MX2009002100A - Metodo y sistema para el tratamiento de suspensiones. - Google Patents

Abstract

Se tratan corrientes de agua de desecho de operaciones de procesamiento de semiconductores para reducir la concentración de la misma de una o más especies de metal aún nivel satisfactorio. Los sistemas descritos en la técnica utilizan medio de intercambio iónico complejante para tratar las corrientes de agua de desecho que tienen una concentración significativa de especies oxidantes y gran concentración de sólidos.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA EL TRATAMIENTO DE SUSPENSIONES CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con un sistema y método para reducir la concentración de una o más especies de metal a partir de una corriente de desecho y, en particular, con un sistema y aparato para remover una o más especies de metal de corrientes de suspensión de desecho de planarización mecánica química.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se pueden emplear técnicas para reducir la concentración de uno o más especies objetivo a partir de una corriente. Por ejemplo, Medford et al., en la Patente U.S. No. 3,301,542, describe un sistema para tratar soluciones de mordiente ácidas. Swanson eta al., en Patente U.S. No. 3,428,449 describe la extracción de cobre de licores ácidos con una oxima fenólica. Spinney, en Patente U.S. No. 3,440,036 describe la recuperación de cobre a partir de soluciones que tienen cobre. Stephens, en Patente U.S. No. 3,912,801, describe la extracción de disolvente de metales con carbonato de alquileno cíclico. Koehler et al., en Patente U.S. No. 3,914,374, describe la remoción de cobre residual de soluciones de níquel. Asano et al. Patente U.S. No. 3,923,741, describe un proceso de refinación de solución acuosa de acrilamida. Asano et al., en Patente U.S. 3,941,837, describe adicionalmente un método para tratar una solución de acrilamida acuosa. Leach et al., Patente U.S. No. 4,010,099 describe decantadores para sistemas de extracción de liquido de cobre. Etzel et al., en Patente U.S. No. 4,210,530, describe el tratamiento de desechos de metalización con una columna de intercambio de catión de vermiculita no expandida. Dalton, en Patente U.S. No. 4,231,888, describe una composición utilizada para extraer cobre de sales de cobre acuosas. Merchant et al., en Patente U.S. No. 4,239,210, describe un método para regenerar solución de ataque y recuperar metal de mordiente. Brown et al., in Patente U.S. 4,666,683, describe un proceso para la remoción de cobre de soluciones de agente de quelación y cobre. Gefvart, en Patente U.S. No. 5,256,187, describe la separación de metales preciosos mediante un proceso de intercambio iónico. Guess, en patente U.S. Np. 5,298,168, describe un proceso de ditionita férrico y composición para remover metales pesados disueltos del agua. Siefert et al., en Patente U.S. No. 5,346,627, describe un método para remover metales de una corriente fluida. Marquis et al., en patente U.S. No. 5,348,712, describe el uso de carbonatos en una extracción de ión de metal. Hayden, en Patente U.S. No. 5, 464, 605, describe un proceso para la descomposición y remoción de peróxidos. Abe et al., en Patente U.S. No. 5, 476, 883, describe un proceso de preparación de acrilamida de acrilonitrilo purificado. Misra et al., en Patente U.S. No. 5,599,515, describe método para remover mercurio de una solución. Sassaman et al., en patente U.S. No. 6,315,906, describe la remoción de iones de metal de agua de desecho. Filson el al., en Patente U.S. No. 6, 346, 195, describe la remoción de intercambio iónico de metales a partir de agua de desecho. Kemp et al., en Patente U.S. No. 6,818,129, describe de manera similar la remoción de intercambio iónico de metal de agua de desecho. Sin embargo, Kemp et al., en Patente U.S. No. 6,818,129 anota que si hay peróxido de hidrógeno este no puede estar presente con algunas resinas debido a su incompatibilidad. Kemp et al. anota adicionalmente que se puede utilizar intercambio iónico para unir iones de cobre, pero no podría trabajar de la misma manera sobre una corriente de dispersión de pulido debido a la presencia y cantidad de sólidos presentes allí, típicamente en la forma de suspensión sílice, alúmina.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una o más modalidades, la invención se dirige a un método para tratar una corriente de suspensión. El método puede comprender las etapas de proporcionar la corriente de suspensión que comprende por lo menos un metal y por lo menos un oxidante presente en una concentración de por lo menos aproximadamente 50 mg/l e introducir la corriente de suspensión dentro de una columna de intercambio iónico. De acuerdo con una o más modalidades, la invención se dirige a un método para tratar una corriente de suspensión de pulido químico mecánico. El método puede comprender una etapa de introducir la corriente de suspensión dentro de un sistema de tratamiento que consiste esencialmente de por lo menos una unidad de intercambio iónico que comprende una resina de intercambio iónico quelante . De acuerdo con modalidades adicionales, la invención se dirige a un método para fabricar un componente electrónico. El método puede comprender pulido químico mecánico del componente electrolítico con una suspensión e introducir por lo menos una porción de la suspensión a un sistema de tratamiento que consiste esencialmente de una columna de intercambio iónico que comprende material de intercambio iónico que comprende un grupo funcional iminotiacetato . De acuerdo con una o más modalidades, la invención se dirige a un sistema de tratamiento para tratar una corriente de suspensión que puede comprender por lo menos un metal seleccionado del grupo que consiste de cobre, plomo, níquel, zinc, cobalto, cadmio, hierro, manganeso, y tungsteno y por lo menos una especie oxidante seleccionada del grupo que consiste de ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, nitrato férrico y persulfato de amonio presente en una concentración de por lo menos aproximadamente 50 mg/L. El sistema de tratamiento puede comprender una entrada conectada de manera fluida a una fuente de la corriente de suspensión y unos medios para reducir la concentración de por lo menos un metal de la corriente de suspensión. De acuerdo con una o más modalidades, la invención se dirige a un método para facilitar el tratamiento de una corriente de suspensión que tiene por lo menos una especie de metal. El método comprende la etapa de proporcionar un sistema de tratamiento que consiste esencialmente de una columna de intercambio iónico que tiene medio de intercambió de ión contenido allí. El medio de intercambio iónico comprende por lo menos un grupo funcional pendiente capaz de formar un complejo con por lo menos una especie de metal.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los dibujos acompañantes no están destinados a ser trazados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en varias figuras se representa por un número. Para propósitos de claridad, no todos los componentes se pueden marcar en cada dibujo. En los dibujos: La FIGURA 1 es una ilustración esquemática de un sistema de tratamiento de acuerdo con una o más modalidades de la invención; La FIGURA 2 es una ilustración esquemática de un sistema de tratamiento de acuerdo con una o más modalidades de la invención como se describe en los ejemplos 1 y 2; La FIGURA 3 es una ilustración esquemática de un sistema de tratamiento descrito en los ejemplos 3 y 4; La FIGURA 4 es una ilustración esquemática de aún otro sistema de tratamiento descrito en el ejemplo 5; y La FIGURA 5 es una ilustración esquemática de un sistema de pretratamiento descrito en el ejemplo 6.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención no se limita en su solicitud a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es capaz de otras modalidades y de ser practicada o de ser llevada a cabo de varias formas. También, la fraseología y terminología utilizada aquí es para el propósito de descripción y no se debe relacionar como limitante. El uso de "incluir", "comprender", "tener", "contener"; "involucrar", y sus variaciones, significan que abarcan elementos listados adelante y sus equivalentes asi como también elementos adicionales . De acuerdo con una o más modalidades, la invención proporciona sistemas o técnicas que remueve, o por lo menos reducen una concentración de, iones de metal de una solución o corriente. En algunos casos, los procesos y sistemas de la invención se pueden utilizar para remover una o más especies indeseables, tal como iones de metal, de una o más corrientes de fluido, típicamente una o más corrientes de agua de desecho. De acuerdo con modalidades adicionales, la invención proporciona sistemas y técnicas que remueven, o por lo menos reducen la concentración de, uno o más iones de metal de transición de soluciones y/o corrientes que contienen altas cantidades de sólidos en suspensión (también denominados aquí como material particulado), tal como corrientes de suspensión. En algunos casos, la invención proporciona sistemas y técnicas que remueven, o por lo menos reducen la concentración de, iones de cobre de una o más corrientes de suspensión. Por ejemplo, los procesos y sistemas de la invención pueden remover iones de cobre, de agua de desecho de una suspensión de pulido de subproducto de pulido mecánico químico (C P) de circuitos integrados al adherir los iones de metal o inmovilizar de otra forma los iones de metal produciendo por lo tanto un producto de agua de descarga ambientalmente limpio. La frase "ambientalmente limpio" se refiere a una corriente de descarga de agua de desecho que se puede dirigir a una planta de tratamiento de agua de desecho municipal, de tal manera que la corriente de descarga de agua de desecho contiene iones de cobre en una concentración de menos de aproximadamente 0.5 mg/L (aproximadamente 0.5 ppm) . De acuerdo con todavía otras modalidades adicionales, el sistema de tratamiento y las técnicas de la invención pueden comprender, consistir esencialmente de, o consistir de, una o más operaciones de unidad de intercambio iónico que pueden remover una o más especies objetivo de una o más corrientes de suspensión y puede producir una o más corrientes de suspensión adecuadas para descarga al ambiente. De acuerdo con otras modalidades, el sistema de tratamiento y las técnicas de la invención pueden comprender, consistir esencialmente de, o consistir de un subsistema de intercambio iónico y un subsistema de carbón. El sistema de intercambio iónico puede utilizar una o más columnas de intercambio iónico y el sistema de carbón puede utilizar uno o más lechos de carbón. De acuerdo aún con modalidades adicionales, los sistemas de tratamiento y las técnicas de las invención pueden utilizar una columna de intercambio iónico, un lecho de carbón, o una combinación de estos, sin ningunas operaciones de unidad que puedan reducir o cambiar de otra forma una concentración de sólidos de la corriente de suspensión a ser tratada. Los sistemas y técnicas de la invención pueden tratar una corriente de suspensión CMP al utilizar una columna de intercambio iónico, un lecho de carbón o una combinación de estos, sin cambiar sustancialmente una concentración de sólidos de la corriente de suspensión CMP. Como se utiliza aquí, la frase "sin cambiar sustancialmente" se puede referir a una concentración de sólidos en la corriente de suspensión CMP a ser tratada con relación a una concentración de sólidos en la corriente de suspensión tratada resultante, de tal manera que las concentraciones son las mismas o están dentro de aproximadamente 5% o 10% debido a la reducción de concentración de sólidos asociada con los sólidos que se retienen no intencionalmente en el sistema de tratamiento. Como se utiliza aquí, la frase "adecuado para descarga" se refiere a corrientes tratadas en donde la concentración de una o más especies reguladas contenidas allí está en un nivel no mayor de los límites obligatorios o controlados por el gobierno. Así, los sistemas y técnicas de la invención se pueden utilizar para facilitar la fabricación de uno o más dispositivos semiconductores, y/o uno o más tipos de dispositivos semiconductores, al suministrar una corriente de suspensión descargable que cumpla o exceda una o más de las restricciones regulatorias impuestas. De acuerdo con una o más modalidades, los sistemas y técnicas de la invención pueden remover o por lo menos reducir la concentración de una o más especies de metal objetivo a un nivel o concentración que satisfaga los limites de descarga ambientales y/o directrices. De acuerdo con algunos aspectos de una o más modalidades de la invención, las técnicas y sistemas descritos pueden comprender uno o más sistemas de tratamiento que comprende, en algunos casos, consiste esencialmente de, una o más operaciones unitarias que ponen en contacto la corriente de suspensión y remueve de esta una o más especies objetivo. Los sistemas y técnicas de la invención también se pueden utilizar para efectuar las reducción de concentración de contaminantes tales como, pero no limitadas a, metales de transición, de una o más corrientes que comprenden materiales particulados arrastrados. Los sólidos o materiales particulados se definen aquí utilizando Métodos Estándar 2540 B, Sólidos Totales Secos a 103-105° C (1998, 20 Ed. ) . De acuerdo con una o más modalidades, los sistemas y técnicas de la invención remueven iones de metal tal como, pero no limitados a iones de metal de cobre, de una corriente de agua de desecho tal como corriente de suspensión de subproducto de pulido, de uno o más procesos de planarización mecánica química durante las operaciones de fabricación dirigidas a dispositivos de microchip de circuitos integrados. Los procesos de fabricación semiconductores utilizan típicamente uno o más metales tales como, pero no limitados a aluminio y/o metales de transición, tal como cobre y tugsteno, en una o más operaciones durante las operaciones de fabricación de dispositivos de microchips o componentes. La planarización química mecánica o fluido es una técnica que se puede utilizar durante las operaciones de fabricación de tales dispositivos. Las operaciones CMP se pueden utilizar para producir superficies lisas sobre tales dispositivos semiconductores. Los procesos CMP típicos utilizan una o más suspensiones de pulido para facilitar los procesos de planarización. La suspensión de pulido se utiliza típicamente con una almohadilla de pulido para remover el exceso o material de metal indeseable del dispositivo semiconductor. Para facilitar adicionalmente los procesos de planarización, típicamente la suspensión de pulido comprende uno o más metales abrasivos y, en algunos casos, uno o más agentes que faciliten los procesos de planarización.

