微蝕液中硫酸銅晶體回收處理工藝

黃仁浪 陳斐健 何碧紅

（梅州市奔創(chuàng)電子有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

在印制電路板（printed circuit board，PCB）生產中，銅面粗化作為提高PCB品質的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的磨刷、噴砂、火山灰等工藝已逐步被淘汰，取而代之的是微蝕、中粗化或超粗化處理法。其中，又以硫酸和雙氧水體系的微蝕和中粗化技術成熟、品質穩(wěn)定，成為眾多PCB廠家的首選。

隨著各地政府對環(huán)保、安監(jiān)的高度重視和嚴格執(zhí)法，PCB行業(yè)在環(huán)保方面也受到嚴格監(jiān)管。傳統(tǒng)的前處理工藝如硫酸或者雙氧水體系等，過程中產生大量的廢水，且使用后形成的廢液處理成本也越來越高。針對以上情況，需要實行資源循環(huán)利用，在保證品質的前提下，減少硫酸和雙氧水的使用量，減少廢液排放甚至做到廢水零排放。

1 主流含銅廢液處理方式

PCB 行業(yè)中，線路前處理、減銅、填孔和電鍍這些工序都會產生大量含銅廢水，銅是重金屬物質，會污染水源。銅離子濃度過高的廢液不經過處理不可直接排放，因此降低銅離子的濃度，達到排放標準是目前PCB 廠的重要研究方向。銅廢液回收主要方式見表1。

表1 PCB行業(yè)含銅廢液處理方案

對表1各種方案進行分析如下。

（1）廢水站處理與第三方回收，省時、省力，但會大大增加企業(yè)生產成本，直接排銅廢水到廢水池，會積壓大量的銅泥，增加廢水處理成本。

（2）電解提銅法與萃取、置換、沉淀等傳統(tǒng)提銅方法也被企業(yè)廣泛使用，通過化學反應將銅離子還原成金屬銅，從而實現銅的提取。這類方法主要包括化學浸出法、電解法和氧化還原法等。其中，化學浸出法是最常用的一種方法，其原理是將含銅廢水與化學試劑混合，使銅離子與試劑發(fā)生反應，從而將銅離子還原成金屬銅。電解法是通過電解池將含銅廢水中的銅離子電解成金屬銅；而氧化還原法則是通過氧化還原反應將銅離子還原成金屬銅。

傳統(tǒng)的提銅方法雖然能夠有效地提取銅，但是也存在一些問題。首先，這些方法需要大量的化學試劑和能源，造成了環(huán)境污染和能源浪費。其次，這些方法提取的銅含有雜質，品質不穩(wěn)定，難以滿足高品質電路板的生產需求。此外，這些方法還需要大量的人力和物力投入，后期維護成本也比較高。

（3）硫酸銅結晶在線循環(huán)方法：當銅離子濃度過高時，通過物理降溫結晶硫酸銅晶體，將低銅工作液回流，減少排藥水次數。回收的硫酸銅晶體能再次打包外售，變廢為寶，因此該方法還可產生經濟收益，提高企業(yè)的競爭力和盈利能力。

2 硫酸銅結晶在線循環(huán)方案原理

硫酸銅結晶在線循環(huán)方法是指通過晶體生長的方式，將硫酸銅溶液中的銅離子結晶出來，從而實現對溶液中銅離子的去除。硫酸銅晶體生長是一種自然界中常見的物理現象，其原理是在硫酸銅溶液中，銅離子在一定的條件下結晶成為晶體。實際操作中通過物理降溫，使硫酸銅溶液中的銅離子結晶成為晶體，從而實現對銅離子的去除。

