DE102007036651A1

DE102007036651A1 - Prozessrecycling galvanischer Bäder

Info

Publication number: DE102007036651A1
Application number: DE200710036651
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weckenmann; Martin Dr. Sörensen
Original assignee: ACK Aqua Concept GmbH Karlsruhe
Current assignee: ACK Aqua Concept GmbH Karlsruhe
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-01-29
Also published as: CN101809208A; WO2009012891A1; EP2173929A1; CN101809208B

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Beschichtung auf einem Substrat, umfassend die Abscheidung mindestens eines Metalls in einem galvanischen Bad aus einem wässrigen, organische Zusätze und mindestens mindestens ein in gelöster Form vorliegendes Metall enthaltenden wässrigen Elektrolyten und mindestens einen Spülprozess, in dem das beschichtete Substrat von Elektrolytrückständen befreit wird. Bei dem Verfahren wird mindestens ein Teil des Elektrolyten aus dem Bad entnommen und mit bei den Spülprozessen anfallendem Spülwasser gemischt. Die Mischung wird durch mindestens einen UV-Reaktor (6) geleitet und teilweise verdampft, wobei die bei der Verdampfung aufzuwendende Wärmeenergie mindestens teilweise aus dem Wasserdampf zurückgewonnen und/oder mindestens teilweise durch mindestens eine separate Wärmeerzeugungseinheit bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur UV-Behandlung einer wässrigen, organische Zusätze und mindestens ein Metall in gelöster Form enthaltenden Elektrolytlösung beschrieben, die in einem solchen Verfahren verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen UV-Reaktor (6), eine Verdampfungseinrichtung (7) sowie einen Wärmetauscher (16; 17) und/oder eine separate Wärmeerzeugungseinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere auf einem leitfähigen Substrat, umfassend die Abscheidung mindestens eines Metalls in einem galvanischen Bad aus einem wässrigen, organische Zusätze und mindestens ein Metall in gelöster Form enthaltenden Elektrolyten und mindestens einen Spülprozess, in dem das beschichtete Substrat von Elektrolytrückständen befreit wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur UV-Behandlung einer wässrigen, organische Zusätze und mindestens ein in gelöster Form vorliegendes Metall enthaltenden Elektrolytlösung, die in einem solchen Verfahren verwendet werden kann.
Die galvanische Abscheidung von Metallen spielt heutzutage in vielen technischen Bereichen eine große Rolle, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten bei diversen elektronischen Komponenten und bei der Beschichtung von leitenden Grundmaterialien. Die bei einer galvanischen Abscheidung verwendeten Elektrolyten enthalten neben Metallen in gelöster Form in aller Regel diverse organische Zusätze, die die Eigenschaften der Elektrolyten im Hinblick auf die Qualität der abzuscheidenden Metallschicht sowie im Hinblick auf seine chemische Beständigkeit verbessern sollen. Allerdings werden bei der Abscheidung die Zusätze – bedingt durch chemische Oxidations- und Reduktionsvorgänge – mit der Zeit zumindest teilweise in eine Vielzahl von organischen Abbauprodukten umgewandelt, die die Leistungsfähigkeit des Elektrolyten herabsetzen und gegebenenfalls zu Beschichtungsfehlern führen können. In regelmäßigen Abständen muss daher der in einem galvanischen Bad verwendete Elektrolyt ersetzt werden. Im Elektrolyten enthaltene Metalle gehen dabei gegebenenfalls verloren.
Während eines Beschichtungsvorgangs mittels galvanischer Abscheidung kommt es darüber hinaus zu einem kontinuierlichen Schwund an Elektrolyt, da an beschichteten Substraten stets ein Elektrolytrückstand anhaftet, der anschließend in einem oder mehreren Spülvorgängen entfernt werden muss. Die verbrauchten Spülwässer enthalten entsprechend einen geringen Anteil an dem abzuscheidenden Metall. Eine unmittelbare Rückführung der Spülwässer in ein galvanisches Bad ist nicht möglich, da die Metallkonzentration im Spülwasser zu gering ist. Auf der anderen Seite können die Spülwässer aber auch nicht einfach verworfen werden. Stattdessen müssen sie einer aufwendigen und teuren Entsorgung zugeführt werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, verbrauchte Elektrolytlösungen (saure Kupferbäder, Wattsche Nickelbäder, Sulfomat Ni-Bäder, Goldbäder, Rhodiumbäder, Zinkbäder etc.) wieder aufzuarbeiten. Dies kann beispielsweise geschehen, indem verbleibende Zusätze und die erwähnten Abbauprodukte im Elektrolyten durch Bestrahlung mit UV-Licht zerstört und aus dem Elektrolyten entfernt werden. Dem Elektrolyten können anschließend frische organische Zusätze sowie gegebenenfalls ergänzend auch eine definierte Menge an Metallsalz zugegeben werden. Ein solcher Recyclingvorgang ist beispielsweise aus der DE 103 25 101 bekannt, in der ein Verfahren beschrieben wird, gemäß dem aus einem galvanischen Bad ein Teil des darin enthaltenen Elektrolyten entnommen wird, dem entnommenen Teil ein Oxidationsmittel zugegeben wird, der entnommene Elektrolyt mit UV-Licht bestrahlt wird und anschließend nach Ergänzen der zerstörten organischen Zusätze in das galvanische Bad rücküberführt wird.
