CC BY
49
УДК 546.562+544.6.018.4
О.Ю. Колесникова*, В.А. Колесников, Л.А. Крючкова
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, г. Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 *e-mail: tsukanovaolga11@gmail.com
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ ВОДНЫХ СРЕД Аннотация
Установлены особенности влияния коагулянтов, флокулянтов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) различной природы на эффективность процесса электрофлотационного извлечения соединений меди из сульфатных систем. Подобраны оптимальные параметры и условия для извлечения соединений меди из сульфатных систем.
Ключевые слова: электрофлотация, медь, сульфат, экология, электрохимия, сточные воды
Гальваническое производство характеризуется широкой, значительным разнообразием
технологических процессов и электролитов, а так же сопровождается образованием токсичных отходов самого разного состава. [1].
Вода - это один из важнейших ресурсов во многих отраслях промышленности. С ростом требований к качеству промышленной продукции растут и требования к сырью и материалам, в том числе, к воде. Интенсивно ведутся работы по совершенствованию методов очистки сточных вод гальванического производства (мембранные, электрохимические, сорбционные). Поэтому на производстве стараются применять оборудование со значительным запасом по производительности, по универсальности, учитывая экономические затраты предприятий.
Наиболее универсальным и эффективным является электрофлотационный метод очистки сточных вод гальванического производства, преимущества этого метода - высокая надежность и высокая степень очистки, простота конструкции установки.
Основными примесями сточных вод гальванических производств являются ионы тяжёлых и цветных металлов, которые так же характеризуются совместным наличием солей - сульфатов, хлоридов и др. Зачастую это карбонаты, сульфиды, комплексные соединения, а так же органические примеси, которые значительно затрудняют процессы очистки. [2 - 4].
Печатные платы (ПП) применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, и потребность в них постоянно возрастает. Опережающие темпы развития микроэлектроники требуют непрерывного повышения их технического уровня, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий (ЭРИ), повышением требований к надежности, увеличением частоты следования импульсов, обеспечением
помехозащищенности и др. Реализация этих требований зависит от достижений в области конструирования и развития технологии производства ПП. Это в свою очередь приводит к необходимости разработки новых конструкций и технологических процессов изготовления ПП.
Одним из направлений повышения плотности монтажа электрорадиоизделий на гибких печатных платах является использование тонкопленочной технологии для создания печатных элементов с применением фотолитографии и вакуумного осаждения металлов, которые предъявляют ряд специфических требований к выбору материала гибких оснований и операциям изготовления.
Как показали исследования [5, 6, 7] наиболее прочная металлизация полиимида осуществляется методами вакуумного осаждения металлических пленок Сг-Си-Сг с предварительной активацией поверхности полиимида, которая устраняет его адгезионную инертность в результате частичной деструкции или модификации наружных слоев, вследствие воздействия специальных химических (сильных щелочей, включая КОН и КаОИ) и физических обработок.
Особенностью фотохимических процессов формирования рисунка коммутационных элементов и травления полиимидной пленки является применение в качестве масок при травлении пленок Сг-Си-Сг щелочестойких негативных фоторезистов (например, ФН-11), которые имеют значительно меньшую разрешающую способность, нежели позитивные фоторезисты.
Процессы гальванического наращивания на слоях Сг-Си-Сг меди определяют надежность металлизации в переходных отверстиях и надежность присоединения выводов навесных элементов к контактным площадкам. Этим и объясняется необходимость гальванического наращивания, которое по сравнению с вакуумной металлизацией дает существенно менее напряженные металлические пленки. Учитывая кислотостойкостъ
полиимида, применяют, например сернокислый электролит меднения, содержащий сернокислую медь и серную кислоту.
В работе исследована сульфатная система ^(П) с различными водородными показателями. Наиболее высокая эффективность электрофлотационного извлечения достигается при pH= 8, что подтверждается на Рисунке 1.
10 20 30 время, тин
■рН 6
■рН S
рН 10
■рН 11
Наибольшая эффективность извлечения меди достигается при рН=11 при введении в систему АПАВ 1 мг/л.
На Рисунке 2 показано влияние рН на степень извлечения сульфатов меди.
Процесс электрофлотации проводился в течение 30 минут с последующей фильтрацией и именно по истечению этого времени и пропускании через фильтр была достигнута наибольшая эффективность.