Durante los procesos CMP, el silicio y otros metales se remueven típicamente del dispositivo semiconductor y se llevan en una corriente de suspensión de pulido químico mecánico. En particular, las operaciones de planarización CMP desarrolladas sobre dispositivos de microchip basados en cobre pueden producir un subproducto de corriente de agua de desecho de suspensión (pulido) "molido" que típicamente comprende una especie de metal, típicamente como iones, en una concentración que varía de aproximadamente 1 mg/L a aproximadamente 100 mg/L. Una herramienta CMP típica puede producir una corriente de suspensión mecánica química en una proporción de flujo de aproximadamente 10 gpm, típicamente incluye corrientes de enjuague. Sin embargo, debido a que las instalaciones de fabricación operan típicamente una pluralidad de tales herramientas, una cantidad suficiente de uno o más metales de cobre pueden estar presentes en la corriente de suspensión agregada en una concentración, cantidad, o volumen que puede representar un asunto ambiental, si se descarga sin tratamiento adicional. Por ejemplo, un grupo de herramientas CMP de cobre múltiple puede generar aproximadamente 100 gpm de agua de desecho. La corriente a ser tratada puede comprender uno o más oxidantes o agentes de oxidación como un aditivo. El agente de oxidación puede ser cualquier especie que facilite la disolución de la especie de metal, por ejemplo, cobre. Por ejemplo, el agente de oxidación puede ser ácidfo nítrico, peróxido de hidrógeno (H202) , nitrato férrico, y persulfato de amonio, así como también sus mezclas o combinaciones. Otros ejemplos no limitantes de oxidantes o precursores incluyen yodatos, peryodatos, bromatos, perbromatos, cloratos, percloratos, compuestos de peroxígeno, compuestos de nitrato, compuestos persulfato, compuestos permanganato, y compuestos cromato. El agente de oxidación puede estar presente en la corriente de suspensión en una concentración suficiente para facilitar la disolución del metal, por ejemplo disolución de metal de transición. Por ejemplo, la concentración de uno o más agentes oxidantes puede ser por lo menos aproximadamente 50 mg/L, típicamente en un rango de aproximadamente 50 mg/L a aproximadamente 1000 mg/L. Uno o más agentes de quelación, tal como ácido cítrico o amonio, también puede estar presente en el subproducto de corriente de suspensión a ser tratado, típicamente para facilitar mantener uno o más metales de transición allí en la solución. La corriente de agua de desecho de suspensión también puede tener sólidos o particulados, típicamente de un tamaño en el rango de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 1 µ??, en un nivel o concentración de aproximadamente 500 a aproximadamente 5000 mg/L (aproximadamente 500 a aproximadamente 5000 ppm) o aún hasta 20.000 ppm. Los agentes complejantes tal como gluconatos, tartratos, ácido cítrico e hidróxido de amonio, que facilitan la mordiente o mejoran la proporción de corrección de metales de transición, tal como cobre, también puede estar presente en la corriente de suspensión CMP. La tabla 1 lista constituyentes de corriente de suspensión CMP comunes así como también sus concentraciones típicas .

