Способы минимизации платежей за негативное воздействие за сброс промышленных сточных вод процесса меднения

Q_об                                           Q_об                                   Q_об

              ОУ         Q_ун                             ОС        Q_шл                               ОУ

 

   Q_ист                      Q_сбр                        Q_ист             Q_сбр                       Q_ист                                Q_сбр 

               - сточная вода загрязненная

               - оборотная вода

ОУ - охладительная установка

Q_{об - оборотная вода}

Q_{ун - вода, теряемая при испарении и уносе из охладит. установки}

      

  Если в  системе  оборотного  водоснабжения  промышленного предприятия  вода является теплоносителем и процессе использования лишь нагревается,  то  перед  повторным  применением  ее предварительно охлаждают в пруду,  брызгальном бассейне,  градирне. 

Если  вода  служит  средой,  поглощающей  и транспортирующей  механические и растворенные примеси и в процессе производства загрязняется ими, то перед повторным применением вода  проходит  очистку  на  очистных сооружениях;

при комплексном использовании сточной  воды перед повторным применением  сточные  воды подвергаются очистке и охлаждению.

При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации  безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках (испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию,  осуществляется подпитка из водоемов и других источников водоснабжения. Количество подпиточной воды определяется по формуле:        

    Qист = Qпот  + Qун + Qшл + Qсбр .

Подпитка систем  оборотного  водоснабжения может осуществляться постоянно и периодически. Общее  количество добавляемой воды составляет 5-10%  общего количества воды, циркулирующей в системе.

Химические методы  очистки сточных вод гальванических отделений основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах,  превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков. Очистка сточных вод гальванического производства от ИТМ происходит в 2 стадии:

1. Образование труднорастворимых соединений.
2. Выделение этих соединений в осадок.

Нейтрализация ионов  тяжелых металлов осуществляется при  добавлении в сточные воды растворимых в воде щелочных реагентов. ИТМ при нейтрализации превращаются в труднорастворимые гидроксиды, которые выпадают в осадок.

Процесс идет в соответствии с реакцией:

               Cu²⁺ + 2OH^- = Cu(OH)₂;                        (a)

                Ni²⁺ + 2OH^- = Ni(OH)₂.                         (б)

 

 

 

Для лучшей и более  полной и быстрой коагуляции гидроксидов  используют флокулянт (полиакриламид)

 

Сточные воды

 

                                                                                  вода     

 

 

 

1. Нейтра
2. Флокулянт
3. Отстойник
4. Шламонакопитель
5. Обезвоживание

Сточные воды подпадают  в нейтрализатор 

1, для образования  нерастворимых гидроксидов. После  нейтрализации стоки направляются  в отстойник 

3, куда подается флокулянт.  Из отстойника шлам попадает в шламонакопитель

4, откуда подается  на обезвоживание 

5. Обезвоживание проводится  в вакуум-фильтрах, фильтр-прессах  и центрифугах.

Вышеописанный метод  (реагентный) в настоящее время  получил наибольшее распространение  в отечественной практике обезвреживания сточных вод гальванических цехов. Основное его достоинство - крайне низкая чувствительность к исходному содержанию загрязнений, а  основной недостаток - высокое остаточное солесодержание очищенной воды.  Это вызывает  необходимость  в доочистке.

Объектом исследования в данной работе выступает предприятие:

ООО «Гальванические  покрытия»

422981, Татарстан, г Чистополь, ул. Энгельса, д.127

Область деятельности - классическая гальваника

Процессы:

• меднение;
• цинкование с хроматированием и хромитированием;
• нанесение покрытия сплавом «олово-висмут»;
• блестящее никелирование;
• многослойное покрытие «медь-никель-хром»;
• химическое никелирование;
• анодирование алюминия и его сплавов;
• пассивирование меди и медных сплавов;
• оксидирование стали;
• покрытие драгоценными металлами (золочение).

Специализация - гальванические покрытия и обработка поверхности металлов и сплавов.

Процессы металлизации отверстий на предприятии являются неотъемлемой частью производства печатных плат (ПП) и от качества их выполнения в значительной степени зависит надежность изделий. Зарубежные специалисты в области надежности сквозных и глухих межслойных соединений показали, что долговременная надежность в значительной степени определяется качеством и однородностью меди, осажденной в отверстии. При этом критическим фактором успешного осаждения однородного слоя меди в сквозном или глухом отверстии является процесс металлизации, предшествующий нанесению гальванической меди.

Именно процесс так  называемой предварительной металлизации, при котором в отверстиях образуется тонкий проводящий слой, определяет сплошность гальванической меди и адгезию столба металлизации к стенкам отверстий. Для получения тонкого проводящего слоя может использоваться процесс химического меднения или процесс «прямой металлизации». Каждый из этих процессов имеет свои особенности.

В течение последних  нескольких десятков лет в промышленности печатных плат для придания проводимости отверстиям, в основном, использовалась химически осаждаемая медь.

Изучению механизма и кинетики процесса химического мед нения  посвящены работы многих исследователей. Среди них можно отметить, например, работу. По представлениям автора процесс  химического меднения имеет электрохимическую природу, на что указывает сильная зависимость скорости меднения от потенциала поверхности. Протекание процесса осуществляется вследствие образования на реакционной поверхности множества микрогальванопар из двух совмещенных стадий: катод ной (выделения металла) и анодной (окисления восстановителя). Скорость процесса контролируется его анодной стадией.

