способ очистки промывной воды при электроосаждении покрытий свинцом и его сплавами

Формула изобретения

Способ очистки промывной воды от ионов свинца или его сплавов и борфтористоводородной кислоты при электроосаждении покрытий из свинца или его сплавов из борфтористоводородного электролита с использованием ванны улавливания, в которой размещен погружной электрохимический модуль с анионообменной мембраной, снабженный графитовым анодом и катодом, на котором осаждают свинец или его сплав, периодически возвращаемый в ванну покрытия, отличающийся тем, что в погружной электрохимический модуль между анионообменной мембраной и графитовым анодом дополнительно устанавливают катионообменную мембрану и анодную камеру, которую заполняют раствором серной кислоты 10-50 г/л, а в межмембранном пространстве накапливают борфтористоводородную кислоту, которую возвращают в ванну покрытия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гальванотехнике, конкретно - к процессам нанесения гальванических покрытий свинцом и его сплавами из борфтористоводородных электролитов, широко используемых в производстве печатных плат и других изделий электронной техники. При использовании этих процессов в промышленности высокотоксичные компоненты электролита - свинец и борфтористоводородную кислоту необходимо удалять из промывной воды.

Известен способ разделения растворов на кислоты и гидроксиды металлов с использованием трехкамерного электролизера, в средней камере которого находится исходный раствор (в данном случае - промывная вода из ванны непроточной промывки - так называемой ванны улавливания после операции электроосаждения свинца или его сплавов), из которого в катодную камеру переносятся катионы, образуя там гидроксиды, а в анодную камеру переносятся анионы, образуя там соответствующие кислоты [EP 0659466, оп. 28.06.1995].

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения гальванических покрытий свинцом и его сплавами с использованием ванны улавливания, в которой находится катод, на котором осаждается сплав олово-свинец, и погружной электрохимический модуль с анионообменной мембраной МА-40, в котором находится графитовый анод и куда переносятся ионы борфтористоводородной кислоты. Полученный осадок сплава олово-свинец возвращают в технологический процесс путем его анодного растворения в ванне покрытия [«Экологически безопасный процесс нанесения гальванических покрытий сплавом олово-свинец». С.С.Кругликов, Д.Ю.Тураев, А.А.Бородулин. Журнал «Защита металлов», 2005, т.41, № 3, с.1-3]. Этот способ позволяет многократно снизить вынос ионов свинца и олова в сточные воды и вернуть их в ванну покрытия.

Существенный недостаток способа - невозможность возвращения в ванну покрытия второго высокотоксичного компонента электролита - борфтористоводородной кислоты из-за образования в камере погружного модуля, в которую переносится борфтористоводородная кислота, коллоидного раствора углерода в смеси с борфтористоводородной кислотой, не пригодного для какого-либо использования в гальваническом производстве и представляющего собой высокотоксичный жидкий отход.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение образования высокотоксичных фторсодержащих отходов и возвращение в ванну покрытия 100% борфтористоводородной кислоты, заносимой из ванны покрытия в ванну улавливания.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки промывной воды при электроосаждении покрытий свинцом и его сплавами из борфтористоводородного электролита с использованием ванны улавливания, в которой расположен катод, на котором осаждают свинец или его сплав, периодически возвращаемый в ванну покрытия, и погружной электрохимический модуль с анионообменной мембраной, в котором расположен графитовый анод, в погружной электрохимический модуль между анионообменной мембраной и графитовым анодом дополнительно устанавливают катионообменную мембрану и анодную камеру модуля заполняют раствором серной кислоты 10-50 г/л, а в межмембранном пространстве накапливают борфтористоводородную кислоту, которую возвращают в ванну покрытия.

Установка дополнительной катионообменной мембраны между графитовым анодом и анионообменной мембраной позволяет устранить попадание частиц углерода в раствор борфтористоводородной кислоты, извлеченной из ванны улавливания, и тем самым обеспечить возможность возвращения в ванну покрытия всей извлекаемой из ванны улавливания борфтористоводородной кислоты. Продукты деструкции графитового анода остаются в анодной камере в растворе серной кислоты и не нарушают ход процесса извлечения из ванны улавливания всех токсичных компонентов электролита и их возвращения в ванну покрытия.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1

Ванна свинцевания содержит электролит следующего состава: свинец (II) 120 г/л; борфтористоводородная кислота - суммарная концентрация 120 г/л. Покрываемая поверхность - 2 м/ч. Начальная концентрация серной кислоты в анодной камере - 50 г/л. Нормативный вынос электролита с поверхностью деталей - 0,2 л/м². Вынос электролита в ванну улавливания - 0,2·2=0,4 л/ч. Вынос ионов свинца - 120·0,4=48 г/ч. Вынос борфтористоводородной кислоты - 120·0,4=48 г/ч. Сила тока, проходящего через катод в ванне улавливания и графитовый анод в задней камере модуля - 50 А. За 1 час на катоде выделилось 48 г свинца, в переднюю камеру модуля перенесено 48 г борфтористоводородной кислоты. В результате описанного процесса 100% токсичных компонентов рабочего раствора ванны покрытия, заносимых с деталями из ванны покрытия в ванну улавливания, не поступили в сточные воды участка. По окончании рабочей смены осадок свинца подвергли анодному растворению в ванне покрытия, а раствор из передней камеры модуля добавили в ванну покрытия.

ПРИМЕР 2

Электролит для нанесения покрытий сплавом олово-свинец ПОС-40 содержит олово (II) 60 г/л, свинец (II) 25 г/л и борфтористоводородную кислоту - суммарная концентрация 199 г/л. Начальная концентрация серной кислоты в анодной камере - 10 г/л. Покрываемая поверхность 1 м²/час. Нормативный вынос электролита с поверхностью деталей - 0,2 л/м². Вынос раствора из ванны покрытия в ванну улавливания 1·0,2=0,2 л/ч. Вынос ионов свинца 5 г, олова 12 г борфтористоводородной кислоты 20 г. Сила тока, проходящего через катод и анод, - 20 А. За 1 час на катоде выделилось 17 г сплава, а в переднюю камеру модуля было перенесено 20 г борфтористоводородной кислоты. По окончании рабочей смены осадок сплава подвергли анодному растворению в ванне покрытия, а раствор из передней камеры модуля добавили в ванну покрытия.

В отличие от способа, описанного в прототипе, в предлагаемом способе борфтористоводородная кислота, заносимая с деталями из ванны покрытия в ванну улавливания, полостью возвращается в ванну покрытия, что обеспечивает создание замкнутого безотходного процесса на участке покрытия свинцом и его сплавами и устраняет образование токсичных фторсодержащих отходов, а также снижает расход борфтористоводородной кислоты при эксплуатации борфтористоводородных электролитов.