RS64226B1 - Postupak izdvajanja prevlake od plemenitih metala i prenosnika iz elektronskih komponenti sa slojem u sredini koji sadrži nikl - Google Patents

Description

Opis

Naziv pronalaska:

Postupak izdvajanja prevlake od plemenitih metala i prenosnika is elektronskih komponenti

sa slojem u sredini koji sadrži nikl

Predmet ovog pronalaska jeste postupak izdvajanja prevlake koja sadrži zlato i drage plemenite metale iz elektronskih komponenti koje imaju sloj koji sadrži nikl ispod prevlake od plemenitih metala, i sloj koji sadrži bakar na prenosniku ispod sloja koji sadrži nikl. Komponenta mora imati slobodnu metalnu površinu, ili se mora omogućiti pristup metalnoj površini tokom pripreme. U preradive sirove materijale, između ostalog, ne spadaju štampane ploče, celi kućni aparati, ni elektronski otpad koji, osim metala, sadrži druge komponente koje su rastvorljive u sumpornoj kiselini.

Razvojem tehnologija galvanskog pokrivanja metala, iskorišćavanje plemenitih metala postalo je važno. Pozlaćeni ili posrebreni priključci pružaju bolju provodljivost, manji kontaktni otpor i dugotrajniju zaštitu od korozije, u poređenju sa priključcima koji sadrže samo bakar ili druge prenosnike podložne oksidaciji. Međutim, dostupnost plemenitih metala ograničena je svuda u svetu, pa je zato odvajanje vrednih metala poput zlata iz sekundarnih materijala koji sadrže visok sadržaj plemenitih metala oblast koja se razvija i ima visok prioritet. Izdvajanje prenosnika, odnosno osnovnog metala, uglavnom dragocenog bakra ili njegovih legura, iz sekundarnih materijala, jednako je važno. Kod tehnologija reciklaže takođe se traži da se potrošnja energije i emisije koje štete okolini svedu na minimum. Propisi u pogledu emisije štetnih gasova odnose se na materije koje se ispuštaju i emituju u životnu sredinu, i tokom proizvodnje materijala i tokom primene tehnologija. Postupak koji smo razvili služi kao osnova za tehnologiju koja, suprotno ostalim metodama, omogućava izdvajanje metala iz prenosnika i prevlake od plemenitih metala u metalnoj formi. Dalje prednosti tehnologije jesu mali utrošak energije, kao i obnovljivost i mogućnost reciklaže rastvora korišćenih u postupku.

Sledeći industrijski postupci redovno se primenjuju kod izdvajanje zlata i drugih plemenitih metala (srebra, paladijuma, platine) iz metalnih sekundarnih materijala koji su opisani gore u tekstu:

Korišćenje sredstava za čišćenje metala, rastvora. U postupku razlaganja kiselinama, koriste se koncentrovane kiseline ili njihove mešavine (npr. carska voda), koje prvo oksiduju plemenite metale, a zatim razlažu oksidativne produkte. Nedostatak ove metode jeste taj da tokom razlaganja, kombinacija jakih kiselina stvara intenzivne reakcije koje je teško kontrolisati, a zbog egzotermičkih procesa nastaju i velike količine gasa koji sadrži otrovne anhidride kiselina. Za apsorpciju i neutralizaciju ovog gasa potrebna je posebna višestepena oprema, koja povećava troškove postupka. Nakon što kiseline rastvore plemenite metale, joni metala moraju se redukovati kako bi izdvojili plemeniti metal, što povećava vreme i troškove postupka, a smanjuje izdvajanje. Redukcija plemenitih metala ne može se izvesti u koncentrovanim rastvorima, pa ih je potrebno razblažiti. Zbog toga se zapremina rastvora značajno povećava, kao i količina vode koju je potrebno neutralisati. Troškovi prečišćavanja otpadnih voda veoma su visoki, a njihovo smanjenje iziskuje, vise energije i hemijskih sredstava. Sledeći nedostatak ovakvog postupka jeste taj što agresivne kiseline nisu selektivne u pogledu plemenitih metala i stoga razlažu i prenosnik. Ova sporedna reakcija troši prekomerne količine kiseline i stvara ogromne količine opasnog otpada.

Eluenti koji sadrže cijanid takođe se koriste za rastvaranje plemenitih metala. Prednost im je ta što ne razlažu nikl ispod zlatne prevlake, zbog čega su selektivni. Međutim, veliki nedostatak ove metode jeste taj što podrazumeva rad sa visoko toksičnim cijanidima, a i zlato je potrebno izdvojiti iz cijanidnog kompleksa. Zbog toksičnosti, mora se veoma oprezno postupati sa otpadom.

