Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0174

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0174
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"
Название доклада
Разработка комплекса технологий и опытно-промышленных образцов установок для регенерации медно-аммиачных растворов травления и обезвреживания промывных вод производств электронной техники
Докладчик
Губин Александр Фёдорович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования - разработка комплекса научно-технологических и технических решений для создания технологий и опытно-промышленных образцов установок для регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат и обезвреживания промывных вод производств электронной техники, и снижения экологической нагрузки за счёт возврата в оборот растворов травления, обезвреживания промывных вод и выделения меди из отработанных технологических растворов.
Научно-техническая задача, подлежащая решению в ходе выполнения работы –разработка комплекса технологий, опытно-промышленных образцов установок и нового высокоэффективного экстрагента-переносчика для проведения процессов регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат и обезвреживания промывных вод производств электронной техники с возвратом в оборот меди и медно-аммиачных растворов травления методами экстракции, электролиза и электрофлотации.
Достижение цели и решение поставленных задач обеспечит высокую степень утилизации медьсодержащих жидких техногенных отходов производства печатных плат и электронной техники, а также высокий уровень экологичности процесса.
Актуальность и новизна исследования
Анализ сложившихся в последнее время тенденций в области переработки и утилизации жидких техногенных отходов, в том числе медно-аммиачных растворов травления, показывает, что приоритетными направлениями разработок являются технологические процессы извлечения, разделения и концентрирования цветных и тяжелых металлов жидкостной экстракцией, с последующим электровыделением меди, очистка разбавленных растворов с применением электрофлотации.
Актуальность работы состоит в необходимости создания конкурентоспособной технологии, применимой как для целей переработки медно-аммиачных концентратов, и промывных вод производства электронной техники, так и для переработки жидких и твердых техногенных отходов, содержащих цветные и редкоземельные элементы.
Научная новизна предлагаемого проекта заключается в совместном использовании комплекса экстракционных, электрохимических и электрофлотомембранных методов для выделения меди из медно-аммиачных растворов травления печатных плат с последующим выделением меди в виде катодного продукта, возвращением в оборот раствора травления и очистки растворов от токсичных соединений металлов (хром, свинец, олово, железо и др.) и фоторезиста.
Описание исследования

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, а также патентных документов, затрагивающих научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР. На основе анализа состояния исследуемой проблемы, в том числе результатов патентных исследований, и сравнительной оценки вариантов возможных решений с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичным работам, выполнены выбор и обоснование направления исследований.

Показана перспективность и целесообразность использования методов экстракции и реэкстракции, электролиза, электрофлотации и мембранного электролиза (электрокоррекции рН), а так же целесообразность разработки и синтеза нового типа экстрагента (продукта) класса дикетонов для осуществления процессов регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат и обезвреживания промывных вод производств электронной техники, снижения экологической нагрузки за счёт возврата в оборот растворов травления, обезвреживания промывных вод и выделения меди из отработанных технологических растворов и создание на основе рассмотренных методов технологии и опытно-промышленных образцов установок.

Проведены теоретические исследования, а также выполнены математическое моделирование и его интерпретация для процесса регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат методами мембранной экстракции, электролиза и электрофлотации. Разрабатываемые процессы рассмотрены как совокупность элементарных физико-химических явлений, протекающих в аппаратах с целью их оптимизации и формализации. Созданы модели, описывающие кинетические закономерности протекания процессов регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат методами экстракции с последующей реэкстракцией и электролизом реэкстрагирующего раствора с целью электролитического выделения меди на катоде, а так же обезвреживания промывных вод производств электронной методом электрофлотации с коррекцией рН среды мембранным электролизром. Осуществлён математический расчёт ключевых аппаратов, входящих в разрабатываемую схему очистки.

В соответствии с разработанными программами и методиками проведены экспериментальные исследования процессов экстракционного извлечения меди из медно-аммиачных растворов травления печатных плат, электролитического выделения меди из сернокислых реэкстрагирующих растворов, электрофлотационного обезвреживания промывных вод производств печатных плат и процесса коррекции рН растворов методом мембранного электролиза.

Результаты экспериментальных исследований (изучения закономерностей), мембранной экстракции меди из модельных и реальных растворов травления через различные типы переносчиков позволили определить оптимальные технологические параметры, разработать лабораторные технологические регламенты проведения процессов мембранной экстракции. Изучение закономерностей электрофлотационной очистки промывных растворов травления печатных плат позволили определить оптимальные технологические параметры, разработать лабораторные технологические регламенты проведения процесса электрофлотационной очистки промывных растворов травления печатных плат.

Разработаны оптимальные аппаратурно-технологические схемы процессов регенерации медно-аммиачных растворов травления и обезвреживания промывных вод производств электронной техники, а также эскизная конструкторская документация для экспериментальных образцов оборудования.

