Устройство для электрохимической регенерации растворов травления меди

Полезная модель используется в процессах химической обработки металлов, в частности, травлении меди при производстве печатных плат, и предназначена для поддержания на постоянном уровне травящей способности медьсодержащего травильного раствора и утилизации растворенной меди. Задачей полезной модели является утилизация меди путем прямого электролиза травильного раствора, обеспечение автоматической выгрузки выделенной из раствора меди и возможности использования одного раствора без замены в замкнутом цикле. Поставленная задача решается устройством для электрохимической регенерации растворов травления меди, содержащем электролизер с одним катодом и двумя анодами, емкость для хранения травильного раствора, погружной насос для циркуляции травильного раствора, систему контроля и регулирования рН и плотности раствора, электромагнитные клапаны и систему трубопроводов, отличающемся тем, что катод электролизера выполнен в виде полого барабана, погруженного в травильный раствор на глубину менее его радиуса и вращающегося со скоростью, достаточной для восполнения у катода требуемой концентрации меди и электрохимического осаждения ее из раствора в виде металлического порошка. При этом устройство дополнительно содержит шнековое устройство для автоматической выгрузки утилизированной меди из электролизера в приемник и эжекторный насос для отсоса газовой смеси из воздушного пространства электролизера и пропускания ее через регенерируемый раствор.

Полезная модель используется в процессах химической обработки металлов, в частности, травлении меди при производстве печатных плат, и предназначена для поддержания на постоянном уровне травящей способности медьсодержащего травильного раствора и утилизации растворенной меди.

Известно устройство для электрохимической регенерации (1). При его эксплуатации медно-аммиачный раствор из установки травления печатных плат подается в резервуар для хранения травителя с высоким содержанием меди, из которого, в свою очередь, с помощью дозирующего насоса подается в электрохимический регенератор, в котором происходит восстановление травителя и извлечение меди в виде металла.

Недостатком устройства является наличие в конструкции электролизера ионообменных мембран, имеющих ограниченный срок службы, а также то, что используется стационарный катод, для эффективной работы которого, а также для анодов, необходимо применение циркуляционных насосов, обеспечивающих поддержание требуемой концентрации меди у поверхности катода, что является необходимым условием протекания процесса выделения меди.

Задачей полезной модели является утилизация меди путем прямого электролиза травильного раствора, обеспечение автоматической выгрузки выделенной из раствора меди и возможности использования одного раствора без замены в замкнутом цикле.

Поставленная задача решается устройством для электрохимической регенерации растворов травления меди, содержащем электролизер с одним катодом и двумя анодами, емкость для хранения травильного раствора, погружной насос для циркуляции травильного раствора, систему контроля и регулирования рН и плотности раствора, электромагнитные клапаны и систему трубопроводов,

отличающемся тем, что катод электролизера выполнен в виде полого барабана, погруженного в травильный раствор на глубину менее его радиуса и вращающегося со скоростью, достаточной для восполнения у катода требуемой концентрации меди и электрохимического осаждения ее из раствора в виде металлического порошка.

При этом устройство дополнительно содержит шнековое устройство для автоматической выгрузки утилизированной меди из электролизера в приемник и эжекторный насос для отсоса газовой смеси из воздушного пространства электролизера и пропускания ее через регенерируемый раствор.

На рис.1 приведена блок схема устройства и привязки его к установке травления печатных плат, где:

1 - установка травления, 2 - резервная емкость, 3 - эжекторный насос, 4, 5 - электромагнитный клапан, 6 - электролизер, 7 - катод, 8 - аноды.

В соответствии со схемой, травильный раствор из установки травления 1 поступает в резервную емкость 2, из которой с помощью погружного насоса (не показан) непрерывно циркулирует по контуру: емкость 2, трубопровод, эжекторный насос 3, трубопровод, установка травления 1. Емкость 2 оснащена устройствами для контроля и регулирования рН и плотности раствора травления (не показаны). При снижении рН ниже заданного значения, открывается электромагнитный клапан 4 и в контур непрерывной циркуляции травильного раствора через эжекторный насос 3 подается газообразный аммиак до тех пор, пока рН не достигнет необходимого значения.

При повышении плотности травильного раствора до предельно заданного значения открывается электромагнитный клапан 5 и насыщенный медью раствор травления подается в электролизер 6. Одновременно на электроды, катод 7 и аноды 8, подается напряжение от источника постоянного тока (не показан) и включается система вращения катода (не показана).

Катод 7 выполнен в виде полого барабана из нержавеющей стали, погруженного в травильный раствор на глубину менее радиуса. Аноды стационарные и в зависимости от состава травильного раствора могут быть выполнены из различных материалов.

Для регулирования температуры электролизер оснащен системой подачи охлаждающей воды.

При прохождении тока на катоде происходит осаждение меди, благодаря чему снижается плотность раствора и восстанавливается его травящая способность.

Вращение катода осуществляется со скоростью, обеспечивающей восполнение у катода требуемой концентрации меди для электрохимического осаждения ее при установленной величине тока в виде металлического порошка. Медный порошок с помощью скребка 9 снимается с катода и ссыпается в желоб шнекового устройства (не показано), с помощью которого выгружается из электролизера 6 в приемник (не показан).

На аноде при прохождении тока происходит восстановление травящих свойств раствора путем окисления одновалентной меди, образовавшейся в растворе при травлении печатных плат, до двухвалентной. Наряду с этим на аноде выделяется кислород, который вместе с прочими газами (аммиак, азот) отсасывается из электролизера с помощью эжекторного насоса 3 и при прохождении через травильный раствор также окисляет одновалентную медь до двухвалентной, регенерируя раствор. Обедненный медью раствор из электролизера 6 самотеком сливается в установку травления печатных плат и снижает концентрацию меди в рабочем растворе. Процесс в электролизере продолжается до тех пор, пока концентрация меди в травильном растворе (иначе плотность раствора) не достигнет заданного нижнего предела.

Все перечисленные действия выполняются автоматически и отражаются на панели шкафа управления (не показан), который содержит блок управления, выпрямитель, индикаторы температуры раствора в электролизере, значения уровня рН и тока электролиза, а также расположены световые индикаторы, предназначенные для контроля процесса и отображения неисправностей.

Производительность устройства для электрохимической регенерации растворов травления меди на вращающемся электроде до 2-х кг меди в час.

Устройство может быть подсоединено к любой установке травления. Использование описанной полезной модели позволило исключить сбросы медьсодержащего раствора на очистные сооружения, полностью автоматизировать процесс регенерации, улучшить условия труда.

Использованная литература:

1. Патент США №4545877, 1985 г.

1. Устройство для электрохимической регенерации растворов травления меди, содержащее электролизер с одним катодом и двумя анодами, емкость для хранения травильного раствора, погружной насос для циркуляции травильного раствора, систему контроля и регулирования рН и плотности раствора, электромагнитные клапаны и систему трубопроводов, отличающееся тем, что катод электролизера выполнен в виде полого барабана, погруженного в травильный раствор на глубину менее его радиуса и вращающегося со скоростью, достаточной для восполнения у катода требуемой концентрации меди и электрохимического осаждения ее из раствора в виде металлического порошка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит шнековое устройство для автоматической выгрузки утилизированной меди из электролизера в приемник и эжекторный насос для отсоса газовой смеси из воздушного пространства электролизера и пропускания ее через регенерируемый раствор.