KR20230113249A - 유가 물질 순환에서 회로 보드 및/또는 기판의 제조 - Google Patents
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Abstract
회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 방법으로서, 제조 방법의 작동 상태에서 실질적으로 배출 품질의 매체만이 폐기물로서 발생하도록, 발생하는 잔류물은 유가 물질 순환 내로 부분 스트림으로 피드백되는, 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 방법을 실행하기 위한 장치, 특히 산업 시설에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 방법에 의해 제공되는 발열 화학 반응의 폐열을 사용하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 방법 및/또는 장치를 조정하기 위한 공정 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 방법 및/또는 장치 및/또는 공정 제어 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 기술 분야에 관한 것일 수 있다. 특히, 본 발명은 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리(특히 회수)하는 기술 분야에 관한 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 회로 보드 및/또는 기판 제조에서의 재활용 기술 분야에 관한 것일 수 있다.
회로 보드 및/또는 기판의 제조에는, 원칙적으로 다량의 금속, 특히 중금속(예를 들어, 구리, 니켈, 금, 은, 팔라듐, 주석, 철)이 필요하다. 따라서, 제조 공정에서 금속-함유 잔류물과 금속-함유 매체(특히 용액)는 각각 다른 공정에서 발생한다.
금속(염)-함유 매체(및 처리될 폐기물 및 잔류 농축물 각각)는 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조의 두 개의 다른 처리 공정, 즉 i) 에칭 공정(식각 공정; 예를 들어, 동박(copper foil) 에칭) 및 ii) (전기) 도금 공정(예를 들어, 구리층 도금)에서 실질적으로 발생한다. 또한, 처리될 금속(염)-함유 매체는 도금 공정뿐만 아니라 에칭 공정에서 헹굼 공정 중에 발생한다. 이러한 헹굼수(rinsing water)에는 낮은 농도의 금속, 특히 구리만이 포함되어 있다. 대조적으로, 에칭 공정과 도금 공정에서 나오는 처리될 금속(염)-함유 매체는 비교적 높은 농도의 금속을 포함한다.
에칭 공정에서 나오는 처리될 금속(염)-함유 매체는 일반적으로 금속염을 포함하며, 여기서 금속은 (에칭 공정에서 나오는) 산의 염(예를 들어, 염화구리, 여기서 염화물은 염산에서 형성됨)에 화학적으로 결합된다. 도금 공정에서 나오는 처리될 금속(염)-함유 매체는 일반적으로 금속염을 포함하며, 여기서 금속은 전기분해의 산의 염(예를 들어, 황산구리, 여기서 황산염은 황산에서 형성됨)에 화학적으로 결합된다. 또한, 도금 공정에서 나오는 금속(염)-함유 매체는 일반적으로 철과 같은 이금속(foreign metal)을 고농도로 함유한다.
상기한 금속(염)-함유 매체로부터 금속을 회수하기 위한 방법들은 주로 알려져 있지만, 회로 보드 및/또는 기판 제조에 대해서는 고순도 형태(예를 들어, 99%에서 최대 99,99%, 특히 대략 99,9% 순도)의 회수된 금속만 관심이 있다. 이러한 회수는 예를 들어 전기분해에 의해 수행된다. 그러나, 상기한 금속(염)-함유 매체는 이러한 목적에 매우 부적합한데, 순금속(예를 들어, 구리)의 증착이 방해되거나 복잡하기 때문이다. 철과 같은 이금속은 고품질 전기분해를 크게 방해하고 불가능하게 한다.
이러한 이유로, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 폐기물 농축물은 통상적으로 비용 집약적이고 환경 친화적이지 않고 내구성이 없는 방식으로 각각 처리된다.
본 발명의 목적은 효율적이고 강력한 방식으로 유가 물질 순환(valuable material cycle)(공정-내부적으로(process-internally), 바람직하게는 지속적으로 재활용)에서 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 폐기물(예를 들어, 금속염-함유 매체)의 비용 효율적이고 환경 친화적이며 내구성 있는 처리를 가능하게 하는 것이다.
이러한 목적은 특허 독립항에 따른 주제에 의해 해결된다. 바람직한 실시형태는 특허 종속항에서 나온다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, i) 회로 보드 및/또는 기판 제조의 다양한 공정(예를 들어, 에칭 공정, 도금 공정, 헹굼수 처리 공정)에서 나오는 (처리된) 금속염-함유 매체를 각각 포함하는 적어도 두 개, 특히 세 개 이상의 부분 스트림을 제공하는 단계와, ii) 금속염-함유 매체를 포함하는 전체 스트림에 적어도 두 개의 부분 스트림을 결합시키는 단계, 및 iii) 전체 스트림을 처리(예를 들어, 금속염-함유 매체로부터 금속을 회수)하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 산업 시설이 개시된다. 산업 시설은, i) 회로 보드 및/또는 기판 제조의 다양한 공정에서 나오는 금속염-함유 매체를 포함하는 적어도 두 개의 부분 스트림을 제공하고, 금속염-함유 매체를 포함하는 전체 스트림에 적어도 두 개의 부분 스트림을 결합시키도록 구성된 부분 스트림 제어 모듈, 및 ii) 전체 스트림을 처리하도록 구성된 처리 모듈(예를 들어 반응기, 특히 전기분해기를 포함함)을 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 액체 매체(예를 들어, 공급 용기(supply basin) 또는 전기분해 탱크)를 가열하기 위해 금속 황산염(또는 금속 질산염 또는 금속 인산염)에 대한 금속 염화물의 발열 화학 반응(이는 예를 들어 에칭 공정에서 나오는 (부분 스트림의) 산성 매체가 처리될 때 염 복분해(salt metathesis)에서 수행됨)을 사용하는 것이 개시된다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 상기한 방법 및/또는 상기한 장치를 조정하기 위한 공정 제어 장치가 논의된다. 공정 제어 장치는, i) 실행 중인 공정으로부터 적어도 하나의 공정 파라미터(및 실제 값 각각), 특히 다수의 공정 파라미터를 캡처하기 위한 데이터베이스와, ii) 적어도 하나의 미리 결정된 공정 파라미터(및 목표 값 각각), 특히 다수의 미리 결정된 공정 파라미터를 저장하도록 구성된 데이터 모델 유닛, 및 iii) a) 캡처된 공정 파라미터를 미리 결정된 공정 파라미터(및 다수의 파라미터 각각)와 비교하고, b) 비교 결과를 기반으로 하는 제어 동작을 결정(예를 들어, 실제 값과 목표 값 간의 차이를 능동적으로 보정)하고, 및 c) 미리 결정된 제어 동작을 수행(예를 들어, 유량 적용 등)하도록 구성된 계산 장치를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이 개시되며, 이 컴퓨터 프로그램 제품은, 하나 이상의 프로세서(및 하나 이상의 컴퓨터 각각)에 의해 실행될 때, (상기한) 방법 및/또는 (상기한) 장치 및/또는 (상기한) 공정 제어 장치를 제어한다.
본 문서의 맥락에서, "금속염-함유 매체"라는 용어는 특히 금속염을 포함하는 임의의 (액체) 매체를 의미할 수 있다. 금속염은 금속과 산 사이의 화합물이다. 이러한 금속의 예는 구리, 니켈, 금, 은, 코발트, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 팔라듐, 주석을 포함할 수 있다. 산의 예는, 황산, 염산, 아질산, 인산을 포함할 수 있고, 여기서 금속염은 예를 들어 황산염, 염화물, 질산염 또는 인산염으로 상응하게 존재한다. 상응하게, 금속염은 예를 들어 황산구리 또는 염화구리일 수 있다. 이는 금속 이온 및 염 이온으로서 금속염-함유 매체에 존재할 수 있다. 금속염 외에도, 금속염-함유 매체는 예를 들어 금속염이 용해된, 수성 또는 산성일 수 있는 용액을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물 외에도, 매체는 또한 염산 및/또는 황산을 포함할 수 있다. 일례에서, 금속염-함유 매체는 회로 보드 및/또는 기판의 제조에서 유래하고, 상응하는 잔류물을 포함할 수 있다. 또한, 금속염-함유 매체는, 실질적으로 금속염만이 존재하도록 처리될 수 있다. 일례에서, 금속염-함유 매체에는 (원치 않는) 이금속(예를 들어, 철)이 (실질적으로) 없다. 추가 예에서, 금속염-함유 매체는 이금속(의 잔류물)을 포함한다.
본 문서의 맥락에서, "이금속"이라는 용어는 특히 금속염-함유 매체에는 (용해된 방식으로) 존재하지만 (특정 응용에 대해) 바람직하지 않은 금속을 의미할 수 있다. 응용 사례에 따라, 이러한 이금속(및 이들의 이온 각각)의 예는 철(Fe3+, Fe2+), 납(Pb2+), 주석(Sn2+), 몰리브덴(Mo3+), 니켈(Ni2+), 코발트(Co2+), 인듐(In3+), 카드뮴(Cd2+), 아연(Zn2+), 크롬(Cr3+), 나트륨(Na+), 팔라듐(Pd2+)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 금속염-함유 매체는, 금속염의 금속이 원소 형태로 존재하고 재활용될 수 있도록 처리되어야 한다. 이금속은 처리(예를 들어, 전기분해)의 방해 또는 실패를 유발할 수 있으므로, 이금속을 미리 제거하는 것이 좋을 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 금속염-함유 매체는 도금 공정에서 유래하고, 원소 구리는 금속염 황산구리로부터 수득되어야 한다. 도금 공정으로 인해, 금속염-함유 매체는 이금속, 특히 철을 포함할 수 있다. 이금속은 이금속염(예를 들어, 황산철)으로 존재할 수 있다. 이는 황산구리의 전기분해를 크게 방해할 수 있다(캐소드에서 구리 증착을 억제함). 낮은 (잔류) 농도에서, 이금속은 회수 중에 산화될 수 있는 동시에, 금속은 환원(및 각각 증착)된다.
본 문서의 맥락에서, "이금속 및 금속염-함유 매체"라는 용어는 특히 (상기한) 금속염-함유 매체 및 (상기한) 이금속을 포함하는 매체를 의미할 수 있다. 일 실시형태에서, 이금속 및 금속염-함유 매체는 도금 공정에서 유래한다. 특히, 이금속 및 금속염-함유 매체는 높은 산성(예를 들어, pH 값 < 1)의 매체이다. 이는 이금속 및 금속염-함유 매체가 황산과 같은 강산을 고농도(예를 들어, 100 ~ 200 g/L 범위)로 포함한다는 사실에 기인할 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "처리(processing)"라는 용어는 특히, 처리된 매체(특히 더 이상 원치 않는 특성을 포함하지 않는 매체)가 존재하도록, 처리될 매체(특히 적어도 하나의 원치 않는 특성을 갖는 매체)가 하나 이상의 공정 단계 내에서 처리되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 처리될 매체는 적어도 하나의 금속염이 원치 않는 금속염-함유 매체일 수 있다. 상응하게, 처리될 매체는, 처리된 매체로서(실질적으로) 더 이상 원치 않는 금속염을 포함하지 않는 금속염-함유 매체가 존재하도록 처리될 수 있다(예를 들어 막 투석(membrane dialysis)에 의해 그리고 화학 반응을 수행함으로써).
본 문서의 맥락에서, "부분 스트림"이라는 용어는 특히 (제조) 공정 내에서 매체(특히 액체 매체)가 특정 (원하는) 공정 방향으로 전달되는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, (제조) 공정 내에서 매체의 흐름은 원하는 방식으로 제어될 수 있다. "부분 스트림"이라는 용어는 특히 해당 (제조) 공정이 (다른 공정 단계에서 나오는) 적어도 두 개의 이러한 스트림을 포함한다는 사실과 관련될 수 있다. 동일한 (제조) 공정 및 동일한 산업 시설 내의 (바람직하게는 액체 매체의) 각각의 단일 스트림은 각각 부분 스트림이라 할 수 있다. 부분 스트림은 제조의 폐기물 매체의 흐름을 (구체적으로) 제어할 수 있다. 적어도 부분 스트림 중 적어도 두 개(특히 세 개 이상)가 전체 스트림에 결합될 수 있다. 일 실시형태에서, 제 1 부분 스트림은 (예를 들어, 황산구리와 염산을 포함하는) 처리된 금속염-함유 매체 및 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 폐기물 스트림을 각각 포함하는 반면, 제 2 부분 스트림은(예를 들어, 황산구리, 황산철 및 황산을 포함하는) 처리된 금속염-함유 매체 및 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 폐기물 스트림을 각각 포함한다. 일례에서, 이들은 예를 들어 금속염의 금속을 원소 형태로 회수하기 위해 전체 스트림에 병합된 후 처리될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "회로 보드 및/또는 기판 제조"라는 용어는 특히 산업 시설, 예를 들어 회로 보드 공장에서 수행되는 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 공정을 의미할 수 있다. "회로 보드"라는 용어는 특히 인쇄 회로 보드(PCB)와 관련될 수 있는 반면, "기판"이라는 용어는 예를 들어, 집적 회로 또는 유기 인터포저(organic interposer)와 같은 반도체 칩용 기판과 관련될 수 있다. 회로 보드 및/또는 기판 제조는 일반적으로, 원하는 금속 구조가 수득되도록, 에칭에 의해 금속을 제거하는 에칭 공정 및 도금에 의해 금속이 증착되는 도금 공정을 포함한다. 회로 보드 및/또는 기판 제조를 위한 출발 물질은 실질적으로 금속 및 전기 절연 물질, 종종 수지와 같은 유기 물질을 포함한다. 공정의 산물은 각각 완성된 회로 보드 및 기판일 수도 있고 중간 산물일 수도 있다.
본 문서에서, "에칭 공정"이라는 용어는, 금속, 특히 구리를 에칭하여 원하는 금속성(전기 전도성) 구조를 제공하는 단계를 포함하는 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정을 의미할 수 있다. 예시적인 실시형태에 따르면, 이 공정은, 포토레지스트는 에칭되지 않아야 하는 구리 경로를 보호하는 반면, 에칭되어야 하는 구리 영역은 포토레지스트로 덮이지 않는 방식으로 수행될 수 있다. 처음에는 이를 위해 전체 구리층이 포토레지스트로 코팅된다. 이후, 마스크를 통해, 포토레지스트는 UV 광선으로 현상된다. 마스크는 포토레지스트가 남아 있는 위치(예를 들어, 원하는 도체 트레이스(conductor trace)가 제공되어야 하는 위치)에서만 UV 광선을 통과시킨다. 현상하는 동안, 레지스트(및 중합체 각각)는 UV 광선에 노출된 위치에서 가교된다. 현상 이후, 노출되지 않은(각각 현상되지 않은) 포토레지스트는 쉽게 씻어낼 수 있다. 이후, 패널(및 부품 캐리어 프리폼(component carrier preform) 각각)이 에칭된다. 포토레지스트는 도체 트레이스를 보호하는 반면, 포토레지스트로 덮이지 않은 구리는 에칭/제거된다. 에칭 공정이 완료되면, 포토레지스트가 각각 제거되고 벗겨지며(레지스트는 가교되고 단단함), 도체 트레이스는 남는다. 벗겨진 포토레지스트는 염화철에 의해 나중에 침전될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "도금 공정"라는 용어는 특히 도금이 수행되는 회로 보드 및/또는 기판 제조 내의 공정을 의미할 수 있다. 도금은 장치 상에 금속 침전물의 전기화학적 증착을 의미할 수 있다. 장치는 금속 침전물(예를 들어, 구리)이 각각, 예를 들어, 전기 전도층 구조 및 도체 트레이스 역할을 할 수 있는 회로 보드 및/또는 기판 역할을 한다. 또한, 예를 들어, 구멍(비아(via))은 측면으로 도금하거나 도금으로 완전히 충전함으로써 전기 전도성으로 제조될 수 있다. 일례에서, 전해조(electrolytic bath)에 전류가 적용된다. 양극(애노드)에는, 증착될 금속(예를 들어, 구리 또는 니켈)이 위치하고 음극(캐소드)에는 코팅될 물체(예를 들어, 회로 보드)가 위치한다. 전류에 의해, 금속 이온은 환원에 의해 물체 상에 증착된다. 일례에서, 이 공정은 일련의 전해조로서 실현될 수 있다. 도금 공정은 연속적으로 또는 불연속적으로(배치 방식으로) 수행될 수 있다. 일반적으로, 이 공정에서 소정량의 금속염-함유 매체가 폐기물 농축물("블리드(bleed)")로서 수득된다. 공정으로 인해, 여기에는 일반적으로 이금속과 높은 산 함량이 포함되어 있고, 따라서 금속(금속염)의 재활용은 통상적으로 경제적인 방식으로 불가능하다.
본 문서의 맥락에서, "고귀한(noble)" 및 "기본적인(basic)"이라는 용어는 특히, 제 1 금속의 표준 전위(산화환원 전위, 각각 DIN 38404-6에 따른 "산화환원 전압")가 제 2 금속의 표준 전위보다 높을 때, 제 1 금속은 제 2 금속에 비해 더 고귀하고, 제 2 금속은 제 1 금속에 비해 덜 고귀한 것으로 이해될 수 있다. 금속과 이금속의 효율적인 전기분해가 수행될 때, 이금속의 산화환원 전위는 증착될 금속의 산화환원 전위보다 낮아야 한다.
예를 들어, 산화환원 전위가 높은 금속(증착될 금속)은 다음을 포함할 수 있다: 구리 Cu2+, E0 = +0.35V; 구리 Cu+, E0 = +0.52V, 팔라듐 Pd2+, E0 = +0.85V; 금 Au3+, E0 = +1.4V; 금 Au3+, E0 = +1.5V; 금 Au+, E0 = +1.69V; 이리듐 Ir3+, E0 = +1.156V; 은 Ag+, E0 = +0.8V.
예를 들어, 산화환원 전위가 낮은 금속(이금속)은 다음을 포함할 수 있다: 철 Fe3++, E0 = -0.04V; 철 Fe2+, E0 = -0.41V; 납 Pb2+, E0 = -0.13V; 주석 Sn2+, E0 = -0.14V; 몰리브덴 Mo3+, E0 = -0.20V; 니켈 Ni2+, E0 = 0.23V; 코발트 Co2+, E0 = -0.28V; 인듐 In3+, E0 = -0.34V; 카드뮴 Cd2+, E0 = -0.40V; 아연 Zn2+, E0 = -0.76V; 크롬 Cr3+, E0 = -0.76V; 나트륨 Na+, E0 = 2.71V. 특히 철(Fe3+ → Fe2+, E0 = +0.77)에서 (원치 않는) 반응이 발생할 수 있으며, 여기서 Fe2+에 의해 증착되는 구리는 전극에서 다시 에칭된다.
본 문서의 맥락에서, "반응 셀(reaction cell)"이라는 용어는 특히 금속염-함유 매체로부터 금속염의 금속을 원소 및 고순도 형태로 회수할 수 있는 임의의 반응기를 의미할 수 있다. "회수"라는 용어는 특히 (재사용을 위한) 금속염-함유 매체로부터 원소 금속이 각각 분리되고 유리되는 것을 의미할 수 있다. 반응 셀의 예는 전기분해 셀일 수 있다. "전기분해"라는 용어는 특히 화학적 산화환원 반응을 가능하게 하기 위해 전류가 사용되는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 전기분해 셀은 전류를 제공하기 위한 직류 전압원을 포함할 수 있고, 이는 캐소드(마이너스 극) 및 애노드(플러스 극)와 결합된다. 전압원은 애노드에서 전자 결핍을 유발하고 캐소드에서 전자 과잉을 유발할 수 있다. 일 실시형태에서, 금속염-함유 매체는 금속으로서 구리 및 이금속으로서 철을 포함하는 전기분해 셀에 첨가된다. 구리는 더 높은 산화환원 전위(더 고귀함)를 포함하고, 따라서 캐소드에 각각 환원 및 증착된다. 반대로, 철은 애노드에서 산화된다. 예시적인 실시형태에서, 반응 셀은 바람직하게는 다수(예를 들어, 20 개)의 전기분해 모듈을 포함하며, 여기서 원소 금속(예를 들어, 구리)이 캐소드에서 증착된다. 이 반응에서, (전해질의) 이금속의 산화가 발생하는데, 이는 증착될 금속보다 화학적으로 덜 고귀하다. 일례에서, 회수는 일련의 전해조로서 실현될 수 있다. 회수는 연속적으로 또는 불연속적으로(배치 방식으로) 수행될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "분리하는"이라는 용어는 특히, 하나의 성분이 매체, 예를 들어 이금속 및 금속염-함유 매체의 이금속(염)으로부터 분리되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 금속염-함유 매체를 얻기 위해, 이금속 및 금속염-함유 매체로부터 이금속이 분리될 수 있다. 바람직하게, 분리는 (양이온) 이온 교환기에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 이온 교환기는 금속염-함유 매체가 이온 교환기를 통과하는 동안 (흡착에 의해) 이금속을 선택적으로 분리하는 선택적 이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 추가 실시형태에서, 분리는 (증발 및) 결정화에 의해 실현될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "투석(dialysis)"이라는 용어는 특히, 용액에서 분자(특히 이온)를 제거하기 위해 농도 기반 막 공정(concentration-driven membrane process)이 사용되는 것을 의미할 수 있다. 일 실시형태에서, 금속염-함유 매체는 제 1 공급물(feed)(투석물(dialysate) 공급물)을 통해 막의 제 1 면에 제공되고, 제 2 공급물(확산물(diffusate) 공급물)을 통해, 추가 매체(예를 들어, 물)가 막의 제 2 면(제 1 번의 반대면)에 제공된다. 막은 반투과성일 수 있고, 음이온(예를 들어, 염화물)은 통과(음이온-막)될 수 있는 반면, 양이온(예를 들어, Cu2+)은 통과될 수 없게 한다. 따라서, 양이온은 투석물로서 금속염-함유 매체에서 농축되는 반면, 음이온은 확산물로서 추가 매체에서 농축된다. 염화물 음이온의 일례에서, 확산물은 높은 산성이 되고, 따라서 "산 투석(acid dialysis)"이라는 용어도 사용될 수 있다.
다음에 설명되는 막 투석의 경우, 각각 동일한 막이 이용되거나 (바람직하게는) 상이한 막이 사용될 수 있다. 음이온-막은 예를 들어 브롬(Br-)으로 기능화될 수 있고, 여기서 캐리어 물질(carrier material)은 예를 들어 PET 또는 PVC일 수 있다. 특정한 경우에, 금속염-함유 용액은 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 산화방지 막이 사용될 수 있고, 이는 예를 들어 PEEK(폴리에테르에테르케톤)를 기반으로 한다.
본 문서의 맥락에서, "재생(regenerating)"이라는 용어는 특히, (선택적) 이온 교환기가 제 1 작동 상태에서 제 2 작동 상태로 이동하는 것을 의미할 수 있다. 특히, 제 1 작동 상태에서, 금속(특히 양이온)은 이온 교환기(및 이온 교환 수지 각각)에 흡착된다. 더욱 특히, 제 2 작동 상태에서, 금속은 실질적으로 탈착된다. 따라서, 제 2 작동 상태에서, 이온 교환기는 다시 담지(load)되도록 작동할 수 있고, 따라서 제 1 작동 상태를 다시 취할 수 있다. 유리하게, 재생은 여러 번 반복될 수 있다. 일례에서, 재생은 재생 매체(regenerating medium), 특히 황산 및/또는 염산과 같은 재생 산(regenerating acid)에 의해 수행된다. 재생할 때, 재생 매체는 흡수된 금속을 탈착시킬 수 있다. 정제 후, 재생 매체는 다시 사용될 수 있다. 추가 예에서, 재생 매체는 정제될 필요가 없고, 따라서 재생 매체의 금속 농도는 이온 교환기를 통한 각각의 (재생) 주기에 따라 증가한다. 이러한 방식으로, 본 문서에서 "재생"은 또한 회수될 금속을 풍부하게 하는 것일 수 있다.
