一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统的制作方法

1.本实用新型属于废液回收技术领域，涉及一种蚀刻液的资源化装置系统，尤其涉及一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统。


背景技术：

2.印刷电路板(pcb)是电子产品元件的重要支撑体，起到连接电子元件的作用。其生产工艺较为繁琐，铜蚀刻工序为其中的一项重要环节，在pcb行业中发挥着关键作用。而在此过程中，由于需要使用各类蚀刻药剂对铜板进行蚀刻，随之会产生大量的含铜蚀刻废水，且蚀刻废水中富含有价资源，如若无法得到妥善处理，势必会带来严重的资源浪费与环境污染。
3.其中，酸性氯化铜蚀刻液主要为hcl/cucl2体系，蚀刻液中铜含量达到100g/l以上，游离酸含量也处于140g/l左右，这种蚀刻液具有很大的资源转化利用空间，但同时威胁着生态环境，尤其是对水体资源危害巨大。因此，如何高效无害化处置这一类蚀刻液是本领域技术人员关注的焦点。
4.在现有技术中，对于酸性蚀刻液的处理方法主要包括：中和法、中和-酸溶法与电解法。其中，中和法是向蚀刻液中加入液碱，使铜离子转化为黑色的氧化铜沉淀，尾水蒸馏得到氯化钠；中和-酸溶法是在中和法的基础上，将氧化铜经硫酸溶解，最后蒸馏得到铜盐。上述两类方法存在药剂用量多、尾水总量大的问题，蚀刻液铜资源化尚可，但氯资源化价值偏低。电解法虽可回收获得高价值的单质铜，但在电解过程中，铜析出的同时，氯离子也会失去电子而形成氯气，通过传统碱液吸收面临吸收水量大、处理成本高，甚至会出现“跑氯”的问题，即氯元素也未得到很好的资源化利用。
5.此外，在磺化法处理金属制品废酸的技术中，通常使用98wt％的浓硫酸，在150℃高温、减压蒸馏条件下回收盐酸，粗品再经过溶解、结晶后得到铜盐，由此蚀刻液中的铜和氯均可转化为高附加值产品，但是现有技术工况要求很高，一方面硫酸用量大、浓度高，另一方面该过程对涉及的固液分离等附属设备要求很高，经济效益有待进一步提升。
6.由此可见，如何提供一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统，实现铜和氯的高效资源化回收利用，同时降低处理成本和能耗，提升经济效益，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统，所述资源化装置系统实现了铜和氯的高效资源化回收利用，同时降低了处理成本和能耗，提升经济效益。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.本实用新型提供一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统，所述酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统包括依次连接的物料混合单元、蒸馏置换单元和粗品结晶单元。
10.所述物料混合单元包括蚀刻液存储装置、硫酸存储装置和磺化反应装置，且所述蚀刻液存储装置和硫酸存储装置分别独立地连接于磺化反应装置。
11.所述蒸馏置换单元包括相互连接的第一蒸馏组件和第一固液分离组件。
12.所述粗品结晶单元包括依次连接的溶解装置、第二蒸馏组件和第二固液分离组件。
13.所述第一蒸馏组件和第二蒸馏组件分别独立地包括热泵机组。
14.本实用新型提供的资源化装置系统中，所述物料混合单元确保了蚀刻液与废弃硫酸溶液的适宜比例搭配，所述蒸馏置换单元实现了盐酸的高效回收利用，所述粗品结晶单元保证了高附加值铜盐产品的资源化处理；上述三个单元之间有序衔接运转，基于磺化工艺在最大程度上实现了蚀刻液中铜和氯这两种主要成分的高效资源化，具有结构紧密、操作简便、处理高效、安全环保的优势。
15.此外，本实用新型采用两级分离系统，确保了物料的高效分离，减少了回水残留析出；其中的热泵系统替代了传统蒸汽热源，显著降低了能耗，同时兼具冷却功能，保证了后续固液分离操作及时且安全地进行，降低了处理成本，提升了经济效益，可实现大规模推广应用。
16.优选地，所述蚀刻液存储装置和硫酸存储装置分别独立地通过提升泵连接于磺化反应装置。
17.优选地，所述蚀刻液存储装置和硫酸存储装置分别独立地为存储罐。
