Innowacyjna, ekologiczna metoda regeneracji kwaśnych roztworów chlorku miedzi stosowanych w procesie trawienia obwodów drukowanych

Branża producentów płytek obwodów drukowanych (PCB) to ogromny światowy rynek, którego roczny przychód szacuje się na 78-85 mld dolarów. Jest on ściśle powiązany z ciągle rozwijającym się rynkiem urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Pomimo tak ogromnego zapotrzebowania na PCB, nie zaobserwowano w ostatnich latach znaczących zmian w zakresie poprawy efektywności wytwarzania płytek, jak i regeneracji roztworów trawiących wykorzystywanych przy ich produkcji. Stąd tak ważne dla branży producentów PCB jest znalezienie ekonomicznego, przyjaznego środowisku i skutecznego sposobu regeneracji tych roztworów. 

Firma Matusewicz Budowa Maszyn S.A. (MBM) z Instytutem Metali Nieżelaznych w Gliwicach opracowała całkowicie nowatorską, oryginalną i przyjazną środowisku metodę regeneracji kwaśnych roztworów CuCl₂ stosowanych w procesie trawienia obwodów drukowanych, wykorzystując opracowany w Instytucie reaktor wyposażony w system kontroli i regulacji procesu utleniania z użyciem tlenu i/lub powietrza wzbogaconego w tlen. 

  

Opracowana technologia jest innowacyjna, ponieważ wprowadza zupełnie nowy system regeneracji przy obróbce chemicznej płytek miedzianych trawionych w trakcie produkcji obwodów drukowanych. Metodę należy traktować jako proekologiczną, bezściekową i bezodpadową, a co ważne, nie prowadzącą do strat miedzi.  Cechuje się także:

• wysoką szybkością utleniania Cu(I);
• wyeliminowaniem z procesu drogich i niebezpiecznych substancji chemicznych czy reagentów; 
• brakiem odpadów i ścieków; 
• brakiem strat miedzi;
•  zmniejszeniem kosztów (energii, materiałów); 
• uproszczeniem procesu regeneracji (łatwa kontrola technologii i wszystkich parametrów procesu, przez ich automatyczne monitorowanie, kontrolowanie i regulowanie); 
• możliwością łatwego odzyskania miedzi z roztworu; 
• niskim kosztem budowy i eksploatacji reaktora; 
• brakiem konieczności ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z zapewnieniem przestrzeni produkcyjnej (małe gabaryty reaktora i łatwość w jego transporcie); 
• uproszczeniem procesów logistycznych (transportu i magazynowania roztworów trawiących przed i po ich regeneracji).

Badania laboratoryjne prowadzono w IMN przy użyciu reaktora nowej konstrukcji o pojemności 3,0 dm³, który składał się z aeratora (wirnika i zespołu dyfuzora). Reaktor przy odpowiednio dużej prędkości obrotowej wirnika umożliwiał bardzo intensywną cyrkulację czynnika utleniającego, a tym samym mieszania oraz napowietrzania roztworu. To zapewniało pełne wykorzystanie tlenu w procesie regeneracji oraz osiągnięcie wymaganej wydajności i szybkości procesu.  

Na podstawie wyników uzyskanych w próbach wyznaczono kinetykę reakcji utleniania Cu(I) i określono najwyższą szybkość oksydacji roztworu trawiącego.

W dalszym etapie opracowano założenia technologiczne dla reaktora w skali półtechnicznej o objętości 50 dm³ i wydajności 10,5 kg/h, zasilanego tlenem. Reaktor ten został wykonany i dostarczony przez Firmę Matusewicz Budowa Maszyn S.A. i był dodatkowo zaopatrzony w system automatycznej kontroli i regulacji procesu.

Rys. 1. Reaktor o pojemności 50 m³ stosowany do regeneracji kwaśnych roztworów chlorku miedzi.

 

Przeprowadzone próby w skali półtechnicznej przy użyciu reaktora o pojemności 50 dm³, miały na celu zweryfikowanie ustalonych wcześniej optymalnych parametrów procesu. W efekcie potwierdzono efektywność procesu oraz opracowano instrukcję przygotowania reaktora do testów aplikacyjnych. Ich pomyślne rezultaty pozwoliły na przygotowanie założeń konstrukcyjnych i budowę reaktora w skali technicznej o pojemności 500 dm³ i założonej wydajności utleniania miedzi(I) 20 kg/h. 

Zaprojektowany i zbudowany reaktor o pojemności 500 dm³ został przetestowany w warunkach przemysłowych. Test potwierdził możliwość osiągnięcia nominalnej wydajności procesu utlenienia Cu(I). Tym samym rozwiązanie to osiągnęło 9 stopień gotowości technologicznej (TRL9), co oznacza, że reaktor wraz z opracowaną technologią jest przygotowany do bezpośredniego wdrożenia w praktyce przemysłowej.

Rys. 3. Reaktor przemysłowy o pojemności 500 dm³ i wydajności utleniania miedzi(I) 20 kg/h, stosowany do regeneracji kwaśnych roztworów chlorku miedzi.