印刷线路板蚀刻废液处理方法、纳米铜粉及其制备方法

摘要

本发明提供了一种印刷线路板蚀刻废液处理方法、纳米铜粉及其制备方法。该方法包括以下步骤：络合处理、过滤、溶解处理、电沉积处理、分离和脱盐处理，最后将得到的纳米铜粉进行烘干处理得到成品。该方法采用络合剂与蚀刻废液中的铜形成沉淀实现铜离子与氯离子的分离，反应速度快，没有污染排放且废液可循环利用，不受蚀刻废液酸碱性的限制，适应性宽，工艺流程简单，成本低，从而解决了现有技术中利用印刷线路板蚀刻废液制备纳米铜粉时存在的受蚀刻废液酸碱性的限制、有污染物排放、副产品多等技术问题。

权利要求

1.一种印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，包括以下步骤：络合处理：在蚀刻废液中加入络合剂；所述络合剂为酒石酸钠或焦磷酸钠；

过滤：将络合处理产物过滤，得络合铜沉淀物和滤后溶液；

溶解处理：对所述络合铜沉淀物进行溶解处理，得到络合铜溶液；

电沉积处理：将所述络合铜溶液进行电沉积处理；

分离：对电沉积处理后溶液进行分离，得铜粉和循环用络合剂；

脱盐处理：对所述滤后溶液进行脱盐处理，得氯化钠和水。

2.根据权利要求1所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述方法还包括络合处理前的预处理步骤：调整所述蚀刻废液的pH值至7。

3.根据权利要求1所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述络合剂的浓度为225-475g/L。

4.根据权利要求1所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述溶解处理包括：将所述络合铜沉淀物加入碱性溶液中进行溶解处理，且调整所述碱性溶液的pH值为8-

12。

5.根据权利要求1所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述循环用络合剂再次用于所述络合处理步骤。

6.根据权利要求1所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述电沉积处理过程中电流密度为200-1000A/m2。

7.一种纳米铜粉的制备方法，基于权利要求1-6任意一项所述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其特征在于，所述电沉积处理步骤还包括：在所述络合铜溶液中添加结晶化表面活性剂，并辅以高速剪切乳化分散处理；

对电沉积处理后溶液进行分离，得纳米铜粉和循环用络合剂；

将分离步骤后得到的纳米铜粉进行烘干处理。

8.根据权利要求7所述的纳米铜粉的制备方法，其特征在于，所述结晶化表面活性剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种，且其浓度为0.1-2g/L。

9.根据权利要求7所述的纳米铜粉的制备方法，其特征在于，所述高速剪切乳化分散处理过程中的转速为10000-20000转/分钟。

10.根据权利要求7所述的纳米铜粉的制备方法制备得到的纳米铜粉。

说明书

印刷线路板蚀刻废液处理方法、纳米铜粉及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及印刷线路板蚀刻废液处理技术，具体涉及一种印刷线路板蚀刻废液处理方法、纳米铜粉及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着中国电子行业飞速发展，印刷线路板蚀刻废液每年也逐步递增，根据中国电子学会研究有3000家PCB制造商年排放100万吨蚀刻废液。废液中含有大量的铜，按照测算可能回收12万吨。其中碱性废液中主要成分为氨水、氯化铵和氯化铜，含铜120g/L-170g/L；酸性废液中主要成分为绿化铜，含铜90g/L-130g/L，如果直接排放不仅对环境造成污染，而且也是资源的浪费，因此需要对蚀刻废液进行处理和金属回收。

[0003] 目前印刷电路板蚀刻废液中的铜回收形式通常有：单质铜、氧化铜、硫酸铜或碱式碳酸铜等。而纳米铜粉由于其具有的小尺寸效应，可以使得其熔点大幅降低，据报道块状铜粉熔点为1083℃，尺寸到52nm时熔点降至354℃；到23nm时熔点降至322℃；到13nm时熔点可降至224℃。这对钎焊领域是极具吸引力的，通过控制不同的纳米铜晶粒尺寸可以获得不同的熔化温度，即可以使无铅钎料的价格较低，又克服了熔点偏高的缺点。

[0004] 目前回收蚀刻废液制备铜粉的方法有：萃取法、还原法和电解法等；萃取法限于回收制备成为板装阴极铜而不是回收成为铜粉，且多次循环易出现反萃困难和两相夹带问题；以金属作为还原剂可实现蚀刻废液中铜的提取但铜粉的纯度不高，因为还存在过量还原金属杂质(如中国专利2012104379323和2018107063461)；采用水合肼还原可以得到超细铜粉且回收率在98％以上，但水合肼有毒，操作过程存在一定风险(如中国专利2011101310478和2012100238241)；而采用葡萄糖预还原，然后使用二氧化硫脲为还原剂对蚀刻废液进行处理，虽然可以得到纳米铜粉，但反应后滤液仍需进一步处理且反应副产品较多，不利于蚀刻液的循环使用(如中国专利201010169363X)。而电解法对蚀刻液进行直接电解处理在阴极表面析出铜，但同时在阳极上会产生大量的有毒氯气，极易对人体和环境造成危害(如中国专利2016102334612和201807075064)。而且收回铜的技术还要受酸性和碱性蚀刻废液的限制。