다시 말해서, 일 실시형태에 따르면, 금속 농도는 증가하는 반면, 산 농도는 감소한다. 탈착된 금속 이온을 이미 포함하고 있는 재생 산은, 수득된 산 농도가 너무 낮아 수지에서 금속 이온을 방출할 수 없을 때까지 재사용된다. 이후, 산 농도는 감소하는데, 산의 양성자(H+)가 수지에 지속적으로 남아 있기 때문이다.
본 문서의 맥락에서, "방법-내부적으로(method-internally) 생성된"이라는 용어는 특히, 방법에서 사용되는 매체(예를 들어, 재생 산과 같은 재생 매체)가 동일한 방법 내에서 (실질적으로) 생성(생산)되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 재생 매체는 주기 내에서 이온 교환기를 통해 여러 번 전달될 수 있고(산의 금속 이온과 양성자의 교환을 보장하기에는 산 농도가 너무 낮을 때까지 반복적으로 재활용됨), 따라서 활용된 재생 매체는 헹굼수 처리 방법 내에서 생성된다. 또 다른 일례에서, 방법은 헹굼수 처리뿐만 아니라 (바람직하게는 동일한 산업 시설 내에서의) 회로 보드 및/또는 기판 제조의 추가 공정도 포함할 수 있다. 이 예에서, 또한 부피가 큰 산성 폐기물(예를 들어, 금속 도금 및 회수에서 나오는 전해질)은 재생 매체로서 헹굼수 처리로 전용될 수 있고, 여기서 이들 폐기물은 또한 방법-내부적으로 생성된다. (예를 들어, 산업 시설 내에서의) 하나의 동일한 회로 보드/기판 제조에서 외부적으로 구입되거나 생성된 매체는 "방법-외부적으로 생성된"이라고 할 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "발생하는 잔류물"이라는 용어는 특히, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 공정 단계(예를 들어, 에칭 공정, 도금 공정, 헹굼수 처리)에서 발생하는 폐기물 매체 및 다수의 폐기물 매체(특히 액체 매체)를 의미할 수 있다. 발생하는 잔류물은 예를 들어, 중금속 및/또는 산 잔류물(예를 들어, 구리, 황산구리, 염화구리, 철, 니켈, 금, 염산, 황산)을 포함할 수 있다. 특히, 이러한 잔류물의 처리는 정교하고 비용이 많이들 수 있다. 일 실시형태에서, 발생하는 잔류물은 (처리될 및/또는 처리된) 금속염-함유 매체일 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "유가 물질 순환"이라는 용어는 특히, 다수의 유가 물질(예를 들어, 주성분 및/또는 출발 물질/원료와 같은 제조 방법에 필요한 물질)이 제조 공정(및 산업 시설 각각) 내에서 끊임없이 (및 각각 지속적으로) 재활용되는 것을 의미할 수 있다. 특히, 단일 공정 단계에서 나오는 다수의 유가 물질이 처리 및/또는 회수되어, 단일 공정 단계로 다시 공급된다. 유가 물질은 폐기물 매체의 성분 및 발생하는 잔류물로서 각각 공정 단계를 떠나지만, 공정 내에서 공정-내부적인 공정 후에 피드백될 수 있다. 유가 물질은 예를 들어 구리, 니켈, 금 등과 같은 중금속을 포함할 수 있다. 이들은 금속염-함유 매체 내에서 다양한 공정 단계에서 발생할 수 있다. 발생하는 잔류물은 부분 스트림에 전달될 수 있고(매체의 흐름은 구체적으로 제어될 수 있음) 적어도 부분적으로 공동 처리될 수 있고, 따라서 유가 물질이 회수될 수 있다. 최종적으로 (특히 전체 스트림 처리를 통해) 단일 공정 단계로 피드백되는 부분 스트림으로부터, 분리 스트림이 분리될 수 있으며, 이는 다시 단일 공정 단계로 피드백될 수 있고 및/또는 농축(및 각각 농도 조절)과 같은 공정을 통해 다시 부분 스트림에 공급될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "배출 품질의 매체"라는 용어는 특히, 법적 기준 및 경계값에 따라 폐수 처리장 및/또는 수생 환경으로 전달될 수 있는 (액체) 매체를 의미할 수 있다. 일례에서, 배출 품질의 매체는 회로 보드/기판 제조의 주성분을 (실질적으로) 포함하지 않고 물, (비중금속) 염 및 (아마도) 유기 물질로만 구성된다. 바람직한 실시형태에서, 배출 품질의 매체는 더 이상 중금속을 (실질적으로) 포함하지 않는다. 배출 품질의 매체는 폐수 처리장에서 또는 예를 들어 활성탄 필터로 제거될 수 있는 유기 잔류물을 포함할 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "공정 제어 장치"라는 용어는 특히, 공정 제어를 수행하기에 적합한 각각의 장치(또는 다수의 장치)를 의미할 수 있으며, 여기서 공정은 (적어도 부분적으로) 회로 보드 및/또는 기판 제조에 관한 것이다. 특히, 공정 제어 장치는 (적어도 부분적으로) 각각 유가 물질 순환을 제어하고 조정하도록 구성되며, 여기서 생산의 잔류물은 실질적으로 (중금속 및/또는 산) 폐기물이 발생하지 않도록 피드백된다. 이를 위해, 공정 제어 장치는 특히 데이터베이스(유닛) 및 데이터 모델 유닛을 포함할 수 있으며, 전자는 캡처된 처리 데이터를 저장하고, 후자는 의도한 원하는 공정 데이터를 저장한다. 공정 제어 장치는 다양한 센서 및 측정 장치와 결합되어 이러한 방식으로 다양한 공정 스테이션에서 실제 파라미터를 결정할 수 있다. 또한, 공정 제어 장치는 캡처된 파라미터를 원하는 파라미터와 비교하고, 이를 기반으로 제어 동작을 결정하고 수행하는 계산 장치를 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 공정 제어 장치는 자기 학습 알고리즘(AI)을 포함하고, 이에 의해 공정의 제어 및 조정이 각각 지속적으로 개선될 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "실질적으로"이라는 용어는, 더 이상 허용 가능한 노력으로는 제거될 수 없는, 무시할만한 잔류물과 오염물이 각각 포함될 수 있는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 무시할만한 잔류물과 오염물은 각각 일 실시형태에서 (의도적으로는) 바람직하지 않지만, 더 이상 합리적인 노력으로는 제거될 수 없다. 예를 들어, 배출 품질의 매체에는 중금속이 실질적으로 없을 수 있으며, 이는 각각 무시할만한 잔류물과 오염물(예를 들어, 더 낮은 퍼센트로, 천분의 일당 또는 심지어 ppm 범위)이 존재할 수 있음을 의미할 수 있다. 숙련자는 이러한 잔류물과 오염물이 각각 바람직하지 않음에도 불구하고, 허용 가능한 기술적 노력으로는 분리될 수 없음을 알고 있다.
본 문서의 맥락에서, "(인쇄) 회로 보드"(PCB)라는 용어는 특히, 예를 들어, 압력을 가하고 및/또는 열 에너지를 공급함으로써 다수의 전기 전도층 구조와 다수의 전기 절연층 구조를 적층하여 형성되는 실질적으로 플레이트 형태의 부품 캐리어(유연하거나, 단단하거나, 반-연성일 수 있음)를 의미할 수 있다. PCB 기술을 위한 바람직한 재료로서, 전기 전도층 구조는 구리로 제조되는 반면, 전기 절연층 구조는 소위 프리프레그 또는 FR4 재료라고 하는 수지 및/또는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 다양한 전기 전도층 구조는, 예를 들어 레이저 천공 또는 기계적 천공에 의해 라미네이트(laminate)를 통해 관통 구멍을 형성하고, 전기 전도성 재료(특히 구리)로 관통 구멍을 채움으로써, 관통 구멍 연결부로서 비아가 형성되는, 원하는 방식으로 서로 연결될 수 있다. 인쇄 회로 보드에 내장될 수 있는 하나 이상의 부품 외에도, 인쇄 회로 보드는 일반적으로 플레이트 형태의 인쇄 회로 보드의 한쪽 또는 양쪽 대향 표면에 하나 이상의 부품을 수용하도록 구성된다. 이들 부품은 납땜에 의해 해당 주 표면에 연결될 수 있다. 이들 부품도 내장될 수 있다. PCB의 유전체 부분은 강화 구조(예를 들어, 유리 섬유 또는 유리 구체)가 있는 수지를 포함할 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "기판"이라는 용어는 특히, (칩 스케일 패키지(chip scale package, CSP)에서와 같이) 그 위에 장착될 부품(특히 전자 부품)과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 소형 부품 캐리어를 의미할 수 있다. 특히, 기판은 전기 연결 또는 전기 네트워크를 위한 캐리어 또는 인쇄 회로 보드(PCB)와 유사하지만 측면 및/또는 수직으로 배열된 연결의 밀도가 현저히 더 높은 부품 캐리어를 의미할 수 있다. 예를 들어, 측면 연결은 전도성 경로인 반면, 수직 연결은 예를 들어 시추공일 수 있다. 이러한 측면 및/또는 수직 연결은 기판에 배열되며, 특히 IC 칩의 하우징 부품 또는 비-하우징 부품(예를 들어, 다이(die))의 전기적 및/또는 기계적 연결을 인쇄 회로 보드 또는 중간 인쇄 회로 보드에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, "기판"이라는 용어는 또한 "IC 기판"을 포함한다. 기판의 유전체 부분은 강화 입자(예를 들어, 강화 구체, 특히 유리 구체)가 있는 수지를 포함할 수 있다.
기판 또는 인터포저는 적어도 하나의 유리층(실리콘(Si)) 또는 광구조화 가능한(photostructurable) 또는 건식-에칭 가능한(dry-etchable) 유기층으로 구성될 수 있다. 유기물/유기층으로서, 에폭시계 빌드-업 재료(예를 들어 에폭시계 빌드-업 필름(epoxy-based build up film)) 또는 폴리이미드, 폴리벤족사졸(polybenzoxazole) 또는 벤조사이클로부텐-기능화(benzocyclobutene-functionalized) 중합체와 같은 중합체 화합물이 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 부품 캐리어는 라미네이트형(laminate-type) 부품 캐리어이다. 이러한 실시형태에서, 부품 캐리어는 가압력 및/또는 열을 가함으로써 적층되고 서로 연결되는 다층 구조로 형성되는 합성물이다.
일 실시형태에서, 전기 전도층 구조 중 적어도 하나는 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 금, 팔라듐, 마그네슘 및 텅스텐으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함한다. 구리가 일반적으로 선호되지만, 다른 재료 또는 이의 코팅된 형태, 특히 그래핀과 같은 초전도성 재료로 코팅된 형태도 가능하다.
본 문서에서 "중금속"이라는 용어는 특히 500 g/cm3보다 큰(또는 4.5 g/cm3보다 큰) 밀도를 갖는 금속을 의미할 수 있다. 여기에는 예를 들어 구리, 니켈, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 주석, 아연, 철, 납, 크롬, 로듐, 카드뮴 등이 포함된다. 이 정의에 따르면, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등은 예를 들어 중금속이라 하지 않는다.
예시적인 실시형태에 따르면, 본 발명은, 공정 관련 물질(예를 들어, 금속염-함유 매체의 금속)이 전체 스트림에서 회수되도록, 다양한 공정 단계의 폐기물의 부분 스트림이 전체 스트림에 병합된 후 공동 처리되는 경우, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 금속염-함유 폐기물 매체의 비용 효율적이고 생태학적이며 내구성 있는 처리가 (유가 물질 순환 내에서) 효율적이고 강력한 방식으로 가능해진다는 아이디어를 기반으로 할 수 있다.
종래에는, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 (금속염과 산이 풍부한) 폐기물 및 폐기물 농축물은, 비용이 많이 들고 생태학적이 아니며 내구성이 없는 방식으로 처리된다. 폐기물은 다양한 공정 단계, 예를 들어 에칭 공정, 도금 공정, 헹굼 공정에서 발생하고, 각각 개별적으로 정교하게 처리된다. 또한 각각의 폐기물 스트림이 서로 다른 구성을 포함하기 때문에, 이들은 서로 다른 방식으로 배출되어야 한다. 또한, 이들 매체는 일반적으로 산성이 높고, 따라서 특수 폐기물로서 정교하게 처리될 예정이다. 따라서 (재활용에 필수적인) 질적으로 높은 방식으로 회수하는 것은 비용 효율적인 방식으로는 불가능해 보인다.
놀랍게도, 각각의 단일 공정 단계의 폐기물이 (유리하게는 처음에 방법-내부적으로 처리된 다음) 전체 스트림에 결합되는 경우, 금속염-함유 폐기물 매체로부터 (특히 원소 금속의) 경제적인 회수가 가능하다는 것을 발견했다. 다양한 조성에도 불구하고, 놀랍게도 공동 처리가 가능하다는 것이 밝혀졌다. 이에 따라, 중앙 수거 장소가 하나의 동일한 제조 공정 내에 제공될 수 있으며, 여기서 부분 스트림(다양한 공정 단계에서 나오는 폐기물)이 결합된다. 공동 처리한 후 비용과 노력이 절약될 수 있으며, 회수된 재료를 다른 공정 단계로 피드백할 수 있다. 예를 들어, 원소 구리는 도금 공정에 직접 공급될 수 있는 반면, 분리된 산은 에칭 공정에 공급될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 회수는 연속적으로 수행될 수 있고, 따라서 다양한 공정 단계에서 발생하는 폐기물이 영구적으로 처리될 수 있고, 재활용재가 단일 공정 단계에 직접 제공될 수 있다. 유리하게, 부분 스트림의 전달 및 처리는 높은 산 농도가 방해되지 않도록 수행되지만, 산 자체는 유가 물질 순환에서 처리 공정의 일부로 유지되고 분리 스트림 내에 피드백된다(예를 들어, 헹굼수 처리를 통해 또는 산 공정으로 직접).
회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체는 종래에는 (특히 고농도의 이금속 및 산으로 인해) 정교하게 폐기되어야 할 폐기물로 간주되었지만, 이제는 하나의 동일한 생산 공정 내에서 금속과 산을 경제적이고 효율적으로 피드백할 수 있다는 점에서 완전히 대조적으로 설명된다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 부분 스트림은, 제 1 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 처리된 제 1 금속염-함유 매체를 포함한다. 특히, 처리된 금속염-함유 매체에는 처리될 금속염이 (실질적으로) 없다. 이는 높은 산 함량을 포함하는 공정으로 인해 에칭 공정에서 나오는 폐기물 매체가 전체 스트림 내에서 효율적이고 안전하게 처리될 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 염화물은 원치 않는 부작용 없이 안전하게 처리될 수 있는 금속 황산염(또는 금속 질산염 또는 금속 인산염)으로 전환될 수 있다.
예시적인 예에 따르면, (처리될 금속염으로서) 염화구리 형태의 구리와 산으로서의 염산은 처리될 매체로서 에칭 공정에서 발생한다. 높은 함량의 염화물 이온은 회수하는 동안, 예를 들어 전기분해 동안, 염소 가스의 제어 불가능한 형성을 촉진한다. 또한, 염화물 이온은 전기분해 전극에서 공동 증착될 수 있고, 이로 인해 증착된 구리의 순도가 부정적인 영향을 받는다.
추가 실시형태에 따르면, 처리된 제 1 금속염-함유 매체는, 막 투석에 의해 그리고 화학 반응(특히 염 복분해)을 수행하여 산을 다단계(특히 정확히 2 단계) 제거함으로써, 처리될 금속염(특히 염화구리) 및 산을 포함하는 처리될 매체로부터 수득된다. 특히, 염 복분해는 추가 산을 첨가함으로써, 처리될 금속염을 금속염으로 전환시키는 단계를 포함한다. 더욱 특히, 추가 산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 아질산(HNO3), 인산(H3PO4)으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함한다. 이는 다수의 처리될 금속염이 공정-내부적으로 유연한 방식으로 원하는 금속염으로 전환될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
염 복분해에서, 산(특히 염산)은 현재 존재하는 금속염-함유 매체에서 생성된다. 예시적인 실시형태에서, 에칭 공정에서 나오는 (처리될 금속염으로서) 염화구리 및 (추가 산으로서) 아질산은 황산구리(금속염) 및 염산에 반응한다. 염산 및 화학 반응의 적어도 일부를 제거하는 단계는 모두 추가 막 투석에 의해 수행된다. 일 실시형태에 따르면, (금속염-함유 매체의) 금속염 및 (처리될 매체의) 처리될 금속염은 구리, 니켈, 코발트, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 처리될 금속염은 금속 염화물(특히 염화구리, CuCl2)을 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 금속염은 금속 황산염(특히 황산구리, CuSO4)를 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 산은 염산(HCl)을 포함한다.
추가 실시형태에 따르면, 화학 반응은 발열 반응이고, 방법은, 액체 매체(특히 공급 용기 또는 전기분해 탱크 내의 액체 매체)가 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 가열되도록, (적어도 일부의) 반응 열을 소산시키는 단계를 더 포함한다. 이는 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에 필요한 에너지가 직접 공정-내부적으로 생산되고 제공될 수 있다는 이점을 제공할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기한 (특히 염화구리에서 황산구리로의) 화학 반응은 발열성이 높고, 따라서 이에 의해 생성된 폐열이 에너지원으로서 추가적으로 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 예시적인 예에서, 이러한 방식으로 하루에 800 kW가 화학 (발열) 반응에 의해 제공될 수 있다. 이 에너지는 다시 하나의 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에서 (예를 들어, 공급 용기 또는 반응 셀의 전기분해 탱크 내의) 액체 매체를 데우거나 가열하기 위해 직접 이용(각각 소산 및 전용)될 수 있다. 놀랍게도, 발열성의 공정-내부적인 반응이 효율적인 에너지원으로서 사용될 수 있기 때문에 유가 물질 순환에 더 적은 에너지가 공급되어야 한다는 것도 밝혀졌다.
추가 실시형태에 따르면, 제 2 부분 스트림은, 제 2 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 처리된 제 2 금속염-함유 매체를 포함한다. 특히, 처리된 금속염-함유 매체에는 이금속이 (실질적으로) 없다. 더욱 특히, 이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함한다. 이는 공정으로 인해 높은 함량의 산 및 이금속을 포함하는, 도금 공정에서 나오는 폐기물 매체가 전체 스트림에서 효율적이고 안전하게 처리될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
특히, 철과 같은 이금속은 고품질 전기분해를 크게 방해한다. 해당 공정에 의해, 이 문제를 극복할 수 있다. 또한, 처음에는 방해가 되는 것으로 간주되는, 분리된 형태의 금속은 다시 흥미로운 원료가 될 수 있다. 따라서 도금 공정에서 나오는 폐수(및 전체 스트림)는 경제적으로 중요한 금속의 원료 저장고로 다시 기능화될 수 있다. 일 실시형태에서, 이금속은 (적어도 부분적으로) 이금속염으로 존재한다.
추가 실시형태에 따르면, 처리된 제 2 금속염-함유 매체는 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 이금속, 특히 철을 분리함으로써, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 수득된다. 특히 이온 교환기는 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화(double-functionalized) 이온 교환 수지를 포함한다. 이는 특히 효과적이고 선택적인 분리가 가능해진다는 이점을 가질 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "이온 교환기"라는 용어는 특히, 용해된 이온이 동일한 전하(양 또는 음)의 다른 이온으로 대체될 수 있는 물질(및 장치 각각)을 포함할 수 있다. 이온 교환기는 예를 들어 이온 교환 물질로 채워진 컬럼으로서 또는 용액이 흐르는 막으로서 실현될 수 있다. 교환될 이온은 이온 교환 물질에서 각각 결합되고 흡착된다. 일례에서, 이온 교환기는 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함한다.
일 실시형태에서, 이온 교환기의 이온 교환 수지의 캐리어 물질은 폴리스티렌을 포함한다. 특히, 이는 두 개의 작용기(이중-기능화 이온 교환 수지), 예를 들어 i) 포스폰산 잔류물, 및 ii) 술폰산 잔류물을 포함한다. 제 1 산 그룹은 제 2 산 그룹보다 더 높은 pKs 값을 포함한다. 더 높은 pKs 값을 갖는 산은 더 약한 산이고, 더 낮은 pKs 값을 갖는 산(강산)보다 열분해를 덜 겪는다. 이에 따라, 재생하는 동안, 이금속은 수지에 의해 쉽게 탈착될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 두 개의 작용기를 갖는 특수 이온 교환 수지를 정확하게 사용하면, 이금속(특히 철)의 (효율적인) 탈착이 가능하다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다. 이는 (특히 단일-기능화) 이온 교환 수지가 부분적으로 이금속을 비가역적으로 흡착하는 경향이 있기 때문에 특히 주목할 만하다. Fe3+의 경우, 일반적으로 비가역적 흡착이 관찰되었다.
예시적인 예에서, 이온 교환기는 두 개의 스테이지로 구성된다. 하류에 배치된 (제 2) 이온 교환기는 상류에 배치된 (담지될) 이온 교환기의 금속 잔류물을 흡수한다. 제 1 이온 교환기가 증가된 금속 잔류물을 포함하는 경우, 이는 재생될 수 있고 이후 하류에 배치된 (제 2) 위치로 전환될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 이금속- 및 금속염-함유 매체는 강산성 매체다. 특히, pH 값은 3 미만, 특히 2 미만, 더욱 특히 1 미만이다. 추가 실시형태에 따르면, 이금속- 및 금속염-함유 매체는 황산(H2SO4)을 포함한다. 특히, 농도는 50 g/L보다 크고, 더욱 특히 150 g/L보다 크다. 또한 특히, 농도는 100 내지 200 g/L의 범위이다. 추가 실시형태에 따르면, 금속염은 금속 황산염(특히 황산구리, CuSO4)를 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 처리는 이금속- 및 금속염-함유 매체의 이금속을 산화시키는 단계(특히 철의 경우 Fe2+에서 Fe3+로)를 포함한다.
추가 실시형태에 따르면, 제 3 부분 스트림은, 제 3 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 처리된 제 3 금속염-함유 매체를 포함한다. 특히, 처리된 금속염-함유 매체내의 금속염은 헹굼수에 비해 풍부하다. 이는 헹굼수에서의 실제로 무시할 정도로 낮은 농도에도 불구하고 유가 물질의 효율적인 재활용이 가능해진다는 이점을 가질 수 있다.
예를 들어, 헹굼수(및 잔류수(residual water) 각각)는, 농도가 너무 낮거나 오염이 너무 크기 때문에, 적절한 방식으로 금속 원료 공급원으로 이용될 수 없다. 처리될 헹굼수 매체는 회로 보드 제조 공정의 다수의 헹굼수를 혼합함으로써 수득될 수 있다. 예를 들어, 헹굼수는 에칭 공정(확산물로서), 도금(전기분해 잔류물로서) 또는 금속 회수와 같은 다양한 공정 단계에서 유래할 수 있다. 헹굼수는 분리 스트림을 통해 단일 처리 공정에 공급될 수 있다. 헹굼수는 산성(특히 강산성) 매체일 수 있다. 또한, 헹굼수는 (낮은) 농도의 금속염을 포함할 수 있다. 특히, 금속염은 유리한 방식으로 처리하는 동안 농축될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 재생 매체는 황산(H2SO4)을 포함한다. 특히, 황산은 도금 공정 및/또는 전기분해에 의한 회수와 같은 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에서 유래한다. 추가 실시형태에 따르면, 재생 매체는 높은 산 농도, 특히 (예를 들어, 황산의) ≥ 200 g/L, 더욱 특히 ≥ 300 g/L, 더욱 특히 ≥ 400 g/L, 더욱 특히 ≥ 500 g/L의 농도를 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 금속은 구리, 니켈, 코발트, 팔라듐, 로듐, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 철, 금, 은으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함한다. 추가 실시형태에 따르면, 금속은 금속염(특히 금속 황산염, 더욱 특히 황산구리)으로 존재한다.
