Investigating electrodes for the extraction and utilisation of copper from spent etching solutions

Abstract

Нині реагентні технології видалення металів із води часто не забезпечують необхідної ефективності очищення для повторного використання та призводять до накопичення токсичних шламів. Метою цієї статті було випробувати регенератор для відновлення властивостей травильних розчинів, що використовуються для друкованих плат, оцінити роботу електродів під час осадження щільних мідних осадів у процесі регенерації травильного розчину та дослідити використання відновленої міді в ремонтних процесах. Під час дослідження застосовано електрохімічний процес осадження шару міді на електроди блока регенерації, а також механічне випробування електродів щодо відокремлення видаленого продукту від відпрацьованого розчину. У статті досліджено електрохімічну регенерацію травильних розчинів у процесі травлення друкованих плат, що веде до утворення щільних мідних осадів на електродах (регенераторах) із міді, нержавної сталі та титану. Механічне відокремлення відновленого мідного матеріалу засвідчує, що титанові катоди дають кращі результати, тому титан є переважним матеріалом електродів для конструкції регенератора. Крім того, результати підтверджують, що мідь, осаджена на титанових катодах, відповідає стандартам якості, потрібним для повторного використання після переплавлення в електротехнічній промисловості. Мідь, відновлена з відпрацьованих травильних розчинів, у поєднанні з бронзовим покриттям, нанесеним на шар міді, покращує адгезію і може бути використана в ремонтних роботах. Крім того, вона покращує антифрикційні властивості пари тертя. У статті визначено придатні матеріали для використання як електроди регенератора під час видалення міді з відпрацьованих травильних розчинів. Також досліджено кореляцію між якістю обробки поверхні електрода та силою відриву мідних осадів у регенераторі з урахуванням шорсткості поверхні титанових електродів. Запропоновані методи та схема регенерації використаного травильного розчину уможливлюють створення інтегрованого обладнання, що містить блок регенерації, основним компонентом якого є система (електролізер), де мідь, вилучена з використаного травильного розчину, осаджуватиметься на призначений електрод. Це дослідження сприяє розробленню технологічного процесу переробки водних травильних розчинів, допомагаючи мінімізувати вплив на довкілля.Today, reagent-based technologies for metal removal from water often fail to achieve the necessary purification efficiency for reuse and result in the accumulation of toxic sludge. This article aimed to test a regenerator for restoring the properties of etching solutions used in printed circuit boards, evaluate the performance of electrodes in depositing dense copper precipitates during etching solution regeneration, and explore the use of recovered copper in repair processes. During the study, an electrochemical process was employed to deposit a copper layer onto the regeneration unit’s electrodes, along with mechanical testing of the electrodes for separating the removed product from the spent solution. This article investigated the electrochemical regeneration of etching solutions in the printed circuit board etching process, leading to the formation of dense copper deposits on electrodes (regenerators) made of copper, stainless steel, and titanium. The mechanical separation of the recovered copper material reveals that titanium cathodes yield superior results, making titanium the preferred electrode material for regenerator design. Additionally, the findings confirm that the copper deposited on titanium cathodes meets the quality standards required for reuse after remelting in the electrical engineering industry. The copper recovered from spent etching solutions, when combined with a bronze coating applied to the copper layer, improves adhesion and can be used in repair work. Additionally, it enhances the antifriction properties of the friction pair. The article identified suitable materials for use as regenerator electrodes in removing copper from spent etching solutions. It also examined the correlation between electrode surface finish quality and the detachment force of copper deposits in the regenerator, considering the surface roughness of titanium electrodes. The proposed methods and regeneration scheme for the used etching solution enable the creation of integrated equipment that incorporates a regeneration unit, with the primary component being a system (electrolyser) where the copper extracted from the used etching solution will be deposited onto the designated electrode. This study facilitates the development of a technological process for recycling aqueous etching solutions, helping to minimise environmental impact.