废电子焊料综合利用研究

2011-05-22郎庆成

再生资源与循环经济 2011年9期

郎庆成

（天津再生资源研究所，天津 300191）

焊接在产品生产中的重要作用是毋庸置疑的，在电子产品、五金制品的生产过程中，焊接工序的质量好坏，是产品品质的重要标志。在电子产品生产中，焊接工序主要有片状元件的表面贴装（SMT）和插件的波峰焊接。电子产品焊接所用的焊料有多种，一般分为有铅焊料和无铅焊料。有铅焊料又分含银与不含银的，一般含银在2％以下，其余为铅锡成分，锡含量在62％左右，不含银的含锡63％，其余为铅；无铅焊料含银一般在3％以下，锡含量在93％以上，其他成分为铜、铋、锌等。焊膏成分与此类似，其中焊料金属占90％，焊剂占10％。

1 实验

1.1 实验原料

本实验主要原料波峰焊渣、废焊锡膏来自Motorola天津移动通信，工业硅氟酸来自天津自强化工厂。添加剂为工业明胶与β-奈酚，初始电解液由铅电瓶废料配制，配制反应如下：

随着电解反应的进行，电解液成分逐渐调整到接近阳极的Pb-Sn比例。主要原料焊锡渣与废焊膏实物见图1。

1.2 实验设备与流程

为提高技术的实用性，实验采用扩大规模试验，原料采用工业级，电解电流为200 A，槽内循环，4组电解槽串联。主要设备包括焊锡熔化锅、鼓风机、电解电源、硬质PVC电解槽、阴极模、阳极模、循环泵及洗涤浸出设备。工艺流程如图2。

每槽挂阳极6块、阴极7块，阳极尺寸480×350×20（mm），阴极尺寸 500×360×2（mm），同极距 100 mm。电流密度100 A/m2，实验设备日产精焊锡50 kg，连续生产，月产1 300 kg精焊锡。

2 结果与讨论

2.1 工艺稳定性

本中试实验阳极组成为 Sn，62％；Pb，36％，Ag，2％。在中试实验条件下，电流密度维持在100 A/m2，槽电压在0.3 V。阳极周期5～10 d，阴极周期5 d。自然环境电解液温度。试验结果表明连续运行的电流、电压维持平稳。原始电解液由废电瓶铅泥制得，成分为Pb-SiF6，经电解后自动调整为与阳极成分匹配的电解液组成。电解液成分的变化与稳定性见表1。

表1 电解液成分变化

随着电解的进行，阴极取出时夹带及电解液蒸发都造成电解槽液面的下降，影响电解技术指标稳定，采取的措施主要为用阴极与阳极泥的洗水补充电解液并适当添加氟硅酸。

电解液与空气的接触造成Sn2+氧化为Sn4+，但Sn4+含量基本稳定在2～4 g/L，不影响电解的正常进行。此外，电解液的化学侵蚀[2]，造成电解液的金属离子浓度缓慢上升，但一年时间的运行，系统维持正常，说明该体系可以满足生产需要。

2.2 质量影响因素

对前3个月的阴极产品进行跟踪分析，阴极合金成分由以铅为主逐渐过渡到与阳极成分接近的铅锡比例，具体结果见表2。

表2 阴极产品成分分析

添加剂对阴极析出质量的影响很大，明胶与β-奈酚的配合是保证阴极铅锡合金质量的重要因素，胶量缺少导致阴极出现枝晶，β-奈酚有整平阴极析出物的作用，但量过高，将导致阴极变硬。

阳极杂质含量对阴极析出质量影响也很大，控制好析出电位、维护好电解液，可以在很大程度上保证析出焊锡的质量。一般电解铅锡合金需要有适量的锑来保持阳极泥以适当强度附着在阳极上，以防阳极泥过于疏松，易从阳极上脱落下来造成对阴极产品质量的影响和贵金属的损失[3]。本中试实验的废电子焊料含有一定的银铜元素，可不用额外添加锑来达到这一目的，焊锡中溶解的铜、银在一定程度上可以起到锑的作用。

以稳定生产之后的中试阴极产品为原料浇铸商品焊锡条，产品质量分析见表3。