酸性蚀刻废液的再生方法及系统与流程

1.本发明涉及酸性蚀刻废液处理领域，具体涉及一种酸性蚀刻废液的再生方法及系统。


背景技术：

2.pcb(printed circuit board，印刷电路板)是依电路设计将连接电路零件的电子布线制成图形，再经过特定的机械加工、处理等过程，于绝缘体上使电子导体重现所构成之电路板，主要目的是借由电路板上的电路让配置于电路板上的电子零件发挥功能。
3.目前在pcb的内外层之间进行图形蚀刻时，通常使用酸性蚀刻液，蚀刻后的废液含有丰富的亚铜离子、铜离子、氯离子，直接贩卖或者排放会造成资源浪费及环保问题，且用于酸性蚀刻液的氧化剂之购买成本持续偏高。因此，目前酸性蚀刻废液的处理方式有待提高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何将酸性蚀刻废液再生成酸性蚀刻液。
5.为达到以上目的，本发明提供的酸性蚀刻废液的再生方法，包括以下步骤：
6.s101：提供酸性蚀刻废液，酸性蚀刻废液包括铜离子、亚铜离子和氯离子；
7.s102：将酸性蚀刻废液进行电解反应，形成电解再生液和氯气，电解反应的过程包括：将酸性蚀刻废液中的部分亚铜离子转变为铜离子，将部分氯离子转变为氯气，将部分铜离子转变为铜金属；
8.s103：将电解反应得到的氯气与电解再生液反应，使电解再生液中的亚铜离子转变为铜离子后，形成再生酸性蚀刻液。
9.在上述技术方案的基础上，s102中所述电解反应的具体过程包括：通过微渗透膜将电解室分为阳极室和阴极室，当酸性蚀刻废液进入电解室后，在电流作用下，阳极室将亚铜离子转变为铜离子；阳极室将氯离子转变为氯气；阴极室将铜离子转变为铜金属。
10.在上述技术方案的基础上，所述将亚铜离子转变为铜离子的反应公式为：cu
+
→
cu
2+
+e-；
11.所述将氯离子转变为氯气的反应公式为：2cl-→
cl2+2e；
12.所述将铜离子转变为铜金属的反应公式为：cu
2+
+2e-→
cu；
13.所述氯气与电解再生液的反应公式为：2cucl+cl2→
2cucl2。
14.在上述技术方案的基础上，s103之后还包括以下步骤：s103中未反应完的氯气会通过氯化亚铁、三氯化铁和铁屑进行吸收；吸收过程中氯气和氯化亚铁反应生成三氯化铁，三氯化铁和铁屑反应再生成氯化亚铁。
15.在上述技术方案的基础上，所述氯气和氯化亚铁的反应公式为：2fecl2+cl2→
2fecl3；
16.所述三氯化铁和铁屑的反应公式为：fe+2fecl3→
3fecl2。
17.本发明提供的酸性蚀刻废液的再生系统，包括：电解室和气液反应器；
18.电解室用于：将酸性蚀刻废液进行电解反应，形成电解再生液和氯气，并将电解再生液和氯气输送至气液反应器；电解室包括阳极室和阴极室，进行电解反应时，阳极室将酸性蚀刻废液中的部分亚铜离子转变为铜离子，将部分氯离子转变为氯气；阴极室将部分铜离子转变为铜金属；
19.气液反应器用于：将氯气与电解再生液反应，使电解再生液中的亚铜离子转变为铜离子后，形成再生酸性蚀刻液。
20.在上述技术方案的基础上，该系统还包括酸性蚀刻废液储槽和电解再生液储槽；
21.酸性蚀刻废液储槽用于：将储存的酸性蚀刻废液输送至电解室；
22.电解再生液储槽用于：将储存的电解再生液输送至气液反应器。
23.在上述技术方案的基础上，该系统还包括氯气吸收器，其用于：吸收气液反应器中未反应完的氯气；在阳极室产生氯气、且气液反应器不需要氯气时，吸收阳极室产生的氯气。
