Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ ИЗ АММИАЧНЫХ СИСТЕМ

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 2