18.优选地，所述磺化反应装置为罐式反应器，内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶。
19.优选地，所述蚀刻液存储装置、硫酸存储装置和磺化反应装置分别独立地设置有液位计，以便实时观察装置内的液位高度，进而及时调整进料速率。
20.本实用新型中，所述蚀刻液存储装置、硫酸存储装置和磺化反应装置分别独立地采用聚乙烯材料制备而成，避免了酸液对设备的腐蚀，且上述三种装置的壁厚分别独立地为10-20cm，例如可以是10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm或20cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述第一蒸馏组件包括依次连接的第一蒸发器、第一冷凝器和盐酸存储罐。
22.本实用新型中，所述盐酸存储罐采用聚丙烯材料制备而成，且上部和下部分别独立地设置有连接口，并在所述连接口安装手动阀门。
23.优选地，所述第一蒸馏组件还包括第一热泵机组，且所述第一热泵机组为第一蒸发器提供热量。
24.优选地，所述第一蒸发器通过提升泵连接于磺化反应装置。
25.优选地，所述第一固液分离组件包括相互连接的第一水力旋流器和带式真空过滤机。
26.优选地，所述第一水力旋流器连接于第一蒸发器。
27.本实用新型中，所述带式真空过滤机的上方设置有集气罩以减弱酸雾挥发；所述集气罩采用聚丙烯材料制备而成，且正中心设置有排气口；物料通过滤布实现固液分离，所述滤布采用耐强酸的聚丙纶材料制备而成，且滤液和洗水从过滤机的下部排出，滤饼从过
滤机的上部输出。
28.优选地，所述第一固液分离组件还包括母液存储罐，且所述第一水力旋流器和带式真空过滤机分别独立地连接于母液存储罐。
29.优选地，所述母液存储罐通过提升泵连接于磺化反应装置。
30.优选地，所述母液存储罐的内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶。
31.本实用新型中，所述母液存储罐采用钢衬塑材料制备而成，总体容积为1.8-2.2m3，例如可以是1.8m3、1.85m3、1.9m3、1.95m3、2m3、2.05m3、2.1m3、2.15m3或2.2m3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32.优选地，所述溶解装置包括溶解罐，且所述溶解罐连接于带式真空过滤机。
33.优选地，所述溶解罐的内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶。
34.本实用新型中，所述溶解罐的上部设置有进料口和吸风口，下部设置有出料口。
35.优选地，所述溶解罐的出料口设置有电动阀门。
36.优选地，所述第二蒸馏组件包括依次连接的第二蒸发器、第二冷凝器和液相存储罐。
37.本实用新型中，所述液相存储罐采用316l不锈钢材料制备而成，且上部和下部分别独立地设置有连接口，并在所述连接口安装手动阀门。
38.优选地，所述第二蒸馏组件还包括第二热泵机组，且所述第二热泵机组为第二蒸发器提供热量。
39.优选地，所述第二蒸发器和液相存储罐分别独立地通过提升泵连接于溶解罐。
40.优选地，所述第二固液分离组件包括相互连接的第二水力旋流器和平板离心机。
41.优选地，所述第二水力旋流器连接于第二蒸发器。
42.本实用新型中，所述平板离心机的主体采用钢衬塑材料制备而成，且离心速率可变频调控。
43.优选地，所述第二水力旋流器和平板离心机还分别独立地连接于溶解罐。
44.本实用新型中，所述第一水力旋流器和第二水力旋流器分别独立地采用碳钢内衬抗磨陶瓷制备而成。
45.优选地，所述酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统还包括真空机组，且所述真空机组分别独立地与第一蒸发器、真空过滤机和第二蒸发器相连接。
46.优选地，所述真空机组包括相互连接的真空水箱和水环式真空泵，且所述真空水箱的容积为0.8-1.2m3，例如可以是0.8m3、0.85m3、0.9m3、0.95m3、1m3、1.05m3、1.1m3、1.15m3或1.2m3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
