酸性氯化铜蚀刻液膜电解再生技术研究

酸性氯化铜蚀刻液膜电解再生技术研究
发表时间：2019-09-21T22:45:36.030Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：罗国华[导读] 摘要：本文主要针对酸性的氯化铜类蚀刻液膜相关电解再生技术进行综述分析，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

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摘要：本文主要针对酸性的氯化铜类蚀刻液膜相关电解再生技术进行综述分析，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

关键词：酸性；氯化铜；蚀刻液；膜电解；再生技术；前言：
现阶段，电化学的再生方法通常是以膜电解的再生技术为主，其具备着较对偶的应用优势，当然也存在着一定缺陷问题。

那么，为了能够更好地运用该项技术，充分发挥技术应用优势，更好地让酸性的蚀刻液实现再生回收。

深入研究酸性的氯化铜类蚀刻液膜综合电解与再生技术现实意义突出。

1、技术发展现状
1.1 阴离子类交换膜的电解法
第一种方法：运用阴离子类交换膜，把电解槽内阴/阳极室均分割为独立的两个区域，阴极室作为铜的回收区域，阳极室则作为废液的再生区域。

把土层钛的电极作为阳极，以阳极及阳极液相互间电位差为反应的驱动力，确保阳极表面Cu（I）配离子逐渐氧化成Cu（II）的配离子，再生蚀刻废液。

阳极液内一些铜离子会经离子的交换膜逐渐迁移到阴极区域，酸性的蚀刻液密度降低到特点范围，也可借助阴极液对蚀刻的再生液实际密度予以辅助调节，确保酸性的蚀刻液化学构成、密度、氧化的还原电位等均可得以恢复。

阴极区域铜配离子在经前置的转换处理之后电沉积即为铜粉。

如图1所示，为主要工艺流程。

此项技术可处于较低运行电流密度条件下将蚀刻液电解再生完成，且无需配置各种专用吸收尾气设备，可提升电流效率。

但由于电解铜属于粉状，应配备离心过滤设备进行铜的回收处理，铜粉极易被氧化。

该再生液应添加适量盐酸，才可达蚀刻液的再生现象，DSA阳极的制作成本相对较高。

图1 阴离子类交换膜的第一种电解法工艺流程示图第二种方法：阴极运用分步式电解方法，三步电位实现逐及将各地，一级电解产生反应即为Cu2++e-转换成Cu+；二/三极电解产生反应即为Cu++e-转换成Cu，可处于较小电流密度条件下获取较高纯度电解铜。

对阳极电位予以有效控制，确保其处于析氯极限电流的密度状态下，对酸性的蚀刻液进行电解氧化与与再生循环处理。

如图2所示，为主要工艺流程。

此项技术主要优势即为：可实现在线操作，从源头上入手将污染源消除，与清洁化生产标准相吻合；电解再生期间会持续析出氢气、氯气，实现无废液化排放处理；电解回收金属铜属呈块状，实际纯度相对较高；此项技术主要劣势即为：DSA阳极内含特殊成分，综合性能方面有着较高要求，总制作成本比较高；在电解再生处理期间电位控制的要求较为严格，若有操作不当情况出现，便会有氯气被析出，引发二次污染问题；膜电解及再生系统总体结构复杂程度突出，制作成本相对较高。

图2 阴离子类交换膜的第二种电解法工艺流程示图
图3 阳离子类交换膜的第二种电解方法工艺流程示图
1.2 阳离子类交换膜的电解法
第一种方法：把一系列阳离子类交换膜，全部分隔成若干阴/阳极室，经电解将已失效酸性的蚀刻液当中高浓度铜离子全部转移至阴极室，电解沉淀与回收铜。

当铜离子逐渐降解至一定浓度范围后，需经射流器来吸收其阳极室的电解所产生氯气，将蚀刻废液当中Cu+氧化成Cu2+，蚀刻液实现再生，蚀刻线上蚀刻液与再生液持续循环，主要工艺即为：蚀刻线→吸收槽、自动添加控制→射流器→离子膜的电解槽→电解铜。

阳极室内优先实施Cu+氧化成Cu2+这一反应，因阳极室大量的铜离子逐渐转移至阴极室，由于阳极室反应主要为2Cl-转化Cl2↑+2e-。

析氯反应所产生大量氯气将会被采集至射流器内实现吸收，再生液便会形成；阴极室内需先实现Cu2+逐渐还原成Cu+这一反应，Cu+会被还原成单质铜，存在着析氢反应。

此方法优势为：利用阳极所产生氯气为氧化剂，实现蚀刻废液再生；阳极，发生析氯反应，该阳极有着较低制作成本；此方法劣势为：阴阳极均有着较高能耗，且有副反应存在；阳离子膜的价格高昂，且寿命相对较短；会形成大量有毒氯气，完全吸收难度系数高，二次污染发生率高；配套设备的结构极具复杂性，且因体积较大，会占用较大面积。

