專利名稱：用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電解裝置，特別涉及從堿性廢蝕刻液中電解提取金屬銅的電
解裝置。
背景技術(shù)：
作為電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和家電行業(yè)的基礎(chǔ)，近20年來(lái)國(guó)外重污染行業(yè)之一的印 制電路板企業(yè)紛紛向中國(guó)轉(zhuǎn)移，使得中國(guó)的PCB (印制電路板)行業(yè)近年來(lái)一直保持10 12%的年增長(zhǎng)速度。目前有多種規(guī)模的PCB企業(yè)3500多家，年產(chǎn)量達(dá)到1. 2億平方米，已 經(jīng)躍居全世界之首。每年P(guān)CB企業(yè)平均消耗銅20萬(wàn)噸以上，產(chǎn)出的廢液(廢蝕刻液)中含 銅量在8萬(wàn)噸以上，對(duì)社會(huì)尤其是PCB周邊地區(qū)的水資源構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。蝕刻是PCB 生產(chǎn)中消耗藥水量最多的工序，也是產(chǎn)生廢液(即所謂的危險(xiǎn)廢物——廢蝕刻液，按國(guó)家環(huán) ?？偩值膹U物分類命名)和廢水(即一次洗滌廢水和二次洗滌廢水)最大的工序。一般 而言，每生產(chǎn)一平方米正常厚度(18 μ m)的雙面板消耗蝕刻液為2 3升，并產(chǎn)生廢蝕刻液 2 3升、一次洗滌廢水50 75升、二次洗滌廢水80 100升。目前的做法是定時(shí)或不定 時(shí)地從蝕刻槽排出部分銅含量很高的廢蝕刻液，同時(shí)向其中添加新藥水。通常蝕刻液中的 最佳銅濃度在110 130克/升，而在外排時(shí)，則希望銅濃度越高越好(通常在150 160 克/升)，以盡可能提高蝕刻液利用效率，降低溶液總使用量。從經(jīng)濟(jì)成本上說(shuō)，目前的做法對(duì)PCB企業(yè)不利，一方面這些企業(yè)需要花可觀的成 本不斷購(gòu)買(mǎi)新蝕刻液，而廢蝕刻液中除銅以外的有用成分都被丟棄。特別對(duì)于一些小型PCB 企業(yè)，它們直接外排廢蝕刻液，其中的銅也一并丟棄。另一方面，排出的廢蝕刻液價(jià)值不但 無(wú)法抵消購(gòu)買(mǎi)新蝕刻液的費(fèi)用，排污的治理成本也極其昂貴，在一些對(duì)廢蝕刻液采取特殊 管制措施的地區(qū)，廢蝕刻液由第三方企業(yè)無(wú)償拿走或廉價(jià)收購(gòu)，在造成污染轉(zhuǎn)移的同時(shí)，也 減少了 PCB企業(yè)的可得利益。目前，通常從廢蝕刻液中分離銅，并通過(guò)補(bǔ)充或調(diào)整其他非銅成分，使廢液再生， 再循環(huán)到蝕刻工藝中。常用的處理廢蝕刻液以對(duì)其中的銅進(jìn)行回收和再生蝕刻液的方法主 要有萃取反萃取電解法、膜分離電解法和直接電解法。萃取反萃取電解法需要萃取劑，萃取劑使用壽命有限，而且需要對(duì)萃取劑后續(xù)處 理。由于再生后蝕刻液內(nèi)殘留萃取劑，蝕刻速率降低，循環(huán)次數(shù)有限。該方法操作復(fù)雜、工 序多，設(shè)備占地面積大，還存在二次污染問(wèn)題。膜分離電解法雖然有操作簡(jiǎn)單，占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但是該方法要使用分離膜，而 膜更換的成本很高，同時(shí)該方法電耗也高。并且電解過(guò)程中氨氣逸出量大，再生蝕刻液時(shí)需 大量補(bǔ)充氨。相比較而言，直接電解法能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備占地面積小，對(duì)環(huán)境 沒(méi)有污染，而且再生的蝕刻液蝕刻質(zhì)量穩(wěn)定。然而直接電解提銅的電解效率和能耗仍較高，因而有必要改進(jìn)電解設(shè)備以進(jìn)一步 提高電解效率和降低能耗。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)以上問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能使電解效率達(dá)到90%以上，電耗 降低約30 %的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置。為此，提供一種用于堿性廢蝕刻液提銅的電解裝置。所述電解裝置包括電解槽；和 設(shè)置在所述電解槽內(nèi)部的至少一組極板組，其特征在于，每個(gè)所述極板組由一片陽(yáng)極和一 片陰極組成。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電解裝置進(jìn)一步包括布置在所述電解槽底部的進(jìn)液 管；布置在所述電解槽頂部的出液管；和鄰近所述電解槽設(shè)置的循環(huán)槽，其中所述進(jìn)液管 和所述出液管分別具有設(shè)置在循環(huán)槽中的開(kāi)口。優(yōu)選所述進(jìn)液管的管壁上具有許多向上開(kāi)口的小孔。