47.本实用新型中，所述真空水箱和水环式真空泵分别独立地采用316l不锈钢材料制备而成。
48.优选地，所述第一蒸发器和第二蒸发器的内部分别独立地设置有搅拌桨，且所述搅拌桨为锚式结构。
49.本实用新型中，所述第一蒸发器和第二蒸发器的上部分别独立地设置有进料口、真空口、冷凝液出口和各类仪表监测口，下部分别独立地设置有排料口，侧壁分别独立地设
置有加热或冷却介质进出口。
50.优选地，所述第一蒸发器和第二蒸发器的排料口分别独立地设置有电动阀门。
51.优选地，所述第一冷凝器和第二冷凝器分别独立地包括至少4组冷凝盘管，例如可以是4组、5组、6组、7组、8组、9组或10组，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
52.本实用新型中，所述第一冷凝器和第二冷凝器的冷凝盘管分别独立地选用玻璃材质。
53.优选地，所述第一热泵机组和第二热泵机组分别独立地包括空气源热泵。
54.本实用新型中，所述空气源热泵可以循环地为第一蒸发器和第二蒸发器提供加热或冷却介质，且换热温度范围为40-100℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
55.本实用新型中，所述提升泵可以采用氟塑料离心泵。
56.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
57.(1)本实用新型提供的资源化装置系统中，所述物料混合单元确保了蚀刻液与废弃硫酸溶液的适宜比例搭配，所述蒸馏置换单元实现了盐酸的高效回收利用，所述粗品结晶单元保证了高附加值铜盐产品的资源化处理；上述三个单元之间有序衔接运转，基于磺化工艺在最大程度上实现了蚀刻液中铜和氯这两种主要成分的高效资源化，具有结构紧密、操作简便、处理高效、安全环保的优势；
58.(2)本实用新型采用两级分离系统，确保了物料的高效分离，减少了回水残留析出；其中的热泵系统替代了传统蒸汽热源，显著降低了能耗，同时兼具冷却功能，保证了后续固液分离操作及时且安全地进行，降低了处理成本，提升了经济效益，可实现大规模推广应用。
附图说明
59.图1为本实用新型提供的酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统结构示意图。
60.其中：10-物料混合单元；11-蚀刻液存储罐；12-硫酸存储罐；13-磺化反应罐；20-蒸馏置换单元；21-第一蒸发器；22-第一冷凝器；23-盐酸存储罐；24-第一热泵机组；25-第一水力旋流器；26-带式真空过滤机；27-母液存储罐；30-粗品结晶单元；31-溶解罐；32-第二蒸发器；33-第二冷凝器；34-液相存储罐；35-第二热泵机组；36-第二水力旋流器；37-平板离心机；40-真空机组；11a-一号提升泵；12a-二号提升泵；13a-三号提升泵；27a-四号提升泵；31a-五号提升泵；34a-六号提升泵。
具体实施方式
61.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
62.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
63.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
64.实施例1
65.本实施例提供一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统，如图1所示，所述资源化装置系统包括依次连接的物料混合单元10、蒸馏置换单元20和粗品结晶单元30；所述物料混合单元10包括蚀刻液存储罐11、硫酸存储罐12和磺化反应罐13，且所述蚀刻液存储罐11通过一号提升泵11a连接于磺化反应罐13，所述硫酸存储罐12通过二号提升泵12a连接于磺化反应罐13；所述蒸馏置换单元20包括相互连接的第一蒸馏组件和第一固液分离组件；所述粗品结晶单元30包括依次连接的溶解装置、第二蒸馏组件和第二固液分离组件。
66.本实施例中，所述磺化反应罐13内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶；所述蚀刻液存储罐11、硫酸存储罐12和磺化反应罐13分别独立地设置有液位计，以便实时观察装置内的液位高度，进而及时调整进料速率，且上述三种装置分别独立地采用聚乙烯材料制备而成，壁厚为15cm。
