设为主页 | 加入收藏 | 联系我们
E-mail:yzhb@szyzhb.com

联系方式

电话:18025346488
传真:0755-29873708
联系人:凡许强
E-mail:yzhb@szyzhb.com
网址:www.szyzhb.com
地址:广东省深圳市宝安区沙井镇后亭大宏高新科技园101

当前位置:首页 > 产品中心 > 冶炼铜业

三氯化铁回收铜设备


 三氯化铁回收铜设备

一、三氯化铁蚀刻液

     在印制电路、电子和金属精饰等工业中广泛采用三氯化铁蚀刻铜、铜合金及铁、锌、铝等。这时由于它的工艺稳定,操作方便,价格便宜。但是,近些年来,由于它再生困难,污染严重,废液处理困难等而正在被淘汰。因此,这里只简单地介绍。
     三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料、液体感光胶、干膜、金等抗蚀层的印制板的蚀刻。但不适用于镍、锡、锡-铅合金等抗蚀层。

1.蚀刻时的主要化学反应
     三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化-还原过程。在铜表面Fe3+使铜氧化成氯化亚铜。同时Fe3+被还原成Fe2+。FeCl3+Cu →FeCl2+CuCl
CuCl具有还原性,可以和FeCl3进一步发生反应生成氯化铜。
FeCl3+CuCl →FeCl2+CuCl2
Cu2+具有氧化性,与铜发生氧化反应:
CuCl2+Cu →2CuCl
     所以,FeCl3蚀刻液对Cu的蚀刻时靠Fe3+和Cu2+共同完成的。其中Fe3+的蚀刻速率快,蚀刻质量好;而Cu2+的蚀刻速率慢,蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有Fe3+,所以蚀刻速率较快。但是随着蚀刻反应的进行,Fe3+不断消耗,而Cu2+不断增加。当Fe3+消耗掉35%时,Cu2+已增加到相当大的浓度,这时Fe3+和Cu2+对Cu的蚀刻量几乎相等;当Fe3+消耗掉50%时,Cu2+的蚀刻作用由次要地位而跃居主要地位,此时蚀刻速率慢,即应考虑蚀刻液的更新。
     在实际生产中,表示蚀刻液的活度不是用Fe3+的消耗量来度量,而是用蚀刻液中的含铜量(g/l)来度量。因为在蚀刻铜的过程中,最初蚀刻时间是相对恒定的。然而,随着Fe3+的消耗,溶液中含铜量不断增长。当溶铜量达到60g/l时,蚀刻时间就会延长,当蚀刻液中的Fe3+消耗40%时,溶铜量达到82.40g/1时,蚀刻时间便急剧上升,表明此时的蚀刻液不能再继续使用,应考虑蚀刻液的再生或更新。
     一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量,多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的再生与更新。经验数据为,采用动态蚀刻,温度为500C左右,铜箔厚度为50μm,蚀刻时间5分钟左右最理想,8分钟左右仍可使用,若超过10分钟,侧蚀严重,蚀刻质量变差,应考虑蚀刻液的再生或更新。
     蚀刻铜箔的同时,还伴有一些副反应,就是CuCl2和FeCl3的水解反应:
FeCl3+3H2O →Fe(OH)3↓+3HCl
CuCl2+2H2O →Cu(OH)2↓+2HCl
生成的氢氧化物很不稳定,受热后易分解:
2Fe(OH)3 →Fe2O3↓+3H2O
Cu(OH)2 →CuO↓+H2O
结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒,悬浮于蚀刻液中,对抗蚀层有一定的破坏作用。

2.影响蚀刻速率的因素
Fe3+的浓度和蚀刻液的温度 
蚀刻液温度越高,蚀刻速率越快,温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则,一般以40~50℃为宜。
Fe3+的浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe3+浓度逐渐增加,对铜的蚀刻速率相应加快。当所含Fe3+超过某一浓度时,由于溶液粘度增加,蚀刻速率反而有所降低。一般蚀刻涂覆网印抗蚀印料、干膜的印制板,浓度可控制在350Be’左右;蚀刻涂覆液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)的印制板,浓度则要控制在420Be’以上。其重量百分比浓度和比重的关系见表10-5:

3.三氯化铁溶液的组成

 

低浓度

最佳浓度

高浓度

浓度(g/l)

 

365

452

530

608

重量百分比浓度

28

34

38

42

比重

1.275

1.353

1.402

1.450 

波美度

31.5

38

42

45

 