Tabla 1: Composición de suspensión CMP típica Notablemente, los proveedores de medios de intercambio y los fabricantes de equipo promueven la remoción de material particulado adelante, es decir, corriente arriba, de los sistemas de carbono e intercambio iónico y hacen énfasis de que las operaciones de remoción de sólidos forman un aspecto esencial de los sistemas de pretratamiento debido a que las partículas se pueden unir y bloquear el medio activo y operar como un filtro particulado. Por consiguiente, sin su remoción, los sólidos suspendidos de manera indeseable acumulados resultan en un incremento en la caída de presión a través de lecho de carbón y/o resina. La caída de presión incrementada resulta típicamente y adicionalmente en el fenómeno de canalización, en donde la corriente de fluido a ser tratada se dirige a una ruta de flujo de menor resistencia, rodeando efectivamente por lo menos una porción del lecho, que limita el contacto de la masa del fluido del proceso. Esto resulta en escape de gran cantidad de contaminante y pobre efectividad de capacidad de lecho. Los sólidos suspendidos y la materia coloidal también pueden cubrir el medio de intercambio iónico, reducir la proporción o difusión de la especie iónica para y desde el medio. De hecho, los fabricantes de medios de intercambio iónico prescriben adicionalmente el pretratamiento de la corriente a ser tratada para remover o neutralizar constituyentes solubles que degraden el medio de intercambio iónico. Tales especies incluyen, por ejemplo, oxígeno, ozono, cloro, peróxido de hidrógeno y otros oxidantes o agentes o especies oxidantes. Así, los sistemas de la técnica anterior que utilizan medios de intercambio iónico incluyen una o más operaciones de unidad de pretratamiento que remueven tales particulados y/o especies de oxidación. Los sistemas o técnicas de la invención, en contraste, elimina inventivamente, si no reducen, la confianza sobre tales complejidades adicionales en el tratamiento de corrientes particuladas, que también puede contener una o más especies de oxidación. De acuerdo con uno o más aspectos, el medio de intercambio iónico utilizado en los sistemas y técnicas de la invención comprenden, consisten esencialmente de, o consisten de uno o más materiales que pueden formar o promover la formación de uno o más complejos de quelato con una o más especies objetivo. Por ejemplo, el medio de intercambio iónico puede comprender uno o más grupos funcionales que pueden formar uno o más ligandos o complejos con uno o más especies de metal. Asi, de acuerdo con alguno de los aspectos de la invención, el medio de intercambio iónico comprende uno o más ligandos o grupos funcionales de quelación, típicamente como un grupo pendiente sobre un sustrato. Uno o más grupos funcionales pueden tener cualquier funcionalidad adecuada que puede unirse o inmovilizar una o más especies objetivo efectuando por lo tanto la remoción de un fluido portador o fluido a ser tratado, o por lo menos una reducción en una combinación de estos. Así durante las operaciones de tratamiento, una o más especies objetivo se pueden unir o asegurar de otra forma al material de medio de intercambio iónico a través de uno o más grupos funcionales. Uno o más grupos pendientes se pueden soportar sobre un polímero, u otro medio de soporte, que comprende el material de medio de intercambio iónico. Así, el medio de intercambio iónico comprende una primera región que tiene una primera funcionalidad y una segunda región que tiene una segunda funcionalidad. Adicionalmente, el medio de intercambio iónico puede comprender cualquier número de tipos de tales grupos funcionales en varias concentraciones o sus densidades que proporciona una capacidad de carga deseada. Así, por ejemplo, el medio de intercambio iónico puede tener una primera región que comprende un grupo funcional en una primera densidad o concentración, típicamente sobre una base de volumen, y una o más segundas regiones que comprenden un segundo grupo funcional en una segunda región, u otra densidad o concentración. La primera y segunda regiones pueden diferir en uno o más aspectos para proporcionar flexibilidad en captura de una o más especies objetivo pero puede comprender el mismo grupo funcional. De acuerdo con una o más modalidades, los sistemas o técnicas de la invención pueden proporcionar un método para remover o por lo menos reducir la concentración de iones de cobre. El método comprende poner en contacto una corriente que contiene iones de cobre con un sistema de tratamiento que comprende, que consiste esencialmente de, o que consiste de una lecho de intercambio iónico que comprende medio de intercambio iónico comple ante, preferiblemente sin desarrollar antes la remoción de sólidos o particulados y/o la remoción previa o reducción de especies oxidantes mediante exposición catalítica de carbono. Poner en contacto la corriente puede involucrar introducir la corriente dentro de uno o más lechos de intercambio iónico en una dirección de flujo hacia abajo o en una dirección de flujo hacia arriba. La invención puede pertenecer a sistemas de pretratamiento que no involucran adición química. Por ejemplo, el sistema de pretratamiento puede neutralizar, remover, o por lo menos reducir la concentración de cualquier oxidante que pueda estar presente en la corriente a ser tratada. Por ejemplo, el sistema de pretratamiento puede introducir energía que facilita la reducción del oxidante. Ejemplos no limitantes de tales sistemas de pretratamiento incluyen, pero no se limitan a, técnicas electroquímicas, fotoquímicas, y termoquímicas . Las técnicas electroquímicas pueden utilizar una o más células electroquímicas que comprenden un ánodo y cátodo (electrodos) conectados a una fuente eléctrica para introducir una corriente eléctrica en un líquido. La célula se puede configurar como un tanque de tanda, un flujo a través de tubería, u otra configuración en la que la solución que contiene el oxidante entre en comunicación eléctrica con los electrodos. En tal una disposición, uno o más de los electrodos se agota de electrones, que se transfieren al otro electrodo a través de la conexión externa. Las reacciones de reducción pueden ocurrir en el cátodo y las reacciones de oxidación pueden ocurrir de forma correspondiente en el ánodo. La corriente suministrada como, por ejemplo, una corriente directa se controla típicamente mediante un rectificador. La cantidad de corriente, amperaje, utilizado puede depender de varios factores o condiciones tal como las características de solución y/o la concentración y el tipo de especies químicas pertinentes, y la velocidad en la que se desea o desarrolla la reducción. Las técnicas fotoquímicas proporcionan típicamente una radiación actínica que Promueve una o más reacciones. Por ejemplo, las técnicas fotoquímicas pueden utilizar radiación ultravioleta para promover una o más reacciones de reducción. Las técnicas termoquímicas pueden involucrar calentar una solución que contiene un oxidante a una temperatura que promueve la descomposición de las especies oxidantes. Por ejemplo, para agua de desecho de suspensión CMP de cobre, la temperatura puede ser hasta e incluir el punto de ebullición del agua (aproximadamente 100° C) . En la temperatura elevada, las reacciones, que incluyen la velocidad de reducción o reacciones de descomposición se incrementan típicamente promoviendo así la destrucción de una o más especies oxidantes. El medio de intercambio iónico complejante comprende típicamente por lo menos una funcionalidad de quelación o complejante. La funcionalidad comprende cualquier grupo, típicamente un grupo multidentado, que forma un complejo con las especies objetivo. Por ejemplo, el medio de intercambio iónico puede comprender un grupo funcional iminodiacético sobre una estructura polimérica. Otros grupos funcionales que se pueden utilizar de acuerdo con una o más modalidades de la invención, incluyen, pero no limitan a poliamina, bispicolilamina, y grupos aminofosfónicos . La selección del grupo funcional puede depender de varios factores que incluyen, por ejemplo, la afinidad para una especie objetivo. Así, por ejemplo, las selección de uno o más grupos funcionales a ser utilizados puede depender de las especies de metal objetivo, por ejemplo un metal de transición que puede ser uno o uno cualquiera o más de cobre, plomo, níquel, zinc, cobalto, cadmio, hierro, tántalo, plata, oro, platino, paladio, iridio, rodio, rutenio, manganeso, tungsteno, y hafnio y/o galio.