В соответствии с разработанными программами и методиками проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов оборудования.

Результаты исследования

1. Разработана программно-методическая документация по проведению экспериментальных исследований:

- процессов экстракционного извлечения меди из медно-аммиачных растворов травления печатных плат, электролитического выделения меди из сернокислых реэкстрагирующих растворов, электрофлотационного обезвреживания промывных вод производств печатных плат и процесса коррекции рН растворов методом мембранного электролиза;

- образцов оборудования «Экстракционная установка», «Лабораторный пертрактор», «Электролизёр», «Электрофлотатор», «Электрокорректор рН».

2. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов оборудования:

а) «Экстракционная установка» и «Лабораторный пертрактор». Показано, что численное значение степени извлечения меди из жидких отходов производства печатных плат с получением металлсодержащих реэкстрагирующих растворов методом жидкостной экстракции составляет величину не менее 95%;

б) «Электролизер». Численное значение выхода по току меди при ее извлечении из реэкстрагирующих растворов методом электролиза составляет величину не менее 92%;

в) «Электрофлотатор». Численное значение степени извлечения малорастворимых соединений металлов из промывных вод производств печатных плат методом электрофлотации  составляет величину не менее не менее 98 %, численное значение степени извлечения фоторезиста СПФЩ из промывных вод производств печатных плат методом электрофлотации составляет величину не менее 85 %;

г) «Элекрокорректор рН». Численное значение изменения рН раствора за 5 минут составляет 1 ед.

3. Разработана математическая модель процессов:

- регенерации медно-аммиачных растворов травления печатных плат методом мембранной экстракции и электролиза;

- обезвреживания промывных вод производств электронной техники методом электрофлотации.

4. Разработаны аппаратурно-технологические схемы регенерации медно-аммиачных растворов травления и обезвреживания промывных вод производств электронной техники.

5. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы оборудования.

6. Получены результаты экспериментальных исследований мембранной экстракции меди из модельных и реальных растворов травления через различные типы переносчиков.

7. Изучены закономерности электрофлотационной очистки промывных растворов травления печатных плат.

По результатам работы поданы две заявки на изобретение:

- Заявка № 2016114885 от 18.04.2016 г. «Способ электрохимической регенерации медно-аммиачного травильного раствора»;

- Заявка № 2016125781 от 28.06.2016 г. «Способ электролитического осаждения медных покрытий».

Широкое распространение, по разрабатываемой схеме, нашла в зарубежной практике технология переработки жидких техногенных растворов травления фольгированных диэлектриков для производства печатных плат. Так по данным, корпорации HannStar (КНР), годовое количество медьсодержащих жидких отходов только на одном из десяти заводов корпорации составляет 5000 м3, что позволяет получить при переработке отходов 800 тонн чистой меди. В отличие от зарубежных стран опытное внедрение схожих технологий в России началось совсем недавно. Таким образом, разрабатываемый комплекс технологий отвечает современному мировому уровню развития науки и техники и превосходит имеющиеся российские аналоги.

Практическая значимость исследования
Основные результаты, планируемые к получению при выполнении работы:
новый экстрагент, экстракционно-электрохимическое и электрофлотационное оборудование, технологические схемы проведения процессов экстракции, электролиза и электрофлотации, а также технологические регламенты.
Каждый из этих продуктов может быть затребован комплексно или индивидуально.
Исследования экстракционно-электрохимических закономерностей выделения меди из аммиачных растворов травления, а так же обезвреживания промывных вод с возвратом в оборот меди и медно-аммичных растворов, должны быть продолжены созданием промышленных установок переработки этого вида отходов для предприятий, работающих в сферах приборостроения и электроники. Разработанные установки и технологии могут быть использованы предприятиями, в результате работы которых образуются твердые и жидкие техногенные отходы, содержащие цветные и редкоземельные металлы.
Наиболее перспективным следует считать применение полученных данных, нового экстрагента, разрабатываемых установок для перевооружения предприятий электронного профиля, участия в программе импортозамещения.
Конкурентные преимущества результатов работы выражаются, в первую очередь, в отсутствии в России современных технологий разделения и выделения меди при глубокой переработке медно-аммиачных растворов травления. Другим конкурентным преимуществом результатов работы является замещение импорта органических экстрагентов, не производящихся в России.
Другими потенциальными потребителями результатов работы могут быть: горно-обогатительные и металлургические производства, производства удобрений и строительных материалов на основе апатитов, производства, имеющие цеха размерной и электрохимической обработки, производства печатных плат и электротехники и другие, в результате деятельности которых образуются твёрдые и жидкие технологические отходы, содержащие цветные и редкоземельные металлы, а так же производства, применяющие технологии выщелачивания, в том числе аммиачного.