Projekt 07914/01

Regeneration von Ätzlösungen

Projektdurchführung

Walter LemmenApparatebau Metallveredlung
Birkenstr. 13
97892 Kreuzwertheim

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des neuen Verfahrens ist die Entwicklung einer Anlage zur Regeneration von Ätzlösungen, die bei der Herstellung von Leiterplatten verwendet werden.
Ätzlösungen reichern sich kontinuierlich mit Kupfer an und werden nach dessen Sättigung der Sondermüllabfallbehandlung zugeführt. Bei der chemisch physikalischen Behandlung des verbrauchten Ätzmittels fallen beträchtliche Mengen von schwermetallhaltigem Schlamm an. Nach der Trocknung bzw. dem Verpressen gelangt der Schlamm auf die Sondermülldeponie. Mit der Entwicklung des neuen Verfahrens - MME Mehrkammermembranelektrolyse - soll das Kupfer direkt aus der Ätzlösung (Eisen-III-Chlorid) zurückgewonnen werden bei gleichzeitiger Regeneration des Ätzmittels. Damit entfällt die Behandlung der verbrauchten Lösung und der Schlammanfall. Kupfer wird in metallisch reiner Form erhalten und könnte direkt der Wiederverwertung zugeführt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Vordergrund der Entwicklung steht die Umsetzung des MME-Verfahrens in die Praxis. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut wurde zunächst die Anwendbarkeit des MME-Verfahrens geprüft und die Verfahrensparameter bestimmt. Das Arbeitsprogramm wurde in 3 Projektphasen unterteilt. Bei der FhG gewonnene Ergebnisse und ergänzend eigene Versuche sollen während der drei Arbeitsphasen praxisnah untersucht werden.
Unter der Voraussetzung, daß Phase I positive Ergebnisse liefert, werden Phase II und III durchgeführt. In der ersten Projektphase wurde die Machbarkeit des Verfahrens untersucht. Zunächst wurden Methoden erarbeitet, um die Ätzgüte einer Eisen-III-Chlorid-Lösung beurteilen zu können. Die Versuche erfolgten mit speziell entwickelten Laborätzanlagen, um praxisnahe Prozeßlösungen zu erhalten. Die Kriterien zur Beurteilung der Badgüte wurden praktisch ermittelt und mit der Theorie verglichen. Auf der Basis oben genannter Untersuchungen erfolgten in der zweiten Stufe die Regenerationsversuche mit unterschiedlichen Membranelektrolysezellen.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde eine aufarbeitungsgerechte Ätzbad-Zusammensetzung ermittelt. Im Rahmen dessen wurde ein Standardverfahren zur Charakterisierung eines vorliegenden Ätzbades entwickelt. Als Kriterium für die Ätzgüte kann das Redoxpotential oder der Regenerationsgrad herangezogen werden. Für den industriellen Einsatz kann das Redoxpotential als eine einfache Regelgröße herangezogen werden.
Prinzipielle Machbarkeit konnte in den Regenerationsversuchen demonstriert werden, indem steigende Regenerationsgrade in den aufzuarbeitenden Ätzlösungen durch den Einsatz des zu untersuchenden MME-Verfahrens zu verzeichnen waren. Die erreichten Grenzen des Verfahrens müssen jedoch zu der Aussage führen, daß das MME-Verfahren zur Aufarbeitung der Ätzbäder nicht geeignet ist.

Hauptursache der ungenügenden Regenerierung basiert auf Ionenbeweglichkeiten, die für Eisen-III um ca. 30 % höher sind als die für Eisen-II, wodurch sich ein Steady-State in einem ungünstigen Konzentrationsverhältnis von Fe+++: Fe++ = 1 : 1,9 im aufgearbeiteten Ätzbad einstellt.

Neben dieser Problematik wurde eine Betrachtung der Komplex-Zusammensetzungen des Systems Eisen-III-Chlorid angestellt, deren Aussage den Einsatz der sulfatischen Elektrolyten vor den Arbeitselektroden durch den Eintransport von komplex-gebundenen Chloridkomponenten erübrigt.
Der Einsatz von chloridfreien Elektrolyten im Anolytkreislauf wurde in der Arbeitshypothese aufgrund der Gefahr einer anodischen Chlorgasentstehung gewählt. Durch die Betrachtung der entsprechenden Konkurrenzreaktionen an der Anode besteht diese Gefahr nur im Ausnahmefall. Im Regelfall findet dort bei Vorhandensein von genügend Eisen-II-Komponenten dessen Oxidation zum Eisen-III bevorzugt statt.

Eine Konsequenz aus der Summe dieser Betrachtungen ist die Modifikation des MME-Verfahrens in Richtung eines einfacheren Membranelektrolyse-Prozesses.

Membranelektrolyse mit Anionenaustauschermembranen zeigten erfolgversprechende Ergebnisse. Allerdings muß die Entwicklung von in Ätzlösungen stabilen Membranen abgewartet werden.


Fazit

Mit realen Prozeßlösungen wurden Möglichkeiten und Grenzen des Aufarbeitungsverfahrens dokumentiert. Die erreichten Grenzen des Verfahrens müssen jedoch zu der Aussage führen, daß das MME-Verfahren zur Aufarbeitung o. g. Ätzbäder nicht geeignet ist. Gründe hierfür wurden eingehend recherchiert und diskutiert.
Eine Konsequenz aus der Summe dieser Betrachtungen ist die Modifikation des MME-Verfahrens in Richtung eines einfacheren Membranelektrolyse-Prozesses, wobei für die Anwendungstechnik momentan jedoch das Problem der mangelnden Membranstabilität gegenüber den Prozeßlösungen gegeben ist.