第二种方法：处于适当电场作用之下，在确保蚀刻废液当中多数铜离子均经阳离子的交换膜，并选择性地分离至硫酸溶液的体现当中，让它能够成为传统硫酸铜的溶液予以电解处理，借助电化学基础原理及离子膜基本功能，将很难直接电解相应电解质，通过膜分离处理技术逐渐转换成为传统电解质予以电解处理，进行金属铜的提取操作，确保蚀刻液的再生可实现循环利用。

如图3所示，为主要工艺流程。

此项技术这主要是以膜电解来替代萃取，通过阳离子的交换膜处于电场作用之下，选择性地利用阳离子基本特性，让阳极室酸性的蚀刻废液当中高浓度铜离子逐渐迁移至阴极室中，促使硫酸铜该溶液生产，对硫酸铜予以电解处理，实现单质铜高效沉积。

从整体上来分析，次工艺流程复杂程度较为明显，经再生之后蚀刻液主要成分造到破坏，还需加入氧化剂、盐酸等，才可满足于蚀刻工序各项标准，电解期间析出了氯气，还需配置相应氯气的吸收系统，设备控制的难度系数与回收成本均相对较高。

1、若干问题思考与分析
2.1 离子的交换膜选型
借助膜电解的再生技术，需择选最适宜离子膜，属于酸性的蚀刻液膜的电解再生综合系统设计重要部分。

因阳离子类交换膜针对于正离子具有一定选择性，处于电荷作用条件下，阳极室Cu2+会出现迁移至阴极室，并与阴极的沉淀铜出现Cu2++Cu逐渐转换为Cu+这一反应状况，导致阴极的沉淀铜实际效率相对较低，对致密铜层的形成会产生不利影响，阳离子类交换膜总体价格高，回收成本颇高。

故选择寿命较长、低膜电阻、良好选择性、价格低廉阴离子类交换膜将成为今后研究主流。

2.2 选择阳极材料
膜电解的再生技术实际应用期间，以阳极选择属于最为主要的一方面问题。

酸性的蚀刻液具有极强腐蚀性，需阳极材料才可对蚀刻液的腐蚀起到抵御作用，具备良好机械化强度；同时，为防止阳极有氯气析出，对于阳极析氯的过电位有着较高要求。

现阶段，电解再生处理酸性的蚀刻液阳极多数均为DSA阳极。

故而，应充分考虑到较长使用寿命、含有氯体系、氯过电位较高析出量、较为合理的制作成本等各方面要求。

2.3 设计膜电解的再生系统结构
膜电解的再生技术实际应用期间，需在阴极室实现铜的高效沉积，防止阳极内氯气析出，有效把控电极电位，借助小阴极、太阳极等膜电解的再生系统化结构，也就是2个太阳极室与若干小阴极室。

阴阳极的面积之比，需经阴极反应实际析出氢基线的电流密度及阳极反应析氯基线的电流密度测量予以有效确定。

因阴极室酸性的蚀刻液内Cu2+、Cu往往处于并存状态。

可通过分部电解法，控制好电位，Cu2+先把还原成Cu+反应。

而后，再把Cu还原成Cu发应。

故而，应严控电解电极电位各个操作控制，确保可处于较高电流效率之下进行电解处理。

从而达到便捷化操作、高效率、低能耗及投入等膜电解与再生系统的理想化设计效果。

3、结语
综上所述，为能够更好地降低总体生产成本，实现清洁生产运行，进一步提升企业经济效益，达到无废气与废液排放这一标准，膜电解与再生技术逐渐成为了酸性的蚀刻液进行再生研发主流，多数企业均已广泛推广及运用膜电解与再生系统，市场在还需进一步提升酸性的蚀刻液总体再生与回用系统成熟度，膜电解科学技术还应得到逐步完善及优化。

参考文献：
[1]徐海清，钟洪胜，袁国伟.电化学法再生酸性氯化铜蚀刻液评述[J].电镀与涂饰，2016，30（09）：314-317.
[2]王红华，蒋玉思.酸性氯化铜液蚀刻化学及蚀刻液再生方法评述[J].印制电路信息，2017，12（10）：210-211.。