Metalurgija bakra. Primarna metalurgija bakra iz njegove rude jeste višestepeni postupak ekstrakovanja i prerade metala. Kompanije koje primenjuju metalurške tehnologije za obradu sekundarnog bakra kako bi obradile materijale na bazi bakra koji sadrže plemenite metale koji izvorno potiču od elektronskog otpada, primenjuju samo određene korake iz metalurgije bakra (topljenje rude, preradu). Prenosnik od bakra (ili mesinga) koji na površini ima plemeniti metal i druge metale (npr. nikl, kalaj itd.) stavlja se u konvertor i topi, te se obrađeni blister bakar izliva u anode za elektrolizu. Ovakvim topljenjem troši se mnogo energije, pošto su za postupak neophodni neprestani rad peći za topljenje, sistem vrelog gasa, i mokri prečišćivač gasa, sto iziskuje ogromno ulaganje. Kompleksna tehnologija mora da radi bez prestanka, zbog čega je teško sprovesti obradu frakcijskih, zasebnih delova. Sve to ovu tehnologiju čini skupom i teškom za upravljanje, pogotovo u pogledu zaštite životne sredine. Proizvedene anode podležu elektrolitičkoj preradi kako bi se sa njih uklonile nečistoće. Tokom tog postupka, bakar na anodi i metali sa standardno negativnim potencijalom razlažu se, a čist bakar taloži se na katodi. Nečistoće u rastvoru održavaju se ispod ciljanog nivoa kako bi se obezbedila čistoća katode. Metali u anodi sa potencijalom elektrode pozitivnijim od potencijala bakra, poput plemenitih metala, kao i ostale nerastvorljive faze, ne razlažu se tokom anodnog postupka, ali nastaje čvrsti mulj. Mulj može stalno da se uklanja iz rastvora elektrolita koji cirkuliše unutar ćelija i van njih, ili je moguće staviti anode u vreće, čime se sprečava taloženje plutajućih čestica na katodnom bakru. Dva koraka opisana gore u tekstu iziskuju skupa ulaganja i troše velike količine energije. Potrebe za materijalom su velike, nekoliko tona osnovnog materijala neophodno je radi ekonomske isplativosti topljenja i kapaciteta elektrolize. Zbog toga je obrada spora i teška, a direktna prerada malih količina materijala ovom metodom nije ekonomična. Anodni mulj koji nastaje u postupku opisanom u tekstu iznad, sadrži plemenite metale, kalaj, olovo (u vidu jedinjenja), hidrokside takozvanih amfoternih metala, bakarne okside i hidrokside koji nastaju kao rezultat sekundarnih anodnih postupaka, nemetalne inkluzije, kao i dodatne nečistoće bakra koje se ne rastvaraju u medijumu sumporne kiseline. Po završetku elektrolize, prikuplja se anodni mulj, ispira, a kisela pH mu se neutrališe. Mulj se zatim filtrira i suši, a plemeniti metali se odvajaju jednom od posebnih metoda za odvajanje metala, dok se preostala mešavina metala obrađuje metalurškom tehnologijom koja je najpogodnija u zavisnosti od sastava, što prvenstveno znači da se vraća na početak metalurškog postupka za dobijanje bakra. Odvojeni plemeniti metali se prerađuju tj. dobija se zlato visoke čistoće, srebro i paladijum. U slučaju da se plemeniti metali nalaze na prenosnicima od aluminijuma, cink-aluminijuma (zamak), ili hromirano-niklovanim čeličnim prenosnicima, isti nestanu tokom metalurškog postupka obrade bakra, i postaju deo šljake u konvertoru.

Patentni dokumenti US 2006/037889 A1 i US 2004/103512 A1 opisuju rešenja koja su bliska temi ovog a i njegovom tehnološkom rešenju. Dokumenti koriste razblaženu hlorovodoničnu kiselinu kako bi odvojili plemenite metale, koji se zatim zasićuju bakar sulfatom, stvarajući elektrostatičko polje promenljive frekvencije i jačine struje. Postupak ne primenjuje direktan kontakt. Osnovni materijali prerade jesu izmrvljene štampane ploče; bakar, nikl, kalaj i olovo koji cine metalni deo strujnih kola, razlažu se u razblaženom rastvoru kiseline. Stoga, veliki nedostatak takve metode jeste dobijanje otpadnih voda koje sadrže neobojene metale. Neki od rastvorenih metala se razlažu stvarajući kalaj i olovo hidroksid, čiji nusproizvodi pasiviziraju površine, sprečavaju i dalje razlaganje, čime se obustavlja postupak izdvajanja plemenitih metala.

Slično sadašnjem pronalasku, onaj opisan u objavi br. WO2015130965 takođe sprovodi elektrohemijsku obradu u medijumu sumporne kiseline. Gorepomenuta objava koristi sumpornu ili fosfornu kiselinu sa dodatkom male količine azotne kiseline. Iako je prenosnik u velikoj meri odvojen u tom postupku, deo prevlake od plemenitih metala i ostalih legura koje čine prevlake rastvaraju se u mešavini kiselina. Nasuprot tome, pronalazak iz sadašnjeg izlaganja ostavlja i prenosnik i prevlaku od plemenitih metala netaknute; ovo nisu materijali koji se prvenstveno rastvaraju tokom postupka.

pronalazak opisan u objavi br. RU2258768 takođe primenjuje elektrohemijske postupke za izdvajanje plemenitih metala. U gore navedenoj objavi, plemeniti metali razlažu se elektrohemijskim postupkom, i odvajaju se od ostalih komponenti pomoću tiureje, sredstva za stvaranje kompleksa. Ovakvo tehnološko rešenje slično je cijanidnom postupku, ali se jasno može razlikovati od izloženog pronalaska, jer nameravamo da zadržimo i prenosnik i prevlaku od plemenitih metala u čvrstoj formi. Plemeniti metali uopšte se ne razlažu našim postupkom, dok se prenosnik razlaže u zanemarljivoj meri.

