電鍍製程含硫酸亞錫廢水再利用方法之研究｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	黃尹廷 Ying-ting Huang
論文名稱：	電鍍製程含硫酸亞錫廢水再利用方法之研究 Investigation of Stannous Sulfate Wastewater Recycling in Electroplating Process
指導教授：	李俊福 Jiunn-Fwu Lee
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 環境工程研究所在職專班 Executive Master of Environmental Engineering
論文出版年：	2015
畢業學年度：	103
語文別：	中文
論文頁數：	95
中文關鍵詞：	電鍍製造程序、COD 、電解法、凝聚劑、硫酸亞錫、金屬錫
外文關鍵詞：	electroplating process, COD, electrolysis, coagulant, stannous sulfate, tin metal
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電鍍製造程序共可分為前處理、電鍍及後處理，前處理。主要是將欲鍍的金屬物質放置於陽極，利用電沉積作用使其吸附於陰極被鍍物上，其介質即為電鍍液。各電鍍液雖隨著欲鍍金屬的不同，其成分也有所不同，但是無法避免的皆是重金屬含量高、低pH、高COD…等特性。
本研究之目的，主要是探討鍍錫業酸性鍍錫製程所使用的電鍍液”硫酸亞錫廢水”其再利用方法之研究，係以加入凝聚劑與電解法進行實驗，再確認其上沉液的再利用可行性，及電解後吸附於陰極之重金屬回收及資源化的可行性，以增加公司成本效益、降低廢水廠運作成本、降低環境汙染，以符合放流水管制標準。
以某鍍錫廠所產出之硫酸亞錫廢水，加入凝聚劑A後以不同靜置時間、不同凝聚劑比例進行實驗結果得知，最佳凝聚劑之比例為3%-5%，而最佳沉降時間為240分鐘。再加入凝聚劑B後，最佳凝聚劑之比例為5%~10%，而最佳沉降時間則為240分鐘。以電解法進行硫酸亞錫廢水內四價錫濃度去除，就其成本與時間上的考量；其結果為電流強度7A，持續電解4小時後較佳。
以硫酸亞錫(鍍錫液)年度更槽需購入9040kg計算，104年三月份鍍錫液(硫酸亞錫)成本1公斤891元，更新鍍錫液須花費8054640元，加上將硫酸亞錫廢水中COD濃度降至582 mg/L、pH 6.5達工業區納管限值所需花費 804800元；故原硫酸亞錫處理方式共計花費8859440元；7A電解6小時陰極所吸附金屬錫，扣除電解時花費之電力費用，可獲利115703元。故可得知，相較於目前硫酸亞錫廢水處理方式，電解法進行硫酸亞錫廢水再利用，可有效減少公司成本支出。

Electroplating process is comprised of pre-treatment, electroplating, and post-treatment. In pre-treatment, the metallic material to electroplate is placed at the anode and absorbed onto the material to be electroplated at the cathode via electro-deposition, with the plating solution as the medium. Though, the plating solution varies with the electroplating metal and composition, however, inevitably, it always exhibits the properties of high heavy metal content, low pH, high COD, etc..
The objective of the present study was the investigation of a recycling method for “Stannous sulfate wastewater” from acidic tin electroplating. The addition of Coagulant and standing time as well as electrolysis was investigated experimentally. The feasibility of recycling the upper deposition solution and the heavy metal absorbed at the cathode during electrolysis were assessed to increase the cost effectiveness, reduce the operation costs of the waste water plant and reduce environmental pollution to meet the water effluent standard.
Experiments showed the optimum concentration of coagulant A added to the waste water containing stannous sulfate was 3-5% and the optimal deposition time was 240 minutes. Using coagulant B, the optimal coagulant ratio was found to be 5~10% and the optimal deposition time remained 240 minutes. To remove the stannic compound from the wastewater by electrolysis, an uninterrupted electric current of 7A for 4 hours was found to be optimal from the cost and time point of view.
Based on the calculations for the 9040kg of stannous sulfate tin electroplating solution purchased annually, the costs for stannous sulfate in March 2015 was NTD891/kg, for its replacement was NTD8,054,640, and for reducing COD concentration in stannous sulfate wastewater to 582 mg/L and pH 6.5 to meet the controlled value of the industrial zone was NTD804,800. Therefore, the total cost for stannous sulfate treatment was NTD8,859,440. The tin metal absorbed at the cathode following electrolysis at 7A for 6 hours afforded the profit of NTD115,703, with the cost of electricity for electrolysis included. As a result, it was suggested that the recycling of stannous sulfate wastewater by electrolysis could effectively ease he cost for the company, as compared to the current stannous sulfate wastewater treatment.
Keywords: electroplating process, COD, electrolysis, coagulant, stannous sulfate, tin metal.