24.在上述技术方案的基础上，该系统还包括比重控制器和蚀刻机；
25.比重控制器用于：配置再生酸性蚀刻液添加至蚀刻机的流量后，按照配置流量，将气液反应器形成的再生酸性蚀刻液输送至蚀刻机上使用。
26.在上述技术方案的基础上，该系统还包括蚀刻剂储存槽，其用于：在再生酸性蚀刻液输送至蚀刻机之前，为再生酸性蚀刻液添加蚀刻添加剂，蚀刻添加剂包括氧化剂和/或界面活性剂。
27.与现有技术相比，本发明的优点在于：
28.本发明能够对酸性蚀刻废液进行电解反应，使得酸性蚀刻废液中的氯离子变成氯气，亚铜离子变成铜离子，以此让蚀刻液的蚀刻能力得以再生；与此同时，电解还可解析出有经济价值的副产品金属铜。进一步，利用电解产出的氯气作为氧化剂与电解再生液反应，不仅能够节省成本，而且能够再度提升电解再生液中具有蚀刻能力之铜离子的浓度，从而将酸性蚀刻废液再生成酸性蚀刻液。由此可知，本发明能够达到回收酸性蚀刻废液中的铜、以及再生酸性蚀刻废液的双重目的。
29.经验证得出：
30.(1)本发明的酸性蚀刻废液将100％被电解，只有约5％电解后的废液需要环保处理；
31.(2)目前酸性蚀刻废液中含铜丰富(约150g/l)，而本发明可以将其中95％的铜离子电解成金属铜。
附图说明
32.图1为本发明实施例中酸性蚀刻废液的再生方法的流程图；
33.图2为本发明实施例中酸性蚀刻废液的再生系统连接框图。
34.图中：102-酸性蚀刻废液储槽，103-电解室，1030-铜金属收集器，103a-阳极室，103b-阴极室，104-气液反应器，105-电解再生液储槽，106-氯气吸收器，107-湿式蚀刻机，108-酸性蚀刻废液供应源，109-比重控制器，110-蚀刻剂储存槽，31g-气体输出口，31l-液
体输出口，41l-再生液输入口，41le-再生液输出口，41g-氯气输入口，41gl-氯气输出口，42l-废液输入口，42le-废液输出口。
具体实施方式
35.以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
36.参见图1所示，本发明实施例中的酸性蚀刻废液的再生方法，包括以下步骤：
37.s101：提供酸性蚀刻废液，酸性蚀刻废液包括铜离子、亚铜离子和氯离子，在一些实施例中，酸性蚀刻废液还包括cucl2和/或hcl。
38.s102：将酸性蚀刻废液进行电解反应，形成电解再生液和氯气，电解反应的过程包括：将酸性蚀刻废液中的部分亚铜离子转变为铜离子，将部分氯离子转变为氯气，将部分铜离子转变为铜金属；其中电解再生液的亚铜离子的浓度低于酸性蚀刻废液中的亚铜离子的浓度。
39.电解反应的具体过程为：
40.使用隔膜电解(membrane electrolysis)制程，其借由微渗透膜将电解室分为阳极室和阴极室。当酸性蚀刻废液进入电解室后，在电流作用下，如式一所示，阳极室将亚铜离子转变为铜离子；如式二所示，阳极室将氯离子转变为氯气；如式三所示，阴极室将铜离子转变为铜金属。
41.式一：cu
+
→
cu
2+
+e-42.式二：2cl-→
cl2+2e-43.式三：cu
2+
+2e-→
cu
44.此处可以得出，本发明借由上述电解反应提供至少三个功效：
45.功效一：在印刷电路板的内外层之铜蚀刻反应中，铜离子具蚀刻能力，但亚铜离子不具蚀刻能力，借由电解反应，将酸性蚀刻废液的亚铜离子转变为铜离子，从而再生酸性蚀刻废液的蚀刻能力。经验证得到，电解后的电解再生液中亚铜离子的浓度，低于电解前酸性蚀刻废液中的亚铜离子的浓度。