67.本实施例中，所述第一蒸馏组件包括依次连接的第一蒸发器21、第一冷凝器22和盐酸存储罐23，还包括第一热泵机组24，且所述第一热泵机组24为第一蒸发器21提供热量；所述第一蒸发器21通过三号提升泵13a连接于磺化反应罐13。所述盐酸存储罐23采用聚丙烯材料制备而成，且上部和下部分别独立地设置有连接口，并在所述连接口安装手动阀门。
68.本实施例中，所述第一固液分离组件包括相互连接的第一水力旋流器25和带式真空过滤机26；所述第一水力旋流器25连接于第一蒸发器21；所述第一固液分离组件还包括母液存储罐27，且所述第一水力旋流器25和带式真空过滤机26分别独立地连接于母液存储罐27；所述母液存储罐27通过四号提升泵27a连接于磺化反应罐13；所述母液存储罐27的内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶。
69.本实施例中，所述带式真空过滤机26的上方设置有集气罩以减弱酸雾挥发；所述集气罩采用聚丙烯材料制备而成，且正中心设置有排气口；物料通过滤布实现固液分离，所述滤布采用耐强酸的聚丙纶材料制备而成，且滤液和洗水从过滤机的下部排出，滤饼从过滤机的上部输出。所述母液存储罐27采用钢衬塑材料制备而成，总体容积为2m3。
70.本实施例中，所述溶解装置包括溶解罐31，且所述溶解罐31连接于带式真空过滤机26；所述溶解罐31的内部设置有搅拌桨，且所述搅拌桨包括钢衬塑双层交叉桨叶；所述溶解罐31的上部设置有进料口和吸风口，下部设置有出料口，且出料口设置有电动阀门。
71.本实施例中，所述第二蒸馏组件包括依次连接的第二蒸发器32、第二冷凝器33和液相存储罐34，还包括第二热泵机组35，且所述第二热泵机组35为第二蒸发器32提供热量；所述第二蒸发器32通过五号提升泵31a连接于溶解罐31，所述液相存储罐34通过六号提升泵34a连接于溶解罐31。所述液相存储罐34采用316l不锈钢材料制备而成，且上部和下部分别独立地设置有连接口，并在所述连接口安装手动阀门。
72.本实施例中，所述第二固液分离组件包括相互连接的第二水力旋流器36和平板离
心机37；所述第二水力旋流器36连接于第二蒸发器32；所述第二水力旋流器36和平板离心机37还分别独立地连接于溶解罐31。所述平板离心机37的主体采用钢衬塑材料制备而成，且离心速率可变频调控。
73.如图1所示，本实施例提供的资源化装置系统还包括真空机组40，且所述真空机组分别独立地与第一蒸发器21、真空过滤机26和第二蒸发器32相连接；所述真空机组40包括相互连接的真空水箱和水环式真空泵(图中未示出)，且所述真空水箱的容积为1m3；所述真空水箱和水环式真空泵分别独立地采用316l不锈钢材料制备而成。
74.本实施例中，所述第一蒸发器21和第二蒸发器32的内部分别独立地设置有搅拌桨，且所述搅拌桨为锚式结构；所述第一蒸发器21和第二蒸发器32的上部分别独立地设置有进料口、真空口、冷凝液出口和各类仪表监测口，下部分别独立地设置有排料口，且排料口分别独立地设置有电动阀门，侧壁分别独立地设置有加热或冷却介质进出口。所述第一水力旋流器25和第二水力旋流器36分别独立地采用碳钢内衬抗磨陶瓷制备而成。所述第一冷凝器22和第二冷凝器33分别独立地包括4组玻璃材质的冷凝盘管；所述第一热泵机组24和第二热泵机组35分别独立地包括空气源热泵，所述空气源热泵可以循环地为第一蒸发器21和第二蒸发器32提供加热或冷却介质，且换热温度范围为40-100℃。
75.本实施例中，所述一号提升泵11a、二号提升泵12a、三号提升泵13a、四号提升泵27a、五号提升泵31a和六号提升泵34a分别独立地采用氟塑料离心泵。
76.对比例1
77.本对比例提供一种酸性氯化铜蚀刻液的资源化装置系统，除了将第一热泵机组24和第二热泵机组35分别对应地替换为第一蒸汽加热机组和第二蒸汽加热机组，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
78.应用例1
79.本应用例应用实施例1提供的资源化装置系统对酸性氯化铜蚀刻液进行资源化处理，具体包括以下步骤：