硫酸雙氧水微蝕液中的銅離子Cu2+和硫酸根在飽和狀態(tài)下形成硫酸銅結晶予以分離回收，通過冰水管物理降溫，冷凝沉淀析出。藥水成分見表2。

表2 減銅缸藥水成分

硫酸銅結晶反應方程式如下：

硫酸銅晶體由硫酸根離子和銅離子組成，其晶體結構為正交晶系。在晶體生長過程中，硫酸根離子和銅離子通過化學鍵結合在一起，形成晶體結構。晶體結構形態(tài)的穩(wěn)定性和結晶生長速度與晶體生長條件密切相關，晶體生長的條件包括溫度、濃度、pH 值、攪拌速度等因素，這些因素都會影響銅離子去除效果。硫酸銅結晶在線循環(huán)方法的原理是通過晶體生長的方式，將硫酸銅溶液中的銅離子結晶出來，從而實現對溶液中銅離子的去除。在硫酸銅晶體物理降溫方法中，通過控制晶體生長條件，可以調節(jié)晶體生長速度和形態(tài)，從而實現對銅離子的高效去除。這種方法具有環(huán)保、高效、低成本等優(yōu)點，是一種非常有前景的銅離子去除方法。

3 硫酸銅結晶在線循環(huán)方法的工藝路線

以現有減銅棕化線為例，硫酸銅結晶在線循環(huán)方法的工藝流程如圖1所示。由圖1可見：通過機臺冷凝析出硫酸銅結晶體，從而降低銅離子濃度；利用低銅工作液的回流，減少換缸次數，避免銅廢水排放。由此達到了回收銅離子創(chuàng)造價值和減少廢水排放的雙重效益。

圖1 硫酸銅晶體回收工藝流程

4 品質確認

銅面粗化處理后的不同板厚銅面粗糙度檢測結果（微蝕量1 μm）見表3。

表3 不同板厚銅面粗化后的數據

由表3 可以看出，不同板厚的板使用硫酸銅結晶在線循環(huán)系統(tǒng)后，粗糙度都能達到行業(yè)標準。由此可以得出，降低銅離子濃度后的再生液對粗糙度沒有影響。

關于銅面粗糙度，宏觀上銅面顏色均勻一致，沒有雜物；微觀顯示銅面粗糙度均勻，呈蜂窩狀，能更好地與干膜相結合，提高干膜附著力。

5 硫酸銅結晶在線循環(huán)方法收益

5.1 節(jié)約成本

傳統(tǒng)的PCB 提銅方法需要大量的化學藥品和能源，而硫酸銅結晶在線循環(huán)方法則可以在不使用任何化學藥品的情況下實現銅離子的去除。這樣可以降低生產成本，提高企業(yè)的經濟效益。

5.2 提高生產效率

傳統(tǒng)的PCB 提銅方法需要進行多次反應和處理，而硫酸銅結晶在線循環(huán)方法則可以在短時間內完成銅離子的分離，從而提高生產效率。

5.3 保護環(huán)境

傳統(tǒng)的PCB 提銅方法會產生大量的廢水和廢氣，對環(huán)境造成嚴重的污染。而硫酸銅結晶在線循環(huán)方法則可以在不產生任何廢水和廢氣的情況下降低銅離子的濃度，使再生液可以循環(huán)使用，從而保護環(huán)境，減少污染。

6 結語

本文主要介紹了硫酸銅結晶在線回收技術在PCB 提銅中的應用。通過對硫酸銅結晶在線循環(huán)原理的分析，可發(fā)現該方法具有環(huán)保、效果好、成本低等優(yōu)點。同時，硫酸銅晶體物理降溫方法對產品品質的影響也得到了詳細的探討。應用低銅再生液在線回用技術，可有效提高產品的質量，降低生產成本，提高生產效率；可降低廢水排放量，減少環(huán)境污染，同時也可節(jié)約水資源和能源。因此該技術的應用具有重要的經濟和環(huán)境意義。

在未來的研究中可以進一步探索硫酸銅晶體回收及廢水零排放的處理工藝，提高回收率和處理效率，進一步優(yōu)化硫酸銅晶體回收工藝，提高回收率和純度；其次，可以進一步優(yōu)化廢水零排放處理工藝，提高處理效率和降低成本；進一步研究硫酸銅晶體回收及廢水零排放的綜合處理工藝，實現廢水中污染物的回收和資源的再利用，以實現資源的最大化利用和環(huán)境的最大化保護。