PCB廢液銅含量的波美計(jì)快速測(cè)定法

宋建遠(yuǎn) 黃宗江 樂(lè)祿安 徐 立（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

PCB廢液銅含量的波美計(jì)快速測(cè)定法

宋建遠(yuǎn) 黃宗江 樂(lè)祿安 徐 立
（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)為企業(yè)量身定制電路板生產(chǎn)蝕刻工序排放含銅廢液的波美度與銅含量的對(duì)照表，利用波美計(jì)測(cè)定排放蝕刻液波美度，經(jīng)波美度對(duì)照表快速查閱蝕刻液銅含量百分比。該方法具有不消耗化學(xué)試劑、對(duì)實(shí)驗(yàn)條件低、快速、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

快速測(cè)定；蝕刻廢液；波美計(jì)；方法

1 前言

印制電路板生產(chǎn)蝕刻工藝主要有兩種，“鹽酸+氧化劑蝕刻”和“氨水+氯化銨蝕刻”，前一種工藝產(chǎn)生的蝕刻液主要含氯化銅和鹽酸，呈酸性，稱為酸性氯化銅蝕刻廢液；后一工藝產(chǎn)生的蝕刻廢液主要含氯化銅氨絡(luò)合物和氯化銨，呈堿性，稱之為堿性氯化銅蝕刻廢液。兩種廢液銅含量約5%～15%，雖然列為危險(xiǎn)廢棄物，但潛在回收價(jià)值較高。環(huán)保角度考慮，含銅廢液一般由專業(yè)的廢物處理站統(tǒng)一回收處理，線路板廠每日源源不斷地產(chǎn)生廢液；專業(yè)回收公司依據(jù)金屬交易所滬銅價(jià)，折算廢液中銅的含量，支付印制電路板企業(yè)廢液價(jià)格。線路板廠因每日制作型號(hào)的不同，其所排放的蝕刻液中銅的含量也不同，探究如何快速、較為精確地測(cè)定廢液中銅的含量，對(duì)于指導(dǎo)含銅廢液等級(jí)化回收具有實(shí)際意義。

本文借鑒鹽酸、硫酸波美度濃度換算表，利用間接碘量法多次測(cè)定每一波美度下的廢液中銅的含量，旨在建立不同波美度的含銅廢液在同一溫度條件下的銅含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)照表。

2 含銅廢液回收模式

線路板廠含銅廢液的處理由專業(yè)廢物處理公司回收，廢液回收價(jià)格與廢液含銅量相關(guān)。

單位含銅廢液回收價(jià)格公式：

￥廢液=￥銅×w×k

式中，￥表示滬銅單價(jià)（元/噸），w表示銅含量質(zhì)量百分比，k表示回收系數(shù)。

k回收系數(shù)受當(dāng)月滬銅單價(jià)和波美度制約，通常波美度≥27條件下，當(dāng)20000≤￥銅≤30000，k取0.3；30000≤￥銅≤40000，k取0.35；40000≤￥銅≤50000，k取0.45；50000≤￥銅≤60000，k取0.5；￥銅＞60000，k取0.52。

通過(guò)測(cè)定波美度，間接查閱波美度銅含量對(duì)照表，確定當(dāng)批含銅廢液銅含量，該處理模式簡(jiǎn)單易行、快速高效，有利于簡(jiǎn)化線路板廠和環(huán)保公司工作流程，提高工作效率。

3 波美度與波美計(jì)

3.1 波美度

波美度（Bé）是表示溶液濃度的一種方法。把波美比重計(jì)浸入所測(cè)溶液中，得到的度數(shù)叫波美度。波美度以法國(guó)化學(xué)家波美（Antoine Baume）命名。他創(chuàng)制了液體比重計(jì)—波美比重計(jì)。波美比重計(jì)有兩種：一種叫重表，用于測(cè)量比水重的液體；另一種叫輕表，用于測(cè)量比水輕的液體。當(dāng)測(cè)得波美度后，從相應(yīng)化學(xué)手冊(cè)的對(duì)照表中可以方便地查出溶液的質(zhì)量百分比濃度。一般比重計(jì)測(cè)得的比重可以跟波美度通過(guò)下列公式換算。

