具体实施方式

以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。

一种含铜蚀刻废液回收装置,如图1所示，包括蒸发结晶机构1，粉末回收机构2，喷淋回收机构3。

如图1所示，蒸发结晶机构1包括壳体11，壳体11内设置有一支撑柱12。支撑柱12上同轴套设有一加热板13，加热板13整体为圆盘状，加热板13与支撑柱12转动连接。加热板13上设置有用于驱动加热板13转动的驱动组件14。加热板13上方还设置有用于向加热板13上表面的喷洒待处理废液的结晶喷淋头15，当废液被喷淋在加热板13表面，废液中的水分以及氯化氢气体挥发，从而废液中的硫酸铜晶体析出，并存留在加热板13的表面，随着驱动组件14驱动加热板13转动，而将晶体带到粉末回收装置处，粉末回收装置将加热板13表面的晶体刮下，并进行回收。水蒸气以及氯化氢进入喷淋回收装置进行进一步的处理。壳体11上还安装有真空泵，从而维持壳体11内部处于负压状态，促进废液中水和氯化氢的挥发。

如图2所示，驱动组件14包括同轴固接在加热板13下表面的齿环141，设置在齿环141内圈并与齿环141啮合的驱动齿轮142。加热板13的下方还设置有一驱动电机143，驱动电机143的输出轴竖直向上设置并与驱动齿轮142同轴固接。当驱动电机143工作时，驱动电机143带动驱动齿轮142转动，通过驱动齿轮142与齿环141的啮合，从而带动加热板13转动。在本申请其他的实施方式中，齿环141与驱动齿轮142的传动结构还可以替换成皮带与皮带轮的传动结构、链条与链轮的传动结构等。

加热板13的加热方式可以采用电加热，水蒸气加热等形式。

结晶喷淋头15可以沿加热板13的径向设置有多个，随着加热板13的转动，结晶喷淋头15在加热板13上的喷洒区域为环形。

本申请中支撑柱12竖直设置，对应的加热板13的轴线竖直设置，从而使得结晶喷淋头15喷出的废液可以稳定的留存于加热板13表面，并被逐渐蒸发。而如果采用支撑柱12水平设置，对应加热板13轴线水平设置时，会产生如下两种情况：

如果加热板13温度较低，则喷洒在加热板13上的废液在受到重力的作用下会滴落至加热板13以下，一方面产生浪费，另一方面处理这些滴落的废液还加大了处理成本。而如果加热板13温度较高，同时废液在重力的作用下在加热板13表面流动，导致废液产生的结晶在加热板13表面分布不均匀，影响粉末回收装置的稳定工作。

如果加热板13温度较高，废液喷洒在加热板13表面后，废液快速蒸发，硫酸铜结晶在加热板13表面，一方面维持加热板13高温的能耗较高，另一方面加热板13温度较高，容易导致结晶在加热板13表面的五水硫酸铜晶体发生副反应，五水硫酸铜晶体失去结晶水，影响收集的五水硫酸铜晶体的纯度。

故综合以上因素，将支撑柱12竖直设置，加热板13轴线竖直设置，加热板13上表面水平设置，有助于使含铜废液在较低的温度下，均匀在加热板13表面结晶，便于对晶体进行回收，同时还可以减少副反应的发生，提高纯度。

如图3和图4所示，粉末回收机构2包括支撑架21，支撑架21上设置有集料斗22，集料斗22位于加热板13下方，并且集料斗22部分超出加热板13的外沿。支撑架21的顶端水平设置有两个滑轨23，两个滑轨23相互平行设置，两个滑轨23之间设置有刮料组件4。

如图4所示，刮料组件4包括顶板41，顶板41上表面向下开设有若干容纳孔42，本实施方式中容纳孔42设置有3个，容纳孔42内插设有刮刀43，对应的刮刀43设置有3个。3个刮刀43相互平行设置并且刮刀43的下边到加热板13的距离随加热板13的转动方向逐渐减小，位于加热板13转动方向最下游的刮刀43下表面与加热板13上表面相互贴靠。当加热板13上表面的晶体随着加热板13的转动接近刮料组件4时，晶体首先与距离加热板13上表面最远的刮刀43接触，然后晶体的上层被刮刀43刮去；随着加热板13的继续转动，晶体与中间的刮刀43接触，晶体的中间层被刮刀43刮去；同理当晶体继续转动至与加热板13上表面贴靠的刮刀43接触时，全部的晶体被刮刀43从加热板13上刮离。多组刮刀43以及刮刀43距加热板13距离的限定，方便了刮刀43将晶体刮离加热板13。多组刮刀43分别对晶体不同厚度层进行刮除，从而提高了晶体刮除的效率，另一方面多组刮刀43的设置，还降低了单个刮刀43与晶体接触时的冲击力，提高了刮刀43工作的稳定性。

