本发明专利技术涉及一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，包括：蚀刻剂再生池、料液循环池和电化学电解单元；本发明专利技术中电化学电解单元无需额外的氧化剂以及萃取剂即可实现蚀刻剂再生和铜回收的效果，同时消除了蚀刻剂使用后产生CuCl惰性膜。本发明专利技术的系统不仅解决了蚀刻剂的资源损耗的问题而且还解决了金属离子污染的问题，增强了其资源的利用率，极大减少费用的投入。极大减少费用的投入。极大减少费用的投入。
【技术实现步骤摘要】
一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统及方法
[0001]本专利技术涉及蚀刻废水处理
，尤其涉及一种用于蚀刻剂再生与金属回收的旋流电解系统及方法。
技术介绍
[0002]由于电子和电气设备的市场需求快速增长，印刷电路板行业在过去十年中急剧扩张。当前的印刷电路板行业在不同的制造过程中涉及各种有毒化学品，包括电路板制备、电路图案转移、蚀刻和电镀过程。这些过程对环境和人类健康构成严重的潜在危害。特别是，在蚀刻步骤中，约70％的铜从覆铜印刷电路板中去除，并生成高浓度铜离子的废蚀刻剂。1平方米印刷电路板生产的废蚀刻剂数量在1.5至3.5升之间，全世界每年的废蚀刻剂总产量约为10亿立方米。因此，开发一种有效的废蚀刻剂再生工艺是减少印刷电路板工业产生的铜废物和回收铜的关键问题。
[0003]由于酸性氯化铜(CuCl2)溶液具有腐蚀速率高、溶解铜容量大、操作可控性好等优点，是印刷电路板行业的主要腐蚀剂。当使用酸性CuCl2蚀刻剂去除暴露的铜以创建所需的电路图案时，发生压缩，其反应如下：
[0004]Cu(II)Cl+Cu(0)
→
2Cu(I)Cl
[0005]在该反应中，负责蚀刻的铜离子(Cu(II))被消耗，并产生亚铜离子(Cu(I))。随着溶解的Cu(I)在CuCl2蚀刻剂中的累积，将在蚀刻表面上形成少量不溶的钝化CuCl膜，并且蚀刻速率将显著降低。因此，开发有效的铜(I)去除技术对于回收废弃的CuCl2溶液至关重要。
[0006]目前已经存在的几种方法来处理废蚀刻剂，包括化学沉淀法、絮凝、超声波处理、溶剂萃取、电化学再生和膜技术。在这些方法中，电化学再生具有重复利用好、无二次污染、去除率高、净化回收率高等优点，电化学方法的环境价值大于其他方法。在电解过程中，Cu(I)在阳极氧化，一些Cu(0)在阴极沉积。然而，在高阳极电位下，氯化物气体(Cl2)从阳极中析出，并导致安全问题。因此，仍需努力寻找更有效的电极和电解策略，以减少能源使用和二次废物排放。
[0007]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术依赖于比表面积较大的阳极材料。阳极在高电位氧化的同时会产生Cl2造成二次污染的问题。无法保证蚀刻剂再生中Cu(Ⅱ)的比例。同时需要投加额外的萃取剂来回收其中的铜金属。在膜清洗过程中需要投加大量化学试剂，造成二次污染，同时面临化学试剂存放运输过程中的风险。且现有技术对蚀刻剂的再生和铜的回收效果较差。采用平流式进水方式，阴极表面由于易产生液膜的关系，不利于金属离子的快速回收，很难获得均匀的高纯金属沉积层，并且阴极侧由于发生析氢反应造成溶液pH值不断升高，溶液中的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀下来，进一步降低金属离子的回收。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0009]需要在合适的电位下运行，极易产生Cl2造成二次污染。蚀刻剂中多价态铜离子难以维持平衡，同时，传统工艺用蚀刻剂的酸度得不到保障。不用阴离子交换膜难以保证阴阳极室中铜离子的相互传输。传统的金属回收能耗较高，并且采用平流式进水方式，阴极表面由于易产生液膜的关系，不利于金属离子的快速回收，很难获得均匀的高纯金属沉积层，并且阴极侧由于发生析氢反应造成溶液pH值不断升高，溶液中的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀下来，进一步影响电沉积的效果。蚀刻产生的Cu(I)Cl导致蚀刻效果大幅度下降，解决此问题尚且较为困难。
技术实现思路
[0010]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，包括：
[0011]蚀刻剂再生池、料液循环池和电化学电解单元；
[0012]所述电化学电解单元包括电解槽、阳极和阴极；所述电解槽下部设置有第一进水口、上部设置有溢水口；
[0013]所述蚀刻剂再生池用于接收外部的废蚀刻剂，并将废蚀刻剂输送至电化学电解单元的阳极附近，同时，蚀刻剂再生池接收电化学电解单元电解后从阳极附近抽取的酸液；
[0014]所述料液循环池接收废蚀刻剂电解后来自溢水口的出水和从阳极附近抽取的酸液，之后将混合后的液体通过第一进水口输送至电化学电解单元的阴极附近。
[0015]在上述方案的基础上，所述阳极为滤芯电极，内部为空腔，壁上为多孔结构；一端为第二进水口，另一端为抽水口；
[0016]所述蚀刻剂再生池内的蚀刻剂通过第二进水口输送至阳极内部，同时，从抽水口抽取阳极电解后的酸液并输送至蚀刻剂再生池；
[0017]所述料液循环池接收的酸液为来自抽水口抽取阳极电解后的酸液。
[0018]在上述方案的基础上，所述电解槽为圆筒型，第一进水口的出水方向与电解槽的内壁相切。
[0019]本专利技术还提供了一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解方法
[0020]具体步骤如下：
[0021](1)将废蚀刻剂加入到蚀刻剂再生池，之后将蚀刻剂输送至电化学电解单元的阳极附近开始进行电解；
[0022](2)电解过程中，从电化学电解单元的阳极附近抽取酸液，抽取的酸液一部分输送至蚀刻剂再生池，另一部分输送至料液循环池；电解槽的溢水口的出水被输送至料液循环池；
[0023](3)将料液循环池中的混合水体通过第一进水口输送至阴极附近。