重表 Bé＝144.3－144.3／D1

輕表 Bé＝144.3／D2－144.3

在公式中，D1表示比水重的液體的比重（密度），D2表示比水輕的液體的比重。

3.2 波美計(jì)

波美計(jì)由干管和軀體兩部分組成，干管是一頂端密封的、直徑均勻的細(xì)長(zhǎng)圓管，熔接于軀體的上部，內(nèi)壁粘貼有固定的刻度標(biāo)尺。軀體是儀器的本體．為一直徑較粗的圓管，為避免底部附著氣泡，底部呈圓錐形或半球狀。底部填有適當(dāng)質(zhì)量的壓載物（如細(xì)鉛丸等），使其能垂直穩(wěn)定地漂浮在液體中，圖1為波美計(jì)實(shí)物。

圖1 波美計(jì)

測(cè)量步驟：

（1）首先估計(jì)所測(cè)液體波美度值的可能范圍，根據(jù)所要求的精度選擇波美計(jì)；

（2）仔細(xì)清洗波美計(jì)，測(cè)液體波美度時(shí)，用手拿住干管最高刻線以上部位垂直取放；

（3）容器要清洗后再慢慢倒進(jìn)待測(cè)液體，并不斷攪拌，使液體內(nèi)無(wú)氣泡后，再放入波美計(jì)；

（4）波美計(jì)浸入液體后，若彎月面不正常，應(yīng)重新洗滌密度計(jì)；

（5）讀數(shù)時(shí)波美計(jì)不得與容器壁、底以及攪拌器接觸，讀數(shù)時(shí)以彎月面下部刻線為準(zhǔn)。

波美度數(shù)值較大，讀數(shù)方便。不同溶液的波美度的測(cè)定方法是相似的，都是用測(cè)定比重的方法，根據(jù)測(cè)得的比重，查表?yè)Q算濃度。一般來(lái)說(shuō)，波美比重計(jì)應(yīng)在15.6 ℃溫度下測(cè)定，但平時(shí)實(shí)際使用的時(shí)候溫度一般不會(huì)剛好符合標(biāo)準(zhǔn)，所以需要校正。一般溫度每相差1 ℃，波美計(jì)則相差0.054 ℃，同一濃度溶液，溫度升高時(shí)，波美度變小，溫度下降時(shí)，波美度變大。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)驗(yàn)原理

依據(jù)在同一溫度時(shí)，溶液的溶質(zhì)濃度不同，其波美度不同；同一濃度時(shí)，溫度發(fā)生變化，其波美度也隨之發(fā)生變化。為了摒棄溫度的影響，蝕刻液含銅廢液波美度的測(cè)定環(huán)境固定在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室恒溫條件下進(jìn)行。收集波美度數(shù)據(jù)，例如酸性蝕刻液含銅廢液參考波美度選取范圍20≤°Bé≤38；堿性蝕刻液含銅廢液11≤°Bé≤27。利用間接碘量法多次測(cè)定每一波美度下的廢液中銅的含量，建立不同波美度的含銅廢液在同一溫度條件下的銅含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)照表?？赏ㄟ^(guò)測(cè)定廢液的波美度，查木表得知該溶液銅的含量。

4.2 間接碘量法

間接碘量法也稱滴定碘法。是在一定條件下利用I-和氧化劑作用析出I2，然后用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定生成的I2，根據(jù)Na2S2O3溶液消耗的量，就可間接測(cè)定一些氧化性物質(zhì)的含量。碘量法測(cè)定銅的依據(jù)是在弱酸性溶液中（pH=3～4），Cu2+與過(guò)量的KI作用，生成CuI沉淀和I2，析出的I2可以淀粉為指示劑，用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。有關(guān)反應(yīng)如下：

Cu2+與I-之間的反應(yīng)是可逆的，任何引起Cu2+濃度減?。ㄈ缧纬山j(luò)合物等）或引起CuI溶解度增大的因素均使反應(yīng)不完全，加入過(guò)量KI，可使Cu2+的還原趨于完全。但是，CuI沉淀強(qiáng)烈吸附I3-，又會(huì)使結(jié)果偏低。通常使用的辦法是在近終點(diǎn)時(shí)加入硫氰酸鹽，將CuI（Ksp=1.1×10-12）轉(zhuǎn)化為溶解度更小的CuSCN沉淀（Ksp=4.8×10-15）。在沉淀的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，吸附的碘被釋放出來(lái)，從而被Na2S2O3溶液滴定，使分析結(jié)果的準(zhǔn)確度得到提高。即

