СПОСОБ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ ИЗ АММИАЧНЫХ СИСТЕМ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/465 C02F1/62 

Изобретение относится к способам электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем и может быть использовано в производстве печатных плат электронной техники.

В производстве печатных плат электронной техники широко используют травильные растворы на основе NH₄OH, NH₃ и NH₄Cl. В промывные воды после операции травления попадают ионы меди на уровне концентраций 50-200 мг/л, а также комплексообразователь аммиак 100-500 мг/л. Величина pH указанных вод находится на уровне 8-10.

Известен способ (Колесников В.А., Губин А.Ф., Колесникова О.Ю., Кондратьева Е.С. Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений меди из промывных вод производства печатных плат. // Теоретические основы химической технологии. 2016. Том 50, №4, с. 393-401). В данном способе эффективность извлечения ионов меди из системы Cu²⁺ - Н₂О - электролит - (NH₃)_изб. в присутствии ПАВ анионной природы достигает 92-98%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ (Колесников В.А., Губин А.Ф., Колесникова О.Ю., Перфильева А.В. Повышение эффективности электрофлотационной очистки сточных вод производства печатных плат от ионов меди в присутствии комплексообразователей, поверхностно-активных веществ и флокулянтов. // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. Вып. 5, с. 598-603). Показано, что процесс электрофлотационного извлечения ионов меди в присутствии избытка аммиака в виде комплексных соединений протекает со степенью извлечения ионов меди 95-99% при добавлении катионного поверхностно-активного вещества и катионного флокулянта.

Недостатком метода является значительное снижение степени извлечения при повышении концентраций аммиака (NH₃⁺) и меди (Cu²⁺).

Технической задачей данного изобретения является разработка способа электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем, позволяющего повысить степень очистки и скорость электрофлотационного процесса очистки при расширении диапазона исходных концентраций аммиака (NH³⁺) до 100-1000 мг/л и меди (Cu²⁺) до 50-200 мг/л.

Поставленная задача решается тем, что в очищаемую воду, содержащую медно-аммиачный комплекс, вводят композицию при массовом соотношении [NH₃⁺]:[Cu²⁺]:[композиция], равном 1:[0,2-1]:[0,005-0,01]. При этом композиция содержит дидецилдиметиламмоний хлорид, этиленгликоль и катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при их массовом соотношении друг к другу 1:[0,3]:[0,25]. Полученный раствор выдерживают для формирования флотокомплекса в течение 10 минут, а далее ведут электрофлотационный процесс при рН=9-11, объемной плотности тока 0,1-0,3 А/л, времени 15 минут.

Анализ фазового состава дисперсной фазы флотокомплекса на основе соединений меди показывает, что наряду с гидроксидом меди - основным продуктом электрофлотационного извлечения, присутствуют соединения CuSO₄(OH)₆, Cu(OH)₂ ⋅ CO₃, CuCl₂ ⋅ Cu(OH)₂, Cu₂(OH)₃ ⋅ NO₃ и другие.

Механизм положительного влияния композиции состоит в том, что катионное поверхностно-активное вещество, входящее в ее состав, адсорбируется на дисперсной фазе гидроксида и других соединений меди, ξ-потенциал смещается в область положительных значений к изоэлектрической точке, соответственно повышается степень извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем.

Извлечение труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Исследования проводились в диапазоне концентраций по ионам металла от 50 до 200 мг/л при комнатной температуре (20±2°С). В качестве фонового электролита, позволяющего повысить электропроводность, использовали раствор NaCl с концентрацией 1 г/л. Содержание органических компонентов ПАВ определяли бихроматным методом по Лейте и оценивали в единицах химического потребления кислорода (ХПК). Анализ на содержание ионов металлов с_исх и с_кон проводили на атомно-адсорбционном спектрофотометре марки КВАНТ-АФА. Эффективность очистки оценивали по формуле: %, где - степень извлечения. Контроль кислотности среды осуществлялся на рН-метре марки “И-160МИ”.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В 1 л воды, содержащей 100 мг гидроксид меди (II), вводят гидроксид аммония (NH₄OH) в количестве 100 мг/л. Далее вводят композицию при массовом соотношении [NH₃⁺]:[Cu²⁺]:[композиция], равном 1:[0,2]:[0,005]. При этом композиция содержит дидецилдиметиламмоний хлорид, этиленгликоль и катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при их массовом соотношении друг к другу 1:[0,3]:[0,25]. Полученный раствор выдерживают для формирования флотокомплекса в течение 10 минут, а далее подают в электрофлотационный аппарат для отделения образовавшихся частиц от очищаемой воды при плотности тока 0,4 А/л. Процесс электрофлотации ведут в течение 15 мин. После электрофлотации отбирают пробу вод на анализ и определяют содержание ионов меди (II).