46.功效二：电解时在阴极析出的金属铜，具有经济价值，可以单独进行回收后贩卖或者用于其他制程阶段，以节省成本。
47.功效三：电解时所获得的氯气，可以作为电解再生液的氧化剂，使得电解再生液的亚铜离子浓度进一步地降低(也为下面步骤的原理)，而且直接使用电解反应所产生的氯气作为电解再生液的氧化剂，可以减少氧化剂购买，节省生产成本。
48.s103：将电解反应得到的氯气与电解再生液反应，如式四所示，使电解再生液中的亚铜离子转变为铜离子后，形成再生酸性蚀刻液。
49.式四：2cu cl+cl2→
2cu cl250.值得注意的是，电解再生液的亚铜离子与氯气反应生成具有蚀刻能力的铜离子，即借由氯气作为氧化剂以氧化电解再生液，使得其中的铜离子浓度得到再一次地提升。经验证得到，再生酸性蚀刻液中的铜离子的浓度大于电解再生液中铜离子的浓度。
51.在一些实施例中，s103中未反应完的氯气会通过氯化亚铁、三氯化铁和铁屑进行吸收，以防污染，氯气和氯化亚铁如式五所示反应生成三氯化铁，三氯化铁和铁屑如式六所示反应而再生成氯化亚铁，三氯化铁还可以回收后外销。
52.式五：2fecl2+cl2→
2fecl353.式六：fe+2fecl3→
3fecl254.s104：将再生酸性蚀刻液传送至湿式蚀刻机上使用。
55.在一些实施例中，s104之前还包括以下步骤：为再生酸性蚀刻液添加蚀刻添加剂，蚀刻添加剂包括氧化剂和/或界面活性剂。
56.参见图2所示，本发明实施例中的酸性蚀刻废液的再生系统，包括：
57.电解室103和气液反应器104；
58.电解室103用于：将酸性蚀刻废液(包括铜离子、亚铜离子和氯离子，还可能包括cucl2和/或hcl)进行电解反应，形成电解再生液和氯气并输送至气液反应器104；电解室103包括阳极室103a和阴极室103b，进行电解反应时，阳极室103a将酸性蚀刻废液中的部分亚铜离子转变为铜离子，将部分氯离子转变为氯气；阴极室103b将部分铜离子转变为铜金属。
59.气液反应器104用于：将氯气与电解再生液反应，使电解再生液中的亚铜离子转变为铜离子后，形成再生酸性蚀刻液。
60.在一些实施例中，该系统还包括酸性蚀刻废液储槽102和电解再生液储槽105；
61.酸性蚀刻废液储槽102用于：在电解室103工作时，将储存的酸性蚀刻废液输送至电解室103。
62.电解再生液储槽105用于：在气液反应器104工作时，将储存的电解再生液输送至气液反应器104。
63.酸性蚀刻废液储槽102和电解再生液储槽105能够存储对应的液体，防止因液体回流或外流等因素造成的污染。
64.在一些实施例中，该系统还包括氯气吸收器106，其用于：吸收气液反应器104中未反应完的氯气；在阳极室103a产生氯气、且气液反应器104不需要氯气时，吸收阳极室103a产生的氯气。
65.在一些实施例中，该系统还包括比重控制器109和蚀刻机；
66.比重控制器109用于：配置再生酸性蚀刻液添加至蚀刻机的流量后，按照配置流量，将气液反应器104形成的再生酸性蚀刻液输送至蚀刻机上使用。
67.在一些实施例中，该系统还包括蚀刻剂储存槽110，其用于：在再生酸性蚀刻液输送至蚀刻机之前，为再生酸性蚀刻液添加蚀刻添加剂，蚀刻添加剂包括氧化剂和/或界面活性剂。
68.下面通过一个具体实施例详细说明本发明的酸性蚀刻废液的再生系统。
69.参见图2所示，该系统包括酸性蚀刻废液储槽102，与酸性蚀刻废液储槽102的输出口连通(可直连也可通过管道连，下文连通释义相同)的电解室103(电解室103包括阳极室103a和阳极室103a)，与阳极室103a的液体输出口31l连通的电解再生液储槽105；与阳极室103a的气体输出口31g连通的氯气吸收器106，阴极室103b的输出口与一铜金属收集器1030连通。