第一章 前言………………………………………………........ .1
1-1    研究緣起……………………………………………...     1
1-2    研究目的…………………………………………....      3
第二章 文獻回顧………………………………………………..   .5
電鍍製程簡介……………………..                           5
2-1-1    鍍錫製程…………………………………….….. …    9
2-1-2    鍍鋅製程………………..……………………………    10
2-1-3    鍍銀製程…………………..……………………………    12
2-1-4    鍍銅製程…………  …..……………………………    13
2-1-5    鍍鎳製程………………..……………………………    16
2-2    國內電鍍製程廢水現況…………..……………………    18
2-2-1    電鍍製程廢水來源…………………..…………………    18
2-2-2    電鍍製程廢水產量…………        ………………    19
2-2-3    電鍍製程廢水成份與流佈………………..…………    19
2-3    電鍍錫製程廢水特性…………..………………………    21
2-4    電鍍製程再利用回收技術…………………………..…    22
2-4-1    廢水再利用回收技術………………..………………    22
2-4-2    污泥再利用重金屬萃取回收技術介紹……………..    25
2-5    國內、外相關法規管制…………..…………… …….    28
2-5-1    放流水管制標準…………………… ……………….    28

第三章 研究方法………………………………………………..    33
    
3-1    實驗材料………………………………… …………….    33
3-2    實驗設備………................................    34
3-3    研究流程……………………………....  ..…………    38
3-3-1    混凝沉降研究流程……………………………………    39
3-3-2    電解法研究流程……………………………………..    41
3-4    實驗分析項目與方法………………………  ………..    42
3-4-1    混凝沉降………………………………………………..    42
3-4-2    電解實驗……………………………………………..    43
3-5    錫金屬濃度分析………………………………………..    44
3-5-1    二價錫的测定………………………………………..    44
3-5-2    總錫濃度的测定…………………………………..…    44
3-5-2-1    檢量線配置………………………………..………    45
3-5-3    四價錫特性分析……………………… …………….    46

第四章 結果與討論…………………………… ……….......    47
4-1    含硫酸亞錫廢水水質基本特性分析…………………..    47
4-1-1    整年度槽液分析資料…………………… ………….    47
4-2    凝聚劑沉降對硫酸亞錫濃度之影響…………………..    49
4-2-1    凝聚劑A沉降作用對四價錫濃度之影響…………….    49
4-2-1-1    不同pH值下對四價錫濃度之關係…………………    49
4-2-1-2    不同停留時間下對四價錫濃度之影響…………..    51
4-2-1-3    不同加藥量下對四價錫濃度之關係…………..…    56
4-2-2    凝聚劑B沉降作用對四價錫濃度之影響…………….    60
4-2-2-1    不同停留時間下對四價錫濃度之影響…………..    60
4-2-2-2    不同加藥量下對四價錫濃度之關係……………..    65
4-2-3    不同混凝劑對四價錫濃度之關係…………………..    69
4-3    電解對硫酸亞錫濃度之影響…………………………..    72
4-3-1    不同操作電流下對四價錫濃度之影響……………..    72
4-3-2    不同時間下對四價錫濃度之關係…………… …….    78
4-3-3    不同操作參數對四價錫去除效率之探討……………    83
4-4    電解四價錫純度及其特性分析…... ………………..    83
4-4-1    電解四價錫特性分析………………………… …….    83
4-4-2    電解後錫物質之表面形貌與比表面積分析…… ….    84
4-5    移除四價錫之上沉液再利用探討………………… ….    87
4-5-1    凝聚劑沉降再利用可行性分析…………………  ..    87
4-5-2    電解實驗再利用可行性分析…………………… ….    88
4-6    經濟效益分析…………………………………………..    89
4-6-1    硫酸亞錫廢水原處理方式……………………… ….    89
4-6-2    電解法回收效益……………………………………..    90
4-6-3    電解法與現行處理方式差異性探討………………..    91

第五章 結論與建議.……………………………………….....    92
    
5-1    結論………………………………………………… ...    92
5-2    建議……………………………………………… …...    93

參考文獻……………………………………………...........    94

                                

1.台灣區表面處理公會，產業概況http://tsfa.industry.org.tw/company/company.asp
2.中小企業工業廢水回收輔導計畫 - 國家發展委員會
3.含金廢液資源化探討-以印刷電路板為例-徐華祥 97年7月
http://garnetw.newscan11.com/p1_detail.php?id=31
4.浸鍍錫技術於電路板製作之應用-陳彥亨-2007
5.中華熱浸協會-前言 http://www.galtw.org.tw/info.htm
6.中華熱浸鍍鋅協會-熱浸鍍鋅優點
7.中華熱浸協會-熱浸鍍鋅簡介
8.材料世界網-王維漢維興股份有限公司
9.PCB製程與問題改善 TPCA page156-158
10.表面工程資訊-李興文-2012年02期
11.電鍍鎳與無電鍍鎳實驗楊聰仁教授
12.我國電鍍廢水處理現狀及展望楊月明
13.電路板濕製程全書 TPCA page129-142 黃祖義
14.淺談溼式萃取法應用於電鍍汙泥中有價金屬之回收處理
15.洪玠育，環境資源中心，綠基會通訊
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16.放流水標準 (環保署 103年)
http://ivy5.epa.gov.tw/docfile/060060.pdf
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18.機械合金法製備Mg-Ti及Mg-Al合金之氫化特性研究-翁曼芳(2011)
19.以高分子聚合物模擬土壤有機質特定官能基對氣態有機物吸附行為之影響-許鴻升(2004)
20.研發奈米科技的工具之一電子顯微鏡介紹-TEM-羅聖全(2004)

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