Главная страница
Сведения об авторах

КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ХЛОРНОГО ЖЕЛЕЗА

Белобаба А. Г., Маслий А. И., Вайс А. А., Институт химии твердого тела и механохимии
Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия

Травильные растворы на основе хлорного железа находят применение как в производстве печатных плат, так и в полиграфической промышленности при изготовлении медных клише. В процессе травления уменьшается концентрация окислителя (Fe²⁺) и накапливаются продукты травления (Fe²⁺ и Cu²⁺). Это приводит к снижению скорости и качества травления и вызывает необходимость замены травителя свежим раствором. Поскольку стоимость приготовления свежего травильного раствора, а также утилизация отработанного травителя достаточно высоки, то естественным решением этой технологической и одновременно экологической проблемы является регенерация и повторное использование травильных растворов.

Нами разработаны процесс и аппаратура для регенерации травильных растворов меди на основе хлорного железа, содержащих органические поверхностно-активные добавки. Технология регенерации базируется на электрохимическом (электромембранном) и сорбционном методах очистки растворов. Процесс регенерации раствора осуществляют в электролизере с анионообменной мембраной в две стадии. На первой стадии травильный раствор подвергают катодной обработке, в результате которой Fe³⁺ восстанавливается до Fe²⁺, а Cu²⁺ — до металлической меди. Обработанный католит содержит требуемое количество Cu²⁺, однако соотношение концентраций ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ в нем далеки от нормы, поэтому требуется анодная обработка раствора, проводимая на второй стадии регенерации. В результате окисления Fe²⁺ до Fe³⁺  и переноса Cl^- через мембрану из катодной камеры в анодную, образуется раствор FeCl₃. В ходе анодной обработки концентрация Fe²⁺ в анолите снижается, а содержание Fe³⁺  растет, и в определенный момент времени концентрации всех макрокомпонентов приближаются к показателям исходного травильного раствора, что позволяет использовать его для повторного травления.

Исследовано поведение неорганических макрокомпонентов (Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺ и Cl^-) и органических добавок в процессе регенерации и повторного использования отработанных травильных растворов производства медных клише. На модельном растворе, содержащем FeCl₃ и CuCl₂ с концентрациями 95 г/л Fe³⁺  и 35 г/л Cu²⁺, экспериментально определен оптимальный режим электролиза для процесса регенерации отработанного раствора травления меди.

Регенерацию реальных отработанных растворов в выбранных условиях проводили на опытной электромембранной установке, в состав которой входили: электролизер, источник постоянного тока (12 В, 50 А), микрокомпрессор для барботажа воздуха с целью перемешивания раствора и электронный термометр. Катод изготовлен из титана, анод — из графита. Площадь катода — 8 дм², площадь анода и мембраны — 11 дм², объем католита и анолита — 20 л.

Проведенные испытания показали, что основные показатели электролиза при регенерации реальных травильных растворов в электромембранной установке (потенциал катода и анода, напряжение на мембране и температура раствора) близки к предельным значениям, но ни один из них не превышает допустимые значения. Это свидетельствует об оптимальном режиме регенерации. В данном режиме установка работала более 3-х лет. За это время регенерировано свыше 10 тыс. л травильного раствора, медь при этом осаждалась на катоде в виде порошка, и ее периодически удаляли с титанового катода при замене регенерированного раствора.

Продолжительный опыт использования технологии регенерации отработанных травильных растворов производства клише показал эффективность мембранного электролиза, позволяющего не только восстановить травящую способность раствора, но и извлечь из него медь. Однако было установлено, что после 4–5 циклов травления качество клише снижалось, хотя макропоказатели регенерированных растворов находились в норме. Наиболее вероятной причиной ухудшения качества травления могло быть накопление в растворе органических добавок или продуктов их деструкции. Фирменные поверхностно-активные добавки вводятся в раствор для обеспечения высокого качества и скорости травления. Их содержание в процессе электрохимической регенерации травильных растворов снижается в среднем на 30–40 %. Разработан режим дополнительной очистки регенерированных растворов от органики на новом углеродном сорбенте «Сибунит», обеспечивающий удаление примерно 70 % оставшейся органики. Сорбент обладает высокой механической прочностью, химической и термической устойчивостью, высокой чистотой.

В состав установки входит также вольтамперометрический комплекс для контроля концентраций макрокомпонентов (Fe³⁺ , Fe²⁺, Cu²⁺) регенерируемого раствора. Комплекс включает в себя электрифицированный датчик для обновления рабочей поверхности индикаторного электрода, программируемый потенциостат IPC-Micro и управляющую ЭВМ.

На производственных отработанных растворах травления меди показано, что их полная регенерация, включающая электрохимическую и сорбционную обработку, обеспечивает высокую скорость и качество травления, характерные для свежих растворов.

Процесс и установка для электрохимической регенерации отработанных травильных растворов на основе хлорного железа эффективно эксплуатируются с 1999 г. в производстве медных клише на ЗАО «Форт-пресс» (г. Новосибирск). Внешний вид установки представлен на рисунке.

Установка для электрохимической регенерации отработанных травильных растворов на основе хлорного железа:
1, 7 — источники постоянного тока; 2, 6 — электронные термометры; 3, 4 — электролизеры; 5 — микрокомпрессор

Технические характеристики установки и концентрации компонентов в поступающем на регенерацию и в регенерированном растворах представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Технические характеристики установки по регенерации растворов

Таблица 2

Концентрации компонентов в поступающем на регенерацию и в регенерированном раствора

 Установки могут применяться в производстве печатных плат и в полиграфической промышленности при изготовлении медных клише. Они обеспечивают значительную экономию реагентов, резкое сокращение объема сточных вод, содержащих опасные компоненты, дают возможность утилизировать медь.
 

COMBINED METHOD FOR REGENERATION OF ETCHING SOLUTIONS BASED
ON FERRIC CHLORIDE

Belobaba A. G., Masliy A. I., Vais A. A., Institute of Solid State Chemistry and Mechanical Chemistry,
Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

A procedure and equipment for regeneration of spent etching solutions based on ferric chloride have been developed. The procedure, which combines the electrochemical and sorption stages, makes it possible to reuse a regenerated solution preserving the required rate and quality of etching.
 

Главная страница

Сведения об авторах

Белобаба Анатолий Григорьевич, канд. техн. наук, науч. сотр., Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 217-01-88. E-mail
Маслий Александр Иванович, д-р хим. наук, зав. лабораторией, Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 2-170-983. E-mail
Вайс Анатолий Альбертович, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 217-01-81. E-mail

 

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 17.09.08