Die oben beschriebenen Probleme werden durch ein solches Vorgehen jedoch nur teilweise gelöst. So bietet das aus der DE 103 25 101 bekannte Verfahren z. B. keine Lösung im Hinblick auf Elektrolyt-Verluste über Spülwässer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umfassende technische Lösung für die oben genannten Problemen bereitzustellen. Die Lösung soll insbesondere im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit sowie im Hinblick auf energetische Aspekte optimiert sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung einer metallischen Beschichtung auf einem Substrat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vorrichtung zur UV-Behandlung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 24. Manche der nachfolgend beschriebenen Merkmale werden nur im Zusammenhang mit dem Verfahren oder der Vorrichtung beschrieben, sie sollen jedoch unabhängig davon für beide gelten. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Herstellung einer metallischen Schicht oder Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung einer metallischen Beschichtung auf einem leitfähigen Substrat. Bei dem leitfähigen Substrat kann es sich beispielsweise um ein Substrat aus Metall oder um eine metallisierte Leiterplatte handeln.
Zur Herstellung der Schicht oder Beschichtung wird mindestens ein Metall in einem galvanischen Bad auf das Substrat abgeschieden. Dabei kommt ein wässriger Elektrolyt zum Einsatz, der mindestens ein Metall in gelöster Form, insbesondere mindestens ein Metallsalz, sowie organische Zusätze enthält. Zum anderen umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen Spülprozess, in dem das beschichtete Substrat von Elektrolytrückständen befreit wird.
Bei dem mindestens einen Spülprozess wird das Substrat vorzugsweise mit Wasser, insbesondere mit entionisiertem Wasser, gespült.
Bei den organischen Zusätzen handelt es sich insbesondere um Glanzbildner, Einebner, Netzmittel und weitere Zusätze wie Polypropylenglycol, Benzotriazole, Derivate des Thioharnstoffs, Polyamine etc. Geeignete Zusätze sind dem Fachmann bekannt und benötigen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung keiner weiteren Erläuterung.
Wie eingangs bereits erwähnt, können die organischen Zusätze bei einer galvanischen Abscheidung durch chemische Oxidations- und Reduktionsvorgänge zumindest teilweise in eine Vielzahl von organischen Abbauprodukten umgewandelt werden, weswegen ein in einem galvanischen Verfahren verwendeter Elektrolyt regelmäßig ersetzt oder recycelt werden muss. Dies ist auch erfindungsgemäß so vorgesehen.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dazu mindestens ein Teil des Elektrolyten aus dem Bad entnommen. Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik wird der entnommene Elektrolyt allerdings nicht unmittelbar aufgearbeitet, stattdessen wird der entnommene Elektrolyt mit Spülwasser gemischt, das bei den erwähnten Spülprozessen zwangsweise anfällt. Dieses weist das mindestens eine in gelöster Form vorliegende Metall in der Regel in geringen Konzentrationen auf. Die Mischung aus dem entnommenen Elektrolyten und dem Spülwasser wird anschließend durch mindestens einen UV-Reaktor geleitet. In diesem werden in der Mischung enthaltene organische Zusätze sowie Abbauprodukte dieser Zusätze durch Bestrahlung mit UV-Licht mindestens teilweise in Kohlendioxid umgewandelt, welches anschließend aus der Mischung entfernt werden kann. In einem weiteren Schritt wird die Mischung mindestens teilweise verdampft bzw. durch Verdampfung eingeengt. Dies geschieht vorzugsweise in mindestens einer Verdampfungseinrichtung, in welche die Mischung zu diesem Zweck überführt werden kann. Der beim Verdampfen entstehende Wasserdampf kann aus der Verdampfungseinrichtung abgeführt werden.
Es ist bevorzugt, das entstehende Kohlendioxid in der Verdampfungseinrichtung aus der Mischung zu entfernen. Insbesondere kann das Kohlendioxid zusammen mit entstehendem Wasserdampf abgeführt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird anfallendes Spülwasser also nicht etwa verworfen bzw. entsