Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: Cella elettrolitica di recupero di un metallo in ioni contenuto in una soluzione acida e impianto dotato di tale cella.
Descrizione
La presente invenzione si pone nel settore della incisione dei metalli mediante attacco con soluzioni acide e si riferisce, in particolare, ad una cella elettrolitica di recupero di un metallo in ioni contenuto in una soluzione acida. L'invenzione si riferisce inoltre ad un impianto per l'incisione dei metalli mediante attacco con soluzioni acide dotato di una tale cella elettrolitica per la rigenerazione automatica della soluzione con recupero del metallo in essa contenuto.
Negli impianti di incisione di tipo tradizionale, come ad esempio quelli per l'incisione dei circuiti stampati, le piastre vengono immerse in una vasca contenente una soluzione in cui sono presenti ioni Cu*, la cui concentrazione deve essere mantenuta entro limiti prestabiliti per ottenere un buon rendimento del processo. Solitamente i limiti superiori ed inferiori ammissibili della concentrazione sono 40÷60 g/litro; il rendimento ottimale è raggiunto nel campo 48÷52 g/litro. ;Attualmente i problemi principali che si incontrano sono legati al continuo controllo che si deve effettuare sulla soluzione. Oltre a controllare la concentrazione di ioni, occorre anche intervenire periodicamente per aggiungere acqua ossigenata e vari altri additivi che vengono consumati con l'uso. ;Le tecniche attualmente in uso per l'incisione dei circuiti stampati fanno uso di procedimenti che comportano uno sviluppo di ammoniaca, la quale va abbattuta in impianti di depurazione appositi che necessitano inoltre di manutenzione, con conseguenti costi elevati di installazione e di esercizio. La presenza di ammoniaca, inoltre, costituisce sempre un rischio per l'ambiente. ;Il metodo attualmente usato per la rigenerazione della soluzione con relativo recupero del metallo in ioni in essa contenuto sfrutta il principio della diversa solubilità del metallo a temperature diverse. Si preleva periodicamente un certo quantitativo di soluzione da rigenerare e lo si raffredda per provocare la precipitazione del sale (nel caso del rame si ha precipitazione di CuS04 . 5 H20) in eccesso rispetto alla solubilità alla temperatura di esercizio della soluzione. Il metallo precipitato sotto forma di sale viene asportato per essere purificato e riciclato, e detto quantitativo di soluzione viene nuovamente immesso nella vasca di incisione. ;Scopo della presente invenzione è di realizzare un impianto con controllo continuo della soluzione ed avente un dispositivo per la sua rigenerazione automatica per via elettrolitica. La rigenerazione elettrolitica sfrutta la capacità dello ione metallo di scaricarsi al catodo se la soluzione in cui esso è contenuto viene sottoposta ad una differenza di potenziale in presenza di elettrodi insolubili secondo la nota semi-reazione: ;;;;;Questo ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo la presente invenzione da una cella elettrolìtica dì recupero dì un metallo in ioni contenuto in una soluzione acida, caratterizzata dal fatto di comprendere: un recipiente di contenimento della soluzione, dotato di mezzi di adduzione e scarico della soluzione; ed un elettrodo rotante immerso almeno parzialmente nella soluzione del recipiente ed atto a permettere la formazione di un deposito metallico sulle sue superfici. ;Secondo un altro aspetto dell'invenzione, gli scopi sono raggiunti mediante un impianto per l'incisione dei metalli mediante attacco con soluzioni acide, caratterizzato dal fatto di comprendere una tale cella elettrolitica collegata mediante un sistema di condotti ad anello chiuso con una vasca di incisione contenente la soluzione. ;Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di una forma di realizzazione preferita ma non limitativa della cella e dell'impianto secondo l'invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: ;la FIG. 1 è una vista schematica in forma di blocchi, di un Impianto verticale di incisione acida con rigenerazione della soluzione elettrolitica con cella di recupero del metallo in soluzione secondo la presente invenzione; ;la FIG. 2 è una vista schematica in forma di blocchi, di un impianto orizzontale di incisione acida con rigenerazione della soluzione elettrolitica con cella di recupero del metallo in soluzione secondo la presente invenzione; e ;la FIG. 3 è una vista prospettica schematica, in scala ingrandita, della cella di recupero dell'impianto di FIGG. 1 e 2. ;Facendo inizialmente riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 18 sono indicate le piastre da trattare, che devono essere sottoposte all'azione di una soluzione acida 2 che attacca lo strato superficiale di metallo da asportare; nel caso in cui le piastre sono quelle di circuiti stampati, il metallo da asportare è rame. A seconda che si utilizzi un impianto in verticale (FIG. 1) o in orizzontale (FIG. 2), le piastre 18 vengono rispettivamente sospese verticalmente ad un telaio di supporto 16 (FIG. 1) o coricate orizzontalmente su rulli di movimentazione 21 e sottoposte all'attacco di una soluzione acida. ;Con riferimento alla FIG. 1, le piastre 18 vengono immerse in una vasca di incisione 19 contenente la soluzione 2. La vasca 19 è dotata di una pluralità di spruzzatori immersi 15; questi, alimentati da una pompa 14 che pesca direttamente nella vasca 19, provvede a spruzzare la soluzione 2 direttamente sulle due facce della piastra da trattare al fine di aumentare l'efficacia e la velocità del processo e per mescolare la soluzione mantenendola omogenea. ;Nel caso di FIG. 2, gli spruzzatori sono situati in una camera 19' distinta dalla vasca 19 e