Como se muestra en forma de ejemplo en la figura 1, uno o más tanques de recolección 30 se pueden utilizar para recolectar una o más corrientes a ser tratadas de uno o más sistemas CMP 20 antes de procesar en un sistema de tratamiento 40. Opcionalmente, un ácido o una base (no mostrado) se pueden introducir para ajustar un pH de la corriente a ser tratada. En algunos casos los sistemas de tratamiento pueden comprender dos o más lechos reintercambio iónico dispuestos en paralelo o en serie, o sus combinaciones. Por ejemplo, el sistema de tratamiento puede comprender dos trenes cada uno comprende un primer lecho de intercambio iónico y un segundo lecho de intercambio iónico corriente abajo del primer lecho. El primer intercambio iónico se puede hacer considerado como el lecho primario, que remueve típicamente o reduce la concentración de la especie de metal objetivo en la corriente de suspensión y en el segundo, lecho de intercambio iónico corriente abajo se puede considerar como el lecho de pulido que remueve cualquier especie objetivo residual. Los lechos primario y de pulido se pueden intercambiar según sea necesario. Por ejemplo, el lecho primario se puede reemplazar después de un periodo predeterminado o luego de una detección de una condición inaceptable, o concentración de una o más especies objetivo en la corriente existente. El lecho de pulido luego se puede colocar en la posición primaria, y se puede colocar una columna regenerada fresca en la posición de pulido. El lecho de intercambio iónico gastado se puede reacondicionar y/o regenerar. El medio de intercambio iónico típicamente comprende una funcionalidad de quelación pendiente sobre una estructura de polímero reticulado. El sustrato de soporte o estructura de la mayoría de resinas de intercambio iónico está típicamente compuesta de cadenas de poliestireno largas. Los fabricantes de resina mejoran típicamente la resistencia y producen resinas insolubles en agua y/o disolventes no acuosos, las cadenas de poliestireno se hacen reaccionar típicamente con un agente de reticulación tal como divinal benceno (DBV) . La reacción une típicamente múltiples cadenas de poliestireno a través de uno o más enlaces. Los oxidantes atacan y destruyen no solo los grupos pendientes funcionales sobre la resina sino que también atacan y destruyen los enlaces DVB. Todos los oxidantes atacan el grupo funcional y los enlaces cruzados DVB. Como se destruyen más enlaces cruzados DVB, La resina se absorbe y se hincha con agua y suavizante. En uso, la resina suavizada se expandirá y exprimirá junto lo cual evitara o inhibirá el flujo de fluido. Algunas especies oxidantes son más agresivas que otras y la mayor concentración de oxidante acelera la velocidad de deterioro. Otras condiciones, tal como pH alto o bajo, calor, y la presencia de catalizadores también aceleran la velocidad de deterioro. En algunos casos, los metales de transición como el cobre pueden catalizar la degradación oxidativa de la resina especialmente bajo condiciones ácidas. Típicamente, el medio de intercambio iónico de quelación puede tener una capacidad de operación en el rango de aproximadamente 1.5 a 2.0 libras o más de metal por pie cúbico. El metal de intercambio iónico tiene típicamente un coeficiente de uniformidad máximo de aproximadamente 1.7. La resina de intercambio iónico del proceso y los aparatos de la presente invención se tamizan para tamaño de control de glóbulo. La resina de intercambio iónico del proceso y aparato de la presente invención puede tener las propiedades listadas en la Tabla 2. La corriente de suspensión tratada sale del sistema de tratamiento en un estado que es adecuado para descarga como se menciono anteriormente. Opcionalmente, la corriente tratada se puede tratar adicionalmente en uno o más sistemas post-tratamiento (no mostrados) . Por ejemplo, los sólidos se pueden remover de allí en uno o más sistemas u operaciones de unidad de filtro, típicamente después o corriente abajo de las operaciones de unidad de carbón y/o intercambio iónico. Uno o más agentes, tal como agentes de floculación y/o coagulación, se pueden utilizar para mejorar uno o más procesos post-tratamiento . Ejemplos de otras operaciones de unidad de se pueden utilizar en los sistemas post-tratamiento incluyen, pero no se limitan a, procesos de osmosis inversa y otras técnicas y sistemas que pueden reducir adicionalmente otras especies objetivo de la corriente .

Tabla 2 : Propiedades típicas de resina de intercambio de ión La regeneración del medio de intercambio iónico, típicamente es saturado, cargado se puede efectuar al utilizar uno o más ácidos minerales, tal como ácido sulfúrico, para remover las especies de metal complejo, se puede utilizar ventajosamente ácido clorhídrico en algunos casos .

EJEMPLOS La función y las ventajas de estas y otras modalidades de la invención se pueden entender adicionalmente a partir de los ejemplos adelantes, que ilustran los beneficios y/o ventajas de uno o más sistemas y técnicas de la invención pero no ejemplifica el alcance completo de la invención. En los ejemplos, el cobre en solución se mide de acuerdo con Standard Methods 3120 B, Metals by Inductively Coupled Plasma (ICP) Method or 3125 B, Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometry (ICP/MS) Method (1998, 20th Ed.). Los niveles de los sólidos se miden de acuerdo con U.S. EPA Method 160.3. La concentración de peróxido de hidrógeno se mide mediante titulación directa con reactivo de permanganato de potasio estandarizado. La resina de intercambio iónico utilizada es LEWATIT® TP207 débilmente ácida, resina de intercambio iónico macroporosa con grupos iminodiaceto quelantes, que se adquieren de Sybron Chemicals Inc.; a LANXESS Company, Birmingham, New Jersey.