[0005] 综上，开发一种工艺流程简单，成本低，不受蚀刻废液酸碱性的限制、适应性宽，且废液可循环利用、无污染排放的制备纳米铜粉的方法是十分必要的。

发明内容

[0006] 本发明的主要目的在于提供一种印刷线路板蚀刻废液处理方法、纳米铜粉及其制备方法。该方法采用络合剂与蚀刻废液中的铜形成沉淀实现铜离子与氯离子的分离，反应速度快，没有污染排放且废液可循环利用，不受蚀刻废液酸碱性的限制，适应性宽，工艺流程简单，成本低，以解决现有技术中利用印刷线路板蚀刻废液制备纳米铜粉时存在的受蚀刻废液酸碱性的限制、有污染物排放、副产品多等技术问题。

[0007] 为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种印刷线路板蚀刻废液处理方法。

[0008] 该印刷线路板蚀刻废液处理方法包括以下步骤：

[0009] 络合处理：在蚀刻废液中加入络合剂；

[0010] 过滤：将络合处理产物过滤，得络合铜沉淀物和滤后溶液；

[0011] 溶解处理：对所述络合铜沉淀物进行溶解处理，得到络合铜溶液；

[0012] 电沉积处理：将所述络合铜溶液进行电沉积处理；

[0013] 分离：对电沉积处理后溶液进行分离，得铜粉和循环用络合剂；

[0014] 脱盐处理：对所述滤后溶液进行脱盐处理，得氯化钠和水。

[0015] 进一步的，所述方法还包括络合处理前的预处理步骤：调整所述蚀刻废液的pH值至7。

[0016] 进一步的，所述络合剂为酒石酸钠或焦磷酸钠，且其浓度为225-475g/L。

[0017] 进一步的，所述溶解处理包括：将所述络合铜沉淀物加入碱性溶液中进行溶解处理，且调整所述碱性溶液的pH值为8-12。

[0018] 进一步的，所述循环用络合剂再次用于所述络合处理步骤。

[0019] 进一步的，所述电沉积处理过程中电流密度为200-1000A/m2。

[0020] 为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种纳米铜粉的制备方法。

[0021] 该纳米铜粉的制备方法基于上述的印刷线路板蚀刻废液处理方法，其中：

[0022] 所述电沉积处理步骤还包括：在所述络合铜溶液中添加结晶化表面活性剂，并辅以高速剪切乳化分散处理；

[0023] 对电沉积处理后溶液进行分离，得纳米铜粉和循环用络合剂；

[0024] 将分离步骤后得到的纳米铜粉进行烘干处理。

[0025] 进一步的，所述结晶化表面活性剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种，且其浓度为0.1-2g/L。

[0026] 进一步的，所述高速剪切乳化分散处理过程中的转速为10000-20000转/分钟。

[0027] 进一步的，所述碱性溶液为氢氧化钠稀溶液。

[0028] 进一步的，所述阴离子表面活性剂包括：烷基磺酸钠和烷基硫酸钠。

[0029] 进一步的，所述非离子表面活性剂包括：TX-10和OP-10。

[0030] 为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种纳米铜粉。

[0031] 采用上述的纳米铜粉的制备方法制备得到的纳米铜粉。

[0032] 进一步的，所述纳米铜粉的粒径为50-1000nm。

[0033] 本发明中，在蚀刻废液中加入铜离子专用络合剂，中性条件下其可与铜离子形成不溶于水的沉淀从而将铜离子分离出来，而氯离子被转变为氯化钠留在蚀刻废液中。相比其他方法，采用的络合剂只针对铜离子，不会与其他金属离子反应，选择性强，同时络合作用比其他反应更易进行，反应快速。

[0034] 然后在含有络合铜的碱性溶液中添加结晶化表面活性剂，表面活性剂对采用电沉积法制备超细铜粉的尺寸起到关键作用。结晶化表面活性剂能在初生铜粉晶粒表面吸附，进而抑制形核过多长大，起到形核抑制剂的作用，可控制纳米铜粉的尺寸。

[0035] 而且，为了得到纳米尺寸的铜粉，可以辅助以高速剪切乳化来分散初生的铜粉避免团聚，提高纳米铜粉的产品质量。

[0036] 本发明具有以下技术效果：

[0037] 采用络合剂与蚀刻废液中的铜形成沉淀实现铜离子与氯离子的分离，整个过程反应速度快，最终产物是纳米铜粉和氯化钠，避免了有毒其他或物质产生，没有污染排放且废液可循环利用；

[0038] 在电沉积过程中通过控制电流密度和结晶化表面活性剂用量，同时辅助高速剪切乳化分散处理，可制备得到粒度可控的纳米铜粉；

[0039] 不受蚀刻废液酸碱性的限制，适应性宽，工艺流程简单，成本低，附加值高。

附图说明

[0040] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

[0041] 图1为本发明中印刷线路板蚀刻废液处理方法及制备纳米铜粉的方法流程框图；

[0042] 图2为本发明中制备得到的纳米铜粉的SEM图。

具体实施方式

[0043] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0044] 本发明公开了一种印刷线路板蚀刻废液处理方法。如图1所示，该方法包括以下步骤：