 

 

 

 

4. 盐酸的添加量
     在蚀刻液中加入盐酸,可以抑制FeCl3的水解,并可提高蚀刻速率。尤其是当溶铜量达到37.4g/l后,盐酸的作用更明显。但是盐酸的添加量要适当,酸度太高,会导致液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)涂层的印制板只能用低酸度溶液。
5.蚀刻液的搅拌
     静止蚀刻的效率和质量都是很差的。原因是在蚀刻过程中在板面和溶液里会有沉淀生成,而使溶液呈暗绿色,这些沉淀会影响进一步的蚀刻。
     采用空气搅拌,喷淋或泼溅操作都可以加快蚀刻反应。蚀刻速率的提高是由于部分Fe2+和Cu1+重新氧化成Fe3+和Cu2+。
4Fe2++O2+4H+ →4Fe3++2H2O
4Cu1++O2+4H+ →4Cu2++2H2O

二、化学式

化学式FeCl3。又名三氯化铁,是黑棕色结晶,也有薄片状,熔点282℃、沸点315℃,易溶于水并且有强烈的吸水性,能吸收空气里的水分而潮解。FeCl3三氯化铁是一种很重要的铁盐。 

中文名:

氯化铁

外文名:

ferric chloride

别名:

三氯化铁,氯化高铁

化学式:

FeCl3·6H2O

 

相对分子质量:

270.30

化学品类别:

无机物--氯化物--铁盐

管制类型:

不管制

储存:

密封阴凉干燥避光保存

 

、物理性质

  外观与性状:黑棕色结晶,粉状也略带块状,

  三氯化铁分子结构图

  熔点(℃):306

  相对密度(水=1):2.90

  沸点(℃):319

  相对蒸气密度(空气=1):5.61

  溶解性:易溶于水,不溶于甘油,易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚。

  1.与Fe、Cu等金属反应

  2FeCl3+Fe=3FeCl2

  2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2

  2.与碱反应

  Fe3+ +3OH-=Fe(OH)3

  3.与酸反应

  2FeCl3+SO2+2H2O=2FeCl2+H2SO4+2HCl

  2FeCl3+H2S=2FeCl2+S+2HCl

  4.氯化铁与苯酚发生显色反应

  具有羟基与sp2杂化碳原子相连的结构( —C=C—OH)结构的化合物能与FeCl3的水溶液显示特殊的颜色:苯酚、均苯三酚显紫色;邻苯二酚、对苯二酚显绿色;甲苯酚显蓝色。也有些酚不显色。

  5.三价铁离子的检验

  FeCl3+3KSCN=Fe(SCN)3+3KCl

  溶液由黄色(Fe3+)变为血红色(Fe(SCN)3)

四、设计指导思想

1.严格执行环境保护的各项规定,确保经处理后废水的排放水质达到国家及当地有关排放标准;

2.本着技术先进,运行可靠,操作管理简单的原则选择废水处理工艺,使灵活性、先进性和可靠性有机的结合起来;

3.用成熟的先进技术工艺,同时充分考虑废水的冲击负荷对系统的影响,确保系统在水量突然增多(比如同时更换几个槽液)时的稳定状态下运行;

4.强化除臭和噪音防治措施,避免二次污染;

5.主要设备国产化,采用公司专有的技术装备,尽量降低工程投资和运行费用;

6.平面布置和工程设计时,结合厂区现状,布局力求紧凑、简洁,工艺流程合理通畅,尽可能缩短建、构筑物间的管路距离;

五、工艺流程

蚀刻废液的再生方法是将适量铁粉加入蚀刻废液,在一定条件下,首先将Fe3+还原成Fe2+,蚀刻废液过滤去除残余铁粉;在一定条件下再次加入一定量的铁粉,置换Cu2+,滤渣为铁铜混合物;含Fe2+的滤液经H2O2氧化后转化成纯度较高的三氯化铁溶液,经浓缩、组分调整后可实现蚀刻废液的再生。 

六、实验步骤

1. 三氯化铁蚀刻废液中Fe3+的还原

探索蚀刻废液稀释倍数对Fe3+ 还原率的影响

5份40 ml原蚀刻废液,分别按比例加入蒸馏水稀释0倍、1倍、2倍、3倍、4倍,稀释后蚀刻液于60 ℃水浴条件下加入铁粉(铁粉用量为相对还原Fe3+Fe2+的理论量摩尔数的1.5倍)进行1 h的还原反应.反应结束后过滤,分析并计算蚀刻废液中Fe3+还原率。

