酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置、系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及蚀刻液处理术领域，尤其涉及一种酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置、系统。
【背景技术】
[0002]在工业生产尤其是PCB的生产中，酸性蚀刻一种常见的蚀刻方式。酸性蚀刻主要是应用酸性氯化物蚀刻液体系来蚀刻覆铜板上的铜，同时应用循环电解的技术来电沉积蚀铜后蚀刻液中的铜，以保证蚀刻液中的铜含量的平衡浓度，同时恢复其蚀铜的各项技术参数，如二价铜离子的浓度，酸度，氧化还原电位等，使经过电化学再生的蚀刻液重新返回PCB生产线，进行蚀铜的操作，达到循环应用的目的。
[0003]在电沉积铜的电化学反应中，铜离子在阴极还原成金属铜，在阳极上则是氯离子氧化并以氯气的形式逸出电沉积体系。阳极上析出的氯气除部分消耗于把阳极区的一价铜离子氧化成二价铜离子之外，其余部分氯气通过输送系统进入调节储罐，把其中的蚀刻液调节至合适的参数后，返回PCB生产系统进行蚀铜操作。根据化学反应的物料守恒、电子转移平衡原理，在阴极区电沉积出100Kg的铜时，相应的就会有约11 OOKg的氯气在阳极区析出，其中大部分的氯气用于上述的平衡反应之外，还会有一部分多余的氯气会逸出体系，逸出的氯气会进入大气中，对环境造成污染。因此，目前生产上大多采用碱化合物或氯化亚铁等废料来中和处理这部分多余的氯。
[0004]为了更好的避免氯气的逸出，中国专利(申请号:ZL200920062537.5)公布了一种氯化物体系线路板蚀刻液在线提取铜和蚀刻液回用的装置，该装置由至少两级敞口式电解槽单元连接组成，其中所述各级电解槽单元分别由可移动的阴离子膜或具有微渗透性能的隔膜材料将电解槽单元分隔成面积可调整的阳极区和阴极区，且所述各级电解槽单元采用钛基涂覆贵金属氧化物的电极作为阳极，各前级电解槽单元采用钛的三维电极材料作为阴极，各后级电解槽单元采用钛板或铜板的二维电极材料作为阴极，采用单一的直流电源作为各电解槽单元的供电电源。该专利主要技术路径是利用蚀刻液中的一价铜与氯反应生成二价铜，以达到去除氯的目的。
[0005]具体是通过调整电化学工艺参数，如阴极区和阳极区的体积比，阴极区溶液和阳极区溶液的流速比，阴极和阳极的面积比等电化学技术参数的改变，如首先让阴极区中的二价铜还原成一价铜，而不是以铜金属的形式在阴极沉积，然后再进行第二阶段的操作，在阴极上电沉积铜，阳极区中的一价铜和反应中生成的氯进行反应得到氯化铜，使得氯离子不能以氯气的形式析出并逸出体系。
[0006]该专利在使用过程中，需要时刻监控阴阳极体积、阴阳区溶液流速等的变化，不利于系统自动化生产。
[0007]中国专利(申请号:ZL200620061013.0)公布了一种氯化物体系线路板蚀刻液中提取铜的装置，该装置由隔膜材料将电解容器分隔成阳极区和阴极区，其中用导电系数低的金属材料作为阴极，用导电系数高的材料作为阳极。并且，在使用过程中，需要在阳极区加入铁、锌等元素，让其和阳极反应生成的氯发生反应生成氯化物。加入的铁、锌等元素，实际上是起着一个可溶性阳极的作用。该专利存在导电系数高和导电系数低限定不清楚，而且装置中铁、锌为不定因素等问题。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于针对现有酸性蚀刻废液在回收金属铜和循环再生酸性蚀刻液过程中出现的装置不能实现自动化，装置参数不确定及容易逸出氯气等问题，提供一种酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置。
[0009]本实用新型的另一个目的在于提供一种酸性蚀刻液循环再生的系统。
[0010]为达到上述实用新型目的，本实用新型实施例采用了如下的技术方案:
[0011]—种酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置，包括电解槽，
[0012]还包括主阳极、至少一片阴极、至少一片隔膜及至少一片偏阳极；
[0013]所述隔膜将所述电解槽形成的腔体分隔成阳极室和阴极室;所述主阳极设置于所述阳极室内；所述阴极设置于所述阴极室内；所述偏阳极设置于所述阳极室内，设置在所述主阳极和所述阴极两者所夹的区间内；所述主阳极、阴极、偏阳极及隔膜两两相互平行，且所述主阳极、偏阳极及隔膜两两之间有间隔，所述阴极和隔膜之间有间隔。
[0014]作为优选地，所述主阳极包括主阳极基体和附着于所述主阳极基体表面的金属化合物导电层;所述主阳极基体为钛基体、铌基体、锆基体、钽基体中任何一种;所述金属化合物导电层为Ru金属化合物导电层、Ir、Pt金属化合物导电层、Pd金属化合物导电层、Ta金属化合物导电层中的至少一种。
[0015]作为优选地，所述金属化合物导电层为掺杂有Mo的金属化合物导电层、Mn的金属化合物导电层、Sn的金属化合物导电层中的至少一种。
[0016]作为优选地，所述偏阳极包括偏阳极基体和附着于所述偏阳极基体表面的导电层;或所述偏阳极为石墨电极。