Ejemplo 1. Desempeño de la resina de intercambio iónico expuesta sobre un oxidante . En este ejemplo, el sistema de tratamiento de acuerdo con una o más de las modalidades de la invención incluye una columna de intercambio iónico que utiliza una resina de intercambio iónico quelante que se expone a un oxidante. La capacidad efectiva de la resina de intercambio iónico expuesta se utiliza para caracterizar el deterioro y efectos sobre su desempeño. El sistema de tratamiento se muestra esquemáticamente en la Figura 2. El sistema consiste esencialmente de una columna de intercambio iónico 210 que incluye la resina de intercambio iónico allí. Una bomba 214 se utiliza para retirar la solución que contiene cobre de una fuente o tanque de alimentos 12 y se introduce en la columna de intercambio iónico 210. Un tanque de mantenimiento de efluente 216 se utiliza para recolectar el fluido tratado de la columna de intercambio iónico 210. No se realiza recirculación de la solución de tal manera que el material de intercambio iónico se expone a una solución que tiene la misma concentración de cobre inicial y final. Antes de la primer serie, la resina se pre-acondiciona al hidratarla durante por lo menos veinte cuatro horas en agua des-ionizada, luego convertirla completamente a la forma ácida al exponerla en aproximadamente 10% de solución de ácido clorhídrico. La columna de intercambio iónico tiene un lecho de resina que es de aproximadamente 1.5 cm de diámetro y es de aproximadamente 16 cm de profundidad. Se desarrollan varias series al exponer el lecho de resina a varias soluciones que contienen oxidante. La solución también comprende aproximadamente 40 mg/L de especies de cobre, como una sal de sulfato. Se desarrolla la exposición al pasar las varias soluciones a través de la columna de intercambio iónico durante aproximadamente ocho horas y mantenerla en una condición de no flujo durmiente durante aproximadamente diez y seis horas cada día. El pH de la solución se ajusta a aproximadamente 3 unidades pH al agregar suficiente ácido sulfúrico. El oxidante utilizado es peróxido de hidrógeno en varios niveles de concentración anotados en la Tabla 3. La Tabla 3 lista adicionalmente la capacidad medida del lecho de intercambio iónico después de exposición en varios intervalos de tiempo durante la exposición. La capacidad del lecho se normaliza con relación a la resina no expuesta. Específicamente, la resina de intercambio iónico no expuesta aún oxidante se designa por tener una capacidad de 1.0 y la capacidad de la resina durante la exposición se designa con relación a la capacidad no expuesta. Así, por ejemplo, la resina de intercambio iónico expuesta a oxidante tiene una capacidad que se determina que es aproximadamente la mitad de la resina no expuesta que se designa por tener una capacidad de aproximadamente 0.5. La determinación de capacidad de la resina se puede desarrollar por saturación relativa. Por ejemplo, la resina se puede pelar del metal mediante regeneración con aproximadamente un 10% de solución de ácido clorhídrico. Aproximadamente dos litros de una solución de sulfato de cobre, que contiene aproximadamente 3.000 mg Cu/L, se pasa a través de 25 mi de resina para agotar completamente los sitios de intercambio de resina de ión con especies de cobre . El exceso de la solución de cobre se enjuaga de la resina. El cobre se pela de la resina con aproximadamente 0.5 L de aproximadamente 10% de solución de ácido clorhídrico. Esta solución de pelado se captura y analiza para contenido de cobre total. La cantidad de cobre determinada allí relacionada directamente con el número de sitios de intercambio utilizables por unidad de volumen de resina de intercambio iónico (a la resina virgen se le asigna un valor de 1.0). Se considera que la exposición a especies oxidantes o reactivas produce algunos sitios de intercambio no utilizables de tal manera que la cantidad de cobre que se puede cargar por unidad de volumen de resina se reduce típicamente con la degradación. Por lo tanto, comparado con la resina virgen, el valor es menor de 1.0 para las resinas expuestas a oxidante.

Los datos en la Tabla 3 muestran que la capacidad de la resina de intercambio iónico puede degradarse con la exposición prolongada. Adicionalmente, la velocidad de degradación se acelera en mayores concentraciones de oxidantes .

Tabla 3: Efecto de Exposición a Oxidante sobre Resina Iminodiacetato Concentración H202 (mg/L) Tiempo exposición 0 50 100 500 1.000 (horas ) 0 1 1 1 1 1 264 1 1 1 384 1 1 1 552 1 0.94 672 0.99 0.97 0.89 936 1.03 0.86 0.77 1056 0.99 0.99 1320 1 0.94 0.91 0.82 0.71 1560 0.99 0.7 0.58 1584 0.94 0.88 1776 1.01 0.95 0.91 0.66 0.51 1968 0.92 0.88 2016 0.98 0.58 0.43 2256 0.52 0.38 2280 0.92 0.86 2496 0.87 0.83 2784 0.89 0.82 3144 0.88 0.80 3384 0.82 0.75 Ejemplo 2 : Desempeño de Resina de Intercambio iónico cuando se neutraliza Químicamente el Oxidante. En este ejemplo, un sistema de tratamiento de acuerdo con una o más modalidades de la invención que comprenden una columna de intercambio iónico con neutralización química de un oxidante se evalúa para capacidad de tratamiento de metal. El sistema de tratamiento se muestra esquemáticamente en la Figura 2 y se ha descrito sustancialmente en el ejemplo 1. El agente de reducción o neutralizante es metabisulfito de sodio. Sin embargo, se pueden utilizar otros agentes de reducción tal como bisulfito de sodio y sulfito de sodio, La neutralización del peróxido de sodio con sulfito de sodio, bisulfito de sodio, o metabisulfito de sodio resulta en la formación de sulfato de sodio (Na2S04) . La concentración inicial, antes de neutralización, del peróxido de hidrógeno de la solución a ser tratada se lista en la Tabla 4. La concentración resultante de producto de sulfato de sodio también se lista. La concentración inicial de especies de metal, cobre (sulfato) , para cada solución de serie de prueba es aproximadamente 40 mg/L. el pH de partida de cada solución es de aproximadamente 3 unidades pH. La columna de intercambio iónico tiene un lecho de resina que es de aproximadamente 1.5 cm de diámetro y es de aproximadamente 16 cm de profundidad. Se incluye ácido cítrico como un quelador orgánico para el cobre y se utiliza típicamente en formulaciones de suspensión CMP de cobre. Esto compleja típicamente los iones de cobre producidos durante un proceso CMP de cobre de tal manera que la precipitación y/o reabsorción sobre la superficie semiconductora de tales especies se inhiben. Los queladores orgánicos unen el cobre a grados variables. Típicamente, entre mayor es la fuerza de unión al cobre en el quelado, más difícil es para las resinas de intercambio iónico remover el cobre del quelado y captar la resina de intercambio iónico. El alto fondo de sal también puede impartir absorción de cobre de la solución sobre la resina, en este caso por alto fondo iónico. Cuando los agentes de reducción químico, como bisulfito de sodio, se utilizan para descomponer químicamente oxidantes, como peróxido de hidrógeno, la reacción química resultante incrementa el fondo iónico de la solución total. Específicamente, la reacción entre el bisulfito de sodio y el peróxido pueden producir iones de sulfato y de sodio en la solución. Entre mayor es la concentración de oxidante, se requiere más bisulfito para neutralizar y, por lo tanto, el fondo iónico resultante es mayor . La Tabla 4 lista el número de volúmenes de lecho equivalentes (BV) que pasan a través del lecho de resina antes que el efluente se encuentre en aproximadamente 30 mg/L, designado como condición de ruptura, o aproximadamente el 75% de la concentración de metal influente. La Tabla 4 compara la carga de cobre sobre el intercambio iónico para los tres casos. El "Blanco", o linea base, muestra la carga de cobre cuando no hay quelador presente (por ejemplo ácido cítrico) y con solo una pequeña cantidad de carga de fondo iónica. La casilla "cítrico" muestra la carga de cobre cuando una cantidad de agente de quelación, ácido cítrico, en un nivel típicamente presente en el agua de desecho C P de cobre, se carga a la línea base. En este caso, poco fondo iónico adicional resulta en razón a que el ácido cítrico solo se ioniza parcialmente en la solución. La casilla, "sulfato" muestra la carga de cobre cuando el fondo iónico se incrementa significativamente en la ausencia de ácido cítrico. La cantidad de sal de sulfato de sodio es equivalente a aquella formada si aproximadamente 1.000 ppm de peróxido de hidrógeno se remueven mediante bisulfito de sodio (en las otras dos casillas, la cantidad es igual a la remoción de aproximadamente 200 ppm del peróxido) . Los resultados muestran que las casilla de sulfato y ácido cítrico son esencialmente iguales como la casilla de línea base y el incremento en la carga iónica de fondo mediante el uso de un agente de reducción químico que no tiene impacto negativo apreciable sobre la remoción del cobre por la resina de intercambio iónico, independiente de si hay ácido cítrico .

