2.7. Травление меди с пробельных мест

Травление меди является одной из основных операций в производстве печатных плат. Травильные растворы, с помощью которых осуществляется эта операция, должны удовлетворять следующим требованиям. В состав раствора должны входить дешевые и доступные материалы; раствор должен допускать возможность его регенерации и утилизацию меди из отработанного травителя; боковое подтравливание проводников должно быть минимальным; травильные растворы не должны воздействовать на диэлектрическое основание печатной платы и на защитный рисунок.

Операция травления обычно осуществляется в конвейерных установках, в которых на платы, перемещаемые по транспортеру, сверху и снизу направляются струи травильного раствора или промывочной воды. Струйный метод травления является наиболее эффективным, так как обеспечивает требуемую скорость процесса при незначительном боковом травлении.

Типовая травильная установка составляется из отдельных состыкованных между собой модулей, в которых выполняются следующие переходы: загрузка, травление, щелочная или кислая промывка, визуальное наблюдение, финишная промывка и сушка.

Растворы на основе хлорного железа. Водный раствор хлорного железа FеCl₃ является сильным окислителем и с большой скоростью растворяет медь, восстанавливаясь при этом до хлористого железа FeCl₂ по реакции

FeCl₃ + Cu ——> FeCl₂ + CuCl

Образовавшаяся хлористая медь окисляется хлорным железом до хлорной меди:

FeCl₃ + CuCl ——> FeCl₂ + CuCl₂. 

В свою очередь, хлорная медь растворяет медь:

CuCl₂ + Cu ——>2CuCl.

Таким образом, в растворе травления содержатся следующие продукты: FeCl₃, FeCl₂, CuCl₂, CuCl. Для травления используется раствор FeCl₃ плотностью 1300 кг/м³, что соответствует концентрации 400 г/л; температура раствора — до 35 °С. Боковое травление — 40—66 мкм, ёмкость по меди—75—105 г/л, максимальная скорость травления — 35 мкм/мин. Раствор обладает высокой скоростью травления и емкостью по меди.

Для утилизации меди из отработанного раствора в него загружается перфорированная винипластовая корзинка, в которую засыпается обезжиренная стальная стружка. Раствор рекомендуется подогреть до температуры 40 — 50 °С. Вследствие реакции цементации медь в виде рыхлого осадка выделяется на частицах железа:

Cu²⁺ + Fе ——> Cu + Fе^2 +

После осаждения меди на стружке, о чем судят по отсутствию меди на стальных образцах, периодически погружаемых в раствор, последний сливается и передается на нейтрализацию, а порошковая медь струей воды смывается в льняной мешок, где промывается водой и затем обезвоживается на рамном фильтр-прессе и высушивается.

Раствор, освобожденный от меди, нейтрализуется известковым молоком. Осадок гидроокиси железа обезвоживается на фильтр-прессе и вывозится в специально отведенные для этой цели места.

3. Способы очистки сточных вод от тяжелых металлов

Гальванические производства и производства печатных плат являются одними из наиболее водоемких. Предприятия этих отраслей являются интенсивнейшими генераторами загрязнения сточных вод, что обусловливает необходимость резкого сокращения промышленных сточных вод, поступающих в водные объекты. По концентрации содержащихся в них растворенных веществ все сточные воды гальванических производств можно разделить на две основные группы: малоконцентрированные, образующиеся в различных промывочных операциях; высококонцентрированные, представляющие собой отработанные технологические растворы и электролиты. По химическому составу их подразделяют на три основные группы: содержащие цианистые соединения (цианиды); содержащие соединения шестивалентного хрома (хроматы); содержащие свободные минеральные кислоты или щелочи, а также соли тяжелых металлов.