Процесс химического меднения всегда сопровождается выделением водорода, объем которого эквивалентен количеству осажденной меди. Это указывает на совмещенность процессов выделения меди и водорода. Протекание последнего при потенциалах более положи тельных, чем потенциал водородного электрода в растворах меднения, свидетельствует о том, что выделение водорода происходит не по электрохимическому механизму из молекул воды, а обусловлено реагированием формальдегида на поверхности металла с образованием электрохимически активного про межуточного вещества и атомарно го водорода.

Согласно данным этого автора анодная  стадия процесса химического меднения суммарно может быть выражена реакцией:

СН₂О + 2ОН^- - е → 

→ НСОО^- + 0,5Н₂ + Н₂О.

Суммарная же полезная реакция процесса химического меднения записывается уравнением:

Cu²⁺ + 2СН₂О + 4ОН^- → Cu + Н₂ + 2НСОО^- + 2Н₂О.

Формальдегид расходуется еще при реакции его диспропорционирования (реакция Канницаро) - его совмещенного окисления и восстановления.

2СН₂О + NaOH→

→ HCOONa + СН₃ОН.

Эта реакция протекает как при  эксплуатации ванн меднения, так и  при их бездействии. При правильно  организованном процессе химического меднения доля расхода формальдегида на полезный процесс меднения будет составлять более 90%.

За все годы использования технология химического осаждения меди непрерывно совершенствовалась, и сейчас имеются  надежные процессы для изготовления плат со сквозными и глухими металлизированными от верстиями.

К таким процессам относится  процесс ЭЛХМ 200.

Таблица 2.1 

Основные этапы процесса химического меднения ЭЛХМ 200 и режимы обработки

 
 

Кондиционер ЭЛХМ 201 - многокомпонентная  система, которая является хорошим  очистителем поверхности. Одновременно состав снимает статические электрические  заряды, а также «разрыхляет» поверхность  для максимально эффективной адсорбции палладия в растворе активации.

Назначение этой операции - со здание шероховатости поверхности  меди, которая обеспечит максимальную адгезию последующих слоев. Раствор  ЭЛХМ 202 создает светлую матово-розовую, микрошероховатую поверхность. К его достоинствам следует отнести постоянную скорость травления, что не может обеспечить, к примеру, классический раствор травления на основе персульфата аммония. Микротравитель

ЭЛХМ 202 не содержит аммонийной группы, которая, являясь комплексообразователем, при попадании в сточные воды связывает металлы в трудно разлагаемые соединения, что затрудняет их переработку.

Предактивация

Операция предназначена  для устранения возможности загрязнения  активатора. После обработки в  раттворе предактивации заготовки  ПП сразу, без промывки, погружаются в активатор.

Активация

Назначение ванны активирования - создание на диэлектрике цент ров  активации в виде частиц металлического палладия, которые являются катализатором  процесса химического меднения.

В рабочем растворе оловянно-палладиевого активатора поддерживается концентрация палладия по металлу 0,05...0,07 г/л. Такая низкая концентрация хлористого палладия в сочетании с устойчивым комплексом делает раствор активации очень стабильным.

В 1 литре концентрата  ЭЛХМ 204Б в режиме корректировки можно обработать ~100 м² поверхности. При этом не требуется периодическое прогревание активатора при температурах порядка 90°С.

После активации во время  интенсивной промывки плат проточной  водой происходит химическая ре акция  гидролиза олова и адсорбция палладия на поверхности диэлектрика. Не рекомендуется использовать ванны-сборники для улавливания палладия. В ваннах-сборниках происходит быстрое подкисление среды, и гидролиз солей олова начинает тормозиться. Каталитическая активность поверхности диэлектрика снижается.

Достоинством использования  раствора с низким содержанием палладия является также существенная экономия драгметалла.

Химическое меднение

В растворе химического  меднения ЭЛХМ 205, как и в подавляющем  большинстве растворов, процесс восстановления меди происходит под действием формальдегида в щелочной среде. Во избежание осаждения меди в виде гидроокисей ионы меди связаны комплексообразователем.

Процесс является автокаталитическим, т.е. начинается под действием катализатора - металлического палладия, а затем образовавшиеся центры меди сами катализируют дальнейшее выделение меди.

В состав раствора ЭЛХМ 205 входят следующие вещества:

- соль меди;

- комплексообразователь;

- восстановитель;

- стабилизатор.

Основные технические  характеристики раствора приведены в таблице 2.

Таблица 2.2

Основные технические характеристики раствора ЭЛХМ 205

Необходимо перемешивание  раствора воздухом для равномерного распределения температуры и концентраций, а также для предотвращения восстановления ионов меди до металлической, которая может стать инициатором разложения раствора в объеме ванны.

Раствор ЭЛХМ 205 отличается более высокой стабильностью  по сравнению с традиционными растворами на основе К-, Na-виннокислого или динатриевой соли ЭДТА за счет применения нового комплексообразователя и низких рабочих концентраций компонентов раствора. Поскольку раствор стабильный, нет необходимости в его постоянной фильтрации, достаточно это делать 1-2 раза в не делю.

Преимущества раствора ЭЛХМ 205 перед традиционными растворами на основе сегнетовой соли или динатриевой  соли ЭДТА:

- осадок меди мелкокристаллический, светлый, легко контролирует ся  в отверстиях;

- покрывает одинаково хорошо как эпоксидную смолу, так и стекло;