Pronalazak opisan u objavi br. EP1964936 takođe primenjuje razlaganje kod izdvajanja plemenitih metala. U gore navedenoj objavi, otpad je osnova, metali se selektivno razlažu pomoću različitih rastvarača, a zatim se plemeniti metali izdvajaju iz ostalih komponenti organskim rastvaračima. Ovo rešenje očigledno se razlikuje od pronalaska u sadašnjem izlaganju, jer nameravamo da zadržimo i prenosnik i prevlaku od plemenitih metala u čvrstoj formi, i u našem postupku plemeniti metali uopšte se ne razlažu, dok se prenosnik razlaže u zanemarljivoj meri.

Za razliku od poznatih metoda za izdvajanje plemenitih metala opisanih u tekstu iznad, naš sadašnji postupak omogućava recikliranje ne samo plemenitih metala, već i prenosnika, i to na način koji ne podrazumeva razlaganje ovih metala da bi kasnije bili vraćeni u metalnu formu tokom postupka. Stoga, osnovne sirovine mogu biti fizički odvojene tokom postupka, što je prednost u pogledu potrošnje energije. Ovaj postupak je ekološki prihvatljiv i isplativ, i potrebno je prečistiti manje vode u poređenju sa ostalim poznatim rešenjima. Upotrebljena sumporna kiselina može se očistiti od nečistoća, i stoga se reciklirati tokom postupka. Zato je potrebno manje kiseline za rastvaranje metala, emisija opasnog otpada svedena je na minimum, a postupak može da se izvede uz relativno malu potrošnju, u poređenju sa njegovim učinkom.

Poznato je da se galvanski sloj skoro nikada ne stavlja direktno na prenosnik u elektronskim komponentama. Obično je prenosnik od čistog bakra ili njegove legure, ali se često koriste i drugi metali i legure metala. Ako prenosnik nije od bakra ili njegove legure, presvučen je slojem bakra ili legure bakra pre stavljanja prevlake od nikla. Nakon ovog koraka, postupak je isti: prevlaka od nikla stavlja se na bakar ili leguru bakra (ili prevlaku od bakra ili legure bakra) pre sloja od plemenitog metala. Objašnjenje za ovo jeste molekularna struktura bakra, nikla i plemenitih metala, i razmere njihovih relativnih atomskih poluprečnika. U nedostatku srednjeg sloja od nikla, difuzija atoma zlata i bakra na faznoj granici, dešava se skoro neometano zbog iste strukture metalne rešetke i blizine njihovih relativnih atomskih poluprečnika; bakar se širi kroz ekstremno tanak sloj plemenitog metala ka površini sloja od zlata, gde oksidiše u veoma kratkom roku, prekidajući željene efekte koje bi prevlaka od plemenitog metala trebalo da pruži: zaštitu od korozije i dobru provodljivost. Međutim, širenje bakra kroz srednji sloj koji sadrži nikl je sprečeno većim atomskim poluprečnikom nikla, čime sloj koji sadrži nikl sprečava širenje bakra, mešanje bakra i plemenitih metala, i širenje bakra ka površini sloja od plemenitih metala.

Poznato je da se u medijumu sumporne kiseline metal povezan na anodu razlaže tokom elektrolize, zbog čega i bakar i nikl mogu da se razlože. Koncentracija jona u rastvoru elektrolita suštinski definiše elektrohemijske procese anode. Na razlaganje anodnog metala značajno utiču koncentracija sumporne kiseline, temperatura, i koncentracije jona bakra u rastvoru elektrolita. Jednačina (1) prikazuje razlaganje bakra u vreloj, koncentrovanoj sumpornoj kiselini. Odigravaće se različite reakcije u zavisnosti od koncentracije sumporne kiseline i temperature (2), uspostaviće se ravnoteža karakteristična za date parametre, i formiraće se sloj koji sadrži CuxO i CuS, koji pasivizira površinu, značajno sprečavajući dalje razlaganje.

Cu 2 cc. H2SO4= CuSO4+ 2 H2O SO2↑ (1)

4 Cu 4 H2SO4= 3 CuSO4+ CuS 4 H2O

5 Cu 4 H2SO4= 3 CuSO4+ Cu2S 4 H2O

Cu 2 H2SO4= CuSO4+ SO2+ 2 H2O (2)

Cu H2SO4= CuO SO2+ H2O

2 Cu 2 H2SO4= Cu2SO4+ SO2+ 2 H2O

2 Cu H2SO4= Cu2O SO2+ 2 H2O

Sloj formiran od bakar oksida i bakar sulfida može se ukloniti mehaničkim putem, ali ako se ne ukloni, oksidni i sulfidni sloj može da zaštiti prenosnik od bakra od daljeg razlaganja. Niklovani galvanski slojevi dobro se razlažu kada su povezani kao anode u medijumu koncentrovane sumporne kiseline (3). Slično kao kod bakra, i ovde dolazi do sekundarnih reakcija, ali međuproizvodi (sulfidi i oksidi) imaju veću tendenciju razlaganja poput nikl sulfata u medijumu sumporne kiseline.

Ni H2SO4= NiSO4+ H2↑ (3)

Iz našeg ugla, elektrohemijski procesi na anodi su najkorisniji ako se reakcija površine bakra nastavi samo do pasivizacije, a srednji sloj između plemenitog metala i prenosnika može u potpunosti da se ukloni sa površine. Mulj koji je nastao na anodi i onaj koji se nataložio na dnu rastvora elektrolita sadrži sve plemenite metale, kao i ostala jedinjenja koja mogu nastati tokom reakcije.