Очистка сточных вод проводится с целью устранения вредных и опасных свойств, которые могут привести к пагубным последствиям в окружающей среде. Применение различных технологий очистки направлено на нейтрализацию, обезвреживание и утилизацию ценных компонентов. Таким образом, выбор технологии очистки и оборудования зависит в первую очередь от свойств сточных вод и их отклонений от свойств природных вод. Выбор метода очистки стоков зависит от вредных факторов, которыми обладает сточная вода. В качестве вредных факторов могут выступать не только токсические вещества – ионы тяжёлых металлов, нефтепродукты, ПАВ, но и такие обобщённые показатели, как агрессивность среды, общая жёсткость выше допустимой, содержание аммонийного азота, окисляемость и др. Неорганические и токсичные загрязнения, а также органические. Сточные воды третьего типа образуются в процессах гальванической обработки поверхностей, производстве печатных плат приборостроительной и радиоэлектронной промышленности и прочих технологических процессах. В составе данных сточных вод присутствуют неорганические: щелочи, кислоты, катионы тяжелых и цветных металлов, и органические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, красители и другие вещества.

Анализ литературных источников позволил выявить несколько классов вредных факторов и основные методы, способных обезвреживать эти классы: (табл 3.1.).

Табл.3.1 Типы загрязняющих веществ в сточных водах и методы очистки

Тип загрязняющих веществ	Группа загрязнений	Методы очистки сточных вод
Грубодисперсные взвешенные вещества	Взвешенные вещества с размером частиц более 0,5 мм	Просеивание
		Первичное отстаивание без реагентов
		Фильтрация
Грубодисперсные эмульгированные частицы	Капельные загрязнения, органические вещества, не смешивающиеся с водой	Гравитационная сепарация
		Фильтрация
		Флотация
		Электрофлотация
Микрочастицы	Взвешенные вещества с размером частиц более 0,01 мм	Фильтрация
		Коагуляция
		Флокуляция
		Напорная флотация
Стабильные эмульсии	Нефтепродукты в количестве > 5 мг/л, вещества, экстрагируемые серным эфиром	Тонкослойная седиментация
		Напорная флотация
		Электрофлотация
Коллоидные частицы	Размер частиц от 0,1 до 10 мкм	Микрофильтрация
		Электрофлотация
Агрессивность среды	pH, общая щелочность, общая кислотность	Нейтрализация
Масла	Концентрация масел более 10 мг/л	Гравитационная сепарация
		Флотация
		Электрофлотация
		Коагуляция + озонирование
Ионы тяжелых металлов	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+ 5 - 100 мг/л	Электрофлотация
		Реагентный + отстаивание
		Электродиализ
		Электрокоагуляция
	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+ 0,5 - 5 мг/л	Ультрафильтрация
		Ионный обмен
Цианиды	Концентрация CN- 1 - 10 мг/л	Химическое окисление
		Электрофлотация
		Электрохимическое окисление
Хром (VI)	Концентрация Cr6+ 1 - 100 мг/л	Химическое восстановление + Электрофлотация
		Электрохимическое восстановление
		Электрокоагуляция
Хром (III)	Концентрация Cr3+ 5 - 100 мг/л	Электрофлотация
		Осаждение +Фильтрация
	Концентрация Cr3+ 0,5 - 5 мг/л	Ионный обмен
		Ультрафильтрация
Сульфаты	Концентрация SO42- > 2000 мг/л	Реагентный + отстаивание+Фильтрация
		Вакуумное выпаривание
	Концентрация SO42- < 2000 мг/л	Нанофильтрация
		Обратный осмос
Хлориды	Концентрация Cl- > 300 мг/л	Обратный осмос
		Вакуумное выпаривание
		Электродиализ
Общее солесодержание		Нанофильтрация
		Обратный осмос
		Вакуумное выпаривание
		Электродиализ
Поверхностно-активные вещества	Анионные и неионогенные ПАВ	Флотация
		Электрофлотация
		Сорбция на активированном угле
	Анионные, катионные и неионогенные ПАВ	Ультрафильтрация
		Нанофильтрация
		Озонирование

Как видно из представленной таблицы в практике водоочистки от тяжелых металлов используют различные методы - реагентный метод с последующим осаждением нерастворимых соединений, ионообменная очистка, электрохимические методы [5].