100
Рисунок 1. Влияние рН системы на кинетику электрофлотационного извлечения сульфидов меди
.Ту= 0,1 А/м2 С Си2+ - 50 мг/л, С №2804 - 1 г/л, С №28 - 100 мг/л
В ходе исследования были изучены влияния различных добавок на электрофлотационное извлечение меди из сульфатных систем. Так были введены в исследуемую систему: анионный ПАВ, катионный ПАВ, также катионная и анионная суспензии углеродных наноматериалов (УНМ), где проводились исследования по подбору оптимального значения рН.
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
-5 мин
-30 мин
ЗОмин < Ф
10
12
РН
Рисунок 2. Влияние рН на степень извлечения сульфидов меди
Jv= 0,1А/м2 С Си2+ - 50 мг/л, С Na2SO4 -1 г/л, С Na2S -100 мг/л
Таблица 1 Влияние добавок на кинетику ЭФ извлечения сульфидов меди в зависимости от рН среды
рН время, мин без добавок АПАВ КПАВ Сусп. (к) Сусп. (а)
6 0 0 0 0 0 0
5 5 17 4 30 64
15 7 17 6 17 79
30 23 22 15 13 38
30 + Ф 88 84 76 79 97
8 0 0 0 0 0 0
5 30 18 5 17 23
15 50 29 6 25 11
30 88 28 14 23 5
30 + Ф 97 80 69 78 63
10 0 0 0 0 0 0
5 20 66 2 70 69
15 51 91 4 89 89
30 84 90 16 81 78
30 + Ф 97 98 96 99 97
11 0 0 0 0 0 0
5 65 90 34 33 85
15 73 96 73 81 93
30 54 97 92 99 94
30 + Ф 99 99 99 79 95
Условия эксперимента: Jv= 0,1 A/м2 С Си2+ - 50 мг/л, С Na2SO4 - 1 г/л, С Na2S - 100 мг/л , С добавки = 1 мг/л.
В ходе экспериментальных исследований установлены особенности влияния коагулянтов, флокулянтов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) различной природы на процесс электрофлотационного извлечения соединений меди из сульфатных систем. Оптимальными условиями для проведения процесса электрофлотационного
извлечения является введение в исследуемую систему Си2+ - 50 мг/л, С N02804 -1 г/л, С N0128 -100 мг/л АПАВ концентрацией 1 мг/л, при рН=11. Степень извлечения при данных условиях составляет 97%. Полученные результаты позволяют разработать высокоэффективную схему обработки промывных вод для очистки от меди.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобнауки России в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.574.21.0110 от 20 октября 2014г., уникальный идентификатор соглашения RFMEF157414X0110.
Колесникова Ольга Юрьевна, главный специалист РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва;
Колесников Владимир Александрович, ректор, профессор кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ имени Менделеева, д.т.н., проф., Россия, Москва;
Крючкова Лариса Анатольевна, главный специалист Технопарка «Экохимбизнес 2000+» РХТУ имени Менделеева, к.т.н.
Литература
1. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий - М.: Химия. 2007. - 307 с.
2. Кузнецова Е.А. Интенсификация и повышение эффективности электрофлотационного процесса извлечения дисперсных соединений меди и никеля из водных растворов: Дис. ... канд. техн. наук / Росс. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. - М., 2007. - 160 с.
3. Запольский А.К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. - Л.: Химия, 1987. - 208 с.
4. Колесников В.А. Электрофлотационная технология и аппараты для извлечения ионов тяжелых металлов и органических загрязнителей из жидких отходов электрохимических производств с утилизацией ценных компонентов и водооборотом: Дисс. докт. техн. наук / Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева.-М., 1993.-459 с.
5. А. Медведев. Технология производства печатных плат. - М.: Техносфера, 2005.
6. Е.В. Пирогова. Проектирование и технология печатных плат. - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2005.
7. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л: 1984.
Kolesnikova Olga Yuryevna*, Kolesnikov Vladimir Alexandrovich, Kryuchkov Larisa Anatolyevna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: tsukanovaolga11@gmail.com
ELECTROFLOTATION EXTRACTION COPPER FROM AQUEOUS SOLUTIONS Abstract
The features of the influence of coagulants, flocculants and surface- active agents (surfactants ) of different nature in the efficiency of the process electro flotation extraction of copper from sulfate systems. Identified optimal parameters and conditions for the extraction of copper from sulfate systems.
Keywords: electro flotation , copper sulfate , ecology , electrochemistry , wastewater
