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
技術領域：
本實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：
作為電子工業、信息產業和家電行業的基礎，近20年來國外重污染行業之一的印 制電路板企業紛紛向中國轉移，使得中國的PCB (印制電路板)行業近年來一直保持10 12%的年增長速度。目前有多種規模的PCB企業3500多家，年產量達到1. 2億平方米，已 經躍居全世界之首。每年PCB企業平均消耗銅20萬噸以上，產出的廢液(廢蝕刻液)中含 銅量在8萬噸以上，對社會尤其是PCB周邊地區的水資源構成了嚴重的危害。蝕刻是PCB 生產中消耗藥水量最多的工序，也是產生廢液(即所謂的危險廢物——廢蝕刻液，按國家環 保總局的廢物分類命名)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。目前的做法是定時或不定 時地從蝕刻槽排出部分銅含量很高的廢蝕刻液，同時向其中添加新藥水。通常蝕刻液中的 最佳銅濃度在110 130克/升，而在外排時，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。從經濟成本上說，目前的做法對PCB企業不利，一方面這些企業需要花可觀的成 本不斷購買新蝕刻液，而廢蝕刻液中除銅以外的有用成分都被丟棄。特別對于一些小型PCB 企業，它們直接外排廢蝕刻液，其中的銅也一并丟棄。另一方面，排出的廢蝕刻液價值不但 無法抵消購買新蝕刻液的費用，排污的治理成本也極其昂貴，在一些對廢蝕刻液采取特殊 管制措施的地區，廢蝕刻液由第三方企業無償拿走或廉價收購，在造成污染轉移的同時，也 減少了 PCB企業的可得利益。目前，通常從廢蝕刻液中分離銅，并通過補充或調整其他非銅成分，使廢液再生， 再循環到蝕刻工藝中。常用的處理廢蝕刻液以對其中的銅進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，而且需要對萃取劑后續處 理。由于再生后蝕刻液內殘留萃取劑，蝕刻速率降低，循環次數有限。該方法操作復雜、工 序多，設備占地面積大，還存在二次污染問題。膜分離電解法雖然有操作簡單，占地面積小的優點，但是該方法要使用分離膜，而 膜更換的成本很高，同時該方法電耗也高。并且電解過程中氨氣逸出量大，再生蝕刻液時需 大量補充氨。相比較而言，直接電解法能耗低、運行費用低、操作簡便、設備占地面積小，對環境 沒有污染，而且再生的蝕刻液蝕刻質量穩定。然而直接電解提銅的電解效率和能耗仍較高，因而有必要改進電解設備以進一步 提高電解效率和降低能耗。

實用新型內容針對以上問題，本實用新型的目的是提供一種能使電解效率達到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 設置在所述電解槽內部的至少一組極板組，其特征在于，每個所述極板組由一片陽極和一 片陰極組成。根據優選的實施方式，所述電解裝置進一步包括布置在所述電解槽底部的進液 管；布置在所述電解槽頂部的出液管；和鄰近所述電解槽設置的循環槽，其中所述進液管 和所述出液管分別具有設置在循環槽中的開口。優選所述進液管的管壁上具有許多向上開口的小孔。更優選所述進液管以使所述 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。根據最優的實施方式，所述陰極板與所述陽極板間的距離為40cm，且所述陰極板 和所述陽極板分別具有1200mmX 1000mm的尺寸。本實用新型的電解裝置具有由一片陽極和兩片陰極組成的極板組，與傳統的由一 片陽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，但是并沒有使電耗成倍增加。此外，通過額外設置的循環槽，以及布置在電解槽 底部的具有許多小孔的進液管增強了電解液的循環，使電解液能不斷進行充分地混合，從 而進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用新型的優選實施方式，其中相同的附圖標記指代相同的部 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為本實用新型電解槽的結構示意圖。本申請中的附圖均為示意圖，本領域的技術人員應理解，為清楚地顯示或突出某 些部分，圖中所示尺寸并非實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 際的形狀。
具體實施方式
為了進一步提高電解效率、降低電耗，本實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。下面根據本實用新型的一種實施方式，參考圖1以為例，說明從堿性廢蝕刻液電 解提銅的過程。在步驟101中，將PBC企業排出的堿性廢蝕刻液引入電解槽，其中PCB企業將銅離 子濃度超出工藝要求的廢蝕刻液排出，這時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，調整廢蝕刻液的離子濃度，通常通過稀釋，調節銅離子等的濃度 以適于電解。例如可以將銅離子濃度調節到20 120g/L。然后在步驟103中進行電解。電解結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 中進行調配，以補充非銅組分，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。在電解過程中，銅離子被還原，在陰極析出成為金屬銅，同時溶液中的某種陰離 子，例如氫氧根離子或氯離子根據電壓不同而被還原。電解過程中，廢蝕刻液不斷地進行循環攪拌，以確保電解中的氧化-還原反應穩 定地進行。最終的電解余液中銅離子低于例如20g/L，但不限于此，可根據需要調整。
