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過硫酸鹽及其在電路闆生産上的使用

更新時間:2017-06-08 13:43:48 點擊數:2688

過硫酸鹽概述:

    商品過硫酸鹽包括過硫酸铵、過硫酸鈉和過硫酸鉀,電路闆行業廣泛使用過硫酸鹽與硫酸混合液做銅面粗化的微蝕刻劑,反應式如下:

      S2O82-+ Cu(0)= 2SO42-+Cu2+

    過硫酸铵曾經在電路闆行業内廣為使用,後來由于其中的氨氮導緻廢水難以處理,不含铵且有更好的穩定性的過硫酸鈉逐步取代了過硫酸铵成為主流。現在在珠三角和華東地區的PCB行業,理論上過硫酸铵已經被淘汰了(為什麼說是理論上,稍後再說。),過硫酸鉀則由于成本的原因極少使用。

    過硫酸铵,分子式(NH4)2S2O8,分子量228.18,密度1.98,為白色結晶性,現有國家标準GB/T 23939-2009《工業過硫酸铵》。

    過硫酸鈉,分子式Na2S2O8,分子量238.09,密度2.38,為白色結晶,現有國家标準為GB/T 26519.1-2011《工業過硫酸鹽 第一部分:過硫酸鈉》,質量指标包括NH4含量限制在0.2%以内。

    過硫酸鉀,分子式K2S2O8,分子量270.33,為白色結晶性粉末,現有國家标準為GB/T 26519.2-2011《工業過硫酸鹽 第二部分:過硫酸鉀》。

    二、過硫酸鹽的生産:

    過硫酸铵的生産是由硫酸铵酸性溶液電解,硫酸根在陽極氧化為過硫酸根,經冷凍結晶、烘幹制得:

    陽極反應: 2SO42--2e=S2O82-

    或:(NH4)2SO4  -2e =(NH4)2S2O8  + 2NH4+

    陰極反應: 2H+   +2e  = H2(氣)

    或: H2SO4 +2e  =  H2(氣)+ SO42-

    總反應:(NH4)2SO4+ H2SO4 —電解 = (NH4)2S2O8+ H2(氣)

    電解液經冷凍結晶、固液分離、烘幹後得到商品工業過硫酸铵。

    過硫酸鈉和過硫酸鉀則是過硫酸铵與氫氧化鈉或氫氧化鉀在真空反應釜中進行複分解反應,經離心分離、烘幹制得。反應式如下(以過硫酸鈉為例):

    (NH4)2S2O8 + 2NaOH =Na2S2O8 + 2NH3(氣)+ 2H2O

    反應生成的氨氣,經硫酸吸收,可作為生産過硫酸铵的原料,循環使用。

    三、過硫酸铵與過硫酸鈉的差别:

    過硫酸铵和過硫酸鈉均為危險化學品5.1類的氧化劑,不能與有機物、易燃物混存。但是,過硫酸鈉比過硫酸铵穩定得多,在幹燥情況下幾乎不會分解,在酸性溶液中的半衰期也比過硫酸铵大數十倍。 因此,雖然每噸過硫酸鈉比過硫酸铵貴約2000元,實際使用過硫酸鈉并沒有增加太多成本,因此PCB業界很容易接受。

    過硫酸铵中的過硫酸根(S2O82-)是強氧化劑,铵離子(NH+)則是還原劑,所以過硫酸铵自身有進行氧化還原反應的趨勢,是個不穩定的化合物。過硫酸铵在受潮時的水分作用下的水解。反應式如下:

    過硫酸铵水解:(NH4)2S2O8 + H2O ≒ 2NH4HSO4 + [O]

    初生态的氧不穩定,與水結合為過氧化氫(以前的雙氧水生産工藝就是這樣的):

    反應式為: [O] + H2O  ≒  H2O2

    水解産生初生态的氧或過氧化氫,繼續作用于還原性的铵離子,發生氧化還原反應而産生分解,反應的放熱加劇了這個過程。分解反應的方程式如下:

    (NH4)2S2O8  =  N2  + 2H2SO4 + 4H2O + 熱量

    過硫酸铵分解隻留下了液體硫酸,有可能發現現場隻留下了一灘腐蝕性的水。當然,大部分不完全的分解實際上是以硫酸氫铵水合物的形式存留下來。

    所以過硫酸铵務必保持幹燥,潮濕的過硫酸铵自身的分解有可能導緻火災。

    四、過硫酸铵的鑒别:

    過硫酸铵和過硫酸鈉都是白色結晶,外觀上差别很小,密度的不同不容易感覺得到, PCB生産中作為微蝕劑使用時也沒有明顯不同,因此給一些商人有機可乘,以過硫酸铵冒充過硫酸鈉的個案在珠三角地區并不鮮見,在珠三角周邊地區更為嚴重。假冒的過硫酸鈉不僅對電路闆企業的廢水處理帶來困擾(氨氮容易超标),也帶來了儲存的危險性(按過硫酸鈉的條件儲存過硫酸铵有可能釀成火災),還給我們生産過硫酸鈉的企業帶來經濟上的損失,過硫酸鈉被假貨冒充導緻價格長期偏低。

    區别過硫酸铵與過硫酸鈉的方法很簡單:取一個5-1000ml的燒杯,放入5克左右的固體試樣,滴入數滴30%的氫氧化鈉溶液。此時,試樣為過硫酸铵就會産生明顯的氣泡并放出氨臭味;試樣如為過硫酸铵與過硫酸鈉混合物,則可能隻聞到氨臭而無明顯氣泡;試樣如果是劣質的過硫酸鈉,其中含有超标的铵離子,則需要在燒杯上方覆蓋粘有潤濕PH廣泛試紙的表面皿,逸出的氨氣會使試紙變藍色。

    過硫酸鈉則無上述情況。以上也是定性檢驗铵鹽的方法。

    當然,如果一個供應商報價,過硫酸鈉與過硫酸铵的差價在1000元以内的,基本上可以判定是假貨,毋須檢驗(由過硫酸铵加工成過硫酸鈉的成本不會低于1500元/噸)。

    五、過硫酸鈉中的氨氮問題:

    一些廠家提出的過硫酸鈉的氨氮含量問題,基本上是兩個原因:

    1、使用了供應商的假貨(過硫酸铵):過硫酸铵的铵是其分子的固有成分中,總铵含量為15.8-16.0%,是過硫酸鈉中铵含量(國家标準≤0.2%,一般為0.05-0.1%)的幾十倍到幾百倍。

    2、外包廢水處理商的技術問題:因為氨氮不容易處理,外包商自然希望所PCB廠所用原材料盡量少含氨氮,以減少其處理氨氮的成本和責任。一個中等規模和技術水平生産雙面及多層電路闆的企業,符合國家标準的過硫酸鈉對廢水中氨氮的貢獻值約為0.2PPM左右


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