Tabla 4: Efecto de Alta Exposición al Sulfato BTA es 1, 2, 3-benzotriazol . El BTA es un componente "triazol alquil/arilo anti-antiempañante" que está típicamente presente en las formulaciones de suspensión CMP de cobre. El BTA evita típicamente la formación de óxido de cobre sobre el cobre pulido que permanece sobre el dispositivo semiconductor durante y después del proceso C P.

Ejemplo 3: Altas Corrientes de Sólidos Totales. Este ejemplo muestra el desempeño de un sistema de tratamiento de acuerdo con una o más modalidades de la invención en el tratamiento de una corriente de suspensión de un proceso CMP. Se desarrolla evaluación durante aproximadamente 20 días. Esta prueba también muestra la efectividad de la captación del cobre por la resina aún en la presencia de un oxidante. El sistema, ilustrado esquemáticamente en la Figura 3, está comprendido de una columna de intercambio iónico 310 corriente abajo de una columna de carbón 311. Se utiliza una bomba 312 para controlar una solución CMP desde un tanque de alimentación 314 a través de una columna de carbón 311 y una columna de intercambio iónico 310. Un punto de muestra 316 se coloca entre la columna de carbón 311 y la columna de intercambio iónico 310. El fluido tratado se la columna de intercambio iónico 310 se recolecta en el tanque de recolección 318. El sistema se opera aproximadamente ocho a doce horas por día, se apaga al final de cada dia y se reinicia al siguiente dia. Después de doce dias, la prueba de intercambio iónico se detiene y la remoción de peróxido de hidrógeno por carbón continúa durante ocho dias adicionales. El flujo de la solución de alimentación de suspensión a través del carbón y los tanques de intercambio iónico es uniforme y constante a través de la prueba, lo que indica que no se forman sólidos en el medio. El examen del medio en la conclusión de la prueba muestra que no hay acumulación de sólidos de suspensión en el medio. Se prepara agua de desecho de suspensión CMP de cobre simulada. Alicotas de concentrado de suspensión CMP de cobre fabricadas comercialmente se diluyen a las condiciones de pruebas sólidas totales. La solución de suspensión se prepara al diluir suspensión CMP de cobre disponible comercialmente y agregar peróxido de hidrógeno y sulfato de cobre para simular agua de desecho de suspensión CMP de cobre. Cantidades calculadas de sulfato de cobre (como CuS04-5H20 grado técnico cristalino) de Chem One Ltd., Houston, Texas, se agregan a la solución de suspensión influente. Las concentraciones de peróxido de hidrógeno de la corriente de suspensión en y fuera del lecho de resina de intercambio iónico se listan para cada día en la Tabla 5. De manera similar, las concentraciones de cobre de entrada y salida junto con la concentración de entrada de sólidos también se lista de manera correspondiente. El pH se ajusta a aproximadamente 3 unidades de pH al agregar ácido sulfúrico. El tamaño de partículas de los sólidos están en el rango de aproximadamente 0.001 µp? a aproximadamente 1 µp?. La columna de intercambio iónico 310 tiene un lecho de resina que es de aproximadamente 8 pulgadas de diámetro y es de aproximadamente 40 pulgadas de profundidad. La columna de carbón 311 es de aproximadamente 14 pulgadas de diámetro y es de aproximadamente 40 pulgadas de profundidad. El carbón utilizado es carbón activado granular CENTAUR®, disponible de Calgon Carbón Company, Pittsburgh, Pennsylvania . Las muestras se recuperan y analizan en las horas indicadas listadas en la Tabla 5. Los datos en la Tabla 5 muestran que aún con carga de sólidos total de hasta aproximadamente 4.500 mg/L, todavía se puede remover cobre. Adicionalmente, la remoción del peróxido de hidrógeno necesaria para ser desarrollada para la remoción efectiva del cobre como se muestra por los resultados de las series desarrolladas en los días 4, 5 y 7. Los sólidos totales en la prueba en la Tabla 5 son en su mayoría de los sólidos particulados de suspensión en sí mismos, es decir, el sílice y alúmina utilizado para molido y pulido. Muy poco de los sólidos son de iones disueltos similares a cobre y sulfato .

Tabla 5: Efecto Altos Sólidos Totales Día Tieitpo Tiempo de Concentración Concentración Concentrac de serie H202 (mg/L) cobre (mg/L) ión de serie acumulada entrada Post entrada salida sólidos (horas) (horas) Carbón entrada (mg/L) 1 1 8 524 <0.3 26.2 0.052 3.370 8 NA <0.3 26 0.033 3.680 2 1 16 NA 28.6 0.024 3.450 8 52 <0.3 29.8 0.046 4.515 3 1 24.5 450 27.6 0.032 3.360 8.5 520 <0.3 27.2 0.027 3.180 4 1 32.5 384 29 0.025 4.000 8 N 17 28.5 0.027 3.750 5 1 40.5 428 4 29.3 <0.07 3.785 8 410 16.4 31 <0.04 3.980 6 1 48.5 377 <0.3 27.1 0.114 3.870 8 402 <0.3 27.1 <0.04 3.420 7 1 60.5 610 3.5 28.6 <0.04 3.930 12 493 <0.3 25.4 <0.04 3.580 8 1 72.5 503 <0.3 25 <0.04 3.540 12 463 <0.3 31.5 0.053 4.090 9 1 84.5 510 <0.3 28.7 <0.04 3.760 12 517 <0.2 26.9 0.156 3.400 10 1 96.5 500 <0.3 27.1 0.079 3.350 12 524 <0.2 23.2 0.124 2.840 11 1 108.5 525 <0.3 27.1 0.127 3.420 12 502 <0.2 27.1 0.167 3.790 12 1 120.5 563 <0.2 27.6 0.08 3.800 12 510 <0.2 25.1 1.61 3.480 13 1 129 428 4 -3.500 8.5 410 16.4 -3.500 14 1 137.3 377 <0.3 -3.500 8.3 402 <0.3 -3.500 15 1 146.1 610 3.5 -3.500 8.8 493 <0.3 -3.500 16 1 155.1 503 <0.3 -3.500 9 463 <0.3 -3.500 17 1 163.6 510 <0.3 -3.500 8.5 517 <0.2 -3.500 18 1 171.8 500 <0.3 -3.500 8.2 524 <0.2 -3.500 19 1 180.6 525 <0.3 -3.500 8.8 502 <0.2 -3.500 20 1 189.6 563 <0.2 -3.500 9 510 <0.2 -3.500 Ejemplo 4 : Remoción de peróxido de hidrógeno con medio de filtro y carbón. En este ejemplo, una corriente de suspensión de desecho de un proceso CMP se trata en un sistema de tratamiento que comprende un subsistema de pre-tratamiento . El sistema de pre-tratamiento mostrados sustancialmente en la Figura 3, está comprendido de un sistema de pre- tratamiento 311, que es una columna de carbón o una columna de medio de filtro, y una columna de intercambio iónico 310. Se utiliza una bomba 312 para introducir los sólidos, oxidante, y solución que contiene cobre del tanque de alimentación 314, la solución tratada se recolecta y se muestrea en un tanque de recolección 318. El peróxido de hidrógeno en la corriente de suspensión se remueve y/o neutraliza al utilizar un sistema de pre-tratamiento que tiene carbón activado granular CENTAUR®, disponible de Calgon Carbón Company, Pittsburgh, Pennsylvania o con medio de filtro granular BIRM®, disponible de Clack Corporation, Windsor, Wisconsin. El sistema de carbón activado granular CENTAUR® consiste esencialmente de una columna de aproximada 8 pulgadas de diámetro y aproximadamente 40 pulgadas de profundidad. El subsistema de medios de filtro granular BIRM® consiste esencialmente de una columna de aproximadamente 8 pulgadas de diámetro y aproximadamente 20 pulgadas de profundidad. Para cada una de las series, la columna de intercambio iónico correspondiente tiene aproximadamente las mismas dimensiones como la columna de medio de filtro o de carbón respectivo . El influente y los sólidos totales de cobre posttratamiento y las concentraciones de peróxido de hidrógeno en la corriente de suspensión se listan en la Tabla 6 y 7.