추가 실시형태에 따르면, 처리된 제 3 금속염-함유 매체는 (예를 들어, 상기한 바와 같은) 이온 교환기를 사용하여, 처리될 매체로부터 수득된다. 이는 특히 효율적인 금속 농축이 가능해지는 동시에, (특히 배출 품질의) 중금속이 (실질적으로) 없는 폐수가 수득되는 이점을 가질 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 이온 교환기를 재생하는 단계는, 금속이 재생 매체에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물(regenerate)이 제공되도록, 재생 매체를 이온 교환기를 통해 흐르게(스트리밍(streaming)) 함으로써 수행된다. 특히, 재생 매체는 (적어도 부분적으로) 방법-내부적으로 생성된다.
이러한 방식으로, 이온 교환기를 통해 (실질적으로) 하나의 동일한 재생 매체를 반복적으로 통과시켜, 재생 매체 내의 중금속의 (선택적) 농축을 달성하는 것이 가능해진다. 이로 인해 두 개의 특별한 이점이 또한 발생한다: i) 배출 품질의 (실질적으로) 중금속 및 산성 성분이 없는 매체가 공정을 떠나도록 헹굼수가 정제될 수 있고, 동시에 ii) 중금속 분리 공정을 통해, 하나의 동일한 재생 매체가 중금속 측면에서 반복적으로 (선택적으로) 농축되고, 이로써 (고도로) 농축된 (금속염 함유) 매체가 수득되고, (예를 들어, 전기분해에 의한) 금속의 경제적 회수가 가능해진다. 이러한 모든 단계는 하나의 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에서 수행될 수 있다(따라서 폐쇄된 유가 물질 순환을 제공한다). 종래의 재생 기술에 비해, 액체 매체가 거의 발생하지 않으며, 원칙적으로 재생물에서 더 이상 물을 제거할 필요가 없다.
추가 실시형태에 따르면, 이온 교환기의 재생물은 이온 교환기에서 하나 이상의 재생 단계를 위해 사용된다. 특히, 재생물 내의 금속 농도는 각각의 재생 단계에 따라 증가하는 반면, 산 농도는 감소한다. 이는 재료가 절약될 수 있는 동시에, 재생물의 농축이 발생하고 폐기물이 감소한다는 이점을 가질 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 처리는 연속적으로 수행된다. 이는 처리될 매체의 연속적인 농축이 발생하고, 이온 교환기가 특히 효율적으로 재생될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 방법은 제 3 부분 스트림 없이 제 1 부분 스트림과 제 2 부분 스트림을 결합시키는 단계를 포함한다. 이는 (고도로) 농축된 매체만이 공동 처리되고, 따라서 더 높은 수율과 효율성을 달성할 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 방법은 제 1 부분 스트림 없이 제 2 부분 스트림과 제 3 부분 스트림을 결합시키는 단계를 포함한다. 이는 안전하고 효율적인 처리가 가능해진다는 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 부분 스트림에서의 처리될 금속염(특히 금속 염화물) 농도가 (처리에도 불구하고) 여전히 매우 높고, 따라서 효율적이고 안전한 회수가 불가능할 수 있다. 이 경우, 제 1 부분 스트림은 별도로 처리될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 방법은 세 개의 모든 부분 스트림을 결합시키는 단계를 포함한다. 이는 모든 부분 스트림을 특히 효율적으로 공동 처리할 수 있다는 장점이 있다.
추가 실시형태에 따르면, 전체 스트림(및 또한 각각 부분 스트림 중 하나)를 처리(및 각각 조성을 조절)하는 단계는 다음 특징 중 적어도 하나를 포함한다:
i) 필터, 바람직하게는 활성탄 필터에 의해 (전체 스트림의) 금속염-함유 매체(전해질)로부터 유기 성분을 여과하는 특징.
ii) 이온 교환기에 의해 (전체 스트림의) 금속염-함유 매체(전해질)로부터 (산화된) 이금속(특히 철)을 분리하는 특징. 이는 금속염-함유 매체가 전해질로서 정제되는 반면, 이금속은 다른 공정 단계를 위한 원료로서 수득되는 이점을 가질 수 있다.
iii) (전체 스트림의) 금속염-함유 매체(전해질)로부터 산(특히 황산)을 분리하는 특징. 이는 선택적으로 조절(재조절)을 가능하게 하며, 분리된 물질은 적어도 부분적으로 방법-내부적으로 재사용된다. 추가 실시형태에 따르면, 산을 분리하는 단계는, 금속염을 포함하는 투석물 및 산을 포함하는 확산물을 수득하기 위해 막 투석(및 산 투석 각각)을 수행하는 단계를 포함한다. 한편으로, 이는 과량의 산이 전해질에서 (연속적으로) 제거되는 동시에, 분리된 산이 분리 스트림으로서 다양한 공정 단계로 피드백될 수 있다는 이점을 제공할 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 전체 스트림을 처리하는 단계는 (특히 전기분해에 의해) 반응 셀에서 전체 스트림의 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 단계를 포함한다. 금속염-함유 매체의 원소 금속(예를 들어, 구리)은 반응 셀에서 (고)순도 형태로 회수되어, 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 공정에 다시 공급되어야 한다. 특히, 수득된 원소 금속은 도금 공정에 피드백된다.
본 문서의 맥락에서, "반응 셀"이라는 용어는 특히 금속염-함유 매체로부터 금속염의 금속을 원소 및 고순도 형태로 회수할 수 있는 임의의 반응기를 의미할 수 있다. "회수"라는 용어는 특히 (재사용을 위한) 금속염-함유 매체로부터 원소 금속이 각각 분리되고 유리되는 것을 의미할 수 있다. 반응 셀의 예는 전기분해 셀일 수 있다. 일례에서, 회수는 일련의 전해조로 실현될 수 있다. 회수는 연속적으로 또는 불연속적으로 (배치 방식으로) 수행될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 방법은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 처리 공정에서 나오는 공정 잔류물을 포함하는 적어도 하나의 분리 스트림을 제공하는 단계로서, 여기서 적어도 하나의 분리 스트림은 낮은 농도(특히 제 3 부분 스트림 내의 금속염의 농도보다 낮음)의 금속염을 포함하는, 단계 및 적어도 하나의 분리 스트림 및 제 3 부분 스트림을 결합시키는 단계를 포함한다. 이는 무시할 정도로 낮은 농도의 금속염을 갖는 부분 스트림도 효율적으로 피드백 및/또는 처리될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
본 문서의 맥락에서, "분리 스트림"이라는 용어는 특히 또 다른 부분 스트림(및 이의 처리 공정 각각)으로부터 분리된 부분 스트림을 의미할 수 있다. 예를 들어, 에칭 공정에서 나오는 부분 스트림은 산 투석에 의해 처리될 수 있다. (산은 풍부하지만 금속염은 부족한) 확산물은 분리 스트림으로서 분리되어 추가 공정 단계 또는 처리 단계(예를 들어, 헹굼수 처리)에 공급될 수 있다. 또 다른 예에서, 이온 교환기의 재생물은 (예를 들어, 도금 공정에서 나오는 매체를 처리하기 위해) 분리 스트림으로서 분리될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 제 1 분리 스트림은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 1 처리 공정에서 유래한다. 특히, 이는 제 1 산-함유 확산물(acid-containing diffusate)을 포함한다. 이는 (다른 공정의 추가 분리 스트림과 함께) 매우 낮은 농도의 금속염만을 포함하는 (처리를 위한 막 투석 단계 이후의) 산성 확산물이 중앙 처리(예를 들어, 헹굼수)에 공급된다는 이점을 가질 수 있다. 산은 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에서 재사용될 수 있지만, 금속염은 (예를 들어, 헹굼수 처리를 통해) 농축되어 다시 회수될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 산은 상기한 바와 같이 헹굼수로 전달될 수 있다. 대안으로, 산은 또한 에칭 공정으로 다시 전달될 수 있다. 세 번째 가능성은 FeCl3 생산을 위한 재생 산으로서 산을 사용하는 것이다.
추가 실시형태에 따르면, 제 2 분리 스트림은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 2 처리 공정에서 유래한다. 특히, 이는 제 2 산-함유 확산물을 포함한다. 이는 여전히 소량의 금속염을 포함하는 산-함유 확산물이 동일한 제조 공정에서 재사용될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
이온 교환기에서 도금 공정에서 나오는 일부 스트림을 처리한 후, 이금속-함유 산성 용액(이온 교환기를 재생하기 위해 사용됨)이 수득될 수 있다. 이는 산 투석에 의해 정제될 수 있으며, 산-함유 확산물이 제공된다. 한편으로, 산-함유 확산물은 금속염을 풍부하게 하고 금속염-함유 매체를 제공하기 위해 (예를 들어 헹굼수 처리의 관점에서) 처리될 수 있다. 다른 한편으로, 산-함유 확산물은 산을 필요로 하는 공정 단계(예를 들어, 에칭 공정)에 산을 제공하기 위해 분리 스트림으로서 사용될 수 있다. 또한, 산-함유 확산물은 (예를 들어, 산 투석에서) 정제될 수 있고, 이후 (특히 이온 교환기에 대해) 재생 산으로서 여러 번 사용될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 제 3 분리 스트림은 전체 스트림의 처리 공정에서 유래한다. 특히, 이는 제 3 산-함유 확산물을 포함한다. 이는 특히 전체 스트림의 폐기물이 유가 물질 순환에서 피드백될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 산은 전체 스트림으로부터 분리된다. 산을 분리하는 단계는 금속염을 포함하는 투석물 및 산을 포함하는 확산물을 수득하기 위해 막 투석(및 산 투석 각각)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 한편으로, 이는 과량의 산이 전해질에서 (연속적으로) 제거되는 동시에, 분리된 산이 분리 스트림으로서 다양한 공정 단계에서 피드백될 수 있다는 이점을 제공할 수 있다. 산-함유 확산물은 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수를 처리하기 위한 방법에 제 3 분리 스트림으로서 제공될 수 있다. 이는 산-확산물 내의 낮은 농도의 금속염이 효율적인 공정에 의해 (농축되고) 회수될 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 방법은 i) 전체 분리 스트림에 적어도 두 개(특히 세 개)의 분리 스트림을 결합시키는 단계, 및 ii) 금속염-함유 매체가 농축되는 제 3 처리 공정에서 전체 분리 스트림을 처리하는 단계를 포함한다. 이는 헹굼수 처리가 다수의 다양한 공정 단계와 결합될 수 있고 분리 스트림을 위한 효율적인 (직접 및 중앙) 처리 장치로서 작용할 수 있다는 이점을 가질 수 있다.
예를 들어, 처리될 매체(및 헹굼수 각각)는 회로 보드 및/또는 기판 제조를 위해 다음으로 이루어진 군 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다: i) (추가) 헹굼수 및/또는 또는 잔류수, ii) 제 1 분리 스트림에 의해 제공되는, 에칭 공정의 잔류물을 처리하기 위한 방법에서 나오는 확산물, iii) 제 2 분리 스트림에 의해 제공되는, 도금 공정의 잔류물을 처리하기 위한 방법에서 나오는 확산물, iv) 제 3 분리 스트림에 의해 제공되는, 처리된 잔류물을 회수하기 위한 방법에서 나오는 확산물로 구성된다.
이하에서, 본 발명의 예시적인 실시형태가 다음 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서의 부분 스트림의 개요를 도시한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 1 처리 공정을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 2 처리 공정을 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수로 형성된 금속염-함유 매체의 제 3 처리 공정을 도시한다.
도 11 내지 도 15는 각각 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체로부터의 원소 금속의 회수를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서의 처리 공정 및 회수의 개요를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 상기한 방법(및 산업 시설 각각)의 적어도 일부를 조정하기 위한 공정 제어 장치를 도시한다.
다른 도면에서 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 제공된다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서의 부분 스트림의 개요를 도시한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 1 처리 공정을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 2 처리 공정을 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수로 형성된 금속염-함유 매체의 제 3 처리 공정을 도시한다.
도 11 내지 도 15는 각각 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체로부터의 원소 금속의 회수를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서의 처리 공정 및 회수의 개요를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 상기한 방법(및 산업 시설 각각)의 적어도 일부를 조정하기 위한 공정 제어 장치를 도시한다.
다른 도면에서 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조, 예를 들어, 산업 시설(60)에서의 스트림(1 내지 7)의 개요를 도시하고 있다. 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 방법은, 발생하는 공정 잔류물(11, 21, 31)이 세 개의 주요 부분 스트림(1, 2, 3) (및 특히 적어도 부분적으로 전체 스트림으로서) 및 (특히 산 잔류물을 포함하는) 세 개의 주요 분리 스트림(5, 6, 7) 내에서 유가 물질 순환으로 전달되고 피드백(및 각각 재활용)되도록, 그리고 제조 방법의 (도시된) 작동 상태에서 (실질적으로) 배출 품질의 매체(350)만이 폐기물로서 발생하도록 작동한다. 다시 말해서, 배출 품질의 매체(350)는 더 이상 회로 보드/기판 제조의 주성분을 포함하지 않고 (특히 중금속을 포함하지 않고), 물, 염 및 유기 물질로만 구성된다. (도시된) 작동 상태에서, (실질적으로) 물(352)과 에너지만 제조 방법에 공급되어야 한다(발생하는 산 잔류물도 (실질적으로) 유가 물질 순환으로 피드백된다). 따라서, 실질적으로 이러한 주성분(특히 구리와 같은 중금속)만이 제조 방법에 공급되고, 완성된 인쇄 회로 보드 및/또는 기판의 성분으로서 제조 방법을 떠난다. 원칙적으로, 상기한 유가 물질 순환에서, 중금속 잔류물(예를 들어, 구리 잔류물)의 95% 이상, 특히 98% 이상이 피드백될 수 있다. 유가 물질 순환의 예시적인 예에서, 분리된 염산의 적어도 80%(특히 적어도 85%, 더욱 특히 적어도 90%)가 피드백되고, 필요한 황산의 적어도 70%(특히 적어도 75%, 더욱 특히 적어도 80%)가 방법-내부적으로 생산된다. 따라서 주성분이 제조 공정에 (실질적으로) 추가되지 않고, 폐기물로서 제조 방법을 떠난다. 사실상 원칙적으로 이러한 폐기물은 (실질적으로) 발생하지 않는다.
발생하는 잔류물(11, 21, 31) 및 폐기물 농축물은 각각 처리될 금속염-함유 매체라 할 수 있으며, 예시적인 실시형태에서 특히 구리, 황산구리, 염화구리, 철, 니켈, 금, 염산, 황산을 포함할 수 있다. 처리될 금속염-함유 매체(11, 21, 31)는 해당 처리 공정(100, 200, 300)에서 각각 처리된 후, 처리된 금속염-함유 매체(10, 20, 30)를 각각 포함하는 부분 스트림(1, 2, 3)으로서 회수 공정(400)에 공급된다. 처리한 후, 회수된 원소 금속(50)은 최종적으로 다시 제조 공정에 공급된다(화살표(52 및 54)). 이하에서는, 유가 물질 순환에서 부분 스트림(1 내지 7)의 주요 개요가 제공된다. 또한, 단일 공정에 대한 자세한 설명은 다음과 같다.
제 1 부분 스트림(1)은, 제 1 처리 공정(100)에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 처리된 제 1 금속염-함유 매체(10)를 포함하고, (처리될 금속염을 실질적으로 포함하지 않는) 처리된 제 1 금속염-함유 매체(10)는 에칭 공정(150)에서 나오는 처리될 매체(11)로부터 수득된다. 처리될 매체(11)는 처리될 금속염(예를 들어, 염화구리) 및 산을 포함한다. 처리 공정(100)은 막 투석에 의해 그리고 화학 반응(140)을 수행함으로써 산을 다단계 제거하는 단계(110, 120)를 포함한다. 막 투석에서, 제 1 산-함유 확산물(116)이 발생한다. 에칭 공정(150)에 추가 산-함유 확산물(126)이 직접 제공될 수 있다.
제 2 부분 스트림(2)은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정(250)에서 나오는 처리된 제 2 금속염-함유 매체(20)를 포함한다. (실질적으로 철을 포함하지 않음) 처리된 제 2 금속염-함유 매체(20)는 도금 공정(250)에서 나오는 철- 및 금속염-함유 매체(21)로부터 수득된다. 처리 공정(200)은 이온 교환기(220)에 의해 철- 및 금속염-함유 매체로부터 철을 분리하는 단계를 포함한다. 매체(21). 이온 교환기(220)를 재생하는 단계(222)에서, 제 2 산-함유 확산물(236)이 발생한다.
제 3 부분 스트림(3)은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수(32) 및 헹굼수 혼합물(31)에서 나오는 처리된 제 3 금속염-함유 매체(30)를 포함한다. 처리된 제 3 금속염-함유 매체(30)는 이온 교환기(320)를 사용하여 제 3 처리 공정(300)에서 수득되며, 처리된 금속염-함유 매체(30)내의 금속염은 헹굼수(32)에 비해 풍부하다.
부분 스트림(1, 2, 3)은 전체 스트림(4)에 (적어도 부분적으로) 병합(단계(405) 참조)될 수 있거나 개별적으로 처리될 수도 있다. 처리 공정(400)은 (전기분해) 반응 셀(450)에서 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)(예를 들어, 원소 구리)을 회수하는 단계(400)를 포함한다.
전해질로서 금속염-함유 매체(40)의 조성을 (연속적으로) 조절하는 단계는 막 투석에 의해 산(440)을 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 제 3 산-함유 확산물(446)이 발생한다. 대안으로, 확산물(446)은 헹굼수를 처리하기 위한 이온 교환기(320)의 재생을 위해 사용될 수 있다. 금속(특히 구리)도 유가 물질 순환에 남아 있고, 따라서 금속염-함유 매체에서 거의 완전히 제거될 수 있다. 이는 막 투석에 의한 추가 처리 단계가 절약될 수 있다는 이점을 갖는다. 수득된 고순도 금속(50)은 에칭 공정(화살표(52) 참조)으로 다시 피드백되고 및/또는 도금 공정(250)(화살표(54) 참조)으로 피드백되기에 적합하다.
제 1 분리 스트림(5)은 제 1 처리 공정(100)에서 유래하고 제 1 산-함유 확산물(136)을 포함한다. 제 2 분리 스트림(6)은 제 2 처리 공정(200)에서 유래하고 제 2 산-함유 확산물(236)을 포함한다. 제 3 분리 스트림(7)은 전체 스트림(4)의 처리 공정(410)에서 유래하고 제 3 산-함유 확산물(446)을 포함한다. 분리 스트림(5, 6, 7)은 각각 저농도의 금속염(예를 들어, 황산구리)을 제 3 부분 스트림(3)내의 금속염 농도보다 낮은 농도로 포함한다. 분리 스트림(5, 6, 7)은 헹굼수의 혼합물(전체 분리 스트림)인 처리될 매체(31)에 각각 (적어도 부분적으로) 결합된다(단계(305) 참조). 또한 제조 방법의 추가 헹굼수(32)가 여기에 도입될 수 있다. 처리될 매체(31)는 제 3 처리 공정(300)에 의해 상기한 바와 같이 처리되어, 회수 공정(400) 동안 농도를 현저히 증가시킨다.
도 2는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조, 예를 들어, 산업 시설(60)에서의 부분 스트림의 개요를 도시하고 있다. 유가 물질 순환은 또 다른 예시 방식으로 도 1에 대해 상기한 것과 일치한다. 회수 공정(400)은 전해질(및 금속염-함유 매체 각각)(40)의 조성을 (연속적으로) 조절하는 단계를 포함한다는 것이 더 도시되어 있다. 따라서, 반응 셀(450)에서 나오는 전해질은, 이금속(420)을 분리하고 (산 농도가 너무 높은 경우) 산(440)을 분리함으로써, 유기 필터(412)에 의해 (연속적으로) 처리된다.
도 3은 도 1 및 도 2에 대해 이미 설명된 인쇄 회로 보드 및/또는 기판을 제조하는 예시적인 실시형태를 도시하고 있다. 이 특정 실시형태에서, 처리될 금속염은 염화구리를 포함하고 금속염은 황산구리를 포함한다. 도 1 및 도 2에 대해 설명된 공정과의 차이점은 제 1 부분 스트림(1)이 제 1 회수 공정(401)에 공급되고("염화구리 전기분해"라는 용어는 출발 물질과 관련이 있으며 실제로 황산구리 전기분해가 발생함), 제 2 부분 스트림(2)과 제 3 부분 스트림(3)으로 구성된 전체 스트림(4)은 제 2 회수 공정(402)에 공급된다는 점에 있다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 제 1 금속염-함유 매체(10)를 제공하기 위한 제 1 처리 공정(100)을 도시하고 있다. 제 1 처리 공정(100)은 에칭 공정(150)에서 나오는 처리될 매체(11)를 처리하기 위한 방법을 포함하며, 여기서 처리될 매체(11)는 제 1 금속염-함유 매체(10)를 제공하기 위해, 처리될 금속염 및 산(15)을 포함한다. 공정 방향은 화살표(P)로 표시되어 있다.
다음의 실시형태에서, 주로 구리가 예시적인 예로서 사용된다. 그러나 니켈, 코발트, 로듐, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 은, 금과 같은 추가 금속에 대해서도 동일하다. 이들은 산(예를 들어, 염산, 황산, 아질산, 인산)으로 금속염을 형성할 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 에칭 공정(150)에서 나오는, 처리될 매체(11)인 구리는 (처리될 금속염으로서) 염화구리의 형태로 발생하고, 염산은 산(15)으로서 발생한다. 높은 함량의 염화물 이온은 회수하는 동안, 예를 들어 전기분해 동안, 염소 가스의 제어 불가능한 형성을 촉진한다. 또한, 염화물 이온은 전기분해 전극에서 공동 증착될 수 있고, 이는 증착된 구리의 순도에 부정적인 영향을 미친다. 따라서, 제 1 처리 공정(100)에서, 염화구리는 황산구리로 전환되는 반면, 유리 산(15)은 분리된다.
원칙적으로, 제 1 처리 공정(100)은 두 개의 방법 단계, 즉 i) 농축되고 실질적으로 산성 성분이 없는 처리될 매체(141)를 제공하기 위해, 막 투석에 의해, 처리될 산-함유 매체(11)에서 산(15)을 다단계 제거하는 단계(110, 120), 및 이후 농축되고 실질적으로 산성 성분이 없는 처리될 매체(141)로부터 금속염-함유 매체를 생성하기 위한 화학 반응(140)을 수행하는 단계를 포함한다.
(특히 염화구리에서 황산구리로의) 화학 반응(140)은 발열성이 높고, 따라서 이에 의해 생성된 폐열이 에너지원으로 추가적으로 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 예시적인 예에서, 이러한 방식으로 하루에 800 kW가 화학 (발열) 반응에 의해 제공될 수 있다. 이 에너지는 다시 하나의 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조 공정에서 (예를 들어, 공급 용기(310, 410) 또는 반응 셀(450)의 전기분해 탱크 내의) 액체 매체를 데우거나 가열하기 위해 직접 이용(각각 소산 및 전용)될 수 있다. 놀랍게도, 발열성의 공정-내부적인 반응이 효율적인 에너지원으로서 사용될 수 있기 때문에 유가 물질 순환에 더 적은 에너지가 공급되어야 한다는 것도 밝혀졌다.
염화구리에서 황산구리로의 반응 이외에도, 예를 들어 (각각 해당 산과 함께) 다음과 같은 염 복분해 반응이 발생할 수 있다.