Osnovni materijali u postupku prvenstveno su elektronski uređaji koji su delimično obloženi plemenitim metalima. Najveći deo osnovnog materijala koji se obrađuje može biti od bakra (bakra ili mesinga), gvožđa (nerđajućeg čelika), ili legura lakog metala (legura aluminijuma ili cinka); važno je da postoji sloj koji sadrži nikl ispod prevlake od plemenitog metala, a ako najveći deo ne čini bakar ili legura bakra, onda se stavlja sloj od bakra ili legure bakra i ispod sloja koji sadrži nikl. Osim efikasnog izdvajanja zlata, postupak je primenjiv i kod reciklaže i drugih plemenitih metala ili legura plemenitih metala (npr. srebra, zlata-platine, zlata-nikla, zlata-kobalta itd.).

Suština postupka jeste elektrohemijsko uklanjanje srednjeg sloja koji sadrži nikl i koji sprečava difuziju između prenosnika ili prevlake od bakra ili delimično od bakra, i prevlake koja sadrži plemenite metale.

Rastvor elektrolita korišćen u našem pronalasku jeste elektrolit na bazi vode koji sadrži 695-1.760 g/1 sumporne kiseline. U jednom odgovarajućem vidu izvođenja, mešavina sulfatne soli može da se upotrebi kao aditiv radi poboljšanja provodljivosti elektrolita; u drugom odgovarajućem vidu izvođenja, postupak

može da se izvede bez aditiva, korišćenjem samo vode i sumporne kiseline. Optimalan raspon temperature elektrolita jeste 25-60° C. Primenjeni rasponi koncentracija omogućavaju obradu gore opisanih osnovnih materijala u ćeliji.

Proces razlaganja bakra u koncentrovanoj sumpornoj kiselini nauka je odlično opisala. Na primer, u slučaju kada je u pitanju prenosnik od bakra (4):

Cu H2SO4→ CuO H2O SO2(4)

Cu H2SO4→ CuSO4+ H2O

Izvođenje elektrolize u rastvoru elektrolita do čijeg se sastava došlo eksperimentima, garantuje da je prenosnik, ili bakar ili legura bakra koja štiti prenosnik a koji će doći u dodir sa elektrolitom, uključen u elektrohemijski postupak samo do pasivizacije, i da srednji sloj koji sadrži nikl može da se ukloni sa površine osnovnog materijala koji ima ulogu anode, dok sloj koji sadrži plemenite metale ne reaguje sa rastvorom i taloži se u anodnom mulju tokom razlaganja sloja koji sadrži nikl i pasivizacije površine koja sadrži bakar.

Produkti ovog elektrohemijskog postupka jesu fini anodni mulj koji nastaje odvajanjem sloja od plemenitih metala i sadrži jedinjenja nikla i bakra koja se nisu razložila u rastvoru elektrolita, preostali prenosnik, i medijum sumporne kiseline koji sadrži jedinjenja nikla i bakra.

Čestice koje sadrže plemenite metale mogu se odvojiti iz rastvora elektrolita periodičnom ili kontinuiranom tehnologijom filtracije. Naš pronalazak sprečava stvaranje velikih količina otpadne vode tako što ometa razlaganje prenosnika i, na kraju postupka, dragoceni prenosnik može ponovo da se iskoristi nakon što su mu uklonjeni slojevi prevlake. Sadržaj plemenitih metala u mulju može da se odvoji od ostalih komponenti pomoću sadašnje tehnologije (npr. razlaganjem u carskoj vodi, nakon čega sledi selektivna redukcija zlata).

U jednom pogodnom vidu primene, osnovni materijal koji se prerađuje povezuje se kao anoda pomoću korpe od bakra tj. provodljive korpe koja praktično ne učestvuje u elektrohemijskoj reakciji iz gorepomenutih razloga.

Da bi postupak bio uspešan, važno je održavati stalnu električnu vezu između osnovnog materijala i elektrodne korpe. Zbog promenljivih geometrijskih karakteristika, u različitim delovima osnovnog materijala mogu nastati različite gustine struje usled čega se delovi razlažu nesrazmerno. Gustina struje, a time i razlaganje, mogu se ujednačiti (ako je to potrebno zbog oblika komponenti) naizmeničnim ili stalnim pomeranjem anodne korpe ili putem spoljašnjeg vibracionog sistema. U jednom pogodnom vidu primene, ovo se može postići oscilirajućim kretanjem anodne korpe ili ultrazvučnom obradom elektrolita: manji osnovni materijali biće u pokretu pa će se njihove aktivne površine brže preraspoređivati. Stoga će rasti i brzina kojom se uklanja sloj zlata sa površine.

Slojevi plemenitih metala koji se razlažu u rastvoru elektrolita mogu ostati fizički vezani za prenosnik jednostavno se držeći površine. U jednom korisnom vidu primene, efikasnost uklanjanja može se povećati cirkulisanjem rastvora elektrolita i filtriranjem malih čvrstih čestica. Intenzivno kretanje rastvora takođe olakšava odvajanje čestica koje su na površini. U jednom prikladnom vidu primene, čestice koje su ostale na površini, a koje stoga smanjuju površinu koja učestvuje u reakciji, mogu se zajedno podići pomoću anodne korpe i ukloniti pranjem vodom. Pošto isprane čestice takođe mogu da sadrže plemenite metale, i vodu od pranja potrebno je filtrirati. Nakon pranja, anodna korpa zajedno sa sirovinom, vraća se u ćeliju za elektrolizu.