[0045] 预处理：采用氢氧化钠溶液或氯化氢溶液调整印刷线路板蚀刻废液的pH值，调整至蚀刻废液pH值为7，得到中性蚀刻废液。

[0046] 络合处理：在中性蚀刻废液中加入焦磷酸钠或酒石酸钠，浓度为225-475g/L，边加入边搅拌，得到络合处理产物。

[0047] 过滤：将络合处理产物过滤，得到滤后溶液和络合铜沉淀物。

[0048] 溶解处理：将络合铜沉淀物加入到碱性溶液中进行溶解，且调整碱性溶液的pH值为8-12，得到络合铜溶液。

[0049] 电沉积处理：将络合铜溶液进行电沉积处理，控制电流为200-1000A/m2。

[0050] 分离：对电沉积处理后溶液进行分离，得铜粉和循环用络合剂，循环用络合剂可以用于络合处理过程中。

[0051] 脱盐处理：对滤后溶液进行脱盐处理，得到纯氯化钠和水，其中，水为循环用水，可以用于废液处理过程和溶解处理过程中。

[0052] 本发明公开了一种纳米铜粉的制备方法，该方法基于上述印刷线路板蚀刻废液处理方法。如图1所示，该制备方法包括以下步骤：

[0053] 预处理：采用氢氧化钠溶液或氯化氢溶液调整印刷线路板蚀刻废液的pH值，调整至蚀刻废液pH值为7，得到中性蚀刻废液。

[0054] 络合处理：在中性蚀刻废液中加入焦磷酸钠或酒石酸钠，浓度为225-475g/L，边加入边搅拌，得到络合处理产物。

[0055] 过滤：将络合处理产物过滤，得到滤后溶液和络合铜沉淀物。

[0056] 溶解处理：将络合铜沉淀物加入到碱性溶液中进行溶解，且调整碱性溶液的pH值为8-12，得到络合铜溶液。

[0057] 电沉积处理：在络合铜溶液中添加结晶化表面活性剂，且表面活性剂的浓度为0.1-2g/L，然后进行电沉积处理，控制电流为200-1000A/m2，并辅助以10000-20000转/分钟转速进行高速剪切乳化分散处理。

[0058] 分离：对电沉积处理后溶液进行分离，得纳米铜粉和循环用络合剂，循环用络合剂可以用于络合处理过程中。

[0059] 烘干处理：将分离步骤后得到的纳米铜粉进行烘干处理，得到纳米铜粉成品。

[0060] 脱盐处理：对滤后溶液进行脱盐处理，得到纯氯化钠和水，其中，水为循环用水，可以用于废液处理过程和溶解处理过程中。

[0061] 以下将通过具体实施例对本发明中的印刷线路板蚀刻废液处理方法及纳米铜粉的制备方法进行说明。

[0062] 实施例1：

[0063] (1)采用氯化氢溶液对碱性蚀刻废液进行pH值调节，将废液pH值调整至7，得到中性蚀刻废液；

[0064] (2)在中性蚀刻废液中添加络合剂酒石酸钠，浓度为225g/L，一边加入一边搅拌，得到络合处理产物；

[0065] (3)将络合处理产物过滤，得到滤后溶液和络合铜沉淀物；

[0066] (4)对滤后溶液进行脱盐处理得到纯氯化钠和水，水为循环用水，可以用于废液处理过程和溶解处理过程中；

[0067] (5)将络合铜沉淀物加入到氢氧化钠溶液中进行溶解，pH值调整为8，得到络合铜溶液；

[0068] (6)在络合铜溶液中添加阴离子型结晶化表面活性剂烷基磺酸钠，浓度为0.1g/L，然后将上述溶液放入电沉积槽中进行电沉积处理，控制电流密度200A/m2；同时辅助以10000转/分钟的高速剪切乳化来分散初生的铜粉避免团聚；

[0069] (7)对电沉积处理后溶液进行分离，得纳米铜粉和循环用络合剂；

[0070] (8)将分离步骤后得到的纳米铜粉进行烘干处理，得到纳米铜粉成品。

[0071] 实施例2-6均采用与实施例1相同的方法制备纳米铜粉，不同之处在于使用的络合剂及其浓度、表面活性剂及其浓度、碱性溶液的pH值以及电沉积过程的工艺参数等，现将实施例1-6制备方法中各试剂名称及浓度以及工艺参数进行汇总，详见表1。

[0072] 表1：

[0073]

[0074] 结合表1和图2可以看出，采用本发明制备方法得到的纳米铜粉，组织均匀、晶粒细小，且球形度好。而且工艺流程简单，整个制备过程反应速度快，无有毒气体及污染物排放，废液可以循环利用，降低成本。此外，本发明不受蚀刻废液酸碱性的限制，适应性宽。

[0075] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。