NiCl2 + H2SO4 ↔ NiSO4 + 2 HCl
NiCl2 + 2 HNO3 ↔ Ni(NO3)2 + 2 HCl
CoCl2 + H2SO4 ↔ CoSO4 + 2 HCl
CoCl2 + 2 HNO3 ↔ Co(NO3)2 + 2 HCl
3 CoCl2 + 2 H3PO4 ↔ Co3(PO4)2 + 6 HCl
SnCl2 + H2SO4 ↔ SnSO4 + 2 HCl
SnCl2 + 2 HNO3 ↔ Sn(NO3)2 + 2 HCl
CdCl2 + H2SO4 ↔ CdSO4 + 2 HCl
CdCl2 + 2 HNO3 ↔ Cd(NO3)2 + 2 HCl
3 CdCl2 + 2 H3PO4 ↔ Cd3(PO4)2 +6 HCl
MgCl2 + H2SO4 ↔ MgSO4 + 2 HCl
MgCl2 + 2 HNO3 ↔ Mg(NO3)2 + 2 HCl
3 MgCl2 + 2 H3PO4 ↔ Mg3(PO4)2 + 6 HCl
2 NaCl + H2SO4 ↔ Na2SO4 + 2 HCl
NaCl + HNO3 ↔ NaNO3 + HCl
3 NaCl + H3PO4 ↔ Na3PO4 + 3 HCl
이중 화살표는 평형 반응을 나타낸다. 원칙적으로, 예를 들어 다음과 같이, 생성물 측에서 시작하여 HCl로 염 복분해하는 것이 가능하다:
NiSO4 + 2 HCl ↔ NiCl2 + H2SO4
생성 중에 산이 제거되면, 평형은 생성물 측으로 이동될 수 있고, 따라서 예를 들어 다음과 같이 이중 화살표가 화살표로 변환된다:
NiSO4 + 2 HCl → NiCl2 + H2SO4 (NiSO4가 연속적으로 제거될 때)
처리될 금속염-함유 매체(11)는 에칭 공정(150)의 오버플로우 용기(151)에 수집되어 투석물(11)으로서 제 1 막 투석(110)에 공급된다. 또한, 제 1 확산물 공급물(113)을 통해 막 투석(110)에 탈염수가 공급된다.
막(112)은 예를 들어 권취 막(wound membrane) 또는 플레이트 막(plate membrane)을 포함할 수 있다. 막(112)은 반투과성이고, 음이온(예를 들어, 염화물)은 통과(음이온-막)할 수 있는 반면, 양이온(예를 들어, Cu2+)은 통과할 수 없게 한다. 막 투석(110)은 0.5 내지 5 L/hm2(특히 1 내지 2 L/hm2) 범위의 처리량을 포함한다. 다음에 설명되는 막 투석의 경우, 각각 동일한 막이 이용될 수 있거나 (바람직하게) 상이한 막이 (예를 들어, 각각의 금속염-함유 용액이 유래하는 (에칭) 공정에 따라) 사용된다. 음이온-막은 예를 들어 브롬(Br-)으로 기능화될 수 있고, 여기서 캐리어 물질은 예를 들어 PET 또는 PVC일 수 있다. 특정한 경우에, 금속염-함유 용액은 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 산화방지 막이 사용될 수 있고, 이는 예를 들어 PEEK(폴리에테르에테르케톤)를 기반으로 한다.
산의 제 1 부분(15a)은 제 1 막 투석(110)에 의해, 처리될 매체(11)에서 제거되어, 제 1 농도의 처리될 금속염을 갖는 제 1 투석물(115) 및 산의 제 1 부분(15a)을 포함하는 제 1 확산물(116)을 수득한다.
제 1 확산물(116)은 (제 1 농도보다 낮은) 제 2 농도의 처리될 금속염을 더 포함한다. 이는 특히, 양이온이 각각 복합체와 응집체(예를 들어 구리-염소 복합체)를 형성할 때, 여전히 일부 양이온이 막(112)을 통과한다는 사실 때문이다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 현재 이러한 응집체 형성은 용액 내의 양이온의 농도가 증가할 때 발생할 수 있다고 가정한다.
이후, 제 1 확산물(116)은 제 2 막 투석(120)을 받게 된다. 제 1 확산물(160)은 투석물 공급물(121)로서 제 2 막 투석(120)에 공급된다. 제 2 확산물 공급물(123)로서, 탈염수가 사용된다. 산의 제 2 부분(15b)은 제 1 확산물(116)로부터 제거되어, (제 2 농도보다 낮은) 제 3 농도의 처리될 금속염을 갖는 제 2 투석물(125) 및 산의 제 2 부분(15b)을 포함하는 제 2 확산물(126)을 수득한다. 제 1 확산물(116)은 제 2 농도의 처리될 금속염을 더 포함한다. 제 2 확산물(126)은 제 3 농도보다 낮은 제 4 농도의 처리될 금속염을 포함한다. 제 1 확산물(116) 내의 처리될 금속염의 양이온 농도는 투석물 공급물(11) 내의 양이온 농도보다 현저히 낮다. 따라서, 실질적으로 응집체가 더 이상 형성되지 않고, 무시할만한 양의 양이온만이 막(112, 122)을 통해 확산된다고 가정한다. 이러한 이유로, 바람직하게는 정확히 두 개의 막 투석 단계(110, 120)가 수행된다. 이에 의해, 유리한 방식으로, 고농도의 금속염이 달성될 수 있는 동시에, 사용되는 액체의 양은 너무 높아지지 않는다.
무시할만한 양의 처리될 금속염만을 포함하지만 산 농도가 높은 제 2 확산물(126)은 에칭 공정 수집 용기(127)에서 수집된 다음 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에 다시 제공된다. 특히, 제 2 확산물(126)이 먼저 처리된다. 제 1 투석물(115)과 제 2 투석물(125)은 결합되어, 농축되고 실질적으로 산성 성분이 없는 처리될 금속염-함유 매체(141)를 제공한다. 또한, 예를 들어 황산을 포함하는 추가 산(143)이 제공된다. 추가 산(143) 및 처리될 농축 금속염-함유 매체(141)는 혼합 유닛(140)(예를 들어, 쿠스탄(Kustan) 혼합 유닛)에서 결합되어 화학 반응(140)을 시작한다. 화학 반응(140)은 혼합 유닛(140)에서 부분적으로 일어나고 및/또는 제 3 막 투석(130)에서 부분적으로 일어난다. 반응(140)은 처리될 농축 매체(141)로부터 염 복분해에 의해 금속염-함유 매체(10)를 생성하는 단계를 포함한다. 염 복분해에서, 산(15)(특히 염산)은 현재 존재하는 금속염-함유 매체(10)에서 생성된다. 예시적인 실시형태에서, (처리될 금속염으로서) 염화구리 및 (추가 산으로서) 황산은 황산구리(금속염) 및 염산과 반응한다. 이러한 산 제거와 화학 반응(140)의 적어도 일부는 모두 제 3 막 투석(130)에 의해 수행된다.
추가 산(143) 및 처리될 농축 매체(141)의 혼합물은 투석물 공급물(131)로서 제 3 막 투석(130)에 공급된다. 제 3 확산물 공급물(133)로서, 탈염수가 사용된다. 금속염을 포함하는 제 3 투석물(135) 및 산의 제 3 부분(15c)을 포함하는 제 3 확산물(136)이 수득된다.
제 3 확산물(136)은 이제 산(15)과 추가 산(예를 들어, 염산 및 황산) 및 저농도의 금속염을 함유한다. 이 제 3 확산물(136)은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위해 제 1 분리 스트림(5) 과정에서 방법(300)에 제공된다. 이 방법(300)에서, 제 3 확산물(136)은 이온 교환기(320)에 의해 (바람직하게는 추가 헹굼수(32)로) 처리된다(도 9 및 도 10 참조).
(선택적으로 증발기에 의해 농축된) 제 3 투석물(135)은 금속염-함유 매체(10)를 구성한다. 이는 제 1 부분 스트림(1)을 통해 금속염-함유 매체(10)로부터 원소 금속을 회수하기 위한 방법(400)에 제공된다(도 11 내지 도 14 참조).
바람직한 예에서, 방법(100)은 막 투석(110, 120, 130)의 적어도 하나의 확산물 공급물(113, 123, 133)의 부피에 대한 최대값을 지정하고, 처리될 금속염의 농도에 대한 최소값을 지정하는 단계를 포함한다. 공정 파라미터(예를 들어, 유속, 유량 등)는 지정된 최대값이 초과되지 않고 지정된 최소값이 미달되지 않도록 제어(각각 조정)된다. 특히 유리한 방식으로, 이는 불필요하게 많은 양의 액체 매체(각각 물과 산)가 발생하지 않는 결과를 낳지만, 항상 가능한 가장 높은 농도의 금속염으로 작동된다. 따라서, 정확히 두 개의 막 투석 단계(110, 120)를 수행하는 것이 바람직할 수 있으며, 이에 의해 3회 이상의 투석에서 발생하는 다량의 액체 매체 없이 최적의 수율이 제공된다. 추가의 바람직한 실시형태에서, 방법(100), 특히 제거 단계(110, 120, 130)는 연속적으로 작동된다.
도 5는 도 4에 상세히 설명된 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 1 처리 공정(100)을 흐름도로서 명확성을 위해 다시 도시하고 있다.
도 6은 제 1 막 투석(110)과 제 2 막 투석(120)의 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서 처리될 매체(11)는 염화구리(처리될 금속) 및 염산(산(15))을 포함한다. 막 투석 및 산 투석에서, 각각 반투과성 막(112)에 의해 서로 공간적으로 분리된 두 개의 공급물(11, 113)이 필요하다. 막(112)은 일정하게 양전하로 조절되며 음이온과 H+ 모두에 대해서는 투과성이지만, 양이온 구리 이온(Cu2+)에 대해서는 투과성이 아니다. 이러한 설정으로, 두 개의 공간적으로 분리된 유출물(effluent)(제 1 확산물(116) 및 제 1 투석물(115))이 생성되며, 이는 동일한 막(112)에 의해 서로 분리된다. 확산물 측의 공급물(113)은 완전히 탈염수(VE-수)로 구성되는 반면, 투석물 측의 공급물은 에칭 공정(150)에서 나오는 처리될 매체(11)를 구성한다. 두 공급물(11, 113) 사이의 서로 다른 물질 농도(특히 산 농도)는 투석을 유발하는 확산의 원동력이다. 연속 작동에 의해, 일정한 농도 차이가 막(112)을 따라 남아 있고, 또한 분리가 연속적으로 수행될 수 있다. 농도 차이로 인해, 염산(15)은 물(113)의 확산물 측으로 확산되는 반면, 구리는 투석물 측에서 농축된다. 낮은 농도의 구리는 또한 제 1 확산물(116)로 들어가는 반면, 구리의 주요 부분은 제 1 투석물(115)에 남아 있다. 그럼에도 불구하고, 어떤 경우에는, 제 1 확산물(116) 내의 구리 농도가 처리될 매체(11) 내의 구리 농도의 대략 30%일 수 있다. 따라서, 제 1 확산물(116)은 가능한 한 많은 추가 구리를 분리하기 위해 제 2 막 투석(120)에 의해 처리된다. 제 2 막 투석(120)의 제 2 확산물(126)은 에칭 공정(150)으로 피드백되는 반면, 제 2 막 투석(120)의 제 2 투석물(125)은 처리될 농축 매체(141)(산성 성분이 없음)로서 제 1 막 투석(110)의 제 1 투석물(115)과 공동으로 더 처리된다.
도 7은 화학 반응(140)과 제 3 막 투석(130)의 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서 농축되고 실질적으로 산성 성분이 없는 처리될 매체(141)(실질적으로 염화구리를 포함함)는 도 6의 예에 따라 사용된다(위 참조). 제 2 확산물(126)은 에칭 공정(150)으로 피드백되는 반면, 추가 단계에서, 처리될 농축 매체(141)는 (적어도 부분적으로) 제 3 막 투석(130)에 의해 황산구리로 전환된다. 이를 위해, 처리될 농축 매체(141)는 황산(143)으로 제공된다. 이에 의해, 염화구리가 부분적으로 황산구리로 전환된다. 그러나 이 반응의 평형은 추출물 측에 있으며, 이는 황산구리로의 완전한 전환을 불가능하게 하고 염화구리의 형성을 촉진한다. 그러나, 제 3 막 투석(130)에 의해, 형성된 염산을 제자리에서 분리하고, 이러한 방식으로 황산구리 측으로 반응 평형을 유도하는 것이 가능하다. 결과적으로, 투석 단계(130), 황산구리와 염산이 연속적으로 형성되고, 후자는 연속적으로 분리된다. (제 3) 확산물 공급물(133)로서 탈염수가 사용된다. 전환된 황산구리는 (금속염-함유 매체(10)가 존재하도록) 제 3 투석물(135)에 있는 반면, 산(염산 및 황산)은 제 3 확산물(136) 측에 축적된다. 또한 이 단계에서 낮은 농도의 구리는 제 3 확산물(136)로 들어가고, 따라서 헹굼수 처리 공정(300)에 공급된다. 여기서, 구리는 예를 들어 선택적 이온 교환 수지에 의해 분리될 수 있다.
도 8은 제 2 금속염-함유 매체(20)를 제공하기 위해, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정(250)에서 나오는 이금속-(특히 철) 및 금속염-함유 매체(21)가 처리되는, 본 발명의 실시형태에 따른 제 2 처리 공정(200)을 도시하고 있다. 다음의 실시형태는 이금속으로서 철에 대해 대해 예시적으로 설명되지만, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐과 같은 다른 이금속에도 적용된다.
먼저, 철- 및 금속염-함유 매체(21)는 도금 공정(250)으로부터 저장 모듈(205) 내에 제공된다. 철- 및 금속염-함유 매체(21)는 강산(특히 농도가 100 내지 200 g/L 범위의 황산)으로 인한 3 미만(특히 1 미만)의 pH 값을 갖는 고산성 용액이다.
제 1 단계로서, Fe2+에서 Fe3+ 로의 철의 산화(210)가 수행된다. 바람직하게, 이는 산화제로서 산소를 갖는 산화 모듈(210)에서 발생한다. 추가 단계에서, 산화된 철은 (적어도 부분적으로) 철- 및 금속염-함유 매체(21)로부터 분리되어, (실질적으로 철이 없는) 금속염-함유 매체(20)를 제공한다. 분리를 위해, 선택적 이온 교환 수지를 갖는 이온 교환기(220)가 사용된다. 이를 위해, 이온 교환기(220)에는, 이온 교환기(220)의 수지에 철이 흡착되도록, 철- 및 금속염-함유 매체(21)가 담지된다, 즉 철- 및 금속염-함유 매체(21)가 흐른다(단계(221)). 이후, 실질적으로 철이 없는 금속염-함유 매체(20)는 이온 교환기(220)를 떠난다. 이는 금속염-함유 매체(20)로부터 원소 금속(50)을 회수하기 위한 방법(400)에 공급될 수 있다.
그러나, 이온 교환기(220)에 흡착된 철은 이온 교환기(220)를 더 이용하기 위해 제거되어야 한다. 재생 단계(222)는 산 용액(225)을 이온 교환기(220)를 통해 흐르게 함으로써 수행되고, 이러한 산 용액(225)은 철을 용해한다, 즉 탈착한다. 철분을 탈착한다. 상응하게, 철은 철-함유 산성 용액(226)으로서 흐르는 산 용액(225) 내에 용해된 방식으로 존재한다. 이러한 철-함유 산성 용액(226)은 산 투석(230)에 의해 처리되어, 철-함유 투석물(235)과 산-함유 확산물(236)을 제공한다. 산 투석(230)은 (예를 들어, 상기한 바와 같은) 막 투석에 의해 수행되고, 특히 막 투석의 적어도 하나의 막은 권취 막 또는 플레이트 막을 포함한다.
철-함유 산성 용액(226)은 (각각 산-함유 확산물(236)과 함께, 피드백(240)에 의해) 이온 교환기(220)를 여러 번 재생하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 예에서, 철-함유 산성 용액(226)은 예를 들어 침전제(231)로서 사용되기 전에 재생 매체로서 (최대) 5 내지 6 회 사용될 수 있다.
이온 교환기(220)의 이온 교환 수지의 캐리어 물질은 바람직하게는 폴리스티렌이다. 이는 특히 두 개의 작용기(이중-기능화 이온 교환 수지), 예를 들어 i) 포스폰산 잔류물, 및 ii) 술폰산 잔류물을 포함한다. 제 1 산 그룹은 제 2 산 그룹보다 더 높은 pKs 값을 포함한다. 더 높은 pKs 값을 갖는 산은 더 약한 산이고, 더 낮은 pKs 값을 갖는 산(강산)보다 열분해를 덜 겪는다. 이에 따라, 재생하는 동안, 이금속은 수지에 의해 쉽게 탈착될 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 두 개의 작용기를 갖는 이러한 특수 이온 교환 수지를 정확하게 사용하면, 철의 (효율적인) 탈착이 가능하다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다. 이는 (특히 단일-기능화) 이온 교환 수지가 부분적으로 철을 비가역적으로 흡착하는 경향이 있기 때문에 주목할 만하다.
철-함유 투석물(235)은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 공정(500)으로 전달(231)될 수 있다. 이 공정(500)은 예를 들어 (폐수로부터의) 중합체 기반 포토레지스트를 침전시키는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 철-함유 투석물(235)은 염화철을 포함한다. 이와 관련하여, 회로 보드 및/또는 기판 제조를 위한 도금 공정(250)에서 나오는 철- 및 금속염-함유 매체(21)를 처리하는 공정(200)은, 인쇄 회로 보드 및/또는 기판용 중합체 기반 포토레지스트를 침전시키기 위한 염화철의 (바람직하게는 연속적인) 생산을 위해 출발 물질(231)로 사용될 수 있다.
일반적으로, 포토레지스트는 광-활성 개시제(photo-active initiator)와 수지로 구성되며, 여기서 수지는 기능화된 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 포지티브 레지스트용 수지는 예를 들어 레지스트 또는 노볼락(Novolac)과 같은 페놀-포름알데히드 기반 중합체이다. 광 개시제로서, 예를 들어 디아조나프토퀴논(diazonaphthoquinone)(혼합물: DNQ-Novolac)이 사용될 수 있다. 네거티브 레지스트용 수지는 예를 들어 에폭시 기반 수지를 포함한다. 또한, 예를 들어 폴리아크릴레이트를 기반으로 하는 건식 레지스트도 있다. 일 실시형태에서, 특히 건식 레지스트는 특히 효율적으로 침전될 수 있다.
산-함유 확산물(236)은 (특히 처리 후에) 산 투석(230)에 또는 이온 교환기(220)의 (산-) 재생 단계(222)에 피드백될 수 있다. 바람직하게, 산-함유 확산물(236)은 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수를 처리하기 위한 방법(300)에 제 2 분리 스트림(6)으로 공급된다. 특히, 산-함유 확산물(236)은 금속염-함유 매체(20)에서 나오는 낮은 농도의 금속을 포함하기 때문이다.
예시적인 실시형태에 따르면, (블리드) 도금 공정(250)에서 나오는 철- 및 금속염-함유 매체(21)(폐기물 농축물)는 황산구리 및 황산을 포함한다. 또한, 이들 농축물은 황산철(Fe2+ 및 Fe3+) 형태의 철을 포함한다. 회수 공정(400)(예를 들어, 전기분해) 동안, Fe2+는 애노드에서 Fe3+로 산화되고, 이는 다시 농도가 증가함에 따라 캐소드에서 구리 증착을 억제한다. 이를 방지하기 위해, 철은 전해질로부터 미리 분리되거나, 전기분해 중에 지속적으로 제거되어야 한다. 이온 교환 수지에 의해 철 이온을 효율적으로 분리하기 위해, 이들 이온은 제 1 단계에서 산화된다. 이를 위해, 철이 담지된 블리드(21)는 처음에 수집 탱크(205)에 수집되고. 적합한 산화제(예를 들어, O2, H2O2, 오존, KMnO4)로 처리된다. 산소 처리의 장점은 폐기물 농축물에 산화제의 잔류물이 남아 있지 않는다는 것이다. 다음 단계에서, 블리드(21)로부터 수득된 Fe3+는 선택적 이온 교환 수지에 의해 분리된다. 이를 위해, 다수의 이온 교환기(220)가 직렬로 배치되어, 수지에 Fe3+만을 고정하지만 Cu2+는 고정하지 않는다. 직렬로 연결된 제 1 이온 교환기에 Fe3+가 완전히 담지되고 뚫리기 시작하면, 이는 시리즈에서 제거되고 특히 재생 단계(222)를 통해 Fe3+에서 벗어난다. 폐기물 농축물은 나머지 이온 교환기(220)를 통해 더 전달된다. 직렬로 배치된 이전의 제 2 이온 교환기가 제 1 이온 교환기가 된다. 수지를 담지할 때, 보유된 철은 구리로부터 분리된다. 이 경우, 유출물(20)은 구리로 담지된 금속염-함유 매체(20)로 구성되는 반면, 철은 재생 단계(222)까지 수지에 유지된다. 금속염-함유 매체(20)는 황산구리와 황산 형태의 구리를 포함한다. 수지의 재생은 과량의 30% HCl에 의해 수행되며, 이는 후속 산 투석(230)에 의해 회수될 수 있다. 따라서, 이는 예를 들어 7 개의 추가 재생 단계(222) 동안 더 사용될 수 있다. 재생 단계(222)에서, 반응(Fe3+ + 4HCl → FeCl3 + HCl + 3H+)이 발생한다. 산 투석(230)에 의해 분리된 염화철은 포토레지스트(중합체 기반 건식 레지스트)의 침전을 위한 공정(500)의 폐수 처리장에서 사용될 수 있다.
방해하는 철을 분리하는 추가 방법은 열 분리(도시되지 않음), 예를 들어 결정화로 구성된다. 이를 위해, 금속염은 결정화되고 철은 철-함유 매체에 남아 있도록, 철- 및 금속염-함유 매체(21)는 증발된다. 이후, 철-함유 매체는 금속염으로부터 분리되고, 금속염은 금속염-함유 매체(20)로 전달된다.
예시적인 실시형태에 따르면, 도금 공정(250)의 철- 및 금속염-함유 매체(21)로부터의 황산구리 결정화가 일어난다. 예를 들어 철로 오염된 블리드(21)는 처음에 황산에 주입되고, 이후 황산구리로서 구리가 침전될 때까지 증발된다. 황산구리와 황산철의 다른 용해도곱(solubility product)으로 인해, 철은 용액에 남아 있는 반면, 황산구리는 용액으로부터 침전된다. 이는 추가 단계에서 여과될 수 있고, 회수 공정(400)에 공급될 수 있다. 이 공정은 점점 더 높은 순도의 황산구리(-결정)를 수득하기 위해 여러 번 반복될 수 있다. 예시적인 예에서, 두 번째 결정화 후에 매우 높은 순도가 이미 수득될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 침전되고 여과된 황산구리는 다시 황산에서 용해될 수 있고, 철 제거(잔류 철 제거)를 위해 이온 교환 수지(220)에 공급될 수 있다.
추가 예에서, 황산구리는 직접 도금 공정(250)으로 피드백될 수 있다. 도금하는 동안, 황산구리 형태의 구리가 전해질에 투입될 수 있다. 이 특별한 실시형태에서, (예를 들어, 전기분해를 통한) 회수 공정(400)은 생략될 수 있다. 이는 상당한 부분의 이금속(특히 철)이 제거되었기 때문에 가능할 수 있다. 이후, 에칭 공정(150)에서 나오는 처리된 부분 스트림(1)만이 전해 방식으로 처리되어야 한다. 이는 올바르게 분류된 방식(부분 스트림(2)이 아닌, 부분 스트림(1)(선택적으로 부분 스트림(3))의 회수로 이어질 수 있다.
도 9는 제 3 금속염-함유 매체(30)를 제공하기 위해, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 처리될 매체(31)를 처리하기 위한 본 발명의 실시형태에 따른 제 3 처리 공정(300)을 도시하고 있다. 처리될 매체(31)는 회로 보드 제조 공정의 다수의 헹굼수를 혼합함으로써 제공된다(단계(305) 참조). 제 1 헹굼수는 제 1 분리 스트림(5)을 통해 제공되는 에칭 공정(150)에서 나오는 잔류물을 처리하기 위한 제 1 처리 공정(100)에서 나오는 확산물(136)이다. 제 2 헹굼수는 제 2 분리 스트림(6)을 통해 제공되는 도금 공정(250)에서 나오는 잔류물을 처리하기 위한 제 2 처리 공정(200)에서 나오는 확산물(236)이다. 제 3 헹굼수는 제 3 분리 스트림(7)을 통해 제공되는 처리된 잔류물에서 원소 금속(50)을 회수하기 위한 회수 공정(400)에서 나오는 확산물(446)이다. 또한, 회로 보드 공정에서 나오는 추가 헹굼수(32)가 (발생하는 경우) 제공될 수 있다. 이는 최종적으로 공정에 공급되는 물(352)에서 발생한다. 상기한 분리 스트림(5, 6, 7, 352)은 모두 혼합될 수 있거나, 부분적으로 혼합될 수 있거나, 서로 별도로 처리될 수 있다.