Da bi se kontrolisala voltaža ili jačina primenjene struje, tokom elektrolize moguće je koristiti jedinicu za napajanje jednosmernom strujom. U slučaju prilagođavanja sadašnjeg napona, napon ćelije mogao bi stalno da se menja, što takođe ukazuje na promene koje se vremenom dešavaju tokom procesa koji se dešavaju na elektrodama. Osim delova sa fiksnim otporom (provodljivost elektrolita, tačke spajanja metala), napon ćelije zavisi od potencijala koji nastaju na anodi i katodi. Za datu gustinu struje, gustina struje na površini osnovnog materijala u ćeliji u suštini određuje specifična površina materijala koji aktivno učestvuje u procesu. Radi praćenja i kontrole rada sistema, moguće je instalirati uređaj za prikupljanje podataka koji će, osim osnovnih podataka koji se odnose na napon ćelije, gustinu struje, i temperaturu, biti pogodan za merenje potencijala na elektrodama, a koji će pružiti informacije o aktuelnim procesima u ćeliji. Iz prikupljenih podataka, znamo da će na kraju postupka, biti potrebno da stalno rastuće vrednosti potencijala anode i vrednosti jačine struje koje se smanjuju na nulu, dostignu željenu gustinu struje, što jasno ukazuje na kompletno uklanjanje rastvorljivog sloja koji sadrži nikl i pasivizaciju prenosnika. Kod koncentracije sumporne kiseline manje od 695 g/1, elektroliza nakon razlaganja sloja koji sadrži nikl nastavlja sa razlaganjem nepasivizirane bakarne površine, a nakon toga sledi zajednička faza (tj. prenosnik). Zato se završetak razlaganja sloja koji sadrži nikl ne može otkriti na osnovu smanjenja jačine struje na nulu i naglog rasta napona. Kod koncentracije sumporne kiseline preko 1.760 g/1, ne može da se formira ni pasivizirani zaštitni sloj, pošto koncentrovana sumporna kiselina razlaže komponente i tog sloja. Zato je nemoguće utvrditi završetak elektrolize sloja koji sadrži nikl, a nije zagarantovano ni očuvanje prenosnika.

Ciljeve ovog pronalaska moguće je dostići postupkom opisanim u Tvrdnji 1, a odgovarajuće metode njegove primene opisane su u sporednim tvrdnjama.

pronalazak je detaljno opisan i propraćen priloženim crtežima, kod kojih

- Slika 1 prikazuje postupak na dijagramu toka,

- Slika 2 prikazuje reaktor za prečišćavanje koji se koristi za elektrolizu.

Faze i koraci postupka kod našeg pronalaska:

Prvi korak: Naš postupak jeste elektrohemijsko prečišćavanje koje se sprovodi u medijumu sumporne kiseline. Rastvor elektrolita sadrži 695-1.760 g/1 sumporne kiseline, a po želji i 20-100 g/1 mešavine sulfatnih soli koja je obično na bazi natrijum sulfata.

Drugi korak: Osnovni materijali se prvo sortiraju kako bi se u postupak uključili materijali sa karakteristikama opisanim na početku ovog izlaganja. Ostali materijali (npr. termoplastični materijali, organske nečistoće) mogli bi da reaguju sa medijumom sumporne kiseline, što može dovesti do dobijanja neželjenih nusproizvoda i nepovoljne promene koncentracije sumporne kiseline. Sloj metala mora da bude dostupan, kako bi se omogućio zadovoljavajući kontakt između korpe koja pomaže u postupku i sirovine. Rezervoari za elektrolizu koji se koriste u postupku napravljeni su od plastike otporne na koncentrovanu sumpornu kiselinu tj. polipropilena. Građa rezervoara prikazana je na Slici 1. Rezervoar (2) je pravougaonog oblika i ima dupli zid koji omogućava kontrolisanje temperature rastvora upotrebom vode za hlađenje koja ulazi (5) i izlazi (6) kroz slavine. Rastvor mora biti razblažen zbog egzotermičkih dejstava koja se odigravaju u elektrohemijskim procesima i u elektrolitu prožetom strujom, kao i zbog temperature okoline. Vise temperature negativno utiču na rad ćelije, jer povećavaju mogućnost razlaganja prenosnika i penušanja elektrolita sa gasovima nastalim na elektrodama, što je nepovoljno i čak štetno sa stanovišta tehnologije.

Treći korak: Kod elektrolize, osnovni materijal je povezan kao anoda, dok je provodljivi materijal, koji je inertan u datim okolnostima, povezan kao katoda. Odabrani otpad koji sadrži metale stavlja se u anodnu korpu (7). Tokom postupka, anodna korpa (7) sadrži sirovine, a materijal i struktura anodne korpe (7) obezbeđuje elektronski kontakt, ali se ne rastvara u elektrolitu. Spoljašnji izvor napajanja povezan je sa elektrodama. Anodna korpa (7) koja sadrži elektronski otpad uranja se u medijum sumporne kiseline. Elektrode (4) na dužoj strani služe kao katode u elektrohemijskom postupku. Katoda je sačinjena od sloja bakra koji tone u rastvor elektrolita; moguće ju je zameniti elektrodom od titana koja je hemijski otpornija od bakra. Anoda jeste anodna korpa (7) koja sadrži sirovinu koja se obraduje: anodna korpa (7) uranja se u rezervoar (2), postavlja tako da ivicom naleže na kraću stranu rezervoara, a podupire je električni priključak (3). Proporcije između rezervoara (2) i anodne korpe (7) utvrđene su eksperimentima, uzimajući u obzir optimalni učinak, aspekte mogućnosti kontrolisanja, i geometrijske karakteristike osnovnog materijala koji se prerađuje. Osim prikazanog primera, geometrijska konfiguracija anodne korpe može biti i cilindrična, čime se omogućava rotacija korpe, što bi mogla da bude prednost ako je potrebno pomerati osnovni materijal.

