Способ обработки раствора подтравливания печатных плат
Владельцы патента RU 2765894:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)
Изобретение относится к производству печатных плат. Предложен способ обработки раствора подтравливания печатных плат, содержащего 200-250 г/л персульфата аммония, 10-20 г/л серной кислоты и ионы меди, включающий электрохимическую обработку раствора подтравливания в трехкамерном электролизере с двумя катионообменными мембранами с использованием катода из нержавеющей стали и анода из платинированного титана, при которой раствор подтравливания находится в средней камере электролизера. Электрохимическую обработку раствора подтравливания проводят одновременно с процессом подтравливания печатных плат в средней камере трехкамерного электролизера. После выделения металлической меди на катоде раствор из катодной камеры электролизера перемещают в анодную камеру для переноса ионов меди и аммония через катионообменнную мембрану в среднюю камеру, раствор в которой корректируют добавлением персульфата аммония. Процесс продолжают до достижения концентрации сульфата аммония в растворе средней камеры 200-250 г/л, после чего подтравливание приостанавливают, электроды переносят в среднюю камеру и продолжают электрохимическую обработку до полного извлечения меди из раствора. Обеспечивается увеличение срока эксплуатации раствора подтравливания печатных плат и предотвращение образования токсичных отходов за счет полного извлечения ионов меди и получения конечных продуктов в виде чистой металлической меди и раствора сульфата аммония, который можно использовать как удобрение. 3 пр.
Изобретение относится к производству печатных плат и может быть использовано на участке подтравливания предприятиями, производящими печатные платы.
Подтравливание печатных плат производится в растворе, содержащем 200-250 г/л персульфата аммония и 10-20 г/л серной кислоты. Процесс подтравливания - это реакция взаимодействия ионов персульфата с металлической медью:
Cu + (NH4)2S2O8 = CuSO4 + 2(NH4)2SO4
Из уравнения реакции видно, что в процессе эксплуатации раствора в нем снижается концентрация персульфат-ионов и растет концентрация ионов меди. Отработанный раствор содержит сульфат меди, сульфат аммония и персульфат аммония в концентрации, недостаточной для дальнейшей эксплуатации как раствора подтравливания.
Одной из актуальных задач производства печатных плат является устранение образования токсичных жидких и твердых отходов, в частности отработанных растворов подтравливания, содержащих сульфат меди, путем продления срока службы раствора и его безотходной утилизации по окончании срока службы.
Известен способ извлечения ионов меди из медно-аммиачного раствора травления, используемый в производстве печатных плат [патент РФ 2620228.23.05.2017]. Согласно этому способу отработанный травильный раствор сначала подвергают электрохимической обработке в катодной камере, где ионы стравленной меди восстанавливаются на катоде до металла, а затем раствор поступает в анодную камеру, где присутствующие в растворе ионы одновалентной меди окисляются на аноде до двухвалентного состояния. В ходе процесса не расходуются химикаты и не образуются жидкие или твердые отходы. Однако, этот эффективный безотходный способ непригоден для обработки раствора подтравливания на основе персульфата аммония.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации медно-хлоридного раствора[патент РФ 2677583.19.01.2019]. Согласно этому способу отработанный травильный раствор, содержащий ионы одно- и двухвалентной меди и соляную кислоту, подвергают электрохимической обработке про температуре 25-50°С на титановом катоде в катодной камере, отделенной катионообменной мембраной от анодной камеры с платинированным титановым анодом, подключенным к источнику тока, и раствором серной кислоты, при этом, после обработки в катодной камере медно-хлоридный травильный раствор поступает в дополнительную анодную камеру с платинированным титановым анодом, отделенную от катодной камеры катионообменной мембраной и подключенную к дополнительному источнику тока, причем травильный раствор с начальной концентрацией ионов меди 70-200 г/л и хлористого водорода 75-90 г/л обрабатывают в катодной камере при катодной плотности тока 2-10 А/дм2 и при плотности тока в дополнительной анодной камере 0,1-0,5 А/дм2. Этот процесс характеризуется низкими энергозатратами и отсутствием медь-содержащих отходов. Однако при проведении электролиза выделяется газообразный хлор, поэтому вся установка должна быть надежно герметизирована и снабжена системой утилизации хлора.
Задачей изобретения является увеличение срока службы раствора и предотвращения образования токсичных отходов.