추가 실시형태에서, 헹굼수의 이온 교환기(320)는 저농도의 구리만을 포함하는 사용된 전해질(41)로 재생된다. 전기분해 단계(450) 동안 황산이 생성되고, 이는 원하는 증착 속도를 달성하기 위해 전해질(40)로부터 분리되어야 한다. 황산 농도가 증가함에 따라, 증착될 구리(50)의 양이 감소한다. 예를 들어, 막 투석(440)에 의해 산이 전해질(40)로부터 연속적으로 분리된다면, 이를 위해 다량의 물이 사용될 것이다. 이는 산을 적절한 농도로 다시 회수할 수 있는 증발기 타워와 같은 (에너지 집약적인) 조치를 필요로 한다. 이에 대한 대안은 전해질(40)이 정의된 산 및 구리 농도(예를 들어, 대략 5g/L의 Cu2+)에 도달할 때까지만 전기분해 단계(450)를 작동시키는 것이다. 이후, 사용된 전해질(41)은 헹굼수를 처리(300)하기 위한 이온 교환기(320)의 재생을 위해 이용될 수 있다. 따라서, 구리는 유가 물질 순환에 남아 있고, 산은 추가적인 공정 단계에서 투석(440)을 통해 분리될 필요가 없다.
예시적인 실시형태에서, 전기분해 단계(450) 동안, 다량의 황산(예를 들어, 1일 1000 L)이 발생할 수 있다. 이에 의해, (실질적으로) 생성된 황산의 총량은 헹굼수를 처리(300)하기 위한 재생 산(및 재생 매체 각각)으로서 사용될 수 있다. 이는 (실질적으로) 어떤 황산도 유가 물질 순환에 공급(각각 구입)될 필요가 없다는 이점을 제공할 수 있다. 특정 실시형태에서, 그럼에도 불구하고 신선한 황산으로 "보충"하는 것이 가능하다.
추가 실시형태에서, 과량의 황산은 추가적으로 (각각 처리(300) 및 헹굼수의 재생 이외에) 헹굼수의 전처리 탱크(310)로 전달된다. 여기서, 황산이 먼저 중화(311)되고 이어서 이온 교환 수지(320)에 공급된다. 이에 의해, (사용된 전해질(41) 내의) 잔류 농도의 구리가 유가 물질 순환에서 유지되고 회수될 수 있다.
처리될 (혼합된) 매체(31)는, (확산물의 강산으로 인해) 매우 낮은 pH 값이 존재할 수 있기 때문에, 전처리(310)를 받게 된다. 또한 과산화수소와 같은 강력한 산화제가 존재할 수 있으며, 이는 줄일 필요가 있다. 처리될 매체(31)의 pH 값의 조절(중화 단계(311))은 예를 들어 가성 소다에 의해 1 내지 3(특히 2) 범위의 값으로 수행될 수 있다. 처리될 매체(31)를 화학적으로 환원하는 단계(312)는 환원제, 예를 들어 중아황산염(bisulfite)의해 달성된다.
높은 산성 pH 값과 과산화수소와 같은 강한 산화제 모두는 이온 교환 수지를 공격한다. 특히 과산화수소는 수지를 연속적으로 분해한다. 바람직하게, 과산화수소가 이미 실질적으로 제거된 헹굼수용 이온 교환 수지에서, 이미노다이아세트산(iminodiacetic acid)으로 기능화된 폴리스티렌이 사용된다. 과산화수소가 제거되지 않은 헹굼수의 경우, 바람직하게는 폴리스티렌으로 제조되는 캐리어 물질이 있는 과산화수소 저항성(및 각각 산화제 저항성) 수지가 사용되며, 이는 추가적으로 디비닐벤젠에 의해 가교된다. 이러한 추가적인 가교는 산화제로부터 중합체를 효과적으로 보호한다. 예시적인 예에서, 이 수지는 20 g/L 과산화수소의 최대 농도로 담지될 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 전처리 탱크(310)는 과산화수소를 분해하는 활성탄 필터(313)와 결합될 수 있다. 이는 추가 노력 없이 동시에 유기 잔류물이 헹굼수에서 제거될 수 있다는 이점을 갖는다.
특히, 활성탄 필터(313)는 유기 성분을 여과하기 위해 전처리 탱크(310)에 결합될 수 있다. 이는 매체의 원하는 CSB 값(및 상응하는 배출 품질)이 달성될 수 있다는 이점을 제공할 수 있다.
실제 처리는 이온 교환기 모듈(340)에 의해 수행된다. 먼저, 이온 교환기(320)에 처리될 매체(31)가 담지되고, 따라서 처리될 매체(31)에 포함된 금속이 이온 교환기(320)에 남아 있다. 이에 의해, 폐수(327)가 이온 교환기(320)에서 흘러나오며, 이 폐수는 실질적으로 물, 염(예를 들어, 마그네슘-, 나트륨-, 칼슘-염) 및 유기물을 포함하고, (실질적으로) 중금속이 없다. 따라서, 이 폐수 매체(350)는 폐수 처리장의 배출 품질을 포함한다. 중금속 농도는 15 mg/L 이하이고, 특히 구리 농도는 0.5 mg/L 이하이다(따라서 예를 들어 오스트리아 공화국의 법적 경계값 내에 있다). 배출 품질의 폐수 매체(350)는 (예를 들어 공정-내부의 폐수 처리장에서) 정화(351)되고, 따라서 매체는 수생 환경으로 공급될 수 있다. 이 정제는 중금속이 아니라 유기물 잔류물과 관련이 있다. 이들 잔류물은 예를 들어 활성탄 필터에 의해 간단히 제거될 수 있다. 예를 들어, 정화 단계(351) 후, 유기 화합물의 농도에 대한 척도로서 화학적 산소 요구량(CSB)은 배출 품질의 매체(350)에서 300 mg/L 미만, 특히 75 mg/L 미만(더욱 특히 65 mg/L 미만)일 수 있다. CSB 값은 산소가 산화제인 경우 산화 가능한 물질의 산화에 필요한 산소의 양(mg/L)을 지정할 수 있다. 예를 들어, 이 경계값은 법률에 따라 오스트리아에서 75 mg/L이다. 폐수 처리장에 대한 CSB 경계값은 매우 다양할 수 있으며 예를 들어 300 mg/L이다.
예시적인 예에서, 이온 교환기(320)는 두 개의 스테이지로 구성된다. 하류에 배치된 (제 2) 이온 교환기는 상류에 배치된 (담지될) 이온 교환기의 구리 잔류물을 흡수하고, 중금속 경계값의 준수를 위한 보호 장치 역할을 한다(배출 품질 참조). 제 1 이온 교환기가 증가된 구리 잔류물을 포함하는 경우, 이는 재생될 수 있고 이후 하류에 배치된 (제 2) 위치로 연결될 수 있다(위의 이온 교환기(220)에 대한 설명 참조).
이후, 재생 매체(325, 326)를 이온 교환기(320)를 통해 흐르게 함으로써 이온 교환기(320)의 재생(322)이 일어난다. 이에 의해, 금속은 재생 매체(325, 326)에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물(326)이 제공된다. 처음에, 재생 매체(325)로서의 추가 산(325)(예를 들어, 황산)이 이온 교환기(320)를 통해 흐를 수 있다(단계(322)). 추가 산(325)은 직접 제공될 수 있고 및/또는 회로 보드 및/또는 기판 제조의 분리 스트림(5, 6, 7)에서, 특히 제 3 분리 스트림(7)을 통한 확산물(446)을 회수(및 각각 생성)하기 위한 방법(400)에서 유래될 수 있다. 원하는 효율을 보장하기 위해, 재생 매체(325, 326)는 바람직하게 (적어도 부분적으로) 방법-내부적으로 생성되어야 한다. 따라서, 재생 매체(325, 326)를 회수하는 단계가 구성된다. 따라서, 재생 매체의 경우, 추가 산(325)과 재생물(326)의 조성이 생성된다. 수득된 재생물(326)은, 재생 산 외에, 금속 농도(예를 들어, 황산구리로서 황산에 존재하는 구리)를 포함한다. 이 농도는 다수의 재생 단계(322)에 의해 상당히 증가될 수 있고, 따라서 다수의 재생 단계가 그에 따라 제공된다. 이 요건은 재생 매체(325, 326)의 원하는 회수에 유리한 방식으로 대응한다. 수득된 재생물(326)은 재생물 저장 모듈(328)에 공급된다. 필요한 경우, 이는 거기에서 추가 산(325)과 혼합될 수 있다. 재생물 저장 모듈(328)로부터, 이미 금속 농도를 포함하는 재생물(326)은 이온 교환기(320)를 통해 다시 흐른다(단계(322)). 이로써, 금속 농도는 이온 교환기(320)에 여전히 흡착된 금속에 의해 다시 증가된다. 이러한 제 2 재생 단계(322) 이후, 제 3 재생 단계(322)가 재생물(326)에 의해 수행되고, 따라서 다수의 재생 단계(예를 들어, 5 개 이상) 이후, 재생물(326)의 금속 농도는 점점 더 증가하는 반면, 점점 적은 금속이 이온 교환기(320)에 남아 있다. 재생물(326)에서 원하는(금속) 최소 농도가 달성될 때, 재생물(326)은 금속염-함유 매체(30)로서 이온 교환기 모듈(340)로부터 회수될 수 있다(화살표(329)). 금속염-함유 매체(30)는 금속염-함유 매체(30)에서 원소 금속(50)을 회수하기 위한 방법(400)에 제 3 부분 스트림(3)을 통해 공급될 수 있다. 유리하게, 상기한 처리 방법(300)은 연속적으로 작동된다.
예시적인 실시형태에 따르면, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 처리될 매체(31)(폐기물 농축물)는 황산구리 형태로 존재하는 비교적 낮은 농도의 구리만을 함유한다. 따라서, 본 구리는 (구리에 대해 선택적인) 선택적 이온 교환 수지(320)에 의해 폐기물 농축물(31)로부터 분리된다. 수지에 고정된 구리는 이후 특수 재생 기술에 의해 방출된다. 통상적으로 수지는 최대 함량이 1.5 내지 8 중량%인 염산에 의해 재생되지만, 본 발명자들은 놀랍게도 재생 단계(322)가 매우 진한 산에서도 효율적으로 수행될 수 있음을 발견했다. 따라서, 구리는 예를 들어 진한 황산(325)에 의해 수지에서 방출될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 다음 파라미터가 사용된다: H2SO4 농도: 대략 1.5-8 중량%; H2SO4 양(평행 흐름): 적어도 120 g/L 수지; 및 H2SO4 양(역평행 흐름): 적어도 80 g/L 수지. 그러나, 특히 대략 25 중량%의 황산 농도가 사용될 수 있으며, 이는 첫 번째 재생 후 대략 20 중량%로 감소한다. 재생은 재생에 필요한 산의 양을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 역평행 흐름으로 작동하는 것이 바람직하다. 절약 잠재량은 역평행 흐름으로 재생될 때 대략 30% 산일 수 있다.
재생물(326)로서 이와 같이 생성된 황산구리-용액은 회수 공정(400) 동안 직접 사용될 수 있다. 이에 따라 수지의 재생(322)에 필요한 황산(325)의 부피가 낮게 유지될 수 있다. 농축 황산(325, 326)에 의한 부피-제어 재생 단계(322)는 연속적으로 또는 불연속적으로 작동한다. 따라서, 구리의 고정화 이후, 수지는 농축 황산으로 재생(322)될 수 있기 전에, 가라앉고 헹궈진다. 황산(325, 326)은 금속염-함유 매체(30)에서 충분히 높은 농도의 구리를 수득하기 위해 여러 번의 재생 단계(322) 동안 사용(회수)된다. 종래의 재생 기술과 비교할 때, 적은 액체 매체만이 발생하며, 재생물(326)에서 더 이상 물을 제거할 필요가 없다.
도 10는 도 9에 상세히 설명된 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 제 3 처리 공정(300)을 흐름도로서 명확성을 위해 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하기 위한 방법(400)을 도시하고 있다. 방법(400)은 금속염(예를 들어, 황산구리)과 이금속(예를 들어, 철)을 포함하는 금속염-함유 매체(40)을 제공하는 단계(405)를 포함하며, 여기서 이금속은 (증착될) 금속보다 화학적으로 덜 고귀하다.
따라서, 이를 위해 이금속의 표준 전위(DIN 38404-6에 따른 산화환원 전위, 각각 "산화환원 전압")는 증착될 금속의 산화환원 전위보다 낮아야 한다.
산화환원 전위가 높은 금속(증착될 금속)은 다음과 같다: 구리 Cu2+, E0 = +0.35V; 구리 Cu+, E0 = +0.52V, 팔라듐 Pd2+, E0 = +0.85V; 금 Au3+, E0 = +1.4V; 금 Au3+, E0 = +1.5V; 금 Au+, E0 = +1.69V; 이리듐 Ir3+, E0 = +1.156V; 은 Ag+, E0 = +0.8V.
산화환원 전위가 높은 금속(이금속)은 다음과 같다: 철 Fe3++, E0 = -0.04V; 철 Fe2+, E0 = -0.41V; 납 Pb2+, E0 = -0.13V; 주석 Sn2+, E0 = -0.14V; 몰리브덴 Mo3+, E0 = -0.20V; 니켈 Ni2+, E0 = 0.23V; 코발트 Co2+, E0 = -0.28V; 인듐 In3+, E0 = -0.34V; 카드뮴 Cd2+, E0 = -0.40V; 아연 Zn2+, E0 = -0.76V; 크롬 Cr3+, E0 = -0.76V; 나트륨 Na+, E0 = 2.71V. 특히 철(Fe3+ → Fe2+, E0 = +0.77)에서 반응이 일어나고, 증착된 구리는 Fe2+에 의해 다시 전극에서 에칭된다.
금속염-함유 매체(40)의 원소 금속(50)(예를 들어, 구리)은 반응 셀(450)에서 순수한 형태로 회수되어 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 공정에 다시 공급되어야 한다. 특히, 원소 금속(50)은 도금 공정(250)으로 피드백된다(단계(54)). 선택적으로, 또한 원소 금속(50)은 에칭 공정(150)로 피드백될 수도 있다(단계(52)). 비-이금속(base foreign metal)은 전기분해(451)와 관련하여 바람직하게 수행되는 원소 금속(50)의 회수를 방해한다. 정교한 추가 처리 공정 대신(금속염-함유 매체(40)는 이미 세 개의 다른 처리 공정(100, 200, 300)에서 유래함), 이제 이금속의 산화(452)가 반응 셀(450)에서 수행된다.
금속염-함유 매체(40)는 i) 제 1 부분 스트림(1)에 의한 에칭 공정(150)에서 나오는 금속염-함유 매체(10), ii) 제 2 부분 스트림(2)에 의한 도금 공정(250)에서 나오는 금속염-함유 매체(20), 및 iii) 헹굼수를 처리하기 위한 방법(300)에서 나오는 금속염-함유 매체(30)로부터 제공된다. 이들 부분 스트림(1, 2, 3)은 회수 공정(400)에 공급되는 전체 부분 스트림(4)에 혼합된다(단계(405) 참조). 일 실시형태(아래도 12 참조)에 따르면, 제 1 부분 스트림(1)은 또한 전체 부분 스트림(4)으로서 단독으로 사용될 수 있다. 특히, 제 1 부분 스트림(1)의 금속염-함유 매체(10)가 처리될 금속염(예를 들어, 염화구리) 및/또는 산의 무시할 수 없는 잔류물을 포함하는 경우, 도금 공정(250)에서 나오는 금속염-함유 매체(20) 및 헹굼수를 처리하기 위한 방법(300)에서 나오는 금속염-함유 매체(30)는 예를 들어 추가의 전체 스트림(4)에 혼합될 수 있다.
금속염-함유 매체(40)을 갖는 전체 스트림(4)은 양측 유체 연통부(419a, b)에서 반응 셀(450)과 각각 연결되는 공급 용기 및 균질화 용기(410)로 전달된다. 도시된 실시형태에서, 공급 용기(410)는 금속염-함유 매체(40)(반응 셀(450)에서 전기분해(451)를 위한 전해질(40)을 구성함)의 조성을 조정하기 위해 사용된다. 바람직하게, 공급 용기(410)가 유리한 방식으로 전해질(40)의 원하는 조성을 조정하도록 회수하기 위한 방법(400)은 연속적으로 작동된다. 대안으로 또는 추가로, 전해질(40)의 조성을 조절(각각 연속적으로 수행되는 조정)하는 단계는 반응 셀(450)로부터 직접 수행될 수 있다(예를 들어, 아래의 도 12 및 13 참조). 반응 셀(450)은 바람직하게 다수(예를 들어, 20 개)의 전기분해 모듈(451)(E-모듈)을 포함하고, 여기서 원소 금속(50)(예를 들어, 구리)이 캐소드에 증착된다. 이 반응에서, (전해질(40)의) 이금속의 산화(452)가 발생하는데, 이는 증착될 금속보다 화학적으로 덜 고귀하다(위 참조). 또한, 반응 셀(450)은 다수의 방출 모듈(455)(L-모듈)을 포함하고, 여기서 원소 금속(50)이 다시 캐소드로부터 분리되어, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 재사용(52, 54)에 적합한 고순도 형태의 원소 금속(50)을 수득한다. 분리는 예를 들어 고순도 금속염-용액을 제공하기 위해 산에 의해 수행될 수 있다. 또한, 예를 들어 플레이트로 재구성될 수 있는 고순도 입자로서 금속을 수득하기 위해 기계적인 분리가 가능하다. 유리하게, 반응 셀(450)은 연속적으로 작동된다. 예를 들어, E-모듈(451)과 L-모듈(455) 사이의 연속적인 이동이 수행될 수 있다. 이는 예를 들어 유연한 이송 시스템(도시되지 않음)(예를 들어 천장을 따라 주행하는 차량, 또는 그리퍼(gripper)에 의해 실현될 수 있고, 이는 특히 E-모듈(451)로부터 빈 L-모듈(455)로 담지된 캐소드를 이송한 다음, 금속(50)을 분리한 후 고갈된 캐소드를 빈 E-모듈(451) 내부에 배치한다.
회수 공정(400)은 공기 순환을 조정하는 시스템(460)에 의해 지원될 수 있다. 유입 공기(462) 및 배출 공기(461)가 조정될 수 있고, 온도는 열교환기에 의해 조정될 수 있다. (예를 들어, 증발기(416)로부터의) 포화된 배출 공기(464)가 필터(463)에 공급될 수 있다. 증발기(416)(예를 들어, 증발기 타워)는 금속염-함유 매체(40) 내의 금속염을 농축하기 위해 사용될 수 있다. 자연 증발(전기분해는 예를 들어 대략 50°C 또는 60°C(특히 40°C 내지 70°C의 범위)에서 작동함)은 블록(465)에 예시되어 있다. 전해질(40)의 온도는 온도 조절기(414) 예를 들어 히터에 의해 대략 40°C 내지 60°C의 범위로 조절된다.
(공급 용기(410) 및/또는 반응 셀(450)에서 나오는) 금속염-함유 매체(40)의 조성을 조절(특히 지속적으로 조정)하는 단계는 실질적으로 세 단계를 포함한다: i) 필터(412), 바람직하게는 활성탄 필터(412)에 의해 금속염-함유 매체(40)로부터 유기 성분을 여과하는 단계, ii) 이온 교환기(420)에 의해 금속염-함유 매체(40)로부터 산화된 이금속을 분리하는 단계, 및 iii) 금속염-함유 매체(40)로부터 산(특히 황산)을 분리하는 단계(440).
이온 교환기(420)는 선택적 이온 교환 수지, 특히 폴리스티렌(위의 이온 교환기(수지)의 추가 사양 참조)(예를 들어, 700 kg의 수지 중량에서 1000 L 수지 부피)을 포함한다. 금속염-함유 매체(40)는 (증발기(416)에 의해 선택적으로 농축된 후) 펌프 저장 모듈(415)을 통해 이온 교환기(420)에 공급되고, 따라서 이온 교환기에는, 이금속이 산화된 방식으로 존재하는 금속염-함유 매체(40)가 담지된다(단계(421) 참조). 이러한 이금속은 이온 교환기(420)의 수지에 흡착된다. 이렇게 수득된 금속염-함유 매체(40)에는 산화된 이금속이 실질적으로 없고, 반응 셀(450) 또는 공급 용기(410)로 다시 전달될 수 있다. 도시된 예에서, 수득된 금속염-함유 매체(40)는 금속염-함유 매체(40)로부터 산(440)을 분리하기 위한 투석 공급물(441)로서 사용된다(아래 설명 참조).
담지된 이온 교환기(420)는 산성 용액(425)을 이온 교환기(420)를 통해 흐르게 함으로써 재생된다(단계(422)). 이는 재생에 필요한 산의 양을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 역평행으로 작동하는 것이 바람직하다. 절약 잠재량은 예를 들어 대략 30% 산일 수 있다.
이에 의해, 이금속이 산성 용액(425)에서 용해되고 이금속-함유 산성 용액(426, 430)이 재생물(426)로서 수득된다. 연속적으로 회수할 수 있도록, 재생물(426)은 (적어도 부분적으로) 이온 교환기(420)에서 다수의 추가 재생 단계(422) 동안 추가 재생 매체(425)로서 사용된다. 바람직하게, 각각의 재생 단계(422)에 의해, 재생물(426) 내의 이금속 농도가 증가하고, 따라서 일부 재생 단계(422) 이후, 농축 재생물(430)이 존재하게 된다. 재생물(426) 및 농축 재생물(430)의 이금속-함유 산성 용액은 각각 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 추가 공정(500)에 제공된다(단계(431) 참조). 일 실시형태에 따르면, 이금속은 철이고, 산(425)은 염산이며, 따라서 재생물(430)에 염화철이 형성된다. 이는 예를 들어 폐수 및 공정수로부터 각각 포토레지스트(아래 참조)를 침전시키기 위한 침전제로서 사용될 수 있다. 예시적인 실시형태에 따르면, 이금속을 분리하는 단계(420)는 염화철을 (특히 연속적으로) 생산하기 위해 개별 공정으로 작동될 수 있다.
전기분해 단계(450) 동안 황산이 생성되는데, 이는 원하는 증착 속도를 달성하기 위해 전해질(40)로부터 분리되어야 한다. 황산 농도가 증가함에 따라, 증착될 구리(50)의 양은 감소한다. 산을 분리하는 단계(440)는 막 투석을 수행하는 단계를 포함한다. 금속염-함유 매체(및 전해질 각각)(40)는 투석물(441)으로서 막 투석(440)에 공급된다. 막 투석(440)의 확산물의 공급물(443)은 탈염수를 포함한다. 막(442)은 다른 막 투석에 대해 상기한 바와 같이 구성될 수 있다. 분리 단계(440)에 의해, 금속염-함유 매체는 상당히 낮은 산 농도를 갖는 투석물(445)로서 수득되는 반면, 확산물(446)은 높은 산 농도(특히 황산)를 포함한다. 산-함유 확산물(446)이 제공되고(단계(447) 참조), 각각 제 3 분리 스트림(7) 과정에서, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수를 처리하기 위한 방법(300)으로 피드백된다.
대안 및 추가는 각각 (전해질(40)의 연속적인 막 투석(440)은 다량의 물을 필요로 하며, 이는 다시 적절한 농도로 산을 회수하기 위해 증발기 타워와 같은 조치를 필요로 함), 전해질(40)이 정의된 산 및 구리 농도(예를 들어, 대략 5g/L의 Cu2+)에 도달할 때까지 전기분해(450)만을 작동시키는 것이다. 이후, 사용된 이 전해질(41)은 헹굼수를 처리(300)하기 위한 이온 교환기(320)의 재생에 사용될 수 있다. 이에 따라, 구리는 유가 물질 순환에 남아 있고, 산을 추가 공정 단계에서 투석(440)을 통해 (연속적으로) 분리될 필요가 없다.
