PCB废液铜含量的波美计快速测定法

宋建远 黄宗江 乐禄安 徐 立（深圳崇达多层线路板有限公司，广东 深圳 518132）

PCB废液铜含量的波美计快速测定法

宋建远 黄宗江 乐禄安 徐 立
（深圳崇达多层线路板有限公司，广东 深圳 518132）

通过实验为企业量身定制电路板生产蚀刻工序排放含铜废液的波美度与铜含量的对照表，利用波美计测定排放蚀刻液波美度，经波美度对照表快速查阅蚀刻液铜含量百分比。该方法具有不消耗化学试剂、对实验条件低、快速、简便等优点。

快速测定；蚀刻废液；波美计；方法

1 前言

印制电路板生产蚀刻工艺主要有两种，“盐酸+氧化剂蚀刻”和“氨水+氯化铵蚀刻”，前一种工艺产生的蚀刻液主要含氯化铜和盐酸，呈酸性，称为酸性氯化铜蚀刻废液；后一工艺产生的蚀刻废液主要含氯化铜氨络合物和氯化铵，呈碱性，称之为碱性氯化铜蚀刻废液。两种废液铜含量约5%～15%，虽然列为危险废弃物，但潜在回收价值较高。环保角度考虑，含铜废液一般由专业的废物处理站统一回收处理，线路板厂每日源源不断地产生废液；专业回收公司依据金属交易所沪铜价，折算废液中铜的含量，支付印制电路板企业废液价格。线路板厂因每日制作型号的不同，其所排放的蚀刻液中铜的含量也不同，探究如何快速、较为精确地测定废液中铜的含量，对于指导含铜废液等级化回收具有实际意义。

本文借鉴盐酸、硫酸波美度浓度换算表，利用间接碘量法多次测定每一波美度下的废液中铜的含量，旨在建立不同波美度的含铜废液在同一温度条件下的铜含量质量分数对照表。

2 含铜废液回收模式

线路板厂含铜废液的处理由专业废物处理公司回收，废液回收价格与废液含铜量相关。

单位含铜废液回收价格公式：

￥废液=￥铜×w×k

式中，￥表示沪铜单价（元/吨），w表示铜含量质量百分比，k表示回收系数。

k回收系数受当月沪铜单价和波美度制约，通常波美度≥27条件下，当20000≤￥铜≤30000，k取0.3；30000≤￥铜≤40000，k取0.35；40000≤￥铜≤50000，k取0.45；50000≤￥铜≤60000，k取0.5；￥铜＞60000，k取0.52。

通过测定波美度，间接查阅波美度铜含量对照表，确定当批含铜废液铜含量，该处理模式简单易行、快速高效，有利于简化线路板厂和环保公司工作流程，提高工作效率。

3 波美度与波美计

3.1 波美度

波美度（Bé）是表示溶液浓度的一种方法。把波美比重计浸入所测溶液中，得到的度数叫波美度。波美度以法国化学家波美（Antoine Baume）命名。他创制了液体比重计—波美比重计。波美比重计有两种：一种叫重表，用于测量比水重的液体；另一种叫轻表，用于测量比水轻的液体。当测得波美度后，从相应化学手册的对照表中可以方便地查出溶液的质量百分比浓度。一般比重计测得的比重可以跟波美度通过下列公式换算。

重表 Bé＝144.3－144.3／D1

轻表 Bé＝144.3／D2－144.3

在公式中，D1表示比水重的液体的比重（密度），D2表示比水轻的液体的比重。

3.2 波美计

波美计由干管和躯体两部分组成，干管是一顶端密封的、直径均匀的细长圆管，熔接于躯体的上部，内壁粘贴有固定的刻度标尺。躯体是仪器的本体．为一直径较粗的圆管，为避免底部附着气泡，底部呈圆锥形或半球状。底部填有适当质量的压载物（如细铅丸等），使其能垂直稳定地漂浮在液体中，图1为波美计实物。

图1 波美计

测量步骤：

（1）首先估计所测液体波美度值的可能范围，根据所要求的精度选择波美计；

（2）仔细清洗波美计，测液体波美度时，用手拿住干管最高刻线以上部位垂直取放；

（3）容器要清洗后再慢慢倒进待测液体，并不断搅拌，使液体内无气泡后，再放入波美计；

（4）波美计浸入液体后，若弯月面不正常，应重新洗涤密度计；

（5）读数时波美计不得与容器壁、底以及搅拌器接触，读数时以弯月面下部刻线为准。

波美度数值较大，读数方便。不同溶液的波美度的测定方法是相似的，都是用测定比重的方法，根据测得的比重，查表换算浓度。一般来说，波美比重计应在15.6 ℃温度下测定，但平时实际使用的时候温度一般不会刚好符合标准，所以需要校正。一般温度每相差1 ℃，波美计则相差0.054 ℃，同一浓度溶液，温度升高时，波美度变小，温度下降时，波美度变大。