如图5所示，刮刀43的长度方向可以沿加热板13的径向设置，但更优的实施方式为刮刀43靠近加热板13轴线一端到刮刀43远离加热板13轴线一端的方向a与加热板13上刮刀43远离加热板13轴线一端在加热板13上的投影处转动方向b的夹角α为锐角。也就是说当加热板13上的一条半径绕加热板13轴线转动时，刮刀43朝向加热板13轴线的一端先与这条半径接触，然后随着半径的转动，半径与刮刀43长度方向的接触点，逐渐向刮刀43远离加热板13轴线的一端移动。

进一步的，夹角α的大小为30-75°。

这样设置刮刀43的优势在于：当刮刀43对加热板13表面的晶体进行刮除时，绕加热板13轴线转动的晶体在接触到刮刀43后会产生一个远离加热板13轴线的分力，从而促使晶体向加热板13外侧移动，并落入集料斗22内；从而减少了晶体在刮刀43上的堆积，或晶体向加热板13中部移动的情况；提高了晶体处理的便捷性。

在本申请其他的实施方案中，刮刀43还可以设置为弧形，弧形凸面朝向加热板13转动方向设置。

如图5所示，刮料组件4还包括用于调整刮刀43与加热板13距离的调节组件5，调节组件5包括同时设置在3个刮刀43侧壁上的连杆51，连杆51同时与3个刮刀43转动连接，并且连杆51与刮刀43转动的轴线平行于刮刀43的长度方向设置。连杆51上还转动连接有一调节块52，调节块52与连杆51的转动方向平行于连杆51与刮刀43的转动方向。调节块52上设置有一丝杠53，丝杠53的轴线垂直于加热板13设置，丝杠53穿过调节块52并与调节块52转动连接。丝杠53远离加热板13的一端穿设在顶板41上并且丝杠53与顶板41螺纹配合。距离加热板13最近的刮刀43与顶板41固接，悬设在加热板13上方的刮刀43与顶板41沿高度方向滑移连接。

进一步的，调节组件5中连杆51设置有两个，两个连杆51沿高度方向分布，对应调节块52设置有两个并且两个调节块52分别与两个连杆51转动连接，丝杠53同时穿过两个调节块52，并与调节块52转动连接。同理调节组件5可以设置有两个，并且两个调节组件5分别位于刮刀43长度方向的两端。

当工作人员转动丝杠53时，丝杠53控制调节块52进行高度方向的调节，从而控制连杆51转动，进而连杆51同时带动调节与加热板13留有空隙的刮刀43进行高度方向的升降，进而调节刮刀43与加热板13的距离。

在对含铜废液进行处理时，由于不同批次的废液中硫酸铜浓度不同，所以对于不同批次的废液，单位体积废液所能结晶得到的硫酸铜晶体会产生差异，进而工作人员可以通过旋拧丝杠53，调节刮刀43与加热板13之间的距离，从而对不同厚度的晶体进行适配，提高了操作的便捷性以及刮料的稳定性。

如图3和图6所示，顶板41下表面还固接有若干支撑块44，支撑块44设置在刮刀43的两侧，并与刮刀43相互贴靠，支撑块44的设置，可以提高刮刀43安装在顶板41内的稳定性，当刮刀43与晶体接触时，支撑块44对刮刀43提供稳定的支撑，从而提高了刮刀43工作的稳定性。

如图3和图6所示，上述顶板41的两侧分别设置有一滑移条411，对应滑轨23朝向顶板41的一面开设有与滑移条411相互配合的滑槽231。滑槽231的长度方向平行于刮刀43的长度方向设置，从而顶板41可以在滑轨23上沿刮刀43长度方向进行滑移，进而控制刮刀43滑移至加热板13的外侧。支撑架21上还设置有一用于驱动顶板41滑移的驱动气缸24，驱动气缸24的本体与支撑架21固接，驱动气缸24活塞杆与顶板41固接。