[0024]本专利技术中电化学电解单元无需额外的氧化剂以及萃取剂即可实现蚀刻剂再生和铜回收的效果，同时消除了蚀刻剂使用后产生CuCl惰性膜。同时，阳极侧产生的酸性环境，进一步增强了蚀刻剂的蚀刻性能。电化学电解单元采用旋流式进水方式，使电解液与电极之间产生相对高速运动，避免了传统电沉积过程中因电解液缓慢流动而导致的浓差极化现象，消除了液膜的阻碍，使目标金属能优先析出,实现高效提取和提纯，消除阴极表面的液膜，增强铜的回收效果，无需投加额外的还原剂，避免了对水体造成的二次污染和引入外来
离子。在电沉积过程中加入部分阳极出水可使阴极附件pH保持在一个合理的范围，避免了金属离子沉淀的生成，缓解了由于蚀刻而不断增加的铜离子。本专利技术的系统和方法不仅解决了蚀刻剂的资源损耗的问题而且还解决了金属离子污染的问题，增强了其资源的利用率，极大减少费用的投入。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的用于蚀刻剂再生与金属回收的旋流电解系统结构示意图；
[0026]图2是本专利技术系统的电化学电解单元结构示意图；
[0027]图3是本专利技术系统的电化学电解单元俯视视角的结构示意图。
具体实施方式
[0028]为更进一步阐述本专利技术为实现预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0029]实施例1
[0030]本实施例提供一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，如图1所示，包括：蚀刻剂再生池1、料液循环池2和电化学电解单元3；
[0031]如图2和3所示，所述电化学电解单元3包括电解槽3
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，其特征在于，包括：蚀刻剂再生池(1)、料液循环池(2)和电化学电解单元(3)；所述电化学电解单元(3)包括电解槽(3
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1)、阳极(3
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2)和阴极(3
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3)；所述电解槽(3
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1)下部设置有第一进水口(3
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11)、上部设置有溢水口(3
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12)；所述蚀刻剂再生池(1)用于接收外部的废蚀刻剂，并将废蚀刻剂输送至电化学电解单元(3)的阳极(3
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2)附近，同时，蚀刻剂再生池(1)接收电化学电解单元(3)电解后从阳极(3
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2)附近抽取的酸液；所述料液循环池(2)接收废蚀刻剂电解后来自溢水口(3
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12)的出水和从阳极(3
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2)附近抽取的酸液，之后将混合后的液体通过第一进水口(3
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11)输送至电化学电解单元(3)的阴极(3
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3)附近。2.根据权利要求1所述的用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，其特征在于，所述阳极(3
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2)为滤芯电极，内部为空腔，壁上为多孔结构；一端为第二进水口(3
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21)，另一端为抽水口(3
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22)；所述蚀刻剂再生池(1)内的蚀刻剂通过第二进水口(3
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21)输送至阳极(3
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2)内部，同时，从抽水口(3
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22)抽取阳极(3
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2)电解后的酸液并输送至蚀刻剂再生池(1)；所述料液循环池(2)接收的酸液为来自抽水口(3
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22)抽取阳极(3
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2)电解后的酸液。3.根据权利要求1所述的用于酸性氯化铜蚀刻剂的再生与铜回收的旋流电解系统，其特征在于，所述电解槽(3
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1)为圆筒型，第一进水口(3
【专利技术属性】
技术研发人员：江波，张琪，石宁，肖慧吉，王雪松，吴静丽，罗思义，郝永杰，孙好芬，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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