Поставленная задача решается способом обработки раствора подтравливания печатных плат, содержащего 200-250 г/л персульфата аммония, 10-20 г/л серной кислоты и ионы меди, включающий электрохимическую обработку раствора подтравливания в трехкамерном электролизере с двумя катионообменными мембранами с использованием катода из нержавеющей стали и анода из платинированного титана, при которой раствор подтравливания находится в средней камере электролизера, при этом электрохимическую обработку раствора подтравливания проводят одновременно с процессом подтравливания печатных плат в средней камере трехкамерного электролизера и после выделения металлической меди на катоде раствор из катодной камеры электролизера перемещают в анодную камеру для переноса ионов меди и аммония через катионообменнную мембрану в среднюю камеру, раствор в которой корректируют добавлением персульфата аммония, при этом упомянутый процесс продолжают до достижения концентрации сульфата аммония в растворе средней камеры 200-250 г/л, после чего процесс подтравливания печатных плат приостанавливают, электроды переносят в среднюю камеру и продолжают электрохимическую обработку до полного извлечения меди из раствора.
Основные преимущества предлагаемого способа
1. Предотвращение образования жидких или твердых отходов, содержащих токсичные соединения меди. Единственный образующийся жидкий отход - раствор сульфата аммония, который можно использовать в качестве удобрения.
2. Увеличение срока эксплуатации раствора подтравливания благодаря извлечению из него ионов меди и сульфата аммония в процессе эксплуатации.
3. Получение вместо токсичного отхода, содержащего соединения меди, раствора сульфата аммония, который может быть использован в качестве удобрения.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют реализацию предлагаемого способа.
ПРИМЕР 1
В растворе подтравливания, находящемся в средней камере трехкамерного электролизера с двумя катионообменными мембранами, катодом из нержавеющей стали и анодом из платинированного титана с начальной концентрацией серной кислоты 10 г/л и начальной концентрацией персульфата аммония 200 г/л, провели операцию подтравливания печатных плат, проводя одновременно электролиз при периодическом добавлении персульфата аммония. По окончании процесса концентрация ионов меди в растворе подтравливания повысилась с нуля до 15 г/л и на катоде выделилось 150 г металлической меди. После этого катод и анод переместили в среднюю камеру и продолжали вести электролиз, во время которого на катоде выделилось еще 170 г металлической меди, а концентрация ионов меди в растворе снизилась до 2 мг/л
ПРИМЕР 2
В растворе подтравливания, находящемся в средней камере трехкамерного электролизера с двумя катионообменными мембранами, катодом из нержавеющей стали и анодом из платинированного титана с начальной концентрацией серной кислоты 20 г/л и начальной концентрацией персульфата аммония 250 г/л, провели операцию подтравливания печатных плат, проводя одновременно электролиз при периодическом добавлении персульфата аммония. По окончании процесса концентрация ионов меди в растворе подтравливания повысилась с нуля до 18 г/л и на катоде выделилось 170 г металлической меди. После этого катод и анод переместили в среднюю камеру и продолжали вести электролиз, во время которого на катоде выделилось еще 185 г металлической меди, а концентрация ионов меди в растворе снизилась до 3 мг/л.
ПРИМЕР 3
В растворе подтравливания, находящемся в средней камере трехкамерного электролизера с двумя катионообменными мембранами, катодом из нержавеющей стали и анодом из платинированного титана с начальной концентрацией серной кислоты 15 г/л и начальной концентрацией персульфата аммония 225 г/л, провели операцию подтравливания печатных плат, проводя одновременно электролиз при периодическом добавлении персульфата аммония. По окончании процесса концентрация ионов меди в растворе подтравливания повысилась с нуля до 16 г/л и на катоде выделилось 170 г металлической меди. После этого катод и анод переместили в среднюю камеру и продолжали вести электролиз, во время которого на катоде выделилось еще 177 г металлической меди, а концентрация ионов меди в растворе снизилась до 2,5 г/л.
Способ обработки раствора подтравливания печатных плат, содержащего 200-250 г/л персульфата аммония, 10-20 г/л серной кислоты и ионы меди, включающий электрохимическую обработку раствора подтравливания в трехкамерном электролизере с двумя катионообменными мембранами с использованием катода из нержавеющей стали и анода из платинированного титана, при которой раствор подтравливания находится в средней камере электролизера, при этом электрохимическую обработку раствора подтравливания проводят одновременно с процессом подтравливания печатных плат в средней камере трехкамерного электролизера и после выделения металлической меди на катоде раствор из катодной камеры электролизера перемещают в анодную камеру для переноса ионов меди и аммония через катионообменнную мембрану в среднюю камеру, раствор в которой корректируют добавлением персульфата аммония, при этом упомянутый процесс продолжают до достижения концентрации сульфата аммония в растворе средней камеры 200-250 г/л, после чего процесс подтравливания печатных плат приостанавливают, электроды переносят в среднюю камеру и продолжают электрохимическую обработку до полного извлечения меди из раствора.
