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摘要：碱性蚀刻废水中含有大量的铜离子和铵态氮和氯化物等成分。进入到水体或土壤中，会造成水体污染和富营养化、土壤污染和盐渍化等环境污染及生态破坏问题，对人类健康也会产生较大的风险。且该废水中含有大量的铜，具有很高的回收价值。因此需要采取有效的再生技术对碱性蚀刻废液进行资源化利用。本文对碱性蚀刻废水的产生及危害进行了分析，并对当前碱性蚀刻废液再生新方法进行了介绍。希望能为碱性蚀刻废水的再生处理提供一定的指导。
关键词：碱性蚀刻；蚀刻废液；再生方法
前言：蚀刻是PCB生产过程中的常规操作，碱性蚀刻液是PCB蚀刻最常使用的蚀刻液。因此，随着PCB产量的增大，碱性蚀刻液的用量也显著增大，进而导致碱性蚀刻废水的量也显著增加。碱性蚀刻废水中含有大量的铜离子(浓度在100g/L以上)和铵态氮(浓度在150g/L以上)，还包括氯化物等成分。如果不能对该废水进行有效的处理而直接排放会造成严重的环境污染问题，而且还会造成铜的流失，产生较大的经济损失。采用合适的再生技术对蚀刻废水中的铜和铵态氮进行再生回收利用，不仅可以使得实现铜的资源化利用，还能避免蚀刻废水对环境造成污染，具有十分重要的意义。目前用于碱性蚀刻液再生的技术有多种，需要根据碱性蚀刻液废水的性质和厂家的需求选择合适的再生技术。
1 碱性蚀刻废液的产生
印刷电路板的制作有多种方法，其中上世纪四十年代提出的铜箔腐蚀法是最常见和实用的电路板的制作方法。采用该生产工艺的PCB蚀刻工艺包括材料开孔、钻孔、沉铜、图案转移、电镀、退膜、蚀刻、镀锡、成型等步骤。蚀刻液主要应用于蚀刻步骤。随着蚀刻工艺的进行，蚀刻液将电路板上多余的铜箔腐蚀而使其发生溶解，使得溶液中铜离子越来越多。当铜离子浓度达到饱和以后蚀刻反应会慢慢结束，直到最终消除蚀刻效果，就形成了蚀刻废液。据数据显示，每平方米的PCB平均会产生2.5 千克左右的蚀刻废液。在印制电路板的蚀刻过程中产生的蚀刻废液主要包括碱性氯化铜蚀刻废液、酸性氯化铜蚀刻废液和氯化铁蚀刻废液等。每种蚀刻废液的成分由于蚀刻工艺的不同而显著不同。其中，碱性蚀刻废液中主要包含铜离子、铵盐和氯化物等成分。在蚀刻过程中，印刷电路板上的铜箔表面的金属铜会与蚀刻液中的铜离子发生氧化还原反应，并与铵离子发生配位反应，转化为亚铜的络合物而溶解，在溶液中氧气的氧化作用下又可形成铜离子的络合物，所以碱性蚀刻废水中通常含有铜离子、铵盐和氯化物等成分。
2 碱性蚀刻废液的污染危害
碱性蚀刻废液中含有铜离子、铵盐和氯化物等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这些污染物进入环境中会对水体、土壤环境造成较大危害，主要体现在：首先，铜离子是重金属元素，具有一定的毒性，进入到环境中容易对生物造成不利影响，还能被生物积累，随食物链进入到人体，危害人体健康。其次，铵盐含量较高，铵态氮是常见的营养元素，进入到水体环境中，会导致水体出现富营养化，破坏水生生态系统的平衡，造成严重水质下降问题。还有这些盐类进入到土壤环境中容易导致土壤盐渍化，影响土壤肥力和农产品产量。此外，蚀刻液具有一定的腐蚀性，对城市排水管道具有一定侵蚀作用，严重时会导致泄漏。因此，必须要采取有效的措施来处理碱性蚀刻废水。
3 碱性蚀刻废液再生新方法
