СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАННОГО РАСТВОРА БЛЕСТЯЩЕГО ТРАВЛЕНИЯ МЕДИ
METHOD FOR PROCESSING THE SPENT SOLUTION OF COPPER BRIGHTENING

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности, к способу обработки отработанного раствора блестящего травления меди и может быть использовано для обработки поверхности медных деталей и при изготовлении деталей из меди.
В процессе эксплуатации этого раствора образуется осадок медных солей и травильный раствор приходится заменять свежим, предварительно растворив водой осадок медных солей на дне и боковых стенках ванны с травильным раствором. Полученный раствор представляет собой высокотоксичный жидкий отход, а после его обработки щелочными реагентами образуется высокотоксичный шлам, состоящий из соединений меди.
Известен способ регенерации щелочного медно-аммиачного раствора травления меди, используемого в производстве печатных плат [Пат. РФ 2620228, от 23.05.2017]. Он не требует расхода химикатов и не создает токсичных отходов, однако его невозможно использовать для регенерации или утилизации раствора блестящего травления вышеуказанного состава.
Для растворов блестящего травления меди на основе смеси
концентрированных кислот отсутствуют известные способы, позволяющие регенерировать или утилизировать отработанные растворы без одновременного образования высокотоксичных жидких или твердых отходов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ электрохимической обработки (регенерации) медно-хлоридного травильного раствора [пат. РФ 2677583 от 17.01.2017]. Согласно этому способу отработанный травильный раствор, содержащий ионы одно- и двухвалентной меди, подвергают электрохимической обработке в катодной камере, отделенной катионообменной мембраной от анодной камеры, содержащей раствор серной кислоты и платинированный титановый анод, подключенный к источнику тока, при этом после обработки 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 про катодной плотности тока 2-10 А/дм2, в основной анодной камере при анодной плотности тока 1-5 А/дм2 и в дополнительной анодной камере при анодной плотности тока 0,1-0,5 А/дм2.
Этот процесс характеризуется низкими энергозатратами и отсутствием медь-содержащих отходов. Однако при проведении электролиза выделяется газообразный хлор и поэтому вся установка должна быть надежно герметизирована и снабжена системой утилизации хлора.
Извлечь медь аналогичным методом непосредственно из раствора блестящего травления меди не удается.
Задачей данного изобретения является разработка такого способа электрохимической обработки, который позволит осуществить полное извлечения всей меди, содержащейся в растворе травления и в осадке.
Эта задача решается способом обработки отработанного раствора блестящего травления меди, включающим электрохимическую обработку в катодной камере двухкамерного электролизера с катионнообменной мембраной, с катодом из титана или нержавеющей стали и анодом из платинированного титана или платинированного ниобия, находящемся в растворе серной кислоты с концентрацией 15-30 г/л, при этом для электрохимической обработки используют раствор, который получают, смешивая травильный раствор, содержащий 900-920 г/л серной кислоты, 410-430 г/л азотной кислоты и 5-10 г/л хлорида натрия, а также соли меди, с раствором, полученным растворением в воде осадка солей, образовавшегося в ванне блестящего травления, после чего к раствору добавляют гидроксид или карбонат натрия для повышения рН до 0,5-1,0, затем проводят обработку при потенциале катода от -0,1 до -0,5 В до полного обесцвечивания раствора.
Таким образом, при реализации данного способа полностью исключена возможность образования твердых или жидких отходов, содержащих соединения меди. Конечными продуктами процесса являются чистая металлическая медь и жидкий отход - раствор натриевых солей серной, азотной и хлористоводородной кислот.
Преимуществами предлагаемого способа являются:
1) 100%-ная рекуперация меди, стравленной с поверхности обрабатываемых деталей.
2) Низкие энергозатраты благодаря высокой электропроводности растворов, обрабатываемых с помощью электролиза.
3) Отсутствие токсичных отходов и возможность использования образующихся отходов в качестве удобрения. При получении удобрения вместо гидроксида или карбоната натрия используют соответствующие соединения калия или гидроксид кальция.
Приведенные примеры иллюстрируют реализацию способа.
ПРИМЕР 1.
Отработанный травильный раствор, насыщенный в отношении солей меди, содержит серную кислоту 900 г/л, азотную кислоту 410 г/л, хлорид натрия 5 г/л и осадок солей меди. Этот отработанный раствор с осадком добавили в воду небольшими порциями с одновременным охлаждением до полного растворения осадка. К полученному раствору добавили раствор, содержащий 100 г/л гидроксида натрия, до рН 0,5, затем раствор поместили в катодную камеру двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной, катодом из нержавеющей стали и анодом из платинированного ниобия, находящимся в анодной камере, содержащей раствор серной кислоты 15 г/л, и провели электролиз при величине катодного потенциала - 0,1 В до обесцвечивания раствора.
ПРИМЕР 2
Отработанный травильный раствор, насыщенный в отношении солей меди, содержит серную кислоту 920 г/л, азотную кислоту 430 г/л, хлорид натрия 10 г/л и осадок солей меди. Этот отработанный раствор с осадком добавили в воду небольшими порциями до полного растворения осадка. К полученному раствору добавили раствор, содержащий 100 г/л карбоната натрия, до рН 1,0, затем раствор поместили в катодную камеру двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной, катодом из титана и анодом из платинированного титана и провели электролиз в потенциостатическом режиме при величине катодного потенциала -0,5 В до обесцвечивания раствора. Анодная камера содержала раствор серной кислоты с начальной концентрацией 30 г/л.
ПРИМЕР 3
Отработанный травильный раствор, насыщенный в отношении солей меди, содержит серную кислоту 900 г/л, азотную кислоту 415 г/л, хлорид натрия 7 г/л и осадок солей меди. Этот отработанный раствор с осадком добавили в воду небольшими порциями до полного растворения осадка. К полученному раствору добавили раствор гидроксида натрия до рН 0,3, затем раствор поместили в катодную камеру двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной, катодом из нержавеющей стали и анодом из платинированного титана, находящимся в анодной камере, содержащей раствор серной кислоты 20 г/л, и провели электролиз при величине катодного потенциала -0,2 В до обесцвечивания раствора.