80.(1)开启一号提升泵11a和二号提升泵12a，分别将蚀刻液存储罐11和硫酸存储罐12中的物料按照设定比例通入磺化反应罐13，并开启搅拌充分反应；
81.(2)开启三号提升泵13a，将磺化反应罐13中的物料通入第一蒸发器21中，启动真空机组40和第一热泵机组24，通过减压蒸馏回收盐酸，并将所得盐酸经第一冷凝器22通入盐酸存储罐23中；饱和物料经冷却后，依次经过第一水力旋流器25和带式真空过滤机26进行固液分离，所得母液通入母液存储罐27中，并经四号提升泵27a回用至磺化反应罐13中；
82.(3)向溶解罐31中加水并开启搅拌，硫酸铜粗品输送进其中溶解完全；开启五号提升泵31a，将溶解所得物料通入第二蒸发器32中，启动真空机组40和第二热泵机组35进行减压蒸馏，水汽经第二冷凝器33通入液相存储罐中，再经六号提升泵34a回用至溶解罐31中；饱和物料经冷却后，依次经过第二水力旋流器36和平板离心机进行固液分离，所得母液回用至溶解罐31中，所得五水硫酸铜装袋收集。
83.本应用例中，所述第一热泵机组24和第二热泵机组35的运行原理分别独立地为：热泵压缩机将低温低压气态冷媒转换成高温高压气态冷媒，压缩机压缩功能转化的热能为q1，高温高压气态冷媒经水热交换，高压的冷媒在常温下被冷却、冷凝为液态。此过程中，冷媒放出热能用来加热水，使水升温变成热水，水吸收的热能为q3，高压液态冷媒通过膨胀阀
减压促使压力下降，回到比外界低的温度，具有吸热蒸发的能力继而可为蒸发器提供热量。经蒸发器冷凝的低温低压液态冷媒再经空气热交换器吸收空气中的热能自身蒸发变为气态，冷媒从空气中吸收的热能为q2。吸收热能的冷媒变成低温低压气体，再由压缩机吸入进行压缩，如此往复循环，不断地从空气中吸热，而在水侧换热器放热，制取热水为蒸发器提供热源。同时，冷凝的液态冷媒可收集贮存，亦能够直接作为蒸发物料的冷却介质。
84.此循环过程由空气能热泵(主机)机组来完成，热泵作为高效集热并转移热量的系统装置，可以将压缩机所消耗的能源转变为至少4-6倍的热能，即q1+q2＝q3。由此可见，采用热泵机组作为蒸发能源可显著节约能耗。
85.对比应用例1
86.本对比应用例应用对比例1提供的资源化装置系统对酸性氯化铜蚀刻液进行资源化处理，具体包括以下步骤：
87.(1)开启一号提升泵11a和二号提升泵12a，分别将蚀刻液存储罐11和硫酸存储罐12中的物料按照设定比例通入磺化反应罐13，并开启搅拌充分反应；
88.(2)开启三号提升泵13a，将磺化反应罐13中的物料通入第一蒸发器21中，启动真空机组40和第一蒸汽加热机组，通过减压蒸馏回收盐酸，并将所得盐酸经第一冷凝器22通入盐酸存储罐23中；饱和物料经长时间静置冷却后，依次经过第一水力旋流器25和带式真空过滤机26进行固液分离，所得母液通入母液存储罐27中，并经四号提升泵27a回用至磺化反应罐13中；
89.(3)向溶解罐31中加水并开启搅拌，硫酸铜粗品输送进其中溶解完全；开启五号提升泵31a，将溶解所得物料通入第二蒸发器32中，启动真空机组40和第二蒸汽加热机组进行减压蒸馏，水汽经第二冷凝器33通入液相存储罐中，再经六号提升泵34a回用至溶解罐31中；饱和物料经长时间静置冷却后，依次经过第二水力旋流器36和平板离心机进行固液分离，所得母液回用至溶解罐31中，所得五水硫酸铜装袋收集。
90.相较于应用例1，本对比应用例虽然也能实现对酸性氯化铜蚀刻液的资源化处理，但是因其并未采用热泵机组作为蒸发器热源，而是采用传统的蒸汽加热机组，导致其热量回收利用率不及实施例1，且蒸发器难以及时冷却，能耗和成本较高，处理效率低下。
91.由此可见，本实用新型提供的资源化装置系统中，所述物料混合单元确保了蚀刻液与废弃硫酸溶液的适宜比例搭配，所述蒸馏置换单元实现了盐酸的高效回收利用，所述粗品结晶单元保证了高附加值铜盐产品的资源化处理；上述三个单元之间有序衔接运转，基于磺化工艺在最大程度上实现了蚀刻液中铜和氯这两种主要成分的高效资源化，具有结构紧密、操作简便、处理高效、安全环保的优势。
92.此外，本实用新型采用两级分离系统，确保了物料的高效分离，减少了回水残留析出；其中的热泵系统替代了传统蒸汽热源，显著降低了能耗，同时兼具冷却功能，保证了后续固液分离操作及时且安全地进行，降低了处理成本，提升了经济效益，可实现大规模推广应用。
93.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。