更優(yōu)選所述進(jìn)液管以使所述 小孔均勻分布在電解槽的底部的方式布置，例如以S型布置。此外，所述循環(huán)槽具有能容納與所述電解槽基本相同的或更多的電解液的體積。根據(jù)最優(yōu)的實(shí)施方式，所述陰極板與所述陽(yáng)極板間的距離為40cm，且所述陰極板 和所述陽(yáng)極板分別具有1200mmX 1000mm的尺寸。本實(shí)用新型的電解裝置具有由一片陽(yáng)極和兩片陰極組成的極板組，與傳統(tǒng)的由一 片陽(yáng)極和一片陰極組成的極板組相比，銅離子接觸的陰極面積成倍增加，因而大大提高了 電解效率，但是并沒(méi)有使電耗成倍增加。此外，通過(guò)額外設(shè)置的循環(huán)槽，以及布置在電解槽 底部的具有許多小孔的進(jìn)液管增強(qiáng)了電解液的循環(huán)，使電解液能不斷進(jìn)行充分地混合，從 而進(jìn)一步提高了電解效率，并顯著降低了電耗。

以下附圖顯示了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的部 件。圖1為用直接電解法從堿性廢蝕刻液中提取金屬銅的流程示意圖；圖2為本實(shí)用新型電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖。本申請(qǐng)中的附圖均為示意圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，為清楚地顯示或突出某 些部分，圖中所示尺寸并非實(shí)際尺寸按相同比例的縮小或放大，某些部件的形狀也并非實(shí) 際的形狀。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步提高電解效率、降低電耗，本實(shí)用新型提供了一種用于從堿性廢蝕刻 液中分離銅的電解槽。下面根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，參考圖1以為例，說(shuō)明從堿性廢蝕刻液電 解提銅的過(guò)程。在步驟101中，將PBC企業(yè)排出的堿性廢蝕刻液引入電解槽，其中PCB企業(yè)將銅離 子濃度超出工藝要求的廢蝕刻液排出，這時(shí)廢蝕刻液中銅離子的濃度通常在150g/L以上， 稱為母液。在步驟102中，調(diào)整廢蝕刻液的離子濃度，通常通過(guò)稀釋，調(diào)節(jié)銅離子等的濃度 以適于電解。例如可以將銅離子濃度調(diào)節(jié)到20 120g/L。然后在步驟103中進(jìn)行電解。電解結(jié)束后得到金屬銅和余液。金屬銅從陰極剝離回收。部分余液被返還到電解槽中，在 離子濃度調(diào)整步驟中作為稀釋劑和母液混合，得到適于電解的電解液。其他余液在步驟104 中進(jìn)行調(diào)配，以補(bǔ)充非銅組分，如氯，然后在步驟105中返回蝕刻工序，作為新的蝕刻藥水 被重新利用。在電解過(guò)程中，銅離子被還原，在陰極析出成為金屬銅，同時(shí)溶液中的某種陰離 子，例如氫氧根離子或氯離子根據(jù)電壓不同而被還原。電解過(guò)程中，廢蝕刻液不斷地進(jìn)行循環(huán)攪拌，以確保電解中的氧化-還原反應(yīng)穩(wěn) 定地進(jìn)行。最終的電解余液中銅離子低于例如20g/L，但不限于此，可根據(jù)需要調(diào)整。
以下結(jié)合附圖2以具體的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的電解裝置。參考圖2，本實(shí)用新型的電解裝置1具有一個(gè)矩形電解槽100，在電解槽中設(shè)置有 若干組陰陽(yáng)基板組110。每組基板組由兩片陰極板111和一片陽(yáng)極板112組成。常規(guī)電解槽中的陰陽(yáng)極板是成對(duì)設(shè)置的。而本實(shí)用新型中，每個(gè)基板組110由兩 片陰極板111和一片陽(yáng)極板112組成。這樣使陰極板的面積成倍增加，因而增大了與電解 液中銅離子的接觸面積，有利于提高電解效率，而電耗基本不變。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中， 陰極板111和陽(yáng)極板112之間的間距設(shè)定為40cm，極板尺寸均設(shè)定為1200mmX 1000mm。這 樣可獲得更加優(yōu)化的電解效率。考慮到經(jīng)濟(jì)性和耐用性，通常陽(yáng)極板采用低電阻高密度石 墨，陰極板采用不銹鋼板，但不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。電解槽至少要有一組極板組，其數(shù)目可根據(jù)處理量設(shè)定。如圖2中顯示為5組，但 不限于此。例如按照上述優(yōu)選設(shè)計(jì)，月處理10噸廢液，可設(shè)置10組左右的基板組。如前所述，在電解過(guò)程中，靠近極板處溶液中參與反應(yīng)的離子濃度要低于溶液內(nèi) 部的離子濃度。因此，攪拌電解液使其中的反應(yīng)性離子不斷補(bǔ)充到極板附近必然有助于加 快電解進(jìn)程，提高電解效率。但是電解槽內(nèi)部排列的極板阻礙了電解液的均勻混合。