PCB碱性蚀刻液的资源回收及高氨氮废水的处理

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PCB碱性蚀刻液的资源回收及高氨氮废水的处理、应用葛兆伟昆山市千灯三废净化有限公司摘要:本文分为两个过程对碱性蚀刻液的资源回收及处理再应用进行论述:第一个过程对碱性蚀刻液的来源、主要成分和铜资源回收进行论述;第二个过程对高氨氮废水的处理及应用展开论述。关键词:碱性蚀刻液、资源回收、高氨氮中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:前言随着我国工业化的发展,一定程度上促进了电子信息化的高速发展。PCB是线路印刷板,又称之为印制电路板,是各类电子产品中不可缺少的电子元件。PCB在其制作过程中产生大量的含铜蚀刻废液,若直接排入环境中,不仅造成资源浪费,更污染了环境。在其大量的蚀刻废液中,尤其碱性蚀刻废液中含有大量氨氮,在处理过程中增加了难度。因此,对于碱性蚀刻废液的处理意义重大。目前,对于碱性蚀刻液的处理,主要分两个过程:第一个过程对其中含有的铜进行资源回收再利用,第二个过程对高氨氮废水进行处理回收。一、碱性蚀刻废液中铜的回收(一)、碱性蚀刻废液的来源线路板经贴膜、曝光、显影、去膜等工序之后,其他80%以上的铜箔需要用蚀刻液侵蚀去除,从而形成印制电路板。蚀刻过程中,大量的铜被溶解,随着含铜量的不断增加,铜含量接近饱和,造成蚀刻速率下降,溶液极不稳定,容易形成泥状沉淀,不能够满足蚀刻工序的要求,因此产生了蚀刻废液。若直接排入环境中,不仅造成资源浪费,更污染了环境。(二)、碱性蚀刻废液的成分铜、铵盐、氨水及少量的其它一起被蚀刻下来的重金属离子。(三)、碱性蚀刻液中铜资源化回收的方法:1、碱性蚀刻液蒸氨除铜降氨氮:1.1原理:蒸氨过程是碱性蚀刻液和液碱经过高温反应生成氧化铜和氨气的过程,氨气与水结合形成一水合氨:[Cu(NH3)4]Cl2+2NaOH=△=12NH3+CuO+H2O+2NaClNH3+H2O=NH3·H2O1.2工艺流程如图:1.3反应过程中产生晶型氧化铜,颗粒大、沉降快、易于洗涤、固液分离,所得晶型氧化铜烘干脱水后,氧化铜含量可达99.5%。1.4该工艺是目前降低高氨氮废水最环保的处理方法之一。在该工艺运行过程中,随着氧化铜的产生,大量的氨气被吸收后形成氨水,大大降低了废水中氨氮的存在,减少了环保压力,产生的氨水进行销售或用于生产新鲜蚀刻液回用于PCB厂。该工艺环保但成本相对较高。2、酸碱中和生产硫酸铜:2.1原理:酸性蚀刻液与碱性蚀刻液混合,发生中和反应,生产Cu(OH)Cl沉淀,加入98%硫酸酸化后冷却结晶,得到硫酸铜:CuCl2+[Cu(NH3)4]Cl2→Cu(OH)Cl↓+NH4Cl反应过程中产生的氯氧化铜浆料,经过打浆、浓硫酸酸化就得到了硫酸铜饱和溶液。饱和溶液经过冷却降温后,经过离心、洗涤得到五水硫酸铜产品。2.2工艺流程如图:控制酸性蚀刻液与碱性蚀刻液中和PH=5.0~5.2,打浆用水量为滤饼量的70%左右(若母液回用,自来水用量减少),打浆后加入98%的硫酸,控制算话PH=0~0.3,可使产率达到最大化。2.3该工艺操作简便,综合效益高,成本相对较低,但产生废水量大,增加了废水处理的难度。3、酸碱中和生产碱式氯化铜:3.1原理:在恒温条件下,酸性蚀刻液与碱性蚀刻液缓慢加入恒温罐内,调节PH=4.5~5.0,得到碱式氯化铜:CuCl2+[Cu(NH3)4]Cl2→CuCl2●3Cu(OH)2●nH2O↓+NH4Cl随着酸性蚀刻液与碱性蚀刻液的缓慢加入,慢慢析出碱式氯化铜晶体,通过离心、洗涤的碱式氯化铜产品。3.2工艺流程图如下:生产过程中,主要控制反应温度以及中和PH,确保反应环境恒温,得到颗粒均匀的碱式氯化铜晶体。3.3该生产工艺操作便捷,处理量大,产品碱式氯化铜可以作为饲料添加剂直接销售,或者作为生产其他高端产品的中间体。但由于极易潮解,容易结块,不易长久存放。二、高氨氮废水的处理及应用(一)、蒸发浓缩及中水回用:1.蒸发浓缩:1.1碱性蚀刻液通过一系列物理、化学反应后,得到高氨氮废水。1.2蒸发浓缩原理:1.2.1蒸发器降膜结构:采用降膜结构蒸发器流程如下,溶液进入蒸发器顶部的进料室,靠分布器将溶液平均分配到各传热管,并在管内壁形成连续向下流动的液膜。溶液受热蒸发,蒸发出来的二次蒸汽沿管子中心与管壁液膜同方向向下流动,随后流入蒸发器下部的分离室,蒸汽与物料在此分离。物料进入泵吸入口,蒸汽进入分离器进一步除去挟带的液滴。