О возможности использования электорохимически обработанной воды в гальванопроизводстве

В.Ф. Борбат, В.А. Мухин, О.С. Плакатина, Омский государственный университет, кафедра неорганической химии,

Гальванические цеха относятся к производствам с высоким потреблением воды, забираемой из системы питьевого водоснабжения. Большая часть воды используется для промывки деталей и печатных плат, меньше идет на приготовление электролитов, которые регенерируются и заменяются не часто. Образующиеся в больших объемах разбавленные (от промывки) или концентрированные (от замены электролита) сточные воды имеют сложный состав и требуют больших затрат на обезвреживание. С целью сокращения расхода воды, уменьшения объема сточных вод исследуются возможности повышения отмывающей способности промывной воды и создания более эффективных электролитов.

Одним из наиболее распространенных гальванических процессов является сернокислое меднение [1, c. 308 - 311], используемое и при изготовлении печатных плат. Актуальная задача современной гальванотехники - нанесение равномерных покрытий на поверхность изделий сложного профиля, в частности деталей со сквозными цилиндрическими отверстиями, выходящими на плоские поверхности. При рассмотрении причин, влияющих на качество гальванопокрытий, следует особо выделить влияние растворителя на процесс электрокристаллизации, так как природа растворителя существенно влияет на характер различных видов взаимодействий, существующих между компонентами раствора. Из литературы [2,3] известно, что электрохимически обработанные вода или растворы благоприятно влияют на свойства защитных покрытий для алюминия и его сплавов, на процесс производства печатных плат, поэтому в настоящей работе изучалось влияние электрохимически обработанной воды на процесс катодного выделения меди и отмывающую способность воды.

Влияние активации растворителя на скорость катодного выделения меди изучалось на медном электроде методом снятия постояннотоковых потенциодинамических кривых на полярографе ПУ-1 в электролите, содержащем 80 г/л медного купороса. Электролит такого состава был выбран потому, что в электролитах сложного состава, которые реально используются на практике, медь образует комплексные соединения с компонентами электролита. Замена растворителя может привести к изменению их состава, что осложнило бы интерпретацию результатов эксперимента, так как работа носит лишь поисковый характер. Электрохимическая обработка дистиллированной воды проводилась в двухкамерной ячейке с титановыми электродами в течение 30 мин. при плотности тока 0,08 mA/cm2. Вода, полученная в прикатодном пространстве, называется католитом, а в прианодном - анолитом. Электролит готовился на воде сразу после ее электрохимической обработки.

Таблица

Сравнение растворимостей бензойной кислоты и

электропроводности ее растворов на основе разных

растворителей (n = 3, P = 0,95)

Поляризационные кривые исследуемых электролитов имеют одинаковый классический характер, что может свидетельствовать об аналогичности протекающих на катоде процессов. Различие заключается, что очень существенно, в скорости выделения меди: из электролитов, приготовленных на электрохимически обработанной воде, медь выделяется с меньшей скоростью, чем из электролитов на основе дистиллированной воды ( при  ). Различие между значениями плотности тока Дк в растворах электролита на обработанной воде статистически не достоверно. В условиях электрохимически обработанной воды, как это видно из приведенных значений плотности тока, образуется более мелкокристаллический осадок, что является одним из требований, предъявляемых к металлическим покрытиям. В области предельного тока, где процесс электрокристаллизации металла лимитируется диффузией ионов из объема раствора к поверхности электрода, также проявляется влияние растворителя на скорость этого процесса: при Полученные различия в скорости катодного выделения меди в результате замены растворителя связаны с тем, что, вероятно, изменилась степень гидратации ионов, сила ион-ионного и других видов взаимодействий, существующих в растворе между его компонентами.

Таким образом, из результатов эксперимента следует, что электрохимически обработанная вода благоприятно влияет на процесс катодного выделения меди, что может служить рекомендацией к проведению аналогичных исследований для наиболее распространенных электролитов сложного состава, иногда содержащих компоненты с повышенной токсичностью. Замена же обычной воды на электрохимически обработанную может, вероятно, позволить или уменьшить их концентрацию, или вообще исключить из состава электролита.

В производстве печатных плат большие количества воды расходуются на их отмывку от флюсов после пайки. С целью уменьшения расхода воды на эту операцию изучалась возможность использования для этого электрохимически обработанной воды. Для улучшения качества пайки используют флюсы следующего состава: флюс ФТБ - кислота бензойная 4%, триэтаноламин 1%, спирт этиловый 95%; флюс ФОН - кислота олеиновая 10%, спирт этиловый 60%, вспомогательное вещество ОП - 730 %. В данном случае применялась смесь флюсов в соотношении ФТБ:ФОН=2:1. Электрохимическая обработка водопроводной воды проводилась в следующих условиях: время обработки - 5 мин, плотность тока - 0,08 mA/cм2. Используемая вода имела следующие характеристики: рН исходной воды - 6,85, pH католита - 7,15, pH анолита - 6,55. Контроль качества отмывки печатных плат от флюсов проводился по заводской методике ``Контроль качества отмывки. ОСТ4ГО.029.233.-84''. Кроме того, контроль осуществлялся еще двумя методами: спектрофотометрическим и кондуктометрическим.

В ходе работы было установлено, что лучшее качество отмывки плат от флюсов достигается в анолите: Da=0,34, DH20=0,29, Dк=0,27, где D - оптическая плотность промывных вод (а-анолита, к-католита) в присутствии индикатора нейтрального красного на бензойную кислоту. Для подтверждения полученных результатов изучалась растворимость бензойной кислоты в исследуемых растворителях кондуктометрическим методом и по массе сухого остатка. Результаты исследования представлены в таблице.

Полученные результаты дали возможность установить расход воды на отмывку печатных плат от флюсов: на единицу площади платы расходуется необработанной воды 140 л/м2, анолита - 100 л/м2. В работе [4] установлено, что в растворах электролитов, приготовленных на электрохимически обработанной воде, увеличивается подвижность ионов, что может быть связано с изменением степени их гидратации. Вероятно, улучшение качества отмывки также связано с этим эффектом.

Таким образом, работа, проведенная с целью изучения возможности использования электрохимически обработанной воды для улучшения экологической ситуации в гальванопроизводстве, позволила сделать следующие выводы: использование анолита улучшает качество отмывки печатных плат от флюсов, что снижает расход воды в 1,4 раза и уменьшает ее потребление из источников питьевого водоснабжения. Электрохимически обработанная вода положительно влияет и на качество металлопокрытия, поэтому предполагается провести аналогичные исследования с электролитами более сложного состава.

Савельев М.И., Ярлыков М.М., Кругликов С.С. и другие. Влияние состава сульфатного электролита и режима меднения на равномерность и свойства покрытия // Защита металлов. 1988. Т.24. N 2. C. 308-311.

Лузгова Н.Е. и другие. Защитные покрытия для алюминия его сплавов с применением электрохимической активации сред // Проблемы защиты металлов от коррозии: Тез. докл. Первой Всесоюзной конф. Казань, 1985.

Исследование и разработка процессов активации химических водных растворов в изготовлении печатных плат путем электрохимической активации воды: Отчет. М., ВНТЦентр, 1984. Номер гос.регистрации 0284.0 086786.

Плакатина О.С.,Мухин В.А.,Борбат В.Ф. // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1993. N 6. C. 44-