Los datos muestran que los sistemas de pre-tratamiento puedan reducir o remover la concentración de peróxido de hidrógeno y que la especie de cobre se remueve efectivamente mediante la columna de intercambio iónico.

Tabla 6: Remoción de Oxidante por Carbón Activado Granular Tabla 7: Remoción de oxidante por medio de filtro granular (NA= no analizado) Ejemplo 5: Desempeño de sólidos totales que varia intercambio iónico y concentración de peróxido de hidrógeno . Se utiliza agua de desecho de suspensión obtenida de un proceso CMP de cobre comercial para evaluar la remoción de metal y óxido mediante un subsistema de pretratamiento con un lecho de carbón y un sistema de tratamiento con dos lechos de intercambio iónico como se ilustra esquemáticamente en la figura 4. El lecho de carbón 510 está comprendido aproximadamente 3.6 pies cúbicos de carbón activado granular CENTAUR® y lecho de intercambio iónico 512 y 514 que están comprendidos de aproximadamente 3.6 pies cúbicos de ácido débil LEWATIT® TP207, la resina de intercambio iónico macroporosa con grupos de iminodiacetato quelantes. El fluido de la suspensión se introduce del tanque de alimentación 516 dentro del sistema para utilizar una bomba 518. Se ajustan concentraciones de sólidos totales, peróxido de hidrógeno y cobre a los valores mostrados en la Tabla 8 utilizando suministro de suspensión de cobre en bruto, aproximadamente 30% de peróxido de hidrógeno de Ashland Specialty Chemical, y pentahidrato de sulfato de cobre, de Chem One ltd. El pH se ajusta a los niveles mostrados en la Tabla 8 al agregar aproximadamente 25% de solución de ácido sulfúrico, se diluye en una proporción de aproximadamente 1:1 con agua desionizada. El vapor tratado de las columnas de intercambio iónico 512 y 514 se recolectan en el tanque de recolección 520. La muestra para el análisis se recupera en el punto de muestra 522 en un tanque de recolección 520. La tabla 8 lista la entrada y las propiedades del fluido se suspensión para varias series de prueba. Los datos muestran que el cobre se remueve efectivamente aún si la remoción del peróxido de hidrógeno por el subsistema de carbón activado como se nota en los números de prueba 2,4,5, y 10. Los datos también muestran que el tratamiento se puede efectuar uniformemente sobre corrientes de suspensión que tienen sólidos hasta aproximadamente 20.000 ppm. De hecho, en una carga de casi 20.000 ppm, la remoción de metal efectivo excede todavía el 90%, así los datos indican que la invención se puede practicar todavía con corrientes de suspensión mayores de 20.000 ppm.

Tabla 8: Remoción de cobre y peróxido de hidrógeno.

Ejemplo 6: Pretratamiento fotoquimico mediante irradiación electromagnética . En este ejemplo, la remoción o reducción de peróxido de hidrógeno de una corriente de suspensión CMP se efectúa típicamente por técnicas que no tienen adición química. La reducción de oxidante basada no químicamente se efectúa mediante un sistema de pretratamiento basado en reducción fotoquímica que involucra exposición a radiación electromagnética ultravioleta (UV) como se ilustra sustancialmente en la figura 5. El sistema de pretratamiento 610 utiliza un ensamble modelo # AMD150B1/3T UV, de Aquionics Inc, Erlanger, Kentucky, con una capacidad volumétrica de aproximadamente 1.6 galones células UV 612 que tiene una longitud de onda de lámpara UV 613 de presión de medio 185 nm, modelo # 130027-1001. La lámpara se opera en aproximadamente 1 KW y se energiza mediante una fuente de energía 614. La solución se trata, se prepara como se describe sustancialmente adelante, se bombea a través de la presión de medio de célula UV 612 de un tanque de alimentación 616 utilizando una bomba 618 a una velocidad de flujo de aproximadamente 0.75 gpm. La dosificación aplicada de radiación UV en esta velocidad de flujo es aproximadamente 4.000 microwats/segundo/cm3. El fluido irradiado se recolecta en un tanque de recolección 620. La corriente de suspensión está comprendida de una mezcla de concentrados de suspensión C P de cobre disponibles comercialmente en alúmina y basados en sílice diluidos en agua desionizada en una proporción de aproximadamente 1:1:40. El pH de la corriente de suspensión se ajusta a aproximadamente 3 unidades pH con ácido sulfúrico. Se agrega una especie de metal a la corriente de suspensión como pentahidrato de sulfato de cobre. El oxidante se agrega a la solución utilizando una alícuota calculada de aproximadamente 30% de peróxido de hidrógeno grado electrónico. Las concentraciones de especies de metal y oxidante antes de tratamiento se listan en la Tabla 9. Los datos muestran que un sistema de pretratamiento que comprende técnicas de radiación UV pueden reducir la concentración de oxidante.

Estas pruebas no utilizan resina de intercambio iónico pero se enfocan en la remoción fotoquimicamente o la reducción de la concentración de especies oxidantes. Sin embargo, como se muestra en las pruebas en los ejemplos anteriores, las especies de metal, cobre, pueden haber sido removidas efectivamente al utilizar una o más modalidades del sistema de tratamiento de la invención.

Se espera que los niveles de dosificación UV mayores, mayores tiempos de retención en la célula UV, y otras técnicas pueden mejorar adicionalmente la reducción de especies oxidantes; sin embargo, como se anota en los ejemplos anteriores, especialmente con respecto al ejemplo 4 y 5, no es necesario remover todas las especies oxidantes para alcanzar la remoción de metal.