探索反应时间对Fe3+ 还原率的影响

5份10 ml原蚀刻废液,分别按比例1:1加入蒸馏水进行稀释,稀释后蚀刻液于60 ℃水浴条件下加入铁粉(铁粉用量为相对还原Fe3+Fe2+的理论量摩尔数的1.5倍)进行还原反应,还原时间分别为0.5 h、1 h、1.5h、2 h、2.5 h。反应结束后过滤,分析并计算蚀刻废液中Fe3+还原率。

探索铁粉加入量对Fe3+ 还原率的影响

取取5份10 ml原蚀刻废液,分别按比例1:1加入蒸馏水进行稀释,稀释后蚀刻液于60 ℃水浴条件下加入铁粉进行1 h的还原反应,铁粉用量为相对还原Fe3+Fe2+的理论量摩尔数的0.8倍、1倍、1.2倍、1.5倍、2倍。反应结束后过滤,分析并计算蚀刻废液中Fe3+还原率。

探索反应温度对Fe3+ 还原率的影响

5份10 ml原蚀刻废液,分别按比例1:1加入蒸馏水进行稀释,稀释后蚀刻液于一定温度条件下加入铁粉(铁粉用量为相对还原Fe3+Fe2+的理论量摩尔数的1.5倍)进行1 h还原反应,水浴反应温度分别为30 ℃、45 ℃、60 ℃、75 ℃、90 ℃。反应结束后过滤,分析并计算蚀刻废液中Fe3+还原率。

3.蚀刻废液中Cu2+的置换

探索铁粉加入量对Cu2+置换率的影响

5份100 ml一阶段处理后的蚀刻废液,在40 ℃的水浴条件下加入铁粉进行1 h的置换反应,铁粉用量为相对还原Cu2+Cu的理论量摩尔数的1倍、2倍、3倍、4倍、5倍.反应结束后过滤,分析并计算Cu2+的置换率。

探索反应温度对Cu2+置换率的影响

5份100 ml一阶段处理后的蚀刻废液,在水浴条件下加入铁粉(理论量的2倍)进行1 h的置换反应,水浴反应温度分别为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃反应温度对Cu2+置换率的影响。反应结束后过滤,分析并计算Cu2+的置换率。

探索反应温度对Cu2+置换率的影响

5份100 ml一阶段处理后的蚀刻废液,在40 ℃的水浴条件下加入铁粉(理论量的2倍)进行还原反应,还原时间分别为0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h.反应结束后过滤,分析并计算Cu2+的置换率,

4.蚀刻废液氧化再生

5份100 ml的经还原反应后的废液,加入废液体积0.4倍、0.6倍.0.8倍、1.0倍、1.2倍体积的35% H2O235% HCl的混合液(1:1)于100 ℃水浴条件下进行0.5 h小时的氧化反应,探索H2O2HCl的混合液加入量与蚀刻废液体积的最佳比例。其中H2O2起到氧化Fe2+的作用,HCl的加入是确保废液体系维持一定的酸度,避免FeCl3水解反应的发生。最终处理废液经浓缩、酸度调整处理后可作为蚀刻液的补充循环使用。

七、工艺流程 

将含铁酸洗液或废盐酸置于反应釜装置中,同时加入铁粉或铁屑,酸与铁发生放热反应产生的热能对物料预加热,然后加入催化剂并通入氧气,再开启循环泵,使反应液循环3-5小时,待聚合反应完全;将反应液转入沉淀槽沉淀或以过滤方式对产品进行分离和富集。采用含铁酸洗液或废盐酸生产聚合氯化铁的方法降低生产成本,实现废物的资源综合利用。

采用本工艺相较于隔膜电解的优势有以下2点:

1.安全:不产生氯气

置换反应时只有氢气产生,由于是放热反应,又有大量的水蒸气产生,反应中,水蒸气又将氢气吸附,成为弱酸性的水蒸气,水蒸气经过反应槽上部的列管式冷凝器冷凝成冷凝水,再回流到反应槽中。

2.保值:产品为铜粉

生产出来的铜粉是一种化工产品,使用于陶瓷、染料等行业,其价值不低于隔膜电解出来的电解铜的价值;置换后液是一种PAC净水剂,使用于本公司废水处理,或作为副产品对外销售。