当驱动气缸24工作时，驱动气缸24活塞杆收回，从而控制顶板41向加热板13外侧滑移，进而刮刀43脱离加热板13上表面，由于夹角α的存在，当刮刀43向加热板13外侧的滑移时，刮刀43将堆积在刮刀43表面的晶体粉末刮入下方集料斗22，从而减少附着在刮刀43表面晶体粉末，提高了粉末回收机构2长时间工作的稳定性。刮料组件4沿刮刀43长度方向的滑移，还可以减少刮刀43在滑移时对加热板13的磨损，从而保护加热板13。

如图3所示，支撑架21上设置有卸料板25，卸料板25与刮刀43一一对应，卸料板25位于刮刀43堆积晶体的一侧。当刮刀43在驱动气缸24的作用下，向加热板13外侧滑移时，卸料板25与刮刀43相互接触，从而卸料板25将刮刀43侧壁沾附晶体粉末刮入至集料斗22内，从而方便了刮刀43进行连续工作。进一步的，卸料板25的上端向加热板13的方向倾斜，从而当卸料板25与刮刀43接触时，方便晶体粉末顺利的落入到集料斗22内，减少了晶体粉末堆积在卸料板25上的情况。卸料板25朝向刮刀43的一面，还垂直于加热板13设置，当卸料板25刮除刮刀43表面晶体时，可以对刮刀43进行研磨，从而保持刮刀43工作面与加热板13垂直，提高刮刀43对晶体的刮除效率。

当使用上述含铜废液回收装置处理硫酸铜废液时，需要调整装置内部真空度，然后调节加热板13的温度，调节加热板13的转速以及结晶喷淋头15的出液速率，使得废液喷洒在加热板13表面，经过加热板13旋转至刮料组件4处时，废液中的液体恰好完全挥发，从而便于刮刀43收集结晶的晶体，同时加热板13的温度也不能过高，如果加热板13温度过高，晶体过早析出，废液过早挥发，容易导致结晶出来的晶体温度快速升高，进而引发五水硫酸铜失去结晶水，从而影响产物纯度。

另一方面，如果刮刀43长时间放置在加热板13上，并且刮刀43对晶体进行刮除时会产生热量，从而导致刮刀43表面温度升高，进而堆积在刮刀43侧壁上的晶体粉末容易分解失水。

而刮料组件4在驱动气缸24的作用下，可以使刮刀43加热板13的表面脱离，在与卸料板25配合将刮刀43表面晶体刮除的同时，刮刀43表面温度得以降低，从而便于进行连续生产。当刮刀43远离加热板13时，结晶喷淋头15停止向加热板13喷洒废液，而当刮刀43回到加热板13上方时，结晶喷淋头15重新工作。

如图1所示，喷淋回收机构3包括喷淋回收仓31，喷淋回收仓31位于壳体11的上方，壳体11上方连通有一导风管32，导风管32的上端穿入喷淋回收仓31内，并且导风管32的上端高于喷淋回收仓31的底壁设置，导风管32的顶端还设置有一风雨沿33。喷淋回收仓31顶壁还设置有一回收喷淋头34，回收喷淋头34上连接有一循环泵35，循环泵35的进水端通过管道与喷淋回收仓31的底壁连通。

当含有硫酸铜的废液喷淋在加热板13上，废液中的氯化氢和水受热蒸发，并通过导风管32进入喷淋回收仓31，氯化氢气体在喷淋回收仓31内被回收喷淋头34的喷出的水所吸收，并落在喷淋回收仓31的底壁内。循环泵35的设置，使得喷淋回收仓31内的水可以循环吸收氯化氢，当水pH小于3时，则可以将原有水排出，更换新的水重新进行喷淋吸收工作。喷淋回收仓31上方还开设有排放口，多余的水蒸气可以通过排放口排出。

废液经过蒸发结晶结构，实现了硫酸铜与氯化氢的分离，通过粉末回收机构2和喷淋回收机构3分别对硫酸铜和氯化氢进行了收集，收集得到的硫酸铜与氯化氢可以作为原料重新利用，从而降低了生产成本，保护了环境提高了经济效益。