第一效经过分离后的蒸汽作为第二效的加热蒸汽使用,第二效经过分离后的蒸汽作为第三效的加热蒸汽使用,第三效的二次蒸汽去冷凝器。因为二次蒸汽得到充分利用,故三效蒸发器的耗汽量为单效的三分之一。溶液流向与蒸汽相反,首先进入第三效,顺次进入第二效,第一效,浓缩液从第一效排出。1.2.2蒸发器升膜结构:采用升膜结构蒸发器流程如下,高氨氮溶液通过板式换热器时被馏出水进行预热后进入一效蒸发器,进入一效蒸发器的加热蒸汽加热由提升泵从板换预热器抽到一效蒸发器的物料,加热蒸汽冷凝成冷凝水进入冷凝水罐,物料经过加热产生二次蒸汽,二次蒸汽将物料带到第一效分离器,经过分离器分离成热物料和二次蒸汽。二次蒸汽通入第二效蒸发器加热由一效分离器进入第二效蒸发器的物料,二次蒸汽冷凝成冷凝水进入冷凝水罐,物料经过加热产生二次蒸汽,二次蒸汽将物料带到第二效分离器,经过分离器分离成二次蒸汽和物料。二次蒸汽进入第三效蒸发器加热由强制循环泵从第二效分离器抽到第三效蒸发器的物料,二次蒸汽冷凝成冷凝水进入冷凝水罐,物料经过加热产生二次蒸汽,二次蒸汽将物料带到三效分离器,经过分离器分离成二次蒸汽和物料。物料排入结晶釜进行冷却结晶,二次蒸汽进入冷凝器冷凝成冷凝水进入冷凝水罐。1.3氯化铵的结晶:从三效分离出来的浓氯化铵饱和溶液排入结晶釜内进行冷却结晶,通过洗涤、离心后的氯化铵产品进行包装,作为农用氯化铵进行销售,大大减少氨氮的排放。1.4中水回用:从三效分离出来的冷凝水储存到冷凝水管内暂存,当达到一定液位后,通过泵直接泵如RO膜系统,对冷凝出来的水进行净化膜处理,经过RO膜净化后的水储存到中水罐内回用于生产系统,减少废水的排放,同时生产中减少新鲜自来水的补充,已达到节约的目的,目前中水回用技术是国家大力推行的技术项目,以减少能源的消耗。(二)、碱性蚀刻液的再生:1、碱性蚀刻液的蚀刻原理:CuCl2+4NH3●H2O=Cu(NH3)4Cl2+4H2OCu(NH3)4Cl2+Cu=Cu(NH3)2Cl2Cu(NH3)2Cl+2NH4Cl+2NH3●H2O+1/2O2=Cu(NH3)4Cl2+3H2O2、碱性蚀刻液再生工艺流程简图:3、碱性蚀刻液的再生:从PCB线路板厂回收的碱性蚀刻废液经过铜资源化回收后产生的废水,进入离子交换进行尾铜吸附回收后,产生的高盐废水就是洁净的氯化铵溶液。新鲜的碱性蚀刻液中存有大量的氯化铵,我们利用高盐废水中的氯化铵在补加部分碳酸氢铵、氨水和添加剂后生产新鲜碱性蚀刻液,检测合格后的碱性蚀刻液销往PCB线路板厂,重新回到蚀刻生产线。4、碱性蚀刻液再生的意义:综上,本文提出的碱性蚀刻液再生的方法,不仅把碱性蚀刻废液中含有的铜进行了资源回收,而且能够使全部废液再生,整个过程无废水排放;再生过程中只需添加氨水和碳酸氢铵的添加剂来补充期间消耗的铵根,生产的碱性蚀刻液又回归PCB线路板厂,达到了资源回收以及循环经济。三、结论综上所述,通过碱性蚀刻液蒸氨或酸碱中和生产铜产品,得到氧化铜、硫酸铜或碱式氯化铜等产品,进行铜产品的资源回收。而分离铜后的高氨氮废水,通过三效蒸发浓缩,得到氯化铵产品进行销售,馏出水通过RO膜后生产去离子水,回用于生产,一方面减少了废水的排放,另一方面节约了水资源。本文提到的碱性蚀刻液再生的方法,在整个过程中全部废液再生,无废水排放,生产的碱性蚀刻液回用于PCB厂进行铜箔蚀刻。所述几种处理方法,不仅做到了变废为宝,取得了可观的经济效益,另一方面杜绝了废水的排放,保护了环境,节约了资源,达到了循环经济的目的。参考文献[1]、张慧敏PCB铜蚀刻废液的治理概述2006.2[2]、刘远彬、左玉辉、程志光循环经济与PCB行业废弃物循环利用2003.6[3]、陆金辉、游震中电路板废水处理工程介绍,工业给排水2002.2[4]、蒋益民碱性蚀刻废液再生新方法研究1999.3[5]、何书、高立轩从废蚀刻液中回收铜广西化工1999.28[6]、任晓光、宋永吉、李翠清化工原理课程设计指导2009[7]、范钦珊压力容器的应力分析与强度设计1979PCB碱性蚀刻液的资源回收及高氨氮废水的处理、应用作者:葛兆伟作者单位:昆山市千灯三废净化有限公司刊名:城市建设理论研究(电子版)英文刊名:ChengShiJiansheLiLunYanJiu年,卷(期):2013(18)引用本文格式:葛兆伟PCB碱性蚀刻液的资源回收及高氨氮废水的处理、应用[期刊论文]-城市建设理论研究(电子版)2013(18)

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