190826. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vas-klorid- és réz-klorid-tartalmú maratóoldatok tisztítására
190 826 A találmány tárgya eljárás kimerült vas-klorid- és réz-klorid tartalmú maratóoldatok elektrokémiai tisztítására, mely maratóoldatokat nyomólapok szubtraktív módszer szerinti előállításához használják. A réz maratása egy bonyolult redukciós-oxidációs eljárás, melynek során a réz fémes állapotból ionos állapotba megy át és az oxidálószer redukálódik. A maratóoldat kiválasztása sok faktortól függ, éspedig a nyomólap mintájának kialakítására használt lakkbevonat fajtájától, a sávok méreteitől és a köztük lévő távolságtól, a maratóoldat többszöri alkalmazásának lehetőségétől és annak költségeitől, és így tovább. Nyomólapok szubtraktív módszer szerinti előállításához széles körben alkalmazzák a vas(III)-klorid- és réz(II)-klorid-alapú savas oldatokat, melyeket régebben egyszer alkalmaztak. Ez oda vezetett, hogy nyomólapok maratásához nagy mennyiségű vegyszert használtak el, ami a környezetszennyezés egyik fő forrása lett. A kimerült maratóoldatok regenerálásával lehetővé vált a vegyszerfelhasználás csökkentése, a szennyvíz mennyiségének és szennyezettségi fokának csökkentése, a nyomólapok minőségének és a maratás teljesítményének növelése. A regenerálás végezhető mind kémiai, mind elektrokémiai úton. Ismert kimerült réz-klorid-oldat kémiai regenerálására a hidrogénperoxidos és sósavas kezelési eljárás. Ennek során az egy értékű rézion (a maratás terméke a réz-klorid oldatban) két értékű ionná oxidálódik, ami az oxidálószer koncentrációjának emelkedését eredményezi a marató oldatban. A réz(Il)-klorid szükséges koncentrációjának fenntartásához a maratóoldatot vízzel hígítják. A maratóoldat feleslegét eltávolítják a termelő folyamatból és más úton hasznosítják. Az eljárás hátránya, hogy nagy mennyiségű szennyvíz keletkezik, ami a környezetet szennyezi és az eljárás nem folyamatos. A kimerült klorid-maratóoldat elektrokémiai tisztítására is ismert egy eljárás, amelynek során az oldat elektrokémiai celláin vezetik át és közben a katódon fém réz válik ki por alakjában. Ez a regeneráló eljárás egy egységes technológiai ciklusban van egyesítve a nyomólapok marási folyamatával, miáltal lehetővé vált a maráshoz használt vegyszerek mennyiségének, a szennyvíz mennyiségének és szennyezettségi fokának csökkentése, a maratás teljesítményének és a nyomólapok költségeinek csökkentése. Vas-klorid tartalmú maratóoldat elektrokémiai tisztításának másik módszerét ismerteti a 2 748 071 számú USA szabadalmi leírás, amely szerint diafragmával elválasztott katódtérben a kátédként szolgáló acélszalagon por formájában leválik a fém réz és redukálódik a maratás közben át nem alakult három értékű vasion. Ezután az oldat az anódtérbe kerül, ahol a grafitanódon a két értékű vasion három értékűvé oxidálódik. Ha a folyamatot potenciosztatikus körülmények között végzik, elkerülhető az anódon a gáznemű klór képződése, mivel a grafitanód potenciálját a két értékű vasion három értékű vasionná történő átalakulási potenciáljára állítják be. Ilyen regenerálási körülmények között azonban a réz leválásának sebessége a katódon jelentéktelen, miáltal csökken az eljárás teljesítménye. A maratóoldatból a katódon por formájában kivált réz eltávolítására külön berendezés szolgál, ami a regeneráló berendezést tovább bonyolítja. Réz-klorid tartalmú maratóoldat elektrokémiai regenerálására szolgáló másik eljárást ismertet a 2 964 453 számú USA-beli szabadalmi leírás, amelyben a maratóoldatot egy elektrolizáló cellában regenerálják, amely 22 darab nem mozgatható grafitanódot és 54 darab rézkatódot tartalmazó gumival bélelt acéltartály, amelyben az elektródok egy hidraulikus csúszómechanizmussal vannak rögzítve. A katódok fele munka-katód, míg a másik fele a rézcsapadék eltávolítására szolgáló berendezésben van. A katód teljes felülete 1,004 m2 (12 négyzetláb), míg a grafitanódok felülete a katód felületének hatszorosa. Az elektrolízist galvanisztikus körülmények között 12 600 A áramerősség mellett végzik. Eközben a rézkatódon fémréz válik ki por alakjában, míg a grafitanódon az egy értékű rézionok két értékűvé oxidálódnak. A nagy áramsűrűség alkalmazása és a réz-klorid maratóoldat részleges önregenerálódása az egy értékű rézionoknak a levegő oxigénjével bekövetkező oxidációja által, ahhoz vezet, hogy a grafitanódon az egy értékű rézionok oxidációja mellett klórgáz fejlődés is jelentkezik. A keletkezett klórt eltávolítják az elektrolizáló cellából és egy gáztisztító toronyban alkálioldatban abszorbeáljuk. Az eljárásra a nagy áramsűrüség következtében a nagy teljesítményű réz kinyerés a jellemző. A klórgáz eltávolítása miatt a maratóoldat kloridionokban szegényedik és ezt sósav adagolásával kell korrigálni. A klórgáz képződése és a por alakú fémréz leválása komplikálja a regeneráláshoz szükséges berendezést. Kimerült vas-klorid-réz-klorid maratóoldat elektrokémiai regenerálására ismert egy másik eljárás, amelyet egy diafragmás cellában 8-20 A/dm2 áramsűrűséggel végeznek. A kimerült oldat az elektrolizáló cella katódterébe lép be, ahol a titánkatódon a fém réz leválik por alakjában és a három értékű vasionok redukálódnak. A katódon kivált por alakú fémréz leválasztásához a katódot egy külön szerkezettel rendszeresen tisztítják és a rézport mossák. A réz mosásához használt vizet a regenerálóberendezés üzemelése során a maratóoldat komponensei szennyezik, ami a környezetszennyezés további forrása. A katódtérből a vas-klorid-réz-klorid maratóoldat az elektrolizáló cella anódterébe lép, ahol a grafitanódon a két értékű vasionok oxidálódnak és klórgáz fejlődik. Az anódon keletkező klór egy részét a két értékű vasionok az elektrolizáló cellában kémiai reakcióval abszorbeálják. 2Fe2+ + Cl2 - 2Fe3+ + 20 Az elektrolizáló cellában át nem alakult klórgáz a maratóoldattal a tartóba kerül, ahol a továbbiakban lejátszódó reakciók során teljesen abszorbeálódik. A klórgáznak az elektrolizáló cellában történő jobb abszorbeálása érdekében a maratóoldatot az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