Spoljni izvor napajanja povezan je sa elektrodama. Prvobitna gustina struje u postupku podešena je između 50-200 A, u zavisnosti od količine, geometrijskih svojstava i specifične površine osnovnog materijala. Napon koji obezbeđuje direktna struja, osim pada napona na fiksnim delovima (napajanje električnom energijom, otpornost žica i elektrolita), pruža prekomerni napon neophodan kod reakcija koje se odigravaju na dvema elektrodama. Napon povezan sa elektrodama određuje ispravljač, ali on mora iznositi barem 0,23 V, što je razlika između potencijala elektrode Н2/H3О i Ni/Ni2+sistema. Površina katode je stalna, a takva je i gustina struje na njenoj površini. Kod anode, gustina i smer struje zavise od aktivne površine osnovnih materijala koji trenutno učestvuju u elektrohemijskom procesu. Kada su u pitanju manje sirovine, njihovo kretanje je važno da bi se obezbedio kontinuitet elektrohemijske reakcije sloja u sredini koji sadrži nikl, radi održavanja relativno stabilnog napona i gustine struje. Nakon uklanjanja sloja koji sadrži plemenite metale i razlaganja sloja koji sadrži nikl, i dalje aktivne površine koje sadrže bakar (ispod gore opisanih slojeva) pasivizirane su elektrohemijskim postupkom koji se izvodi u medijumu sumporne kiseline odgovarajuće koncentracije, a na površinama nastaje neprovodljiv sloj. Napon ćelije konstantno raste, a

potrošnja struje se sve vise obuzdava. Nakon podizanja korpe, moguće je uključiti i korak sa ispiranjem vodom, čime se uklanjaju sve čestice i materijali koji su fizički prilepljeni za površinu.

Glavne reakcije koje se odigravaju na elektrodama (5 i 6):

Gas SO<2>koji nastaje neutrališe se nakon ekstrakcije u alkalnom pročišćivaču. Ako se srednji sloj koji sadrži nikl razloži a čestice koje sadrže plemenite metale odvoje od površine i predu u elektrolit, formiraće talog. Na površini osnovnog materijala koji ostaje u korpi, ne sme da ostane nijedan sloj plemenitih metala. Kod manjih osnovnih materijala, koji imaju poveću površinu, čestice koje su fizički prilepljene za površinu mogu se efikasno ukloniti pranjem vodom na kraju ciklusa.

Četvrti korak: Nakon potpunog razlaganja sloja koji sadrži nikl, sledeći elektrohemijski proces bio bi razlaganje sloja koji sadrži bakar ili prenosnika, koji ometa nastanak pasiviziranih slojeva u datim okolnostima. Napon ćelije naglo raste a jačina struje privremeno se smanjuje do nule, što ukazuje na završetak elektrohemijskog procesa i prerade osnovnog materijala, kao i potrebe da se zameni osnovni materijal u anodnoj korpi (7).

Peti korak: Sledeći korak postupka jeste uklanjanje čvrstih komponenti iz elektrolita, gde najsavremenije metode obuhvataju dekantiranje i delimično ili neprekidno filtriranje. Ovako, rastvor elektrolita moguće je očistiti od čvrstih čestica i ponovo ga koristiti. Hemijski sastav rastvora elektrolita može povremeno da se proveri određivanjem koncentracije kiseline i količine rastvorenih jona (Cu, Ni). Joni vodonika koji nestaju tokom katodnog procesa mogu se zameniti koncentrovanom sumpornom kiselinom. Potrebno je održavati određene koncentracije radi uspešnog odvijanja procesa.

Šesti korak: Produkt elektrohemijskog postupka i kasnije filtracije jeste mulj koji sadrži plemenite metale, a iz kojeg je moguće izdvojiti plemenite metale primenom uobičajenih tehničkih metoda (npr. razlaganje carskom vodom, a zatim redukcija natrijum sulfatom), da bi se izdvojili sa odgovarajućom čistoćom.

Postupak je pogodan za izdvajanje plemenitih metala čistoće od barem 95%, i ovim se zadržava preko 95-98% mase prenosnika, u zavisnosti od njegovog odnosa mase i površine. Postupak je pogodan za obradu raznolikih i prethodno sortiranih elektronskih komponenti koje odgovaraju karakteristikama opisanim na početku izlaganja.

Prednost ovog postupka u odnosu na druge tehnologije korišćene za izdvajanje plemenitih metala jeste njegova mala zahtevnost u pogledu rastvarača i energije, nemanje potrebe za sečenjem osnovnog materijala, i očuvanje prevlake koja sadrži plemenite metale u čvrstom metalnom stanju kao i prenosnika tokom celog postupka. Prenosnik očišćen od sloja koji sadrži nikl i prevlake koja sadrži plemenite metale još je jedan produkt ovakve tehnologije, koji je moguće prodati u čistom obliku.

Nekoliko metoda dostupno je za pravljenje različitih slojeva od zlata i legura zlata na različitim prenosnicima. Zbog toga obrađivane ili amortizovane sirovine koje bi mogle da postanu osnovni materijali u našoj tehnologiji, mogu biti različitih oblika i sastava. Prednost ovog postupka koji smo razvili jeste njegova fleksibilnost u pogledu osnovnog materijala, zbog čega je primenjiv kod obrade široke palete postojećih elektronskih komponenti koje se neprestano usavršavaju.