도 12는 도 11에 상세히 설명된 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하기 위한 공정(400)을 흐름도로서 명확성을 위해 다시 도시하고 있다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 금속염-함유 매체(40)로서, 에칭 공정(150)의 잔류물(11)을 처리하는 단계에서 나오는 금속염-함유 매체(10)가 사용된다(처음에는 균질화 용기(410)로 전달됨). 금속염-함유 매체(40)의 조성을 조절하고 조정하는 단계는 각각 반응 셀(450)에서 수행된다. 반응 셀은 활성탄 필터(412), 증발기(타워) 및 막 투석(440)과 유체 연통한다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 이온 교환기(420)는 필요하지 않은데, (에칭 공정(150)의 잔류물(11) 처리에서 나오는) 금속염-함유 매체(10)가 저농도의 이금속(예를 들어 철)만을 포함하기 때문이다.
예시적인 실시형태에서, 처리될 금속염(11)은 염화구리이다. 염화물의 주요 부분은 막 투석(110, 120, 130)과 염 복분해(140)에 의해 제거될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 전해질(40) 내에 잔류량의 염화물이 남아 있을 수 있다. 전해질(40) 내의 너무 높은 염화물 농도는 증착된 구리(50)의 염화물 오염으로 이어진다. 염화물 농도가 증가하면, 염소 가스의 잠재적 형성도 증가한다. 따라서, 전기분해 셀(450)에는 염소 가스의 배출을 방지할 수 있는 흡입 장치가 추가로 구비될 수 있다. 염소 가스는 전해조 표면에서 침전되는 무거운 가스이다. 따라서 공기 공급 장치와 공기 흡입 장치가 (원칙적으로는 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로) 전해조 표면을 따라 설치된다. 배출된 공기는 이후 필터(공기 청정기)를 통해 공정 외부로 전달된다.
증착된 구리 양이 공정으로의 피드백 가능한 순도를 달성하기 위해서는, 염화물 농도가 너무 높아서는 안 된다. 일 실시형태에서, 경계값은 전해질 내에서 대략 3g/L Cl-이다. 따라서 부분 스트림(1)으로부터 금속염-함유 매체(10)를 사용하여 정확하게 분류하면, 염화물 농도가 너무 높을 때, 다른 분리 스트림(2, 3)과는 별도로 구리 증착이 수행되는 이점을 제공할 수 있다.
도 13은 도 11에 상세히 설명된 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하기 위한 공정(400)을 흐름도로서 명확성을 위해 다시 도시하고 있다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 금속염-함유 매체(40)로서, 도금 공정(250)의 잔류물(21)을 처리하는 단계에서 나오는 금속염-함유 매체(20) 및 헹굼수(31)를 처리하는 단계에서 나오는 금속염-함유 매체(30)의 혼합물이 사용된다(처음에는 균질화 용기(410)로 전달됨). 금속염-함유 매체(40)의 조성을 조절하고 조정하는 단계는 각각 반응 셀(450)에서 수행된다. 이는 활성탄 필터(412), 증발기(타워)(416) 및 막 투석(440)과 유체 연통한다. 특히, 도금 공정(250)의 잔류물(21)을 처리하는 단계에서 나오는 금속염-함유 매체(20)는 고농도의 이금속(예를 들어 철)을 포함할 수 있다.
도 14는 반응 셀(450)에서 전기분해(451)에 의해 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하기 위한 공정(400)의 예시적인 실시형태를 상세히 도시하고 있다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 금속염은 황산구리를 포함하고, 원소 금속(50)은 구리를 포함한다. 전해질(40) 내의 황산구리의 적절한 농도를 보장하기 위해, 증발기(미도시)가 전기분해의 상류에 배치된다. E-모듈(451a, b)에서, 플레이트- 또는 드럼-전기분해에 의해, 구리는 대략 50°C 내지 60°C의 온도에서 증착될 수 있다. 구리 용액(전해질)(40)은 E-모듈 내에서 순환되고, 필요한 경우 특별히 캐소드로 흐르게 된다(E-모듈(451a) 참조). 따라서 캐소드에서 구리 증착이 점점 더 많이 발생한다. 방법은 바람직하게는 연속적으로 작동한다. 캐소드에서의 증착에 의한 전해질(40)의 구리 고갈은 새로운 황산구리 용액으로 지속적으로 보상된다.
특별한 실시형태에서, 전기분해는 정의된 농도의 황산염 및 구리 이온의 농도(예를 들어, 대략 100-300 g/L 황산에서 대략 5 g/L의 Cu2+)까지 작동된다. 구리의 증착 속도는 산 농도를 통해 간접적으로 제어될 수 있고; 산 농도가 높을수록 구리도 황산구리 형태로 침전될 가능성이 높다. 이어서, (산성) 전해질이 펌핑되어 재생 보조물(재생 매체)로서 헹굼수를 처리(300)하기 위한 이온 교환 수지에 공급된다.
이 실시형태에서 (각각 다른 금속 및 금속염과 유사하게), 증발기 타워는 필요하지 않는데, 수증기가 연속적으로 제거될 필요가 없기 때문이다. 이는 증발기 타워가 작동 중에 예를 들어 시간당 대략 400 kW 및 하루 대략 10,000 kW의 매우 많은 에너지를 소비하기 때문에 상당한 이점이 될 수 있다. 이러한 방식으로, 소비되는 에너지를 절약할 수 있으며, 유가 물질 순환에 더 적은 에너지가 공급되어야 한다.
또한, 이 실시형태에서, 발생하는 산을 분리하기 위해 산 투석(440)이 필요하지 않는데, 농축된 산이 재생 보조물(재생 매체)(325, 326)로 (직접) 사용될 수 있기 때문이다. 따라서, 전체 공정에 필요한 물의 양도 줄어든다.
특정 예에서, 단일 전기분해 셀(450)은 바람직하게 (연속적이 아닌) 배치 방식으로 작동되고, 전해질을 펌핑하는 동안 전기분해는 중지된다. 그러나, 병렬로 작동하는 다수의 전기분해 셀(450)의 공정 구성에 의해, 연속적인 구리 증착 공정이 가능해진다.
E-모듈(451a) 내의 부피는 자동으로 모니터링된다. 각각의 모듈은 제어된 방식으로 수증기를 배출하는 소위 전해조 흡입 장치를 갖는다. 이에 의해, 황산구리 용액(40)의 첨가는 수분 증발과 비교하여 제어된다. 수분 증발 속도(시간당 리터)는 황산구리 용액(시간당 리터)의 필요한 첨가에 맞게 조절된다. 충분히 높은 순도의 구리가 E-모듈(451a)의 캐소드에 증착되면, 구리가 증착된 기판(캐소드)은 자동으로 구리-방출 모듈(L-모듈(455a) 참조)로 이송된다(단계(a)). 이는 수직 승강 장치가 장착된 프로그램-제어 이송 시스템에 의해 수행되며, 전체 모듈 시리즈(E-모듈(451a, b) 및 L-모듈(455a, b)) 위의 각각의 모듈 위치에 도달할 수 있다. L-모듈(현재 455b)의 전해질(40)에서 특정 구리 농도가 달성되면(단계(b)), 구리가 고갈된 기판 캐리어(이전 캐소드)가 이송 시스템에 의해 L-모듈(455b 참조)로부터 자유 E-모듈(451b)로 다시 자동으로 배치된다(단계(c)). 기판 캐리어에서의 무게 감소(구리 방출)가 측정될 수 있으며, 무게 증가(구리 증착)도 측정될 수 있다. 이러한 작동 모드에 의해 E-모듈(451)과 L-모듈(455) 사이의 셔틀(shuttle) 작동이 설정된다. 구리 부하는 특히 현재 구리 레듀메이트(redumate)에서 황산구리로 분포되며, 이러한 방식으로 생산에 피드백된다. 거기에서, 구리 농도는 추가적으로 조절되어 회로 보드 생산에 전달될 수 있다. 레듀메이트의 분포 시스템은 기존을 유지한다. 전극에 증착된 구리를 방출하는 또 다른 방법은 산, 예를 들어, 황산으로 구리를 용해하는 것이다. 이 경우에도, 구리는 액체 형태로 공정에 피드백될 수 있다. 황산이 산화되고, 추가 결과로서, 구리가 천천히 용해되기 때문에, 처음에 구리가 산화되어야 한다. 따라서, 산화제(산화 보조제), 가장 간단한 경우에는 산소가 공급될 수 있다. 과산화수소에 의해, 용해는 상당히 가속화될 수 있다. 또한 증착된 구리를 두드리고 파쇄하여, 고체 형태의 구리를 공정에 피드백하기 위해 사용할 수 있다. 작동하는 동안, 유리한 방식으로, 과량의 산에 대응하기 위해 정기적으로 막 투석(440)이 (연속적으로) 수행된다.
도 15는 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하는 동안의 막 투석(440)의 예시적인 실시형태를 상세히 도시하고 있다. 전기분해 중의 증발 속도는 순환, 전해질 온도 및 흡입 속도의 영향을 받을 수 있다. 황산염(SO4 2-)의 농축과 전해질 오염을 방지하기 위해, 막 투석(440)이 다시 제공되고, 이는 일종의 "신장 기능"을 지속적으로 수행한다. 황산은 전해질(441)로부터 분리되고, 따라서 전해질(40)의 pH 값은 일정하게 유지된다. 구리를 용해(위 참조)시키기 위해 필요한 (황산) 확산물(446)은 새로운 산으로 연속적으로 보충된 후 L-모듈(455a, b)에 공급된다. 투석물(445)은 활성탄 필터를 통해 전달되어, 전해질에 축적될 수 있는 추가 잔류 유기 물질을 분리한다. 이어서, 반응 셀(450) 및 전기분해(451)의 투석물(445)이 각각 피드백된다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 처리 공정(100, 200, 300)과 회수 공정(400)의 개요를 도시하고 있다. 개요는 모든 공정의 연동과 그로 인한 유가 물질 순환을 보여준다. 모든 공정은 위에서 설명한 실시형태에 대해 이미 상세히 논의되었다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 상기한 방법(및 산업 시설(60) 각각)의 적어도 일부를 조정(및 각각 제어)하기 위한 공정 제어 장치(600)를 도시하고 있다. 도시된 예에서, 공정 제어 장치(600)는 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 제 1 금속염-함유 매체(10)를 제공하기 위해 제 1 처리 공정(100)에서 구현된다. 이러한 방식으로, 공정 제어 장치(600)는 또한 (위에서 설명한) 추가 공정(및 방법 각각)에서 구현될 수 있다.
공정 제어 장치(600)는 i) 실행 중인 (작동 상태인) 공정(도시된 예에서, 제 1 처리 공정(100))으로부터 적어도 하나의 공정 파라미터(611)를 캡처하기 위한 데이터베이스(610)를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 공정 파라미터(값 및/또는 범위)(611)가 (예를 들어 센서에 의해) 모든 처리 단계에서 캡처되고 데이터베이스(610)에 공급되는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 공정 파라미터는 "실제" 값(예를 들어, HCl 농도, 구리 농도, 압력 차이 등)을 구성한다. 공정 제어 장치(600)는 ii) 적어도 하나의 미리 결정된 공정 파라미터(621)(값 및/또는 범위)를 저장하도록 구성된 데이터 모델 유닛(620)을 더 포함한다. 도시된 예에서, 하나 이상의 데이터 모델에 따른 다수의 공정 파라미터가 다양한 공정 단계를 위해 데이터 모델 유닛(620)에 제공된다. 따라서, 이러한 미리 결정된 공정 파라미터(621)는 "목표" 값을 구성한다. 공정 제어 장치(600)는, iii) a) 캡처된 공정 파라미터(611)(각각 다수의 이들 파라미터)를 미리 결정된 공정 파라미터(621)(각각 다수의 이들 파라미터)와 비교(예를 들어, "실제" 값을 "목표" 값과 비교)하고, b) 비교 결과를 기반으로 제어 동작(631) 결정(예를 들어, "실제" 값과 "목표" 값 간의 차이를 능동적으로 균형을 유지)하고, 및 c) 결정된 제어 동작(631)을 수행(예를 들어, 유량을 조정)하도록 구성된 계산 장치(630)를 더 포함한다.
(소프트웨어 기반) 공정 제어 장치(600)의 예시적인 실시형태에 따르면, 데이터베이스(610)는 실행 중인 공정(공정 파라미터(611))으로부터 데이터를 수집하고, 각각 이전 공정 단계(공정 파라미터(611))의 값들에 액세스하여, (모든) "실제" 값을 저장한다.
(예를 들어 데이터베이스 형태로 데이터 모델 유닛(620)에 저장되는) 서로에 대해 의존하는 데이터 모델 및 다수의 데이터 모델은 각각, 무엇보다도, "목표" 값(및 "목표" 범위) 및 선택적으로 이들의 관계 및 변수(예를 들어, "실제" 값(611)의 검증에 사용되는 기준 값/기준 모델로서의 데이터 모델(621))를 포함한다. 계산 장치(630)는 "실제" 값을 "목표" 값과 비교하고(즉 "실제" 값(611)과 함께 데이터 모델(621)을 기반으로 계산 단계를 수행하고), 이어서 비교 결과(예를 들어, "실제" 값은 "목표" 값에 대응한다, "실제" 값은 "목표" 값에서 벗어난다, "실제" 값은 특정 기준 충족한다 등)에 해당하는 조치(제어 동작(631))를 설정한다. 결정된 제어 동작(631)은 상기한 바와 같은 방법 단계를 (적어도 그 일부) 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 계산 장치(630)는 비교 및/또는 결정을 위한 (예를 들어, 신경망에 의해 실현되는) 자기 학습 알고리즘(AI)(625)을 포함한다. 자기 학습 알고리즘(625)은 결정된 제어 동작(631)을 자동으로 수행하고 및/또는 검증을 위해 사용자에게 이를 제공하도록 구성된다. 또한, 자기 학습 알고리즘(625)은, 비교를 기반으로, 새로운 미리 결정된 공정 파라미터(622)를 결정하고, 이를 데이터 모델 유닛(620)에 자동으로 공급하고 및/또는 검증을 위해 이를 사용자에게 제공하도록 구성된다. 바람직하게, 자기 학습 알고리즘(625)은 사용자에 의한 검증 결과를 학습의 기초로서 사용하도록 구성된다. 예시적인 실시형태에 따르면, 계산 장치(630)는, 시스템에서 직접 구현되거나 검증을 위해 운영자에게 제공되는 조치(제어 동작(631))를 설정하는 자기 학습 알고리즘(625)을 포함한다. 또한 검증할 때의 운영자의 결정은 AI 기능 학습의 기초가 될 수 있다. 또한, 캡처된 "실제" 값(611)을 기반으로, AI는 자동 또는 운영자-제어 방식으로 데이터 모델로 입력된 새로운 "목표" 값/범위(621)를 각각 생성하고 제안할 수 있다.
특정 실시형태에서, 다음 공정 파라미터(611)가 각각 모니터링 및 측정되고(이후 각각 예시적인 측정 방법이 지정됨), 데이터베이스(610)에 캡처된다:
i) 초음파 측정에 의한 충전 수준;
ii) 유량계에 의한 부피 흐름;
iii) 산화환원 전위를 통한 H2O2 농도;
iv) pH 값(인-라인) 또는 적정(샘플 채취)에 의한 산 농도;
v) 광도측정(인-라인) 또는 순환 전압-전류법(샘플 채취)에 의한 유기물 농도;
vi) 적정(샘플 채취)에 의한 염화물 농도;
vii) 광도측정(인-라인) 또는 밀도 측정(인-라인) 또는 적정(샘플 채취)에 의한 철/구리 농도;
viii) 온도 센서(인-라인)에 의한 온도;
ix) 압력 센서(인-라인)에 의한 확산물과 투석물 사이의 막 투석에서의 압력 차이.
이 특정 실시형태에서, 결정된(측정된) 공정 파라미터(611)와 미리 결정된 공정 파라미터(621)를 예를 들어 계산 장치(630)에 의해 비교(및 평가, 데이터 분석)한 후, 다음의 제어 동작(631)(및 조치 각각)이 계산 장치(630)에 의해 결정 및 수행(및 각각 작동)된다:
i) 염소 가스 형성(예를 들어, 가스 센서를 통해); 제어 동작: 전기분해 끄기,
ii) 너무 높은 과산화물 부하; 제어 동작: 헹굼수 처리를 위한 이온 교환기를 담지하지 않음,
iii) 너무 낮은 충전 수준; 제어 동작: 펌프 끄기,
iv) 전해질 내의 너무 높은 철 농도; 제어 동작: 이온 교환 수지 켜기,
v) 전해질 내의 너무 높은 산 농도; 제어 동작: 막 투 켜기 또는 전기분해 셀 펌핑,
vi) 전해질 내의 낮은 구리 농도; 제어 동작: 전기분해 셀 펌핑 및 헹굼수의 전처리 탱크로의 전해질 전달,
vii) 막 투석 내의 너무 높은 압력 차이; 제어 동작: 부피 흐름(유량) 조정,
viii) 헹굼수 처리를 위한 이온 교환기의 투과액의 구리 농도; 제어 동작: 재생,
ix) 도금 폐수로부터 철을 제거하기 위한 이온 교환기의 투과액의 철 농도; 제어 동작: 재생,
x) 투석물 내의 너무 높은 염화물 농도; 제어 동작: 부피 흐름(유량) 조정.
본 발명의 예시적인 실시형태는 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한, 특히 원소 금속을 회수하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법으로서, 방법은:
금속염과 이금속을 포함하는 금속염-함유 매체를 제공하는 단계로서, 이금속은 금속보다 화학적으로 덜 고귀한, 단계와;
반응 셀에서 특히 전기분해에 의해 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 단계; 및 실질적으로 동시에
이금속을 산화시키는 단계를 포함하는 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법:
금속은 구리, 니켈, 코발트, 팔라듐, 로듐, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 은, 금으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함하는 특징;
금속염은 금속 황산염, 특히 황산구리(CuSO4)를 포함하는 특징;
이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군의 적어도 하나를 포함하는 특징,
특히, 산화는 Fe2+에서 Fe3+ 로의 반응을 포함하는 특징;
산화는 특히 전기분해 동안 반응 셀에서 수행되는 특징.
제 3 양태. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서,
금속염-함유 매체를 반응 셀에 연속적으로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제 4 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
금속염-함유 매체의 조성을 조절, 특히 선택적으로 조절하는 단계를 포함하고, 특히, 조절하는 단계는 연속적으로 수행되는 조정을 포함하고, 더욱 특히, 조절하는 단계는 공급 용기, 특히 공정 방향으로 반응 셀의 상류에 배치되는 균질화 용기에서 비롯되는 방식으로 수행되고, 더욱 특히, 공급 용기와 반응 셀은 특히 연속적으로 서로 유체 연통하는, 방법.
제 5 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법, 특히 조절하는 단계는 다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 방법:
특히 활성탄 필터에 의해 금속염-함유 매체로부터 유기 성분을 여과하는 특징;
특히 40°C 내지 70°C의 범위, 더욱 특히 45°C 내지 65°C 범위에서 온도를 조정하는 특징;
특히 증발기에 의해 금속염-함유 매체 내의 금속염을 농축하는 특징.
제 6 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법, 특히 조절하는 단계는 다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 방법:
금속염-함유 매체로부터, 특히 산화된 이금속을 분리하는 특징;
이온 교환기, 특히 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함하는 이온 교환기에 의해, 특히 산화된 이금속을 적어도 부분적으로 분리하는 특징;
이금속이 이온 교환기에 남아 있고, 특히 흡착되도록, 이온 교환기에, 이금속이 산화된 금속염-함유 매체를 담지하는 특징; 및 이후
이금속이 산성 용액에서 용해되고 이금속-함유 산성 용액이 재생물로서 제공되도록, 산성 용액을 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 이온 교환기를 재생하는 특징;
여기서 재생하는 단계는:
이온 교환기에서 하나 이상의 추가 재생 단계를 위한 재생 매체로서 재생물을 적어도 부분적으로 사용하는 단계로서, 특히 재생물 내의 이금속의 농도가 각각의 재생 단계에 따라 증가하고, 따라서 농축 재생물이 존재하는 단계와;
인쇄 회로 보드 제조의 추가 공정, 특히 포토레지스트를 침전시키기 위한 공정에 이금속-함유 산성 용액을 제공하는 단계를 더 포함하고;
여기서 이금속은 철을 포함하고, 산성 용액은 염산(HCl)을 포함하고, 이금속-함유 산성 용액은 염화철(FeCl3)을 포함하는 특징.
제 7 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법, 특히 조절하는 단계는:
금속염-함유 매체로부터 산, 특히 황산을 분리하는 단계를 더 포함하고, 여기서 특히 산을 분리하는 단계는:
막 투석을 수행하여 금속염을 포함하는 투석물 및 산을 포함하는 확산물을 수득하는 단계를 포함하는, 방법.
제 8 양태. 제 7 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법:
막 투석의 확산물의 공급물은 용매, 특히 탈염수를 포함하는 특징;
막 투석은 0.5 내지 5 L/hm2, 특히 1 내지 2 L/hm2 범위의 처리량을 포함하는 특징;
막 투석의 적어도 하나의 막은 권취 막 또는 플레이트 막을 포함하는 특징;
회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 헹굼수를 처리하기 위한 방법에 제 3 분리 스트림으로서 산-함유 확산물을 제공하는 특징.
제 9 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
회로 보드 및/또는 기판 제조를 위해 다음으로 이루어진 군 중 적어도 하나에 의해 금속염-함유 매체를 제공하는 단계를 포함하는 방법:
제 1 부분 스트림을 통해 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체;
도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체로서, 특히 이금속이 제 2 부분 스트림을 통해 실질적으로 도금 공정에서 유래하는, 금속염-함유 매체;
제 3 부분 스트림을 통해 헹굼수를 처리하기 위한 방법에서 나오는 금속염-함유 매체.
제 10 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 장치로서, 금속염-함유 매체는 금속염과 이금속을 포함하고, 이금속은 금속보다 화학적으로 덜 고귀하고, 장치는:
반응 셀, 특히 전기분해 셀로서,
금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하고, 및 실질적으로 동시에,
이금속을 산화시키도록 구성된 반응 셀, 특히 전기분해 셀을 포함하고, 장치는 반응 셀과 유체 연통하는, 특히 직접 결합될 수 있는 다음 구성요소 중 적어도 하나를 더 포함하는 장치:
금속염-함유 매체로부터 유기 성분을 여과하기 위한 필터, 특히 활성탄 필터;
금속염-함유 매체로부터 특히 산화된 이금속을 분리하기 위한 이온 교환기;
금속염-함유 매체로부터 산, 특히 황산을 분리하기 위한 막 투석;
제공된 금속염-함유 매체의 조성을, 특히 연속적으로 수행되는 조정을 통해 조절하도록 구성되는 공급 용기.
제 11 양태. 제 10 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 장치:
이온 교환기는 공정 방향으로 막 투석에 대해 상류에 연결되는 특징;
이온 교환기, 막 투석 및 필터 중 적어도 하나는 유체 연통하도록 공급 용기와 직접 결합될 수 있는 특징.
제 12 양태. 회로 보드 및/또는 기판의 제조를 위한 포토레지스트를 침전시키기 위한, 이온 교환기를 재생하는 산을 사용하여 전기분해-산화 철로부터 수득되는 염화철의 용도로서, 철은 회로 보드 및/또는 기판의 제조를 회수 공정에서 유래하는, 용도.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시형태는 회로 보드 및/또는 기판 제조, 특히 도금 공정에서 나오는 이금속- 및 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 이금속- 및 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법으로서, 방법은:
이금속- 및 금속염-함유 매체를 제공하는 단계; 및
금속염-함유 매체를 제공하기 위해, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 이금속, 특히 철을 적어도 부분적으로 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함하는 특징;
금속염은 구리, 니켈, 코발트, 팔라듐, 로듐, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 은, 금으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함하는 특징;
금속염은 금속 황산염, 특히 황산구리(CuSO4)를 포함하는 특징.