在一 些電解槽中，將極板交錯(cuò)排列，使電解液在極板間以S型流動(dòng)(如CN2551659Y中所公開(kāi)的 電解槽)。然而這樣仍不能使電解液充分混勻。本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式中，將傳統(tǒng)的回流管替換為一個(gè)容納電解液的體積基 本與電解槽100相似甚至更大的循環(huán)槽200，并在電解槽底部設(shè)置進(jìn)液管120，頂部設(shè)置出 液管130。進(jìn)液管120和出液管130分別在該循環(huán)槽200中設(shè)有開(kāi)口(121和131)，從而構(gòu) 成電解液在循環(huán)槽200和電解槽100間循環(huán)流動(dòng)的回路。進(jìn)液管120在循環(huán)槽中設(shè)有一個(gè)開(kāi)口 121，通過(guò)泵(未示出)將循環(huán)槽200中的液 體輸送到進(jìn)液管120中。進(jìn)液管120均勻分布在電解槽200底部(例如以S型)，且管壁上 開(kāi)有許多向上開(kāi)口的小孔122，使電解液沿著圖中箭頭的方向向上流動(dòng)。出液管130設(shè)置在電解槽100的頂部，并具有向循環(huán)槽200的開(kāi)口 131，在進(jìn)液管 120流出流的推動(dòng)下，電解液從電解槽100的底部向頂部流動(dòng)，并通過(guò)出液管130沿箭頭方 向流入循環(huán)槽200中。電解液在循環(huán)槽200中得到充分的混合后又通過(guò)進(jìn)液管120進(jìn)入電 解槽100中參與電解。為使電解液充分混合，循環(huán)槽200中還可進(jìn)一步設(shè)置攪拌裝置。由于電解液得到了充分的混合，能夠保持極板附近具有與電解液內(nèi)部基本相同的 反應(yīng)離子濃度，從而使電解效率大大提高。循環(huán)槽200不僅起到使電解液充分混合的作用，還可以例如在循環(huán)槽中設(shè)置冷卻裝置(未示出)，起到對(duì)電解液進(jìn)行冷卻的作用，從而省略了額外的冷卻設(shè)備所占據(jù)的體 積。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)例，本實(shí)用新型的電解裝置具有10組極板組，陰陽(yáng)極板間距為 40cm，極板尺寸為1200mmX 1000mm，控制液體流速為約IOL/分，選擇電流密度為5 IOA/ dm2,電解電壓為6V時(shí)，電解1噸銅的電耗僅為約3500度，而同類產(chǎn)品需耗電約5000度；電 解效率達(dá)90%以上，同時(shí)電解速度快，金屬銅的質(zhì)量也很好。以上通過(guò)具體的實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明了本實(shí)用新型。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)理解，以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡 在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，所述電解裝置包括電解槽；和設(shè)置在所述電解槽內(nèi)部的至少一組極板組，其特征在于，每個(gè)所述極板組由一片陽(yáng)極板和兩片陰極板組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，進(jìn)一步包括布置在所述電解槽底部的進(jìn)液管；布置在所述電解槽頂部的出液管；和鄰近所述電解槽設(shè)置的循環(huán)槽，其中所述進(jìn)液管和所述出液管分別具有設(shè)置在循環(huán)槽中的開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，其中所述進(jìn)液管的 管壁上具有許多向上開(kāi)口的小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，其中所述進(jìn)液管以 使所述小孔均勻分布在電解槽的底部的方式布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，其 中所述循環(huán)槽具有能容納與所述電解槽基本相同的或更多的電解液的體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，其中所述陰極 板與所述陽(yáng)極板間的距離為40cm，且所述陰極板和所述陽(yáng)極板分別具有1200mmX 1000mm 的尺寸。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，所述電解裝置包括電解槽；和設(shè)置在所述電解槽內(nèi)部的至少一組極板組，其中每個(gè)所述極板組由一片陽(yáng)極和兩片陰極組成。該電解裝置能使電解效率達(dá)到90％以上，電耗降低約30％。
文檔編號(hào)C23F1/46GK201686753SQ20102019414
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者王紅雨 申請(qǐng)人:王紅雨