Primer 1: Obrada metalnog elektronskog otpada iz telekomunikacione industrije (otpad sa montažne trake za proizvodnju čipova za mobilne telefone).

Sirovina je prenosnik od legure bakra, sa slojem nikla, i slojem zlata na površini. Selektivnim razlaganjem sloja od nikla sa površine bakra, moguće je odvojiti i odstraniti zlatni sloj iz anodnog mulja. Koraci kod ovakve tehnologije:

1. Sumporna kiselina koncentracije 1.300 g/1 dodaje se u rezervoar reaktora.

2. Komadi otpada, uglavnom veličine 50 x 150 mm, obično se nanižu na konzolu bakarne anode koja je napravljena za ovu svrhu, a anoda se stavlja u rezervoar reaktora i potpuno je prekrivena elektrolitom. Kontakt je zagarantovan odgovarajućim dizajnom elektrode. Katode, koje su takođe od bakra, stavljaju se u suprotni deo rezervoara.

3. Jačina struje na ispravljaču podešena je na 110 A . Nakon uključivanja uređaja, počinje elektrohemijski proces, a napon neprestano raste do maksimuma od 10 V. Kada dostigne maksimalni napon, jačina struje polako pada, dok se površina koja učestvuje u procesu pasivizira. Tokom procesa, temperatura reaktora održava se okvirno na sobnoj temperaturi (20° C) pomoću sredstva za rashlađivanje (najbolje vode) koje cirkuliše u rashladnom omotaču. Razlaganje još uvek nije gotovo zbog površinskih nečistoća, zbog čega se anodna korpa stavlja u rezervoar za ispiranje gde se površina materijala ispira mlazom vode. Anodna korpa se zatim vraća u rastvor elektrolita, i elektroliza se nastavlja.

4. Potpuno razlaganje moguće je konstatovati ako, prilikom vraćanja ispranog materijala u elektrolit, napon odmah skoči na 10 V, ali nema potrošnje struje niti dolazi do bilo kakve dalje reakcije.

5. Rezervoar reaktora se zatim prazni kroz odgovarajuću slavinu, elektrolit se filtrira, a anodni mulj zadržava se na tkanini filtera.

6. Plemeniti metal izdvaja se iz anodnog mulja koji sadrži zlato uobičajenim tehnološkim metodama, a zatim se topi i izliva u proizvod visoke čistoće.

Primer 2: Razlaganje galvanskog sloja koji sadrži plemenite metale na elektronskom otpadu iz automobilske industrije (pozlaćeni konektor), izdvajanje sadržaja od plemenitih metala.

Galvanski sloj od zlata i nikla može se naći na radnom komadu. Selektivnim razlaganjem potonjeg sa površine bakra, moguće je odvojiti i odstraniti zlatni sloj iz anodnog mulja. Koraci kod ovakve tehnologije:

1. Sumporna kiselina koncentracije 1.200 g/1 dodaje se u eluirani rezervoar.

2. Radni komadi stavljaju se u anodnu korpu, koja se zatim spušta u eluirani rezervoar i u celosti je prekrivena elektrolitom. Kontakt je zagarantovan odgovarajućim dizajnom anodne korpe i njenim kretanjem. Katode od bakra stavljaju se u suprotni deo rezervoara.

3. Jačina struje na ispravljaču podešena je na 110 A. Nakon uključivanja uređaja, počinje elektrohemijski proces, a napon neprestano raste do maksimuma od 10 V. Kada dostigne maksimalni napon, jačina struje polako pada, dok se površina koja učestvuje u procesu pasivizira. Tokom procesa, temperatura reaktora održava se okvirno na sobnoj temperaturi (20° C) pomoću sredstva za rashlađivanje (najbolje vode) koje cirkuliše u rashladnom omotaču. Razlaganje još uvek nije gotovo zbog površinskih nečistoća, zbog čega se anodna korpa stavlja u rezervoar za ispiranje gde se površina materijala ispira mlazom vode. Anodna korpa se zatim vraća u rastvor elektrolita, i elektroliza se nastavlja.

4. Potpuno razlaganje moguće je konstatovati ako, prilikom vraćanja ispranog materijala u elektrolit, napon odmah skoči na 10 Y, ali nema potrošnje struje niti dolazi do bilo kakve dalje reakcije.

5. Eluirani rezervoar se zatim prazni kroz odgovarajuću slavinu, elektrolit se filtrira, a anodni mulj zadržava se na tkanini filtera.

6. Plemeniti metal izdvaja se iz anodnog mulja koji sadrži zlato uobičajenim tehnološkim metodama, a zatim se topi i izliva u proizvod visoke čistoće.

1

Primer 3: Razlaganje galvanskog sloja koji sadrži plemenite metale sa komponenti koaksijalnog kabelskog priključka iz elektronskog otpada (pozlaćeni žuti bakar ili pozlaćena bronza) radi izdvajanja sadržaja od plemenitih metala.

Galvanski sloj od zlata i nikla može se naći na radnom komadu. Selektivnim razlaganjem potonjeg sa mesingane ili bronzane površine, zlatni sloj moguće je odvojiti i odstraniti iz anodnog mulja. Koraci kod ovakve tehnologije:

1. Sumporna kiselina koncentracije 1.600 g/l dodaje se u eluirani rezervoar.

2. Radni komadi nanižu se na konzolu bakarne anode koja je napravljena za ovu svrhu, i anoda se spušta u eluirani rezervoar i potpuno je prekrivena elektrolitom. Kontakt je zagarantovan odgovarajućim dizajnom elektrode. Katode, koje su takođe od bakra, stavljaju se u suprotni deo rezervoara.