contenente i rulli 21 disposti a coppie ed allineati su due file. Allo scopo di ottenere una migliore omogeneità di distribuzione della soluzione di incisione sulle piastre, i rulli di ciascuna coppia sono leggermente sfalsati secondo la direzione di avanzamento delle piastre; inoltre, allo stesso scopo, anche gli spruzzatori 15 sono sfalsati rispetto alle coppie di rulli. ;Al fine di mantenere nella vasca 19 una soluzione in cui la concentrazione di ioni metallici, ad esempio Cu<++>, sia contenuta entro i limiti prefissati, una pompa a soffietto 1 preleva la soluzione 2 dietro consenso di un densimetro 11 e la Immette, dopo averla eventualmente raffreddata facendola passare in uno scambiatore di calore 6, in una cella elettrolitica 3 di recupero del metallo in soluzione; la struttura ed il funzionamento della cella 3 saranno descritti in seguito in maggior dettaglio. ;Sempre con riferimento alla FIG. 1, la cella di recupero 3 è collegata alla vasca di Incisione 19 mediante un sistema di condotti ad anello chiuso che alimentano la soluzione da rigenerare dalla vasca alla cella, e quindi ricircolano la soluzione rigenerata dalla cella alla vasca. La cella 3 è provvista di un doppio scarico 4: uno scarico Inferiore 4a situato al fondo della cella ed uno scarico di troppo pieno 4b. Lo scarico inferiore 4a è regolato da una valvola 5 atta a permettere lo scarico della cella per effettuare interventi di manutenzione. Entrambi gli scarichi 4a, 4b sono convogliati nella vasca 19 contenente la soluzione primaria 2. ;La cella elettrolitica 3 è dotata di un sistema di raffreddamento forzato a serpentina 17, che vantaggiosamente utilizza il medesimo liquido refrigerante in uscita dallo scambiatore 6; il refrigerante viene raffreddato da un sistema a frigorifero 13 con circuito chiuso del proprio liquido refrigerante. ;L'impianto è regolato da un gruppo di controllo ed alimentazione, indicato nel suo insieme con 20, il quale analizza continuamente la soluzione e provvede automaticamente a regolare la concentrazione degli ioni metallici in essa contenuti. Il gruppo di controllo ed alimentazione 20 comprende un raddrizzatore 7 opportunamente dimensionato e collegato ad un misuratore 8 di quantità di corrente, quale un axnpereminutametro . Il misuratore 8 è collegato ad un densimetro 11 e ad un dispositivo di controllo redox 12 situati nella vasca 19. Tramite il raddrizzatore 7, il densimetro 11 controlla la pompa 1, attivandola quando la densità della soluzione supera un primo valore superiore prestabilito, e disattivandola quando la densità scende al di sotto di un secondo valore inferiore prestabilito. ;Il gruppo di controllo ed alimentazione 20 inoltre regola, tramite il densimetro 11 ed il controllo redox 12, le pompe dosimetriche 9 e 10, per l'immissione dei rispettivi additivi per ripristinare nella vasca il contenuto di additivi che viene consumato nel processo. In particolare, il dispositivo di controllo redox 12 segnala al gruppo 20 eventuali perdite per evaporazione di alcuni additivi volatili affinché anche il livello prescritto di questi possa essere ripristinato. ;Facendo ora riferimento alla FIG. 3, la cella elettrolitica 3 di recupero del metallo in soluzione comprende una vasca 34 in cui viene immessa dal condotto schematizzato con 37 la soluzione prelevata dalla vasca di incisione 19, dietro azionamento della pompa 1. Nella vasca 34 è sistemato un catodo rotante 31, In forma di solido di rotazione preferibilmente discoidale, messo in rotazione da un apposito motorlduttore 32 alimentato dal gruppo di controllo ed alimentazione 20. Il movimento rotatorio permette un migliore rimescolamento della soluzione nonché un migliore scambio termico con aumento della superficie di scambio rispetto ad un catodo fisso tradizionale, dove la superficie di scambio termico coincide con la superficie immersa del catodo. Ora, invece, nella forma di realizzazione preferita illustrata in FIG. 3, la parte immersa del disco è una frazione della sua superficie complessiva. Sperimentalmente si è osservato che l'effetto di rimescolamento e dispersione termica ottenibile a velocità dì rotazione anche molto ridotta è tale da produrre un abbassamento di temperatura della soluzione nella cella da circa 40÷50°C alla temperatura ambiente dì circa 20°C. ;Durante il funzionamento, quando la cella è attivata, sul disco rotante si deposita metallo, ad esempio rame, con purezza di circa 99%; il recupero del metallo riporta contemporaneamente la concentrazione di ioni metallici nella soluzione entro ì lìmiti prescritti. ;Continuando la deposizione di metallo, lo spessore del disco aumenta nel tempo e si può periodicamente rimuovere 11 disco "carico" e sostituirlo con uno nuovo. ;Il metallo depositatosi sul catodo rotante potrà essere asportato manualmente; in questo caso è preferibile che il catodo sia un corpo discoidale In acciaio (ad esempio AISI 316) o in un altro materiale, quale ad esemplo vetronite (resina e fibra di vetro), reso conduttivo mediante aggiunta dello stesso tipo di metallo da recuperare in ioni. In alternativa all'asportazione manuale, il catodo potrà essere del metallo da recuperare, ad esempio un corpo in rame; in questo caso, raggiunto il peso (o spessore) desiderato, il blocco di rame carico potrà essere vantaggiosamente fuso in blocco con recupero del deposito di rame metallico puro. ;Si intende che l'invenzione non è limitata alle forma di realizzazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi di attuazione della cella, che è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. L'invenzione è intesa ad abbracciare tutte le varianti comprese nel proprio ambito, così come definito dalle seguenti rivendicazioni . *