제 3 양태. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서,
이금속- 및 금속염-함유 매체는 특히 pH 값 < 3, 특히 pH 값 < 2, 더욱 특히 pH 값 < 1을 갖는 고산성 매체인, 방법.
제 4 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
이금속- 및 금속염-함유 매체는 특히 > 50 g/L 농도, 특히 > 150 g/L 농도, 더욱 특히 100 내지 200 g/L 범위의 농도의 황산(H2SO4)을 포함하는, 방법.
제 5 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
이금속- 및 금속염-함유 매체의 이금속을 특히 Fe2+에서 Fe3+로 산화시키는 단계를 포함하는 방법.
제 6 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
분리하는 단계는, 이온 교환기, 특히 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함하는 이온 교환기를 사용하는 단계를 더 포함하고, 특히 이온 교환기를 사용하는 단계는, 이온 교환기에 이금속- 및 금속-함유 매체를 담지하는 단계를 포함하고, 특히 금속염-함유 매체를 제공하기 위해, 이금속이 이온 교환기에 남아 있고, 특히 흡착되도록, 이금속은 실질적으로 산화되는, 방법.
제 7 양태. 제 6 양태에 있어서,
담지하는 단계 이후, 이금속이 산성 용액에서 용해되고 이금속-함유 산성 용액이 제공되도록, 산성 용액을 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 이온 교환기를 재생하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 양태. 제 7 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법:
이금속-함유 투석물, 특히 염화철-함유 투석물 및 산-함유 확산물을 제공하기 위해, 산 투석에 의해 이금속-함유 산성 용액을 처리하는 특징;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 추가 공정, 특히 포토레지스트를 침전시키는 공정에서, 특히 철-함유 투석물의 이금속-함유 산성 용액을 제공하는 특징;
여기서 산 투석은 막 투석에 의해 수행되고, 특히 막 투석의 적어도 하나의 막은 권취 막 또는 플레이트 막을 포함하는 특징;
헹굼수 처리 방법, 에칭 공정, 분리 공정, 산 투석, 재생으로 이루어진 군의 회로 보드 및/또는 기판 제조를 위한 적어도 하나의 공정에서 제 2 분리 스트림으로서 산-함유 확산물을 제공하는 특징;
특히 처리 후 산-함유 확산물을 산 투석 또는 이온 교환기 재생 단계로 산-함유 확산물을 연속적으로 피드백하는 특징;
여기서 산성 용액은 염산(HCl)을 포함하고, 처리된 이금속-함유 산성 용액은 염화철(FeCl3)을 포함하는 특징.
제 9 양태. 제 1 양태 내지 제 5 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
적어도 부분적으로 열적으로 분리하는 단계를 포함하고, 방법은:
금속염은 결정화되고 이금속, 특히 철은 이금속-함유 매체 내에 유지되도록, 특히 황산을 포함하는 이금속- 및 금속염-함유 매체를 증발시키는 단계; 및
금속염으로부터 이금속-함유 매체를 분리하는 단계, 특히 금속염을 금속염-함유 매체로 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 10 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법:
분리하는 단계, 특히 담지 및/또는 재생하는 단계는 연속적으로 작동되는 특징;
방법은:
특히 증발기에 의해 금속염-함유 매체 내의 금속염을 농축하는 단계를 더 포함하는 특징;
방법은:
특히 전기분해에 의해 반응 셀에서 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 단계를 더 포함하는 특징.
제 11 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조, 특히 도금 공정으로부터 이금속- 및 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 장치로서, 장치는
이금속- 및 금속염-함유 매체를 제공하기 위한 저장 모듈; 및
금속염-함유 매체를 제공하기 위해, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 이금속, 특히 철을 적어도 부분적으로 분리하기 위한, 특히 양이온 교환기를 포함하는 분리 모듈을 포함하는 장치.
제 12 양태. 회로 보드 및/또는 기판의 제조를 위한 포토레지스트를 침전시키기 위한 염화철의 특히 연속적인 생산을 위한 출발 물질로서의, 회로 보드 및/또는 기판 제조를 위한 도금 공정에서 나오는 철- 및 금속염-함유 매체의 용도.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시형태는 회로 보드 및/또는 기판 제조, 특히 에칭 공정에서 나오는 처리될 매체를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조, 특히 에칭 공정에서 나오는 처리될 매체를 처리하기 위한 방법으로서, 처리될 매체는 처리될 금속염 및 산을 포함하고, 방법은:
처리될 농축 매체를 제공하기 위해, 막 투석에 의해, 처리될 매체로부터 산을 다단계로 제거하는 단계; 및 이후
처리될 농축 매체로부터 금속염-함유 매체를 생성하기 위한 화학 반응을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
금속염 및 처리될 금속염은 구리, 니켈, 코발트, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 은, 금으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함하는 특징;
처리될 금속염은 금속 염화물, 특히 염화구리(CuCl2)를 포함하는 특징;
금속염은 금속 황산염, 특히 황산구리(CuSO4)를 포함하는 특징;
산은 염산(HCl)을 포함하는 특징.
제 3 양태. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서,
화학 반응은 염 복분해를 포함하고,
특히, 염 복분해는 추가 산을 첨가하여, 처리될 금속염을 금속염으로 전환하는 단계를 포함하고, 더욱 특히 추가 산은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 아질산(HNO3), 인산(H3PO4)으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제 4 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
다단계 제거 단계는 정확히 2 단계, 특히 정확히 두 개의 막 투석 단계를 포함하는, 방법.
제 5 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
제거하는 단계는:
제 1 농도의 처리될 금속염을 갖는 제 1 투석물 및 제 2 농도의 처리될 금속염을 갖는 산의 제 1 부분을 포함하는 제 1 확산물을 수득하기 위해, 제 1 막 투석에 의해, 처리될 매체로부터 산의 제 1 부분을 제거하는 단계; 및 이후
제 3 농도의 처리될 금속염을 갖는 제 2 투석물 및 제 4 농도의 처리될 금속염을 갖는 산의 제 3 부분을 포함하는 제 3 확산물을 수득하기 위해, 제 2 막 투석에 의해, 제 1 확산물로부터 산의 제 2 부분을 제거하는 단계를 더 포함하고,
특히, 제거하는 단계는 다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에, 특히 산을 포함하는 제 2 확산물을 제공하고, 여기서 특히 제 2 확산물이 먼저 처리되는 특징;
여기서 제 1 농도는 제 2 농도와 같거나 더 큰 특징;
여기서 제 3 농도는 제 4 농도보다 큰 특징; 및
여기서 제 3 농도는 제 2 농도와 같거나 더 작은 특징;
처리될 농축 금속염-함유 매체를 제공하기 위해, 제 1 투석물과 제 2 투석물을 결합시키는 특징.
제 6 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
화학 반응을 수행하는 단계는:
금속염-함유 매체에서 산을 생성하는 단계와;
제 3 막 투석에서 반응을 적어도 부분적으로 수행하는 단계; 및
금속염을 포함하는 제 3 투석물 및 산의 제 3 부분을 포함하는 제 3 확산물을 수득하기 위해, 제 3 막 투석에 의해 금속염-함유 매체로부터 산의 제 3 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 7 양태. 제 6 양태에 있어서,
방법은:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법에 제 3 확산물을 부분 스트림으로서 제공하는 단계를 더 포함하고,
특히, 제 3 확산물은 이온 교환기에 의해 처리되고,
더욱 특히, 이온 교환기는 산화방지, 특히 과산화수소 저항성 이온 교환 수지를 포함하는, 방법.
제 8 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
막 투석의 확산물 공급물에 대한 최대값을 지정하고,
처리될 금속염의 농도에 대한 최소값을 지정하고, 및
지정된 최대값이 초과되지 않고 지정된 최소값이 미달되지 않도록 공정 파라미터를 제어하는 특징,
여기서 막 투석의 확산물의 적어도 하나의 공급물은 용매, 특히 탈염수를 포함하는 특징;
여기서 막 투석은 0.5 내지 5 L/hm2, 특히 1 내지 2 L/hm2 범위의 처리량을 포함하는 특징;
여기서 처리하는 단계, 특히 제거하는 단계는 연속적으로 수행되는 특징;
과산화수소(H2O2)를 제거하는 특징;
특히 증발기에 의해 금속염-함유 매체 내의 금속염을 농축하는 특징;
특히 전기분해에 의해 반응 셀에서 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 특징.
제 9 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
화학 반응은 발열 반응이고, 방법은: 액체 매체, 특히 공급 용기 또는 전기분해 탱크 내의 액체 매체가 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 가열되도록, 반응 열의 적어도 일부를 소산시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 10 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 처리될 매체를 처리하기 위한 장치로서, 처리될 매체는 처리될 금속염 및 산을 포함하고, 장치는:
제 1 막 투석 모듈 및 이후 공정 방향에서, 처리될 농축 매체를 제공하기 위해, 막 투석에 의해, 처리될 매체로부터 산을 제거하기 위한 제 2 막 투석 모듈; 및 이후 공정 방향에서
처리될 농축 매체로부터 금속염-함유 매체를 생성하기 위해 화학 반응을 수행하기 위한 반응기를 포함하는 장치.
제 11 양태. 제 10 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 장치:
막 투석 모듈의 적어도 하나의 막은 권취 막 또는 플레이트 막을 포함하는 특징;
막 투석 모듈의 적어도 하나의 막은 산화방지, 특히 과산화수소 저항성 이온 교환 수지를 포함하는 특징.
제 12 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조 중 액체 매체를 가열하기 위한, 금속 염화물로부터 금속 황산염 또는 금속 아질산염 또는 금속 인산염으로의 발열 화학 반응의 용도.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시형태는 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 처리될 매체, 특히 헹굼수 및/또는 잔류수를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 처리될 매체, 특히 헹굼수 및/또는 잔류수를 처리하기 위한 방법으로서, 처리될 매체는 금속을 포함하고, 방법은:
금속이 이온 교환기에 적어도 부분적으로 남아 있도록, 이온 교환기에 처리될 매체를 담지하는 단계; 및
금속이 재생 매체에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물이 제공되도록, 재생 매체를 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 이온 교환기를 재생하는 단계를 포함하고,
재생 매체는 적어도 부분적으로 방법-내부적으로 생성되는, 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
재생 매체는 높은 산 농도, 특히 ≥ 200 g/L, 더욱 특히 ≥ 300 g/L, 더욱 특히 ≥ 400 g/L, 더욱 특히 ≥ 500 g/L의 농도를 포함하는, 방법.
제 3 양태. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
재생 매체는 황산(H2SO4)을 포함하는 특징;
금속은 구리, 니켈, 코발트, 팔라듐, 로듐, 주석, 카드뮴, 마그네슘, 나트륨, 철, 은, 금으로 이루어진 군의 적어도 하나의 금속을 포함하는 특징;
금속은 금속염, 특히 금속 황산염, 더욱 특히 황산구리(CuSO4)에 존재하는 특징.
제 4 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
재생하는 단계는:
재생 매체를 방법-내부적으로 제공하기 위해, 처리될 매체로부터의 금속의 적어도 일부 및 재생 매체의 적어도 일부를 포함하는 재생물을 제공하는 단계를 더 포함하고, 및
특히, 재생하는 단계는:
이온 교환기에서 적어도 하나의 추가 재생 단계를 위한 추가 재생 매체로서 재생물을 적어도 부분적으로 사용하는 단계를 더 포함하고,
더욱 특히, 재생하는 단계는:
재생물을 사용하여 적어도 3 개의, 특히 적어도 5 개의, 특히 적어도 8 개의 추가 재생 단계를 수행하는 단계를 더 포함하고, 특히 재생물 내의 금속의 농도는 각각의 재생 단계에 따라 증가하는, 방법.
제 5 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
재생하는 단계는:
추가 산, 특히 황산을 재생 매체, 특히 재생물에 공급하는 단계를 더 포함하고, 특히 추가 산은 실질적으로 방법-내부적으로 생성되지 않고,
더욱 특히, 추가 산은 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조, 특히 회수를 위한 공정에서 유래하는, 방법.
제 6 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법은:
회로 보드 및/또는 기판 제조를 위해 다음으로 이루어진 군 중 적어도 하나에 의해 처리될 매체를 제공하는 단계를 포함하는 방법:
헹굼수 및/또는 잔류수;
제 1 분리 스트림에 의해 제공되는, 에칭 공정의 잔류물을 처리하기 위한 방법에서 나오는 확산물;
제 2 분리 스트림에 의해 제공되는 도금 공정의 잔류물을 처리하기 위한 방법에서 나오는 확산물;
제 3 분리 스트림에 의해 제공되는, 처리될 잔류물을 회수하기 위한 방법에서 나오는 확산물.
제 7 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법은:
처리될 매체를 전처리하는 단계를 포함하고,
특히, 전처리하는 단계는 다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법:
특히 가성 소다에 의해, 처리될 매체의 pH 값을 조절하는 특징;
특히 중아황산염에 의해, 처리될 매체를 화학적으로 환원시키는 특징;
특히 활성탄 필터에 의해, 처리될 매체로부터 유기 성분 및/또는 잔류물을 여과하는 특징.
제 8 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법은:
이온 교환기로부터 폐수를 분리하는 단계를 포함하고, 폐수에는 중금속이 실질적으로 없고, 특히 폐수는 배출 품질로 존재하고, 더욱 특히 중금속의 농도는 15 mg/L 이하를 포함하고, 더욱 특히 구리의 농도는 0.5 mg/L 이하를 포함하고 및/또는 철의 농도는 2 mg/L 이하를 포함하는, 방법.
제 9 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
재생물에서 나오는 금속염-함유 매체를 제공하는 특징;
특히 전기분해에 의해, 반응 셀에서 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 특징;
여기서 처리는 연속적으로 작동되는 특징.
제 10 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 처리될 매체, 특히 헹굼수 및/또는 잔류수를 처리하기 위한 장치로서, 처리될 매체는 금속을 포함하고, 장치는,
금속이 이온 교환기에 남아 있도록, 처리될 매체를 담지하고, 및
금속이 재생 매체에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물이 제공되도록, 재생 매체를 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 이온 교환기를 재생하기 위한
이온 교환기를 갖는 이온 교환기 모듈을 포함하고,
재생 매체는 적어도 부분적으로 장치-내부적으로 생성되는, 장치.
제 11 양태. 제 10 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 장치:
이온 교환기에서 나오는 재생물을 저장하기 위한 저장 모듈로서, 재생물은 처리될 매체로부터의 금속의 적어도 일부 및 재생 매체의 적어도 일부를 포함하는 특징, 및
이온 교환기에서 하나 이상의 추가 재생 단계를 위한 추가 재생 매체로서 재생물을 적어도 부분적으로 사용하는 특징;
여기서 이온 교환기는 산화제 저항성, 특히 과산화수소 저항성 이온 교환 수지를 포함하는 특징.
제 12 양태. 배출 품질을 포함하는, 중금속이 없는 폐수가 제공되도록, 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 다수의 폐수를 공동 처리하기 위한 이온 교환기의 용도.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시형태는 유가 물질 순환에서 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 방법으로서, 제조 방법의 작동 상태에서 실질적으로 배출 품질의 매체만이 폐기물로서 발생하도록, 발생하는 잔류물은 유가 물질 순환 내로 부분 스트림으로 피드백되는, 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
배출 품질의 매체는 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분을 실질적으로 포함하지 않고, 특히 중금속을 포함하지 않는, 방법.
제 3 양태. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서,
배출 품질의 매체 내의 중금속 농도는 15 mg/L 이하를 포함하고, 특히 배출 품질의 매체 내의 구리 농도는 0.5 mg/L 이하를 포함하는, 방법.
제 4 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
매체는 특히 물, 염 및 유기물을 실질적으로 포함하거나 이로 구성되는 특징;
배출 품질은 법적 경계값 및/또는 기준에 따라 매체가 폐수 처리장으로 배출될 수 있다는 사실과 관련되는 특징;
배출 품질은 법적 경계값 및/또는 기준에 따라 매체가 수생 환경으로 배출될 수 있다는 사실과 관련되는 특징;
실질적으로 물과 에너지만이 작동 상태에서 제조 방법에 공급되는 특징;
함께 발생하는 산은 유가 물질 순환으로 피드백되는 특징;
방법은:
매체가 수생 환경으로 배출될 수 있도록, 배출 품질로 매체를 정제하는 단계로서, 특히 유기 화합물의 농도에 대한 척도로서 CSB-값이 300 mg/L, 특히 75 mg/L 이하가 되도록 정제하는 단계를 더 포함하는 특징;
회로 보드 및/또는 기판의 성분으로서 제조 방법을 떠난 주성분을 대체하기 위해, 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분만이 작동 상태의 제조 방법에 공급되는 특징;
폐수의 성분으로서 제조 방법을 떠난 주성분을 대체하기 위해, 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분이 작동 상태의 제조 방법에 공급되지 않는 특징;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분은 금속, 특히 중금속, 더욱 특히 구리, 철, 니켈, 금, 은, 팔라듐, 주석으로 이루어진 군 중 적어도 하나인 특징;
발생하는 잔류물은 중금속, 특히 구리 및/또는 철, 금속 황산염, 금속 염화물, 염산, 황산으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함하는 특징;
유가 물질 순환에서, 중금속 잔류물, 특히 구리 잔류물의 90% 이상, 특히 95% 이상, 더욱 특히 98% 이상이 피드백되는 특징;
유가 물질 순환에서, 분리된 염산의 적어도 80%가 피드백되고, 필요한 황산의 적어도 70%가 방법-내부적으로 생산되는 특징.
제 5 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
부분 스트림은 다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 방법:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 제 1 부분 스트림;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 제 2 부분 스트림;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수 및/또는 잔류수에서 나오는 제 3 부분 스트림.
제 6 양태. 제 5 양태에 있어서,
제 1 부분 스트림은, 제 1 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정에서 나오는 처리된 제 1 금속염-함유 매체를 포함하고, 특히 처리된 금속염-함유 매체에는 처리될 금속염이 실질적으로 없고, 더욱 특히 산이 실질적으로 없는, 방법.
제 7 양태. 제 6 양태에 있어서,
처리된 제 1 금속염-함유 매체는, 막 투석에 의해 산을 다단계 제거하는 단계 및 화학 반응, 특히 염 복분해를 수행하는 단계를 사용하여, 처리될 금속염, 특히 염화구리 및 산을 포함하는 처리될 매체로부터 수득되고, 특히 화학 반응은 발열 반응이고, 방법은: 액체 매체, 특히 공급 용기 또는 전기분해 용기 내의 액체 매체가 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 가열되도록, 반응 열의 적어도 일부를 소산시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 양태. 제 5 양태 내지 제 7 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
제 2 부분 스트림은, 제 2 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및 기판 제조의 도금 공정에서 나오는 처리된 제 2 금속염-함유 매체를 포함하고, 특히 처리된 금속염-함유 매체에는 실질적으로 이금속이 없고, 더욱 특히 이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군의 적어도 하나를 포함하고, 특히 처리된 제 2 금속염-함유 매체는, 특히 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함하는 이온 교환기에 의해, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 이금속, 특히 철을 분리하는 단계를 사용하여, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 수득되는, 방법.
제 9 양태. 제 5 양태 내지 제 8 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
제 3 부분 스트림은, 제 3 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 처리된 제 3 금속염-함유 매체를 포함하고, 특히 처리된 금속염-함유 매체 내의 금속염은 헹굼수에 비해 풍부한, 방법.
제 10 양태. 제 9 양태에 있어서,
처리된 제 3 금속염-함유 매체는, 이온 교환기를 사용하여, 처리될 매체로부터 수득되고, 특히 다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
이온 교환기를 재생하는 단계는, 금속이 재생 매체에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물이 제공되도록, 재생 매체를 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 수행되고, 재생 매체는 적어도 부분적으로 방법-내부적으로 생성되는 특징;
이온 교환기의 재생물은 이온 교환기에서 하나 이상의 재생 단계를 위해 사용되고, 특히 재생물 내의 금속 농도는 각각의 재생 단계에 따라 증가하는 특징;
제 3 처리 공정은:
금속이 적어도 부분적으로 이온 교환기에 남아 있도록, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 금속염-함유 매체를 이온 교환기에 담지하는 단계; 및
배출 품질의 매체를 분리하는 단계를 포함하는 특징.
제 11 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
방법은:
적어도 부분 스트림을 처리하는 단계를 포함하고, 처리하는 단계는:
특히 전기분해에 의해, 반응 셀에서 부분 스트림의 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 단계를 더 포함하고,
특히, 방법은:
제조 방법, 특히 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정 및/또는 도금 공정으로 회수된 금속을 피드백하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 12 양태. 이전 양태 중 어느 한 양태에 있어서,
유가 물질 순환에서 나오는 이금속-함유 산성 용액을 회로 보드 및/또는 기판 제조의 추가 공정, 특히 포토레지스트를 침전시키기 위한 공정으로 제공하는 단계를 더 포함하고, 여기서 특히 이금속은 철을 포함하고, 산성 용액은 염산(HCl)을 포함하고, 이금속-함유 산성 용액은 염화철(FeCl3)를 포함하는, 방법.
본 발명의 추가 예시적인 실시형태는 결합된 부분 스트림들의 전체 스트림을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
제 1 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법으로서, 방법은:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 다양한 공정(150, 250, 300)에서 나오는 금속염-함유 매체를 각각 포함하는 적어도 두 개의 부분 스트림(1, 2, 3)을 제공하는 단계(100, 200)와;
금속염-함유 매체를 포함하는 전체 스트림(4)에 적어도 두 개의 부분 스트림(1, 2, 3)을 결합시키는 단계(405); 및
전체 스트림(4)을 처리하는 단계(400)를 포함하는 방법.
제 2 양태. 제 1 양태에 있어서,
제 1 부분 스트림(1)은, 제 1 처리 공정(100)에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 처리된 제 1 금속염-함유 매체(10)를 포함하고,
특히, 처리된 금속염-함유 매체(10)에는 처리될 금속염이 실질적으로 없는, 방법.
제 3 양태. 제 2 양태에 있어서,
처리된 제 1 금속염-함유 매체(10)는, 막 투석에 의해 산(15)을 다단계 제거하는 단계(110, 120) 및 화학 반응(140), 특히 염 복분해를 수행하는 단계를 사용하여, 처리될 금속염, 특히 염화구리 및 산(15)을 포함하는 처리될 매체(11)로부터 수득되고,
특히, 화학 반응(140)은 발열 반응이고, 방법은:
액체 매체, 특히 공급 용기 또는 전기분해 탱크 내의 액체 매체가 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 가열되도록, 반응 열의 적어도 일부를 소산시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 4 양태. 이전 양태들 중 어느 한 양태에 있어서,
제 2 부분 스트림(2)은, 제 2 처리 공정(200)에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정(250)에서 나오는 처리된 제 2 금속염-함유 매체(20)를 포함하고,
특히, 처리된 금속염-함유 매체(20)에는 실질적으로 이금속이 없고,
더욱 특히 이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군의 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제 5 양태. 제 4 양태에 있어서,
처리된 제 2 금속염-함유 매체(20)는,
특히 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함하는 이온 교환기에 의해,
이금속- 및 금속염-함유 매체(21)로부터 이금속, 특히 철을 분리하는 단계(220)를 사용하여, 이금속- 및 금속염-함유 매체(21)로부터 수득되는, 방법.
제 6 양태. 이전 양태들 중 어느 한 양태에 있어서,
제 3 부분 스트림(3)은, 제 3 처리 공정(300)에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수(32)에서 나오는 처리된 제 3 금속염-함유 매체(30)를 포함하고,
특히, 처리된 금속염-함유 매체(30) 내의 금속염은 헹굼수(32)에 비해 풍부한, 방법.