3. Jačina struje na ispravljaču podešena je na 110 A. Nakon uključivanja uređaja, počinje elektrohemijski proces, a napon neprestano raste do maksimuma od 10 V. Kada dostigne maksimalni napon, jačina struje polako pada, dok se površina koja učestvuje u procesu pasivizira. Tokom procesa, temperatura reaktora održava se okvirno na sobnoj temperaturi (20° C) pomoću sredstva za rashlađivanje (najbolje vode) koje cirkuliše u rashladnom omotaču. Razlaganje još uvek nije gotovo zbog površinskih nečistoća, zbog čega se anodna korpa stavlja u rezervoar za ispiranje gde se površina materijala ispira vodom. Anodna korpa se zatim vraća u rastvor elektrolita, i elektroliza se nastavlja.

4. Potpuno razlaganje moguće je konstatovati ako, prilikom vraćanja ispranog materijala u elektrolit, napon odmah skoči na 10 V, ali nema potrošnje struje niti dolazi do bilo kakve dalje reakcije.

5. Eluirani rezervoar se zatim prazni kroz odgovarajuću slavinu, elektrolit se filtrira, a anodni mulj zadržava se na tkanini filtera.

6. Plemeniti metal izdvaja se iz anodnog mulja koji sadrži zlato uobičajenim tehnološkim metodama, a zatim se topi i izliva u proizvod visoke čistoće.

Referentne oznake

1 - oprema za elektrolizu

2 - rezervoar (kada)

3 - električni priključak

4 - katoda (elektroda)

5 - ulaz kroz slavinu

6 - izlaz kroz slavinu

7 - anodna korpa

Prvi korak: Punjenje rezervoara za elektrolizu medijumom sumporne kiseline

Drugi korak: Prenosnik se očisti i stavlja u rezervoar za elektrolizu

Treći korak: Spoljašnji izvor napajanja povezuje se sa elektrodama anodom i katodom Prim, prevodioca: U izvornom tekstu preskočen je 4. korak.

Peti korak: Plemeniti metal odvaja se od ostalih komponenti nastalog mulja fizičkim ili hemijskim postupkom

Šesti korak: Plemeniti metal odvaja se od ostalih komponenti mulja fizičkim ili hemijskim postupkom

Claims (8)

Patentni zahtevi

1. Postupak za izdvajanje plemenitog metala i osnovnog metala iz elektronskih delova koji sadrže prevlaku sa sadržajem plemenitog metala, ispod srednji sloj sa sadržajem nikla, a ispod toga osnovni metal od bakra ili sa sadržajem bakra, odnosno prevlaku od bakra ili sa sadržajem bakra elektrohemijskim tretmanom elektronskih delova stavljenih u anodnu korpu (7) koja je zajedno sa elektronskim delovima uronjena u sumpornu kiselinu u kadi za elektrolizu (1), dok u postupku kao katoda (4) služi elektroda napravljena od inertnog materijala koja provodi električnu struju, takođe uronjena u sumpornu kiselinu; posle elektrohemijskog tretmana sledi odvajanje plemenitog metala i osnovnog metala fizičkim metodama, naznačen time što su koraci postupka sledeći:

- čišćenje od plastika i organskih nečistoća elektronskih delova koji sadrže sloj sa sadržajem nikla, i bakar kao osnovni metal ili prevlaku od bakra;

- sipanje sumporne kiseline koncentracije 695-1760 g/l u kadu za elektrolizu (1);

- stavljanje elektronskih delova u anodnu korpu (7), uranjanje anodne korpe sa elektronskim delovima sumpornu kiselinu;

- priključenje spoljašnjeg električnog napona od najmanje 0,23 V na anodu i katodu;

- vršenje elektrolize do smanjenja jačine električne struje na nulu;

- vadjenje osnovnog metala zaostalog u anodnoj korpi (7) iz anodne korpe (7);

- odvajanje nastalog mulja od sumporne kiseline fizičkim procesom;

- odvajanje plemenitog metala od ostalih sastojaka mulja fizičkim ili hemijskim procesom;

2. Postupak prema patentnom zahtevu br.1, s tim da sumporna kiselina cirkuliše u kadi za elektrolizu (1).

3. Postupak prema patentnom zahtevu br.1, s tim da su elektronski delovi stavljeni u anodnu korpu (7) koja provodi električnu struju i koja je zbog sumporne kiseline napravljena od inertnog materijala.

4. Postupak prema patentnom zahtevu br.1, s tim da se anodna korpa pomera.

5. Postupak prema patentnom zahtevu br.1, s tim da se elektronski delovi pomeraju pomoću ultrazvuka.

6. Postupak prema patentnom zahtevu br.2, s tim da se kada za elektrolizu (1) hladi rashladnom vodom.

7. Postupak prema patentnom zahtevu br.1, s tim da se odvajanje mulja sa sadržajem plemenitog metala vrši filtracijom.

8. Postupak prema bilo kojem patentnom zahtevu br.1 do 7, s tim da sloj sa sadržajem plemenitog metala može da sadrži zlato, srebro ili platinu, odnosno legure navedenih plemenitih metala.