FeCl 3 腐蚀溶液再生应用的研究技术资料

摘要 ：本文对金属蚀刻溶液的再生应用进行了实验研究，结果表明，对于减少环境污染、节约腐蚀溶液用量、降低金属蚀刻工艺成本有重要的意义。

关键词 ：金属蚀刻；腐蚀；溶液

一  引言

随着电子技术的发展，越来越需要许多几何形状复杂、精密度要求高而机械加工难以实现的超薄形工件。而照相腐蚀（或称金属蚀刻）方法却易达到部件平整、无毛刺、图形复杂的要求，且加工周期短、成本低。它的化学原理是利用三氯化铁水溶液作为腐蚀剂与金属反应：

2FeCl 3 ＋ F e＝ 3FeCl 2

2FeCl 3 ＋ C u＝ CuCl 2 ＋ 2FeCl 2

在氯离子和氧化剂共存的条件下就可以发生金属腐蚀。 FeCl 3 作为一种较强的氧化剂，其腐蚀作用取决于 Fe 3 + ＋ e → Fe 2+ 反应的氧化还原电位（ 0.77V ），加之溶液中含有大量的氯离子，且 PH 值低、酸性强，所以对金属有强烈的腐蚀倾向。

由腐蚀反映原理可知，三氯化铁随着反应进行， Fe 3+ 离子浓度越来越低，而 Fe 2+ 离子浓度越来越高。一般经验数据表明：在 Be 4 2  的三氯化铁溶液中的 Fe 2+ 离子浓度超过一定量时，腐蚀剂对金属腐蚀速度就显著下降，腐蚀质量变差， 此时就需要更新。若经常更换腐蚀溶液，一则对环境产生污染，二则造成浪费，提高产品成本，如果能把 Fe 2+ 氧化再生就可能解决这些问题。

二  调整再生 FeCl 3 溶液的方法

反应原理

亚铁化合物在微酸性溶液中被空气中的氧所氧化的速度很慢。但在酸性溶液中，亚铁化合物能被较强的氧化剂氧化，如 MnO 4 - 、 CrO 4 2- 、 ClO 3- 、 NO 3- 、 H 2 O 2 等。其反应原理为：

2FeCl 2 ＋ H 2 O 2 +2HC l＝ 2FeCl 3 +2H 2 O

•  FeCl 2 氧化剂的选择

当 FeCl 3 溶液中 Fe 2+ 含量较高时，我们选择了加入一定量 H 2 O 2 （ 30 ％）及盐酸的方法来调整溶液中 Fe 2+ 的浓度。

以腐蚀 1 g 金属（ F e 、 Cu 等）计：

3FeCl 3 ＋ F e＝ 3FeCl 2

324.6 55.8 380.4

经计算： FeCl 3 的需要量： 5.8 （ g ）

FeCl 2 的需要量： 6.81 （ g ）

FeCl 2 +H 2 O 2 ＋ 2HC l＝ 2FeCl 3 ＋ 2H 2 O

253.6 34 73 324.6

经计算： 需加 H 2 O 2 的量： 0.91 （ g ）

需加 HCl 的量： 1.91 （ g ）

生成 FeCl 3 的量 ： 8.71 （ g ）

通过计算，按被腐蚀金属的重量，相应加入 H 2 O 2 及 HCl 、 FeCl 3 腐蚀溶液即可调整再生。但在实际操作中，测定被腐蚀的金属的量很不方便，故采用测定溶液中 Fe 2+ 浓度的方法，再确定所应加氧化剂的量。

三  试验数据及分析

•  FeCl 3 溶液再生转化率的实验数据

通过定期从本公司腐蚀机内取样，测定 Fe 2+ 的浓度，所得数据见表 1 。

•  造成转化率较低的原因及对策

•  实验中所加氧化剂的量都依据理论计算，而在实际操作中应过量加入。

•  加入氧化剂时腐蚀溶液达 4 0 ℃左右，而 H 2 O 2 受热易分解，从而造成 Fe 2+ 转化率降低。 故实际加入的双氧水应为理论的2倍，而一般工业用双氧水的含量为35%（质量含量），故实际蚀刻1g铁要加双氧水大约为5.8g.

•  配置 FeCl 3 水溶液易产生絮状 Fe(OH) 3 沉淀，而加入盐酸后会有反应 Fe 3 + ＋ 3Cl - → FeCl 3 ,OH - ＋ H → H 2 O 发生，消耗一定量的 HCl 溶液，导致加入的酸量不足。

•  工作一段时间后的腐蚀液的成分较复杂。反应过程的干扰离子和干扰因素较多。如溶液中的碳酸盐与游离的盐酸反应。因此要定期测试腐蚀溶液的成份。

四、氧化剂的选择：

氧化剂的种类很多，如上述所述：MnO 4 - 、NO 3- 、 H 2 O 2但从环境角度来看只有双氧水与卤酸盐是最具操作性。

1.而上述讨论中以双氧水为二价铁之氧化剂，由于上述的各种原因：双氧水在温度较高时易分解，使得实际加入的双氧远比理论大很多，而且双氧水在操作过程中极危险，不小心溅到皮肤上会灼伤皮肤，且对存放的要求较高，存放时间过长易分解导致含量不足，且受热时会有发生爆炸之危险。由计算得出的结果每蚀刻1g的铁大约要加入5.8g的双氧水，耗用量大。

2.故现在商家开发以氯酸盐为主体的亚铁再生剂WS-420，并加其中添加了防侧蚀剂，该产品极其稳定，不在因存放时间过长也失效。而且蚀刻1g的铁只消耗需WS-420约为2.0ml药水。

化学反应式如下：

6FeCl 2 + [CLO3-] ＋ 6HC l＝ 6FeCl 3 ＋ 3H 2 O  + CL-

3.再生剂成本比较：

以蚀刻1g铁为例：

以上仅为再生剂方面的成本比较，在实际生产过程中由于用再生剂使用三氯化铁使用量大大减少，从生产过程统计结果来看，三氯铁用量比不使用再生剂时节药了大约1/2到1/3.同时节约了成本的同时，也减少了废水的排放量，方便了生产，提高了产品品质、

五  结论

生产中在采用 FeCl 3 腐蚀溶液再生的方法一年来取得较好的效果：

1.首先降低了 FeCl 3 的用量（使用量为以前的 1/3 ～ 1/2 ）因此，排放量也随之降低；

2.其次降低了加工成本，一年来腐蚀溶液用量由 24 吨下降到 8 吨，节约资金 4 万元。

3.由于生产过程中溶液相对稳定，腐蚀质量也有提高，所加工工件合格率由原来的 80 ％提高到 90 ％以上。

参考文献 ：

1 中南矿冶学院分析化学教研室编著《化学分析手册》 科学出版社 1982.1

2 赵锡瑞等著 《分析化学》 北京师范大学出版社 1990