Пример 2. В 1 л воды, содержащей 200 мг гидроксид меди (II), вводят флокф аммония (NH₄OH) в количестве 500 мг/л. Далее вводят композицию при массовом соотношении [NH₃⁺]:[Cu²⁺]:[композиция], равном 1:[01]:[0,01]. При этом композиция содержит дидецилдиметиламмоний хлорид, этиленгликоль и катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при их массовом соотношении друг к другу 1:[0,3]:[0,25]. Полученный раствор выдерживают для формирования флотокомплекса в течение 10 минут, а далее подают в электрофлотационный аппарат для отделения образовавшихся частиц от очищаемой воды при плотности тока 0,4 А/л. Процесс электрофлотации ведут в течение 15 мин. После электрофлотации отбирают пробу вод на анализ и определяют содержание ионов меди (II).

Аналогичные опыты проводят при различных концентрациях ионов аммиака (NH₃⁺) и меди (Cu²⁺). Полученные результаты приведены в таблице 1.

Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, исходной концентрации ионов аммиака (NH₃⁺) и меди (Cu²⁺), рН среды. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением степени извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем до 93-99 %, при увеличении исходных концентраций аммиака (NH₃⁺) до 1000 мг/л и меди (Cu²⁺) до 200 мг/л, сокращением времени электрофлотации с 30 до 15 минут и, соответственно, сокращением энергозатрат в 2 раза.

Таблица 1 С(Cu²⁺), мг/л Степень извлечения труднорастворимых соединений меди в системе Cu-H₂O-NH₃, α % С(NH₃⁺), мг/л 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 50 98 99 98 97 94 94 94 93 93 93 100 98 98 98 99 99 95 95 93 95 93 150 97 96 97 97 98 95 97 94 95 94 200 98 96 97 97 97 96 96 95 94 96

С(Cu²⁺), мг/л Время обработки, мин Степень извлечения труднорастворимых соединений меди в системе Cu-H₂O-NH₃, α % С(NH₃⁺), мг/л 100 250 500 1000 Способ Исходный Предлагаемый Исходный Предлагаемый Исходный Предлагаемый Исходный Предлагаемый 50 5 87 94 92 95 66 88 55 85 15 95 98 96 97 72 94 60 93 30 94 99 97 98 72 94 65 93

Таблица 2

Изобретение относится к способам электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем и может быть использовано в производстве печатных плат электронной техники. Способ включает введение композиции при массовом соотношении [NH₃⁺]:[Cu²⁺]:[композиция], равном 1:[0,2-1]:[0,005-0,01]. При этом композиция содержит дидецилдиметиламмоний хлорид, этиленгликоль и катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при их массовом соотношении друг к другу 1:[0,3]:[0,25]. Электрофлотацию осуществляют при плотности тока 0,4 А/л, рН=9-11 в течение 15 минут. Обеспечивается повышение степени извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем и скорости электрофлотационного процесса очистки при расширении диапазона исходных концентраций аммиака (NH₃⁺) и меди (Сu²⁺). 2 табл., 2 пр.

Способ электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди из аммиачных систем, отличающийся тем, что процесс электрофлотационного извлечения протекает при добавлении композиции при массовом соотношении [NH₃⁺]:[Сu²⁺]:[композиция], равном 1:[0,2-1]:[0,005-0,01], при этом композиция содержит дидецилдиметиламмоний хлорид, этиленгликоль и катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при их массовом соотношении друг к другу 1:[0,3]:[0,25], а электрофлотацию осуществляют при плотности тока 0,4 А/л, рН=9-11 в течение 15 мин.