4 实验设计

4.1 实验原理

依据在同一温度时，溶液的溶质浓度不同，其波美度不同；同一浓度时，温度发生变化，其波美度也随之发生变化。为了摒弃温度的影响，蚀刻液含铜废液波美度的测定环境固定在化学实验室恒温条件下进行。收集波美度数据，例如酸性蚀刻液含铜废液参考波美度选取范围20≤°Bé≤38；碱性蚀刻液含铜废液11≤°Bé≤27。利用间接碘量法多次测定每一波美度下的废液中铜的含量，建立不同波美度的含铜废液在同一温度条件下的铜含量质量分数对照表。可通过测定废液的波美度，查木表得知该溶液铜的含量。

4.2 间接碘量法

间接碘量法也称滴定碘法。是在一定条件下利用I-和氧化剂作用析出I2，然后用Na2S2O3标准滴定溶液滴定生成的I2，根据Na2S2O3溶液消耗的量，就可间接测定一些氧化性物质的含量。碘量法测定铜的依据是在弱酸性溶液中（pH=3～4），Cu2+与过量的KI作用，生成CuI沉淀和I2，析出的I2可以淀粉为指示剂，用Na2S2O3标准溶液滴定。有关反应如下：

Cu2+与I-之间的反应是可逆的，任何引起Cu2+浓度减小（如形成络合物等）或引起CuI溶解度增大的因素均使反应不完全，加入过量KI，可使Cu2+的还原趋于完全。但是，CuI沉淀强烈吸附I3-，又会使结果偏低。通常使用的办法是在近终点时加入硫氰酸盐，将CuI（Ksp=1.1×10-12）转化为溶解度更小的CuSCN沉淀（Ksp=4.8×10-15）。在沉淀的转化过程中，吸附的碘被释放出来，从而被Na2S2O3溶液滴定，使分析结果的准确度得到提高。即

硫氰酸盐应在接近终点时加入，否则SCN-会还原大量存在的I2，致使测定结果偏低。溶液的pH值一般应控制在3.0～4.0之间。酸度过低，Cu2+易水解，使反应不完全，结果偏低，而且反应速率慢，终点拖长；酸度过高，则I-被空气中的氧氧化为I2（Cu2+催化此反应），使结果偏高。

4.3 实验仪器与试剂

实验仪器：电子天平（精度万分之一）、滴定管和移液管、量筒、锥形瓶

实验试剂：10% KI溶液，Na2S2O3溶液（0.1 mol/ L），淀粉指示剂溶液（5 g/L），NH4SCN溶液（10%）

4.4 实验步骤

（1）准确取试样1 mL，置于250 mL 锥形瓶中，加60 mL水，加入20 mL（20%）硫酸溶液。

（2）加入15 mL KI溶液，用0.1 mol/L Na2S2O3溶液滴定至浅黄色（勿剧烈振荡）。

（3）加3 mL（5 g/L）淀粉指示剂，滴定至浅蓝色后，加10 mL KSCN溶液，继续滴定至蓝色消失，此时终点颜色呈现乳白色。

（4）根据滴定所消耗的Na2S2O3的体积计算Cu的含量（g/L）=V×6.354 g/L，记C。

（5）用电子天平秤取100 mL蚀刻液重量，记m。

（6）换算Cu的含量（质量分数%），w=C×V/m× 100%。

4.5 实验数据

多次重复求平均值求得废液铜质量百分比，形成企业酸性蚀刻液含铜废液波美度浓度对照表（表2）。结果表明，通过建立波美度浓度对照表，在室温条件下，利用波美计快速标定含铜废液的铜含量是可行的。

表2 酸性蚀刻液波美度铜含量对照表

5 结论

利用波美计快速测定PCB废液铜含量的方法，其测量的快捷性、数据准确度得到线路板厂与回收公司的双方认可。该方法建立波美度与废液浓度对照表后，后续废液铜含量的测定，不需要消耗化学试剂、不需要特殊仪器设备，有利于线路板厂动态地掌握工序废液排放情况，也有利于环保公司划分等级回收废液。

[1]纪成光.深圳市线路板蚀刻废液中铜、砷、铅、汞、镉含量调查.中国资源综合利用. 2013 No.5.

[2]宋建远. 3D激光显微镜在PCB表面粗糙度研究中的.印制电路信息. 2013. No.11.

宋建远，工学硕士，技术中心研发主管、CNAS实验室主管，主要负责PCB新产品、新技术研发，以及企业CNAS实验室筹建、管理。

Rapid determination method of copper content in PCB spent etchant by baume’ hydrometer

SONG Jian-yuan HUANG Zong-jiang LE Lu-an XU Li

Based on the establishment of the Baume degree sequence value table of the copper spent etchant by Baume’ hydrometer, the copper content in PCB spent etchant can be achieved rapidly. This method is easy to operate with less reagent consumption,high accuracy and rapid speed.

Rapid Determination; Spent Etchant; Baume’ Hydrometer; Method

TN41

A

1009-0096（2015）01-0020-03