Выделение меди из отработанных растворов травления при производстве печатных плат | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 марта, печатный экземпляр отправим 10 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №47 (337) ноябрь 2020 г.

Дата публикации: 20.11.2020

Статья просмотрена: 24 раза

Библиографическое описание:

Коновалов, М. В. Выделение меди из отработанных растворов травления при производстве печатных плат / М. В. Коновалов, Л. В. Соколов, О. Б. Колмачихина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 47 (337). — С. 40-42. — URL: https://moluch.ru/archive/337/75417/ (дата обращения: 25.02.2021).



В статье рассмотрены различные способы выделения меди из отработанных растворов травления. Предложен вариант замены хлорида аммония хлоридом натрия в качестве нового или дополнительного источника хлорид-ионов, предложена технологическая схема переработки отработанных растворов травления.

Ключевые слова: травление, электроэкстракция, хлорид аммония, хлорид натрия, электроэкстрация.

С начала ХХ века процессы изготовления печатных плат непрерывно совершенствовались. Одним из важнейших процессов является травление, которое необходимо для получения токопроводящего рисунка печатной платы. В качестве травителей используют растворы хлорного железа, аммиака и т. п.. На данный момент основным раствором травления является солянокислый раствор хлорида меди (таблица 1), т. к. он обеспечивает достаточную скорость и качество травления. Но использование такого раствора имеет свои недостатки: при травлении большое количество меди переходит в раствор, что вызывает уменьшение эффективности травильной ванны. Для того, чтобы поддерживать высокую эффективность и стабильную скорость травления печатных плат необходимо регенерировать травильный раствор и удалять избыток меди.

Таблица 1

Химический состав исходного травильного раствора

Наименование вещества

Количество вещества, на 1 дм 3

CuCl 2 × 2H 2 O

187 г/дм 3

NH 4 Cl

32 г/дм 3

HCl

257 см 3

H 2 O 2 +H 2 O

132 см 3 + 392 см 3

* Рабочая концентрация меди в исходном растворе 60 г/дм 3

Из-за сложности химического состава отработанного раствора травления (ОТР) и его относительной токсичности (таблица 2), предприятия его никак не перерабатывают, а складируют и отправляют на утилизацию.

Для того, чтобы вернуть раствор в оборот, необходимо снизить концентрацию меди с 150 г/дм 3 до 60 г/дм 3 и окислить соединения одновалентной меди, чтобы могли протекать основные реакции травления:

Cu + CuCl 2 + 2HCl = 2H [CuCl 2 ]

Cu + H 2 O 2 + 2HCl = CuCl 2 р - р + 2H 2 O

Таким образом, если выполнить эти два условия, то можно создать замкнутую систему, в которой раствор можно будет регенерировать, выделяя при этом медь.

Таблица 2

Концентрация основных веществ в отработанном растворе травления

Наименование вещества

Концентрация вещества г/дм 3

Cu р-р

150

HCl

11,7

С учетом вышесказанных требований, для удаления избытка меди из раствора были рассмотрены следующие методы: цементация, нейтрализация, реагентный метод. Все перечисленные методы имеют свои достоинства и недостатки (таблица 3).

Таблица 3

Сравнение вариантов переработки отработанных растворов травления

Метод

Плюсы

Минусы

Нейтрализация

 Дешевые реагенты

 Простота

 Необоротные растворы

 Не окисляет ионы Cu +

Реагентный метод

 Доступность

 Простота

 Необоротные растворы

Цементация

 Извлечение меди 99,5 %

 Простота

 Необоротные растворы

 Не окисляет ионы Cu +

 Вносятся ионы другого металла

Электрохимические методы

 Не вносят ничего лишнего

 Оборотный раствор

 Окисляют ионы Cu + в Cu 2+

 Выделение аммиака

 Выделение хлора

 Сложность аппаратурного оформления

Наиболее привлекательным методом выделения меди из кислых растворов является электроэкстракция, задачи которой, в нашем случае, состоят в следующем:

 окислить Cu + до Cu 2+ ;

 снизить концентрацию меди в растворе с 150 г/дм 3 до 60 г/дм 3 ;

 получить металлическую медь.

Предлагаемая схема переработки растворов приведена на рисунке 1.

Предлагаемый способ переработки ОТР

Рис. 1. Предлагаемый способ переработки ОТР

Основной проблемой при электроэкстракции меди из ОТР является большое выделение хлора на аноде, и аммиака на катоде. Для того, чтобы снизить или полполностью предотвратить выделение хлора на аноде и выделение аммиака на катоде можно предложить следующие технологические решения:

 заменить реагент хлорид аммония, который выступает в качестве источника дополнительных хлор-ионов при травлении;

 снизить концентрацию хлор-иона в растворе до электроэкстракции.

Для проверки предлагаемых вариантов провели ряд экспериментов по поиску аналога хлорида аммония. Усредненные результаты экспериментов представлены в таблице 4.

Таблица 4

Сравнение хлорида аммония и хлорида натрия

V, см 3

Количество растворенной меди, г

NH 4 Cl, г

NaCl, г

Количество растворенной меди, г

Модельный раствор 1

100

4,5

3,2

-

5,1

Модельный раствор 2

100

4,4

-

3,2

5,1

На основании экспериментальных данных можно сделать вывод, что способность NaCl выступать в качестве дополнительного источника ионов хлора сопоставима с NH 4 Cl. Скорость травления при введении NaCl не меняется.

В качестве дальнейших исследований предлагается проводить электроэкстракцию с нейтральными (в частности, графитовыми) электродами, разделенными катионитовой мембраной. После охлаждения раствор будет подаваться в анодное пространство электролизера, где часть ионов Cu (I) окисляется до Cu (II). Другая часть ионов проходит мембрану и восстанавливается на катоде до металлического состояния Cu 0 . Таким образом, анодное пространство насыщается ионами Cu (II), за счет того, что они не могут восстановиться на катоде до Cu 0 .

Для уменьшения выделения хлора предлагается использовать дополнительное дехлорирование, или вести процесс до окончания окисления меди Cu (I) в Сu (II), так как после этого потенциал анода сдвигается в положительную сторону и начинается опасное выделение хлора.

Литература:

  1. Гончаренко, Т. П. Методика обезвреживания и утилизации отработанного медно-хлоридного раствора травления [Текст] / Т. П. Гончаренко, А. Г. Гончаренко, Г. И. Елагин // Вестник Черкасского национального университета им. Богдана Хмельницкого. Серия химические науки. — 2010.
  2. Кругликов, С. С. Регенерация травильных растворов и рекуперация меди в производстве печатных плат [Текст] / С. С. Кругликов // Гальванотехника и обработка поверхности. -1993. — том 2. — выпуск 4.
  3. Тураев, Д. Ю. Журнал прикладной химии [текст] / Д. Ю. Тураев, С. С. Кругликов, А. В. Парфенова // Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва. — 2005. -Т. 78. — Выпуск 9.
  4. Шкундина, С. Прецизионное травление печатных плат [Текст] / С. Шкундина // Производство электроники: Технологии. Оборудование. Материалы. — 2011.
  5. Электролиз, электроды [Электронный ресурс] // Справочник химика 21 — химия и химическая технология. — Режим доступа https://chem21.info/info/149644/.
Основные термины (генерируются автоматически): отработанный раствор травления, раствор, выделение хлора, таблица, хлорид натрия, выделение аммиака, концентрация меди, модельный раствор, наименование вещества, химический состав.


Ключевые слова

хлорид натрия, травление, электроэкстракция, хлорид аммония, электроэкстрация
Задать вопрос