[0017]作为优选地，所述导电层为Mo金属氧化物导电层、Mn金属氧化物导电层、Sn金属氧化物导电层中的至少一种;或所述导电层为包含硼、四硼酸钠及金刚石粉末掺杂的混合物导电层。
[0018]作为优选地，所述主阳极为板状、或网状、或粉末压铸状、或泡沫状;和/或所述偏阳极为板状、或网状、或粉末压铸状、或泡沫状;和/或所述隔膜为石棉隔膜、复合隔膜、阴离子膜中的任一种。
[0019]作为优选地，所述主阳极表面积为所述阴极表面积的1.0倍及以上；和/或所述偏阳极表面积为所述主阳极表面积的50 % -150 %。
[0020]作为优选地，所述装置的阳极室侧壁上开设有蚀刻废液入口、再生液出口及抽风排气口。
[0021]相应地，一种酸性蚀刻液循环再生的系统，包括电解槽装置，所述电解槽装置由上述所述的酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置提供。
[0022]本实用新型上述实施例提供的电解槽装置，利用主阳极和偏阳极形成三维组合的结构，改变常规阳极构型，当电解槽接通直流电源时，偏阳极和主阳极之间存在电位差，偏阳极上出现阳极电流，但又未达到析氯电位的电流值，即存在细微的电化学体系，能有效抑制氯气析出的作用。
[0023]本实用新型上述实施例提供的酸性蚀刻液循环再生的系统，不仅可以有效回收酸性蚀刻液中的铜金属和蚀刻液，同时能够有效抑制氯气的析出，达到绿色清洁环保生产的目的，适于工业生产的推广应用。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本实用新型一实施例酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置爆炸图；
[0026]图2是本实用新型一实施例酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置正视示意图；
[0027]图3是本实用新型一实施例酸性蚀刻液循环再生的系统示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0029]本说明书中，阳极室、阳极区均表示同一个意思，阴极室和阴极区均表达同一个意思。
[0030]如图1至图2所示，本实用新型实施例提供一种酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置，包括电解槽1、阴极3、主阳极4、偏阳极5及隔膜6，在本实施例中，包括两片阴极3、一片主阳极4、两片偏阳极5及两片隔膜6。
[0031]其中，在任一实施例中，电解槽I为上端开口的腔体2。腔体2最好为方形，方形有利于保证阴阳两极的垂直距离相一致，进而可以保证各个部位的电流密度具有一致性。电解槽I开口端的两对立侧壁上开设有用于安装阴极3、主阳极4、偏阳极5及隔膜6的多对凹槽；而安装于凹槽的隔膜6将电解槽I形成的腔体2分隔成阴极室21和阳极室22，阳极室22的侧壁上开设有蚀刻废液入口、再生液出口及抽风排气口。在本实施例中，两片隔膜6将电解槽I形成的空腔2分隔成两个阴极室21和一个阳极室22，以阳极室22的穿过中心点且平行于电解槽底部的直线为轴，两个阴极室21关于该对称轴对称。
[0032]在任一实施例中，阴极2通过电解槽I的一相对凹槽安装固定于阴极室21内。阴极2由钛板构成。所述钛板为纯钛或钛合金。
[0033]在任一实施例中，主阳极4通过电解槽I的一相对凹槽安装固定于阳极室22内，主阳极4与阴极2平行设置，注意的是，根据常识，这里的平行不包括共面平行。主阳极4包括主阳极基体和附着于所述主阳极基体表面的金属化合物导电层;主阳极4为板状、或网状、或粉末压铸状、或泡沫状。
[0034]具体地，主阳极基体为钛、铌、锆、钽中任何一种基体;附着于主阳极基体表面的金属氧化物导电层为Ru金属氧化物导电层、Ir金属氧化物导电层、Pt金属氧化物导电层、Pd金属氧化物导电层、Ta金属氧化物导电层的至少一种。主阳极4表面除了发生氯析出的住反应夕卜，还存在水电解析出氧气的竞争反应，而这些金属化合物对阳极析氯有很好的电催化作用。为了更好的协调氯析出和氧析出，在金属化合物导电层中掺杂少量的Mo(钼)、Mn(锰)及Sn(锡)中的至少一种。
[0035]作为优选地，主阳极4的表面积为阴极2表面积的至少1.0倍及以上。进一步优选
1.2倍，这主要是由于主阳极4的大小会影响电解是氯的析出电位，为了控制电解过程中电压在氯的析出电位以下，因此要降低电流，而为了保证阴极2的电流密度，需要将主阳极4的表面积做出大于阴极2的表面积，从而保证即在低于氯的析出电位条件下，也能保证阴极2电解过程中的电流密度。
[0036]在任一实施例中，在阳极室22内，且在主阳极4和隔膜6之间，且在主阳极4和阴极2所夹的区间内，通过电解槽I的一相对凹槽安装固定有偏阳极5;偏阳极5为板状、或网状、或粉末压铸状、或泡沫状;偏阳极5与隔膜6相互平行且有间隔，偏阳极5与主阳极4相互平行且有间隔。
[0037]具体地，偏阳极5包括偏阳极基体和附着于所述偏阳极基体表面的导电层;或者偏阳极5为石墨电极。
[0038]优选地，所述