硫氰酸鹽應(yīng)在接近終點(diǎn)時(shí)加入，否則SCN-會(huì)還原大量存在的I2，致使測(cè)定結(jié)果偏低。溶液的pH值一般應(yīng)控制在3.0～4.0之間。酸度過(guò)低，Cu2+易水解，使反應(yīng)不完全，結(jié)果偏低，而且反應(yīng)速率慢，終點(diǎn)拖長(zhǎng)；酸度過(guò)高，則I-被空氣中的氧氧化為I2（Cu2+催化此反應(yīng)），使結(jié)果偏高。

4.3 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：電子天平（精度萬(wàn)分之一）、滴定管和移液管、量筒、錐形瓶

實(shí)驗(yàn)試劑：10% KI溶液，Na2S2O3溶液（0.1 mol/ L），淀粉指示劑溶液（5 g/L），NH4SCN溶液（10%）

4.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）準(zhǔn)確取試樣1 mL，置于250 mL 錐形瓶中，加60 mL水，加入20 mL（20%）硫酸溶液。

（2）加入15 mL KI溶液，用0.1 mol/L Na2S2O3溶液滴定至淺黃色（勿劇烈振蕩）。

（3）加3 mL（5 g/L）淀粉指示劑，滴定至淺藍(lán)色后，加10 mL KSCN溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失，此時(shí)終點(diǎn)顏色呈現(xiàn)乳白色。

（4）根據(jù)滴定所消耗的Na2S2O3的體積計(jì)算Cu的含量（g/L）=V×6.354 g/L，記C。

（5）用電子天平秤取100 mL蝕刻液重量，記m。

（6）換算Cu的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%），w=C×V/m× 100%。

4.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

多次重復(fù)求平均值求得廢液銅質(zhì)量百分比，形成企業(yè)酸性蝕刻液含銅廢液波美度濃度對(duì)照表（表2）。結(jié)果表明，通過(guò)建立波美度濃度對(duì)照表，在室溫條件下，利用波美計(jì)快速標(biāo)定含銅廢液的銅含量是可行的。

表2 酸性蝕刻液波美度銅含量對(duì)照表

5 結(jié)論

利用波美計(jì)快速測(cè)定PCB廢液銅含量的方法，其測(cè)量的快捷性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度得到線路板廠與回收公司的雙方認(rèn)可。該方法建立波美度與廢液濃度對(duì)照表后，后續(xù)廢液銅含量的測(cè)定，不需要消耗化學(xué)試劑、不需要特殊儀器設(shè)備，有利于線路板廠動(dòng)態(tài)地掌握工序廢液排放情況，也有利于環(huán)保公司劃分等級(jí)回收廢液。

[1]紀(jì)成光.深圳市線路板蝕刻廢液中銅、砷、鉛、汞、鎘含量調(diào)查.中國(guó)資源綜合利用. 2013 No.5.

[2]宋建遠(yuǎn). 3D激光顯微鏡在PCB表面粗糙度研究中的.印制電路信息. 2013. No.11.

宋建遠(yuǎn)，工學(xué)碩士，技術(shù)中心研發(fā)主管、CNAS實(shí)驗(yàn)室主管，主要負(fù)責(zé)PCB新產(chǎn)品、新技術(shù)研發(fā)，以及企業(yè)CNAS實(shí)驗(yàn)室籌建、管理。

Rapid determination method of copper content in PCB spent etchant by baume’ hydrometer

SONG Jian-yuan HUANG Zong-jiang LE Lu-an XU Li

Based on the establishment of the Baume degree sequence value table of the copper spent etchant by Baume’ hydrometer, the copper content in PCB spent etchant can be achieved rapidly. This method is easy to operate with less reagent consumption,high accuracy and rapid speed.

Rapid Determination; Spent Etchant; Baume’ Hydrometer; Method

TN41

A

1009-0096（2015）01-0020-03