70.该系统还包括气液反应器104、比重控制器109、湿式蚀刻机107、蚀刻剂储存槽110和酸性蚀刻废液供应源108，气液反应器104包括再生液输入口41l、再生液输出口41le、氯气输入口41g、氯气输出口41gl、废液输入口42l和废液输出口42le；
71.再生液输入口41l与电解再生液储槽105的输出口连通；
72.再生液输出口41le通过比重控制器109与湿式蚀刻机107连通；湿式蚀刻机107的输入口还与蚀刻剂储存槽110的输出口连通，湿式蚀刻机107的输出口通过酸性蚀刻废液供应源108与废液输入口42l连通，废液输出口42le与酸性蚀刻废液储槽102的输入口连通；
73.氯气输入口41g与阳极室103a的气体输出口31g连通；
74.氯气输出口41gl与氯气吸收器106的输入口连通。
75.该系统的工作流程为：
76.一、参见图2所示，将酸性蚀刻废液储槽102中的酸性蚀刻废液输送至电解室103进行电解反应，即阳极室103a将酸性蚀刻废液中的部分亚铜离子转变为铜离子，将部分氯离子转变为氯气；阴极室103b将部分铜离子转变为铜金属；此流程会得到氯气、铜金属和电解再生液。将电解再生液通过液体输出口31l输送至电解再生液储槽105，将阴极室103b中的铜金属输送至铜金属收集器1030回收。
77.本实施例中电解前酸性蚀刻废液中的亚铜离子的浓度为130-150g/l，电解后的电解再生液中亚铜离子的浓度为30-50g/l(即电解时显著降低了亚铜离子的浓度，将大部分亚铜离子转化为铜离子)。
78.二、参见图2所示，将氯气和电解再生液储槽105中的电解再生液输送至气液反应器104；氯气和电解再生液在气液反应器104中反应后，会将电解再生液中的亚铜离子转变为铜离子，形成再生酸性蚀刻液。
79.三、参见图2所示，通过比重控制器109配置以控制添加至湿式蚀刻机107的再生酸性蚀刻液的流量(以调控湿式蚀刻机107的蚀刻液比重)后，按照配置流量，将气液反应器104中的再生酸性蚀刻液输送至湿式蚀刻机107上使用(用于印刷电路板的内外层的蚀刻制程，使用前先添加蚀刻添加剂，为了维持浓度，蚀刻添加剂通过蚀刻剂储存槽110输送，本实施例中的蚀刻添加剂包括hcl和氧化剂)。再生酸性蚀刻液在湿式蚀刻机107上进行的反应如式七所示，覆铜板(未绘示)上的金属铜与氯化铜反应之后，消耗了具蚀刻能力的铜离子，且生成不具蚀刻能力的亚铜离子。
80.式七：2cucl+cl2→
2cucl281.四、酸性蚀刻废液供应源108配置由湿式蚀刻机107输送至气液反应器104中的酸性蚀刻废液的流量；按照配置的流量，将湿式蚀刻机107工作时产生的酸性蚀刻废液输送至气液反应器104。酸性蚀刻废液与气液反应器104中的氯气进行上述式四的反应之后，经由废液出口输送至酸性蚀刻废液储槽102准备再度回收再生。
82.在流程一至四的进行过程中，气液反应器104中未反应完的氯气通过氯气输出口41gl输送至氯气吸收器106(本实施例中的氯气吸收器106中包括氯化亚铁、三氯化铁和铁屑)吸收。在阳极室103a产生氯气、且气液反应器104不需要氯气时，阳极室103a中的氯气通过气体输出口31g输送至氯气吸收器106吸收。
83.进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。