제 7 양태, 제 6 양태에 있어서,
처리된 제 3 금속염-함유 매체(30)는, 이온 교환기(320)를 사용하여, 처리될 매체(31)로부터 수득되고, 특히 다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
이온 교환기(320)를 재생하는 단계(322)는, 금속이 재생 매체(325, 326)에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물(326)이 제공되도록, 재생 매체(325, 326)를 이온 교환기(320)를 통해 흐르게 함으로써 수행되는 특징, 및
재생 매체(325, 326)는 적어도 부분적으로 방법-내부적으로 생성되는 특징;
이온 교환기(320)의 재생물(326)은 이온 교환기(320)에서 하나 이상의 재생 단계(322)를 위해 사용되고, 특히 재생물(326) 내의 금속 농도는 각각의 재생 단계(322)에 따라 증가하는 특징.
제 8 양태, 이전 양태들 중 어느 한 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
제 3 부분 스트림(3) 없이 제 1 부분 스트림(1)과 제 2 부분 스트림(2)을 결합(405)시키는 특징;
제 1 부분 스트림(1) 없이 제 2 부분 스트림(2)과 제 3 부분 스트림(3)을 결합(405)시키는 특징;
세 개의 모든 부분 스트림(1, 2, 3)을 결합(405)시키는 특징;
전체 스트림(4)을 처리하는 단계(400)는 다음 방법 단계 중 적어도 하나를 포함하는 특징:
특히 활성탄 필터에 의해 금속염-함유 매체(40)로부터 유기 성분을 여과하는 단계(412);
특히 이온 교환기에 의해, 금속염-함유 매체(40)로부터 이금속, 특히 철을 분리하는 단계(420);
특히 막 투석에 의해, 금속염-함유 매체(40)로부터 산, 특히 황산을 분리하는 단계(440);
여기서 전체 스트림(4)을 처리하는 단계(400)는:
특히 전기분해(451)에 의해, 반응 셀(450)에서 전체 스트림(4)의 금속염-함유 매체(40)로부터 원소 금속(50)을 회수하는 단계(400)를 포함하는 특징.
제 9 양태, 이전 양태들 중 어느 한 양태에 있어서,
방법은:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 처리 공정(100, 200, 400)에서 나오는 공정 잔류물을 포함하는 적어도 하나의 분리 스트림(5, 6, 7)을 제공하는 단계(136, 236, 446)로서,
여기서 적어도 하나의 분리 스트림(5, 6, 7)은, 특히 제 3 부분 스트림(3) 내의 금속염의 농도보다 낮은 농도의 금속염을 포함하는, 단계; 및
적어도 하나의 분리 스트림(5, 6, 7) 및 제 3 부분 스트림(3)을 결합시키는 단계(305)를 포함하는 방법.
제 10 양태, 제 9 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
제 1 분리 스트림(5)은, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정(150)에서 나오는 금속염-함유 매체(10)의 제 1 처리 공정(100)에서 유래하고, 특히 제 1 산-함유 확산물(136)을 포함하는 특징;
제 2 분리 스트림(6)은 회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정(250)에서 나오는 금속염-함유 매체(20)의 제 2 처리 공정(200)에서 유래하고, 특히 제 2 산-함유 확산물(236)을 포함하는 특징;
제 3 분리 스트림(7)은 전체 스트림(4)의 처리 공정(400, 410)에서 유래하고, 특히 제 3 산-함유 확산물(446)을 포함하는 특징;
방법은:
전체 분리 스트림(31)에 적어도 두 개, 특히 세 개의 분리 스트림(5, 6, 7)을 결합시키는 단계(305); 및
금속염-함유 매체가 농축되는 제 3 처리 공정(300)에서 전체 분리 스트림(31)을 처리하는 단계를 포함하는 특징.
제 11 양태. 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 산업 시설(60)로서, 산업 시설(60)은:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 다양한 공정(150, 250, 300)에서 나오는 금속염-함유 매체를 포함하는 적어도 두 개의 부분 스트림(1, 2, 3)을 제공(100, 200, 300)하고, 및
금속염-함유 매체를 포함하는 전체 스트림(4)에 적어도 두 개의 부분 스트림(1, 2, 3)을 결합(405)시키도록 구성된 부분 스트림 제어 모듈; 및
전체 스트림(4)을 처리(400)하도록 구성된 처리 모듈(400)을 포함하는, 산업 시설(60).
제 12 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조 중 액체 매체를 가열하기 위한, 금속 염화물로부터 금속 황산염 또는 금속 아질산염 또는 금속 인산염으로의 발열 화학 반응(140)의 용도.
제 13 양태. 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 한 양태에 따른 방법 및/또는 제 11 양태에 따른 산업 시설을 조정하기 위한 공정 제어 장치(600)로서, 공정 제어 장치(600)는:
실행 중인 공정으로부터 적어도 하나의 공정 파라미터(611)를 캡처하기 위한 데이터베이스(610)와;
적어도 하나의 미리 결정된 공정 파라미터(621)를 저장하도록 구성된 데이터 모델 유닛(620); 및
캡처된 공정 파라미터(611)를 미리 결정된 공정 파라미터(621)와 비교하고,
비교 결과를 기반으로 하는 제어 동작(631)을 결정하고, 및
결정된 제어 동작(631)을 수행하도록 구성된 계산 장치(630)를 포함하는 공정 제어 장치(600).
제 14 양태. 제 13 양태에 있어서,
다음 특징 중 적어도 하나를 더 포함하는 공정 제어 장치(600):
계산 장치(630)는, 비교 및/또는 결정을 위해, 특히 신경망에 의한 자기 학습 알고리즘(625)을 포함하는 특징;
자기 학습 알고리즘(625)은 결정된 제어 동작(631)을 자동으로 수행하도록 구성되는 특징, 및/또는
자기 학습 알고리즘(625)은 검증을 위해 사용자에게 결정된 제어 동작(631)을 제공하도록 구성되는 특징;
자기 학습 알고리즘(625)은, 비교를 기반으로, 새로운 미리 결정된 공정 파라미터(622)를 결정하고, 이를 데이터 모델 유닛(620)에 자동으로 공급하는 특징 및/또는
자기 학습 알고리즘(625)은, 비교를 기반으로, 새로운 미리 결정된 공정 파라미터(622)를 결정하고, 검증을 위해 이를 사용자에게 제공하도록 구성되는 특징;
자기 학습 알고리즘(625)은 사용자에 의한 검증 결과를 학습의 기초로서 사용하도록 구성되는 특징.
제 15 양태. 회로 보드 및/또는 기판 제조에서 나오는 금속염-함유 매체를 처리하기 위한 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 이 컴퓨터 프로그램 제품은, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 한 양태에 따른 방법 및/또는 제 11 양태에 따른 산업 시설(60) 및/또는 제 13 양태 또는 제 14 양태에 따른 공정 제어 장치(600)를 제어하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
1, 2, 3: 제 1 부분 스트림, 제 2 부분 스트림, 제 3 부분 스트림,
4: 전체 스트림
5, 6, 7: 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 제 3 분리 스트림,
52: 금속이 에칭 공정으로 피드백되는 단계
54: 금속이 도금 공정으로 피드백 되는 단계
60: 인쇄 회로 보드를 제조하기 위한 산업 시설
100: 인쇄 회로 보드 제조의 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
10: 금속염-함유 매체
11: 처리될 매체
15: 산
15a: 산의 제 1 부분
15b: 산의 제 2 부분
15c: 산의 제 3 부분
110: 제 1 막 투석
112: 제 1 막
113: 제 1 공급물
115: 제 1 투석물
116: 제 1 확산물
120: 제 2 막 투석
122: 제 2 막
123: 제 2 공급물
125: 제 2 투석물
126: 제 2 확산물
127: 에칭 공정 수집 용기
130: 제 3 막 투석
131: 투석물 공급물
132: 제 3 막
133: 제 3 공급물
135: 제 3 투석물
136: 제 3 확산물 (제 1 분리 스트림)
140: 반응기, 혼합 및 화학 반응을 수행
141: 처리될 (산성 성분이 없는) 농축 매체
143: 추가 산
150: 에칭 공정
151: 에칭 공정의 오버플로우 용기
160 증발기
200: 인쇄 회로 보드 제조의 도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
20: 금속염-함유 매체
21: 철- 및 금속염-함유 매체
205: 저장 모듈, 제공 단계
210: 산화 모듈
220: 분리 모듈, 이온 교환기
221: 담지 단계
222: 재생 단계, 스트리밍
225: 산 용액
226: 철-함유 산성 용액, 재생물
230: 산 투석
231: 회로 보드 공정으로의 제공
235: 철-함유 투석물
236: 산-함유 확산물 (제 2 분리 스트림)
240: 산을 피드백하는 단계
250: 도금 공정
300: 인쇄 회로 보드 제조의 헹굼수에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
30: 금속염-함유 매체
31: 처리될 매체, 전체 분리 스트림
32: 추가 헹굼수
305: 제공 단계
310: 전처리 단계
311: 가성소다 pH 값의 조절 단계
312: 중아황산염, 화학적 환원 단계
313: 유기물 필터, 활성탄 필터
320: 이온 교환기
321: 담지 단계
322: 재생 단계, 스트리밍
325: 재생 매체, 추가 산
326: 재생 매체, 재생물
327: 폐수 분리 단계
328: 재생물 저장 모듈
329: 농축 매체 제공 단계
340: 분리 모듈
350: 배출 품질의 폐기물 매체, 물
351: 물 정화 단계
325: 물 공급 단계
400: 인쇄 회로 보드 제조에서 나오는 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 공정
40: 금속염-함유 매체, 전해질
41: 사용된 전해질
50: 원소 금속 (구리)
401: 제 1 부분 스트림 회수 공정
402: 제 2 및 제 3 부분 스트림 회수 공정
405: 제공, 결합, 농축 단계
410: 공급 용기, 조성 조절 단계
412: 활성탄 필터, 여과 단계
414: 온도 조절
415: 이금속 제거용 펌프 저장소
416: 증발기, 농축기
419a, b: 유체 연통부
420: 이온 교환기, 이금속 분리용
421: 담지 단계
422: 재생 단계, 스트리밍
425: 산성 용액, 재생 매체
426: 재생물, 이금속-함유 산성 용액, 재생 매체
430: 농축 이금속-함유 산성 용액
431: 회로 보드 공정으로의 제공
440: 막 투석, 산 분리
441: 공급물 투석
442: 막
443: 공급물 확산물
445: 금속염을 갖는 투석물
446: 산-함유 확산물 (제 3 분리 스트림)
447: 산 저장 모듈
450: 반응 셀, 전기분해 셀
451: 전기분해(E-모듈)
452: 산화
455: 방출 모듈(L-모듈)
460: 공기 순환
461: 배출 공기
462: 유입 공기
463: 공기 필터
464: 포화된 배출 공기
465: 자연 증발
500: 추가 회로 보드 공정, 포토레지스트 공정
600: 공정 제어 장치
610: 데이터베이스
611: 공정 파라미터 실제 값
620: 데이터 모델 유닛
621: 미리 결정된 공정 파라미터, 목표 값
622: 새로운 미리 결정된 공정 파라미터
625: 자기 학습 알고리즘
630: 계산 장치
631: 결정된 제어 동작
P: 공정 방향
4: 전체 스트림
5, 6, 7: 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 제 3 분리 스트림,
52: 금속이 에칭 공정으로 피드백되는 단계
54: 금속이 도금 공정으로 피드백 되는 단계
60: 인쇄 회로 보드를 제조하기 위한 산업 시설
100: 인쇄 회로 보드 제조의 에칭 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
10: 금속염-함유 매체
11: 처리될 매체
15: 산
15a: 산의 제 1 부분
15b: 산의 제 2 부분
15c: 산의 제 3 부분
110: 제 1 막 투석
112: 제 1 막
113: 제 1 공급물
115: 제 1 투석물
116: 제 1 확산물
120: 제 2 막 투석
122: 제 2 막
123: 제 2 공급물
125: 제 2 투석물
126: 제 2 확산물
127: 에칭 공정 수집 용기
130: 제 3 막 투석
131: 투석물 공급물
132: 제 3 막
133: 제 3 공급물
135: 제 3 투석물
136: 제 3 확산물 (제 1 분리 스트림)
140: 반응기, 혼합 및 화학 반응을 수행
141: 처리될 (산성 성분이 없는) 농축 매체
143: 추가 산
150: 에칭 공정
151: 에칭 공정의 오버플로우 용기
160 증발기
200: 인쇄 회로 보드 제조의 도금 공정에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
20: 금속염-함유 매체
21: 철- 및 금속염-함유 매체
205: 저장 모듈, 제공 단계
210: 산화 모듈
220: 분리 모듈, 이온 교환기
221: 담지 단계
222: 재생 단계, 스트리밍
225: 산 용액
226: 철-함유 산성 용액, 재생물
230: 산 투석
231: 회로 보드 공정으로의 제공
235: 철-함유 투석물
236: 산-함유 확산물 (제 2 분리 스트림)
240: 산을 피드백하는 단계
250: 도금 공정
300: 인쇄 회로 보드 제조의 헹굼수에서 나오는 금속염-함유 매체의 처리 공정
30: 금속염-함유 매체
31: 처리될 매체, 전체 분리 스트림
32: 추가 헹굼수
305: 제공 단계
310: 전처리 단계
311: 가성소다 pH 값의 조절 단계
312: 중아황산염, 화학적 환원 단계
313: 유기물 필터, 활성탄 필터
320: 이온 교환기
321: 담지 단계
322: 재생 단계, 스트리밍
325: 재생 매체, 추가 산
326: 재생 매체, 재생물
327: 폐수 분리 단계
328: 재생물 저장 모듈
329: 농축 매체 제공 단계
340: 분리 모듈
350: 배출 품질의 폐기물 매체, 물
351: 물 정화 단계
325: 물 공급 단계
400: 인쇄 회로 보드 제조에서 나오는 금속염-함유 매체로부터 원소 금속을 회수하는 공정
40: 금속염-함유 매체, 전해질
41: 사용된 전해질
50: 원소 금속 (구리)
401: 제 1 부분 스트림 회수 공정
402: 제 2 및 제 3 부분 스트림 회수 공정
405: 제공, 결합, 농축 단계
410: 공급 용기, 조성 조절 단계
412: 활성탄 필터, 여과 단계
414: 온도 조절
415: 이금속 제거용 펌프 저장소
416: 증발기, 농축기
419a, b: 유체 연통부
420: 이온 교환기, 이금속 분리용
421: 담지 단계
422: 재생 단계, 스트리밍
425: 산성 용액, 재생 매체
426: 재생물, 이금속-함유 산성 용액, 재생 매체
430: 농축 이금속-함유 산성 용액
431: 회로 보드 공정으로의 제공
440: 막 투석, 산 분리
441: 공급물 투석
442: 막
443: 공급물 확산물
445: 금속염을 갖는 투석물
446: 산-함유 확산물 (제 3 분리 스트림)
447: 산 저장 모듈
450: 반응 셀, 전기분해 셀
451: 전기분해(E-모듈)
452: 산화
455: 방출 모듈(L-모듈)
460: 공기 순환
461: 배출 공기
462: 유입 공기
463: 공기 필터
464: 포화된 배출 공기
465: 자연 증발
500: 추가 회로 보드 공정, 포토레지스트 공정
600: 공정 제어 장치
610: 데이터베이스
611: 공정 파라미터 실제 값
620: 데이터 모델 유닛
621: 미리 결정된 공정 파라미터, 목표 값
622: 새로운 미리 결정된 공정 파라미터
625: 자기 학습 알고리즘
630: 계산 장치
631: 결정된 제어 동작
P: 공정 방향
Claims (15)
- 회로 보드 및/또는 기판을 제조하기 위한 방법으로서, 제조 방법의 작동 상태에서 실질적으로 배출 품질의 매체만이 폐기물로서 발생하도록, 발생하는 잔류물은 유가 물질 순환 내로 부분 스트림으로 피드백되는, 방법.
- 제 1 항에 있어서,
배출 품질의 매체는 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분을 실질적으로 포함하지 않고, 특히 중금속을 포함하지 않는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
배출 품질의 매체 내의 중금속 농도는 15 mg/L 이하를 포함하고, 특히 배출 품질의 매체 내의 구리 농도는 0.5 mg/L 이하를 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
방법은:
매체는 특히 물, 염 및 유기물을 실질적으로 포함하거나 이로 구성되는 특징;
배출 품질은 법적 경계값 및/또는 기준에 따라 매체가 폐수 처리장으로 배출될 수 있다는 사실과 관련되는 특징;
배출 품질은 법적 경계값 및/또는 기준에 따라 매체가 수생 환경으로 배출될 수 있다는 사실과 관련되는 특징;
실질적으로 물과 에너지만이 작동 상태에서 제조 방법에 공급되는 특징;
발생하는 산은 유가 물질 순환으로 피드백되는 특징;
방법은:
매체가 수생 환경으로 배출될 수 있도록, 배출 품질로 매체를 정제하는 단계로서, 특히 유기 화합물의 농도에 대한 척도로서 CSB-값이 300 mg/L, 특히 75 mg/L 이하가 되도록 정제하는 단계를 더 포함하는 특징;
회로 보드 및/또는 기판의 성분으로서 제조 방법을 떠난 주성분을 대체하기 위해, 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분만이 작동 상태의 제조 방법에 공급되는 특징;
폐수의 성분으로서 제조 방법을 떠난 주성분을 대체하기 위해, 실질적으로 회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분이 작동 상태의 제조 방법에 공급되지 않는 특징;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 주성분은 금속, 특히 중금속, 더욱 특히 구리, 철, 니켈, 금, 은, 팔라듐, 주석으로 이루어진 군 중 적어도 하나인 특징;
발생하는 잔류물은 중금속, 특히 구리 및/또는 철, 금속 황산염, 금속 염화물, 염산, 황산으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함하는 특징;
유가 물질 순환에서, 중금속 잔류물, 특히 구리 잔류물의 90% 이상, 특히 95% 이상, 더욱 특히 98% 이상이 피드백되는 특징;
유가 물질 순환에서, 분리된 염산의 적어도 80%가 피드백되고, 필요한 황산의 적어도 70%가 방법-내부적으로 생산되는 특징;
중 적어도 하나의 특징을 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
부분 스트림은:
회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정으로부터의 제 1 부분 스트림;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 도금 공정으로부터의 제 2 부분 스트림;
회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수(rinsing water) 및/또는 잔류수에서 나오는 제 3 부분 스트림;
중 적어도 하나의 특징을 포함하는, 방법. - 제 5 항에 있어서,
제 1 부분 스트림은, 제 1 처리 공정에서 처리된, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정으로부터의 처리된 제 1 금속염-함유 매체를 포함하고, 특히 처리된 금속염-함유 매체에는 처리될 금속염이 실질적으로 없고, 더욱 특히 산이 실질적으로 없는, 방법. - 제 6 항에 있어서,
처리된 제 1 금속염-함유 매체는, 막 투석에 의해 산을 다단계 제거하는 단계 및 화학 반응, 특히 염 복분해를 수행하는 단계를 사용하여, 처리될 금속염, 특히 염화구리 및 산을 포함하는 처리될 매체로부터 수득되고,
특히 화학 반응은 발열 반응이고, 방법은: 액체 매체, 특히 공급 용기 또는 전기분해 용기 내의 액체 매체가 동일한 회로 보드 및/또는 기판 제조 내에서 가열되도록, 반응 열의 적어도 일부를 소산시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 부분 스트림은, 제 2 처리 공정에서 처리되는, 회로 보드 및 기판 제조의 도금 공정으로부터의 처리된 제 2 금속염-함유 매체를 포함하고,
특히 처리된 금속염-함유 매체에는 실질적으로 이금속(foreign metal)이 없고,
더욱 특히 이금속은 철, 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 인듐, 카드뮴, 아연, 크롬, 나트륨, 팔라듐으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함하고,
특히 처리된 제 2 금속염-함유 매체는, 특히 선택적 이온 교환 수지, 더욱 특히 이중-기능화 이온 교환 수지를 포함하는 이온 교환기에 의해, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 이금속, 특히 철을 분리하는 단계를 사용하여, 이금속- 및 금속염-함유 매체로부터 수득되는, 방법. - 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 3 부분 스트림은, 제 3 처리 공정에서 처리되는, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수에서 나오는 처리된 제 3 금속염-함유 매체를 포함하고, 특히 처리된 금속염-함유 매체 내의 금속염은 헹굼수에 비해 풍부한, 방법. - 제 9 항에 있어서,
처리된 제 3 금속염-함유 매체는, 이온 교환기를 사용하여, 처리되는 매체로부터 수득되고, 특히:
이온 교환기를 재생하는 단계는, 금속이 재생 매체에서 적어도 부분적으로 용해되고 재생물이 제공되도록, 재생 매체를 이온 교환기를 통해 흐르게 함으로써 수행되고, 재생 매체는 적어도 부분적으로 방법-내부적으로 생성되는 특징;
이온 교환기의 재생물은 이온 교환기에서 하나 이상의 재생 단계를 위해 사용되고, 특히 재생물 내의 금속의 농도는 각각의 재생 단계에 따라 증가하는 특징;
제 3 처리 공정은:
금속이 적어도 부분적으로 이온 교환기에 남아 있도록, 회로 보드 및/또는 기판 제조의 헹굼수로부터의 금속염-함유 매체를 이온 교환기에 담지(loading)하는 단계; 및
배출 품질의 매체를 분리하는 단계를 포함하는 특징;
중 적어도 하나의 특징을 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
방법은:
적어도 부분 스트림을 처리하는 단계를 포함하고, 처리하는 단계는:
특히 전기분해에 의해, 반응 셀에서 부분 스트림의 금속염-함유 매체로부터 원소 금속(elementary metal)을 회수하는 단계를 더 포함하고,
특히, 방법은:
제조 방법, 특히 회로 보드 및/또는 기판 제조의 에칭 공정 및/또는 도금 공정으로 회수된 금속을 피드백하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
유가 물질 순환으로부터의 이금속-함유 산성 용액을 회로 보드 및/또는 기판 제조의 추가 공정, 특히 포토레지스트를 침전시키기 위한 공정으로 제공하는 단계를 더 포함하고, 여기서 특히 이금속은 철을 포함하고, 산성 용액은 염산(HCl)을 포함하고, 이금속-함유 산성 용액은 염화철(FeCl3)를 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 조정하기 위한 공정 제어 장치로서, 공정 제어 장치는:
실행 중인 공정의 적어도 하나의 공정 파라미터를 캡처하기 위한 데이터베이스;
적어도 하나의 미리 결정된 공정 파라미터를 저장하도록 구성된 데이터 모델 유닛; 및
계산 장치로서,
캡처된 공정 파라미터를 미리 결정된 공정 파라미터와 비교하고,
비교 결과를 기반으로 하는 제어 동작을 결정하고, 그리고
결정된 제어 동작을 수행하도록 구성된 상기 계산 장치를 포함하는, 공정 제어 장치. - 제 13 항에 있어서,
공정 제어 장치는:
계산 장치는, 비교 및/또는 결정을 위해, 특히 신경망에 의한 자기 학습 알고리즘을 포함하는 특징;
자기 학습 알고리즘은 결정된 제어 동작을 자동으로 수행하도록 구성되고/구성되거나, 자기 학습 알고리즘은 검증을 위해 사용자에게 결정된 제어 동작을 제공하도록 구성되는 특징;
자기 학습 알고리즘은, 비교를 기반으로, 새로운 미리 결정된 공정 파라미터를 결정하고, 이를 데이터 모델 유닛에 자동으로 공급하고/공급하거나, 자기 학습 알고리즘은, 비교를 기반으로, 새로운 미리 결정된 공정 파라미터를 결정하고, 검증을 위해 이를 사용자에게 제공하도록 구성되는 특징;
자기 학습 알고리즘은 사용자에 의한 검증 결과를 학습의 기초로서 사용하도록 구성되는 특징;
중 적어도 하나의 특징을 더 포함하는, 공정 제어 장치. - 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품.
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