Tabla 9: Descomposición de peróxido de hidrógeno por irradiación Prueba PH Velocidad Sólidos H202 de Cobre de Reducción de flujo totales entrada entrada H20, (gpm) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (%) 1 6.6 0.75 3.500 470 30 15 2 3 0.75 3.500 300 30 33 3 3 0.75 3.500 200 30 18 Mientras que la invención se ha descrito en conjunto con varias modalidades, se entiende que muchas alternativas, modificaciones, y variaciones serán evidentes para aquellos expertos en la técnica en claridad de la anterior descripción. De acuerdo con lo anterior, esta invención está destinada a abarcar todas tales alternativas, modificaciones y variaciones que caen dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas. Habiendo ahora descrito algunas modalidades ilustrativas de la invención, será evidente para aquellos expertos en la técnica que la anterior es únicamente ilustrativa y no limitante, habiéndose presentado solo por vía de ' ejemplo. Numerosas modificaciones y otras modalidades están dentro del alcance de la persona medianamente versada en la técnica y se contempla que caen dentro del alcance de la invención. En particular, aunque muchos de los ejemplos presentados aquí involucran combinaciones específicas de elementos de sistema o acciones de método, se entiende que aquellas acciones y aquellos elementos se pueden combinar en otras formas. Por ejemplo, la invención contempla la utilización de lecho fluidizado u operaciones de unidad similar en donde el medio de intercambio iónico es efectivamente fluido al introducir apropiadamente el fluido a ser tratado en uno o más puertos de fondo en una velocidad de flujo suficiente.

Adicionalmente, acciones, elementos y características discutidas solo en relación con una modalidad no están destinadas a ser excluidas de un papel similar en otras modalidades. Se aprecia que varias alteraciones, modificaciones, y mejoras pueden ocurrir fácilmente a aquellos expertos en la técnica y que tales alteraciones, modificaciones, y mejoras están destinadas a ser parte de la descripción y dentro del espíritu y alcance de la invención. Más aún, también se debe apreciar que la invención se dirige a cada característica, sistema, subsistema, o técnica descrita aquí y cualquier combinación de dos o más características, sistemas, subsistemas, y técnicas descritas aquí, y cualquier combinación de dos o más características, sistemas, subsistemas y/o métodos si tales características, sistemas, subsistemas y técnicas no son mutualmente inconsistentes, se considera están dentro del alcance de la invención como incorporado en las reivindicaciones . El uso de términos ordinales tales como "primero", "segundo", y similares para modificar un elemento de reivindicación no tiene connotación por sí mismo de ninguna prioridad, precedencia, u orden de un elemento sobre otro o el orden temporal en cuyas etapas o acciones de un método se desarrollan, pero se utilizan solamente como marcas para distinguir un elemento que tiene un cierto nombre de otro elemento que tiene un mismo nombre (pero para uso del elemento ordinal) para distinguir los elementos . Aquellos expertos en la técnica también deben apreciar que los parámetros y configuraciones descritos aqui son de ejemplo y que los parámetros y/o configuraciones actuales dependerán de la aplicación especifica en la que los sistemas y técnicas de la invención se utilizan. Aquellos expertos en la técnica deben reconocer o ser capaces de discernir, utilizando no más que la experimentación de rutina, equivalentes a las modalidades especificas de la invención. Se entiende por lo tanto que las modalidades descritas aqui se presentan solo por vía de ejemplo y que, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes; la invención se puede practicar de otra forma a la descrita específicamente .

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un método para tratar una corriente de suspensión caracterizado porque comprende: proporcionar la corriente de suspensión que comprende por lo menos un metal y por lo menos un oxidante presente en una concentración de por lo menos aproximadamente 50 mg/L; e introducir la corriente de suspensión dentro de una columna de intercambio iónico. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de intercambio iónico comprende material de intercambio iónico que comprende por lo menos un grupo complejante. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de intercambio iónico comprende material de intercambio iónico que comprende por lo menos una funcionalidad pendiente seleccionada del grupo que consiste de iminodiacetato, poliamina, bispicolilamina, y aminofosfónico . 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de intercambio iónico comprende un grupo funcional iminodiacetato . 5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la concentración de oxidante es menor de 1.500 mg/L. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el oxidante comprende por lo menos una especie seleccionada del grupo que consiste de yodatos, peryodatos, bromatos, perbromatos, cloratos, percloratos, compuestos de peroxigeno, compuestos nitrato, compuestos persulfato, compuestos permanganato y compuestos cromato. 7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el oxidante comprende por lo menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste de ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, nitrato férrico y persulfato de amonio. 8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos un metal comprende un metal seleccionado del grupo que consiste de cobre, plomo, níquel, zinc, cobalto, cadmio, hierro, tantano, plata, oro, platino, paladio, iridio, rodio, rutenio, galio, manganeso, tungsteno, hafnio, y sus mezclas . 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque por lo menos un metal es cobre. 10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material particulado tiene un diámetro en el rango de 0.001 µ?? hasta 1 µp\ 11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de material particulado en la corriente de suspensión está en un rango de 50 mg/L a 20.000 mg/L. 12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende adicionalmente una etapa de neutralizar por lo menos una porción del por lo menos un oxidante. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la etapa de neutralización comprende agregar por lo menos una especie de reducción a la corriente de suspensión. 14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la etapa de neutralización comprende producir químicamente, electroquímicamente, fotoquímicamente, o termoquímicamente el oxidante inactivo. 15. Un sistema de tratamiento para tratar una corriente de suspensión caracterizado porque comprende por lo menos un metal, por lo menos una especie de oxidante presente en una concentración de por lo menos 50 mg/L y sólidos en una concentración en un rango de 50 mg/L a 20.000 mg/L, el sistema de tratamiento comprende: una entrada conectada de manera fluida a una fuente de la corriente de suspensión; y medios para reducir la concentración de por lo menos un metal de la corriente de suspensión. 16. El sistema de tratamiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque por lo menos un metal es metal seleccionado del grupo que consiste de cobre, plomo, níquel, zinc, cobalto, cadmio, hierro, tántalo, plata, oro, platino, paladio, iridio, rodio, rutenio, galio, manganeso, hafnio y tungsteno. 17. El sistema de tratamiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque por lo menos un oxidante es una especia seleccionada del grupo que consiste de peróxido de hidrógeno nitrato férrico y persulfato de amonio . 18. El sistema de tratamiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende adicionalmente medios para neutralización de por lo menos un oxidante. 19. El sistema de tratamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque los medios para neutralizar por lo menos un oxidante electroquímicamente, fotoquímicamente y/o termoquímicamente reduce una concentración de por lo menos un oxidante. 20. El sistema de tratamiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15-19, caracterizado porque los medios para reducir la concentración de por lo menos un metal de la corriente de suspensión comprende una columna de intercambio iónico que tiene medio con por lo menos un grupo funcional capaz de formar un complejo con por lo menos un metal. 21 Un sistema de tratamiento para tratar una corriente de suspensión caracterizado porque comprende por lo menos un metal y por lo menos una especie de oxidante, el sistema de tratamiento consiste esencialmente de: una unidad de pretratamiento electroquímicamente, fotoquímicamente o termoquímicamente; y por lo menos una columna de intercambio iónico fluidamente conectada corriente abajo de la unidad de pretratamiento . 22. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la columna de intercambio iónico contiene medios de intercambio iónico que comprende por lo menos un grupo funcional pendiente capaz de formar un complejo con por lo menos un metal. 23. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque por lo menos un grupo funcional pendiente comprende un grupo funcional iminodiacetato . 24. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque por lo menos un metal se selecciona del grupo que consiste de cobre, plomo, níquel, zinc, cobalto, cadmio, hierro, tántalo, plata, oro, platino, paladio, iridio, rodio, rutenio, galio, hafnio, manganeso y tungsteno. 25. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque por lo menos una especie oxidante se presenta en una concentración de por lo menos aproximadamente 50 mg/L. 26. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la corriente de suspensión comprende materia particulada en un rango de aproximadamente 50 mg/L hasta aproximadamente 20.000 mg/L. 27. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la columna de intercambio iónico comprende material de intercambio iónico que comprende un sustrato de poliestireno reticulado. 28. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de intercambio iónico comprende material de intercambio iónico que comprende un sustrato de poliestireno reticulado.