换膜只允许溶液中的阴离子透过。。

因此利用离子交换膜的选择透过性同时结合电极表面的氧化还原反应可以很好地将含铜碱性蚀刻废液中不同价态的铜离子进行有效分离。经膜电解后阳极蚀刻液根据蚀刻工艺要求，通过必要的组分调整，可再次返回蚀刻工序从而做到蚀刻液的循环使用；另一方面，膜电解后含二价铜离子的阴极液可通过添加亚硫酸钠的方式进行还原处理，还原处理后的溶液可参考文献中的方法用于制备氯化亚铜产品。这对于环境保护、资源循环利用和蚀刻企业生产成本的降低都具有重要意义。

本实验采用自制膜电解分离设备，对膜电解工艺处理碱性含铜蚀刻废液的可行性开展了相关的研究工作。实验过程中对影响不同价态铜离子分离的工艺条件（如槽电压、电解时间、阳极液初始PH值等）进行了探究。研究结果将为蚀刻液的循环利用及制备氯化亚铜工艺的产业化实施提供必要的技术指导。。

1材料与方法

1.1实验原理

本研究是在直流电场的作用下，在阳离子膜电解槽中电解再生碱性蚀刻液，碱性蚀刻液中包含氯化铵、氯化亚铜和氯化铜，电解装置如图1所示。电解槽用阳离子交换膜将阳极室和阴极室隔开；将阴极液贮液槽借助水泵)和阴极室连通；将阳极液贮液槽借助水泵、和阳极室连通；进行电解反应时，阳极室蚀刻液中的氯化亚铜在阳极表面氧化生成氯化铜，同时其中的铵离子穿越阳离子交换膜进入阴极室；阴极室蚀刻液中的二价铜离子优先在阴极表面还原成一价铜，同时一价铜离子返回至阴极液贮液槽中。

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