以下結合附圖2以具體的優選實施方式進一步詳細說明本實用新型的電解裝置。參考圖2，本實用新型的電解裝置1具有一個矩形電解槽100，在電解槽中設置有 若干組陰陽基板組110。每組基板組由兩片陰極板111和一片陽極板112組成。常規電解槽中的陰陽極板是成對設置的。而本實用新型中，每個基板組110由兩 片陰極板111和一片陽極板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。在一個優選實施方式中， 陰極板111和陽極板112之間的間距設定為40cm，極板尺寸均設定為1200mmX 1000mm。這 樣可獲得更加優化的電解效率。考慮到經濟性和耐用性，通常陽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，本領域技術人員可根據具體需要進行恰當選擇。電解槽至少要有一組極板組，其數目可根據處理量設定。如圖2中顯示為5組，但 不限于此。例如按照上述優選設計，月處理10噸廢液，可設置10組左右的基板組。如前所述，在電解過程中，靠近極板處溶液中參與反應的離子濃度要低于溶液內 部的離子濃度。因此，攪拌電解液使其中的反應性離子不斷補充到極板附近必然有助于加 快電解進程，提高電解效率。但是電解槽內部排列的極板阻礙了電解液的均勻混合。在一 些電解槽中，將極板交錯排列，使電解液在極板間以S型流動(如CN2551659Y中所公開的 電解槽)。然而這樣仍不能使電解液充分混勻。本實用新型的優選實施方式中，將傳統的回流管替換為一個容納電解液的體積基 本與電解槽100相似甚至更大的循環槽200，并在電解槽底部設置進液管120，頂部設置出 液管130。進液管120和出液管130分別在該循環槽200中設有開口(121和131)，從而構 成電解液在循環槽200和電解槽100間循環流動的回路。進液管120在循環槽中設有一個開口 121，通過泵(未示出)將循環槽200中的液 體輸送到進液管120中。進液管120均勻分布在電解槽200底部(例如以S型)，且管壁上 開有許多向上開口的小孔122，使電解液沿著圖中箭頭的方向向上流動。出液管130設置在電解槽100的頂部，并具有向循環槽200的開口 131，在進液管 120流出流的推動下，電解液從電解槽100的底部向頂部流動，并通過出液管130沿箭頭方 向流入循環槽200中。電解液在循環槽200中得到充分的混合后又通過進液管120進入電 解槽100中參與電解。為使電解液充分混合，循環槽200中還可進一步設置攪拌裝置。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部基本相同的 反應離子濃度，從而使電解效率大大提高。循環槽200不僅起到使電解液充分混合的作用，還可以例如在循環槽中設置冷卻裝置(未示出)，起到對電解液進行冷卻的作用，從而省略了額外的冷卻設備所占據的體 積。根據優選的實例，本實用新型的電解裝置具有10組極板組，陰陽極板間距為 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，電解1噸銅的電耗僅為約3500度，而同類產品需耗電約5000度；電 解效率達90%以上，同時電解速度快，金屬銅的質量也很好。以上通過具體的實施方式詳細說明了本實用新型。然而，本領域的普通技術人員 應理解，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡 在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新 型的保護范圍之內。
權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；和設置在所述電解槽內部的至少一組極板組，其特征在于，每個所述極板組由一片陽極板和兩片陰極板組成。
2.根據權利要求1所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，進一步包括布置在所述電解槽底部的進液管；布置在所述電解槽頂部的出液管；和鄰近所述電解槽設置的循環槽，其中所述進液管和所述出液管分別具有設置在循環槽中的開口。
3.根據權利要求2所述的用于堿性廢蝕刻液電解提銅的電解裝置，其中所述進液管的 管壁上具有許多向上開口的小孔。
4.根據權利要求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.根據權利要求2 4中任意一項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.根據權利要求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 板與所述陽極板間的距離為40cm，且所述陰極板和所述陽極板分別具有1200mmX 1000mm 的尺寸。
專利摘要本實用新型公開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；和設置在所述電解槽內部的至少一組極板組，其中每個所述極板組由一片陽極和兩片陰極組成。該電解裝置能使電解效率達到90％以上，電耗降低約30％。
文檔編號C23F1/46GK201686753SQ20102019414
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者王紅雨 申請人:王紅雨