碱性蚀刻废液再生的机理是采用有效手段将铜氨络合物中氨释放出来，以单质铜或铜化合物的形式提取铜。其中以单质铜形式的方法包括内电解法、电解法、溶剂萃取和膜萃取等方法，而以铜化合物形式的方法主要是沉淀法。目前使用再生新方法主要包括内电解法、复极式电解法、离子膜电解法、溶剂离心萃取法和膜萃取法。下面对这几种再生新方法进行介绍。
3.1 内电解法
该方法是利用铁、铝等活泼金属来形成原电池，提供电解的内在动力，使得铜离子沉积在金属的表面从水中去除的过程。通常是采用活泼金属作为阴极，蚀刻废液作为阳极，然后进行电解反应，铜离子在阴极发生还原反应生成单质铜，滤液就是再生的蚀刻液。可见，内电解法操作简便，容易实现，但在效率方面还需要进一步的提高。
3.2 复极式电解法
直接电解法采用的是单级式电解槽，而复极式电解法对电解槽进行了优化升级，采用的是复极式电解槽。这样就使得电极的两面都能产生作用，同时发生阳极反应和铜离子的还原，生产单质铜，而对蚀刻液进行了再生。具有成本低、空间小的优点，但是该方法铜容易在电极上沉积，很难从电极上剥离下来。
3.3 离子膜电解法
在电解槽中加入离子交换膜，使得阴阳离子分开，避免阴阳离子发生复合，这样会使得阴极室铜离子还原生成的铜单质反应加快，铜粉的纯度提升。但在阳极室容易生成毒性气体氯气。
3.4 溶剂离心萃取法
采用二酮代替羟基肟作为萃取剂对蚀刻废液中的铜离子进行萃取，该萃取剂可以与铜离子发生络合作用，而对铜离子起到了选择性去除作用，使得溶剂萃取法的效果得到加强，避免了氯离子的干扰，具有很好的应用价值。为了进一步减小装置的体积，加入离心的步骤，开发了离心萃取工艺，使得萃取效率大幅提升，还使得设备的占地面积显著降低，使得成本下降。
3.5 膜萃取法
该方法是采用微孔膜来对蚀刻液中铜离子进行萃取分离，通常采用微孔膜反应器对碱性蚀刻废液进行再生操作，能够获得高纯度的铜。但是膜容易被污染，使得其萃取性能下降，还容易出现机械强度不足的情况；利用除铜后的含氨氮废水，通过一系列检验、分析、调整、制备而成新的碱性蚀刻液，循环应用到PCB蚀刻工艺中，从而形成废液产生、提铜、回用的环保节能减排模式。
结束语：碱性蚀刻液是PCB蚀刻最常使用的蚀刻液。因此，随着PCB产量的增大，碱性蚀刻液的用量也显著增大，进而导致碱性蚀刻废水的量也显著增加。碱性蚀刻废水中含有大量的铜离子(浓度在100g/L以上)和铵态氮(浓度在150g/L以上)，还包括氯化物等成分。如果不经处理排放到环境中，会造成水体污染、水体富营养化、土壤污染物、土壤盐渍化等环境问题，甚至会通过食物链危害人体健康。且该废水中含有大量的铜，具有很高的回收价值。因此，对碱性蚀刻废液进行高效的再生处理无论从环境保护还是资源节约方面具有十分重要的意义。当前主要使用碱性蚀刻液再生方法包括内电解法、电解法、溶剂萃取、膜萃取和沉淀法等方法。这些方面不断被改进涌现了内电解法、复极式电解法、离子膜电解法、溶剂离心萃取法和膜萃取法等多种再生新方法。在对碱性蚀刻废水进行再生处理时，可以根据废水的情况及每个方法的特点进行再生方法的选择，也可进行工艺的组合，来获得高的再生效果。
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论文作者:李瀚
论文发表刊物:《科技研究》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
标签：碱性论文; 废液论文; 离子论文; 废水论文; 水体论文; 氯化物论文; 方法论文; 《科技研究》2019年5期论文;