含铜蚀刻废液回收方法，包括以下步骤：

S1原液检测，检测待处理原液中各离子浓度，原液中铜离子浓度和氢离子浓度之和不小于原液中所有阳离子浓度之和的90%；

S2使用浓硫酸和氢氧化铜调节废液中铜离子浓度与硫酸根离子浓度相等；

S3将S2所得溶液通入含铜蚀刻废液回收装置中，并使得溶液从结晶喷淋头喷出，在粉末回收机构中得到硫酸铜晶体，喷淋回收机构中得到稀盐酸。

在使用含铜蚀刻废液回收装置时，

装置内真空度为-85～-95kPa，加热板温度为35-50℃,加热板转速为1-3r/min。

工作人员可以通过调节结晶喷淋头出液速度，使废液转动到刮料组件处时，废液中的水分完全挥发。

实施例

以下所有实施例和对比例所使用的原液相同，原液中各离子浓度含量如表1所示

表1原液成分及含量

实施例1

S1，原液检测，结果如表1。

S2，使用浓硫酸和氢氧化铜调节废液中铜离子浓度与硫酸根离子浓度相等。

经过检测，c(SO₄ ^2-)=0.6635mol/L ,c(Cu²⁺)=0.5563mol/L。故每升废液中加入10.452g氢氧化铜固体。

S3将S2所得溶液通入一种含铜蚀刻废液回收装置中，并使得溶液从结晶喷淋头喷出，在粉末回收机构中得到硫酸铜晶体，喷淋回收机构中得到稀盐酸。

装置内真空度为-90kPa，加热板温度为45℃，加热板转速为2r/min。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，装置内真空度为-85kPa。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，装置内真空度为-95kPa。

实施例4

与实施例1的不同之处在于，装置中加热板的温度为35℃。

实施例5

与实施例1的不同之处在于，装置中加热板的温度为40℃。

实施例6

与实施例1的不同之处在于，装置中加热板的温度为50℃。

实施例7

与实施例1的不同之处在于，装置中真空度为-95kPa，加热板的温度为35℃。

实施例8

与实施例1的不同之处在于，装置中真空度为-95kPa，加热板的温度为40℃。

对比例

对比例1

与实施例1的不同之处在于，本对比例装置内压强为正常大气压，加热板温度为120℃。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，本对比例加热板温度为55℃。

对比例3

与实施例1的不同之处在于,本对比例装置内真空度为-80kPa。

性能检测试验

测定10L原液分别使用实施例1-8，对比例1-3的方法得到的晶体产物总重以及铜离子的物质的量，根据所测得数据计算铜离子回收率，五水硫酸铜纯度。

铜离子回收率，根据公式（Ⅰ）计算获得

ω ₁ =n ₁ /n ₂ （Ⅰ）；

其中n ₁ 为10L原液处理后得到的晶体产物中Cu²⁺的物质的量，

n ₂ 为10L原液中Cu²⁺的物质的量。

纯度：根据公式（Ⅱ）

ω ₂ = （Ⅱ）

M ₁ 为CuSO₄·5H₂O的相对分子质量；

m为产物的总质量；

n ₃ 可通过解方程组（Ⅲ）获得；

（Ⅲ）

n ₁ 为10L原液处理后得到的晶体产物中Cu²⁺的物质的量；

n ₃ 为10L原液处理后得到的晶体产物中CuSO₄·5H₂O的物质的量；

n ₄ 为10L原液处理后得到的晶体产物中CuSO₄·3H₂O的物质的量；

m为晶体产物总重量。

检测结果如表2所示：

表2

经检测，实施例1-7所制备的五水硫酸铜符合工业硫酸铜《HG/T5215-2017》中优等品的标准。

结合实施例1-8可以看出，真空度的升高可以有效降低废液的沸点，从而使得废液可以使加热板在较低温度下快速蒸干废液，从而减少蒸干废液时能源的损耗。

加热板温度的降低还可以抑制五水硫酸铜失水，从而提高所得产物中五水硫酸铜的纯度，但是如果加热板温度过低，也会造成产物中五水硫酸铜纯度的降低，原因可能是，在温度较低的情况下，氯化氢挥发不完全，从而导致产物中五水硫酸铜的纯度降低。因此，选择合适的真空度以及合适的加热板加热温度，对于提高五水硫酸铜纯度尤为重要。

经过发明人研究发现，当装置内真空度选择为-85～-95kPa，加热板温度为35～50℃时，五水硫酸铜的纯度可以高于99%。尤其是当真空度选择在-90kpa，温度选择在45℃时，五水硫酸铜的纯度99.6%；当真空度选择在-95kpa，温度选择在35℃时，水硫酸铜的纯度99.4%；当真空度选择在-95kpa，温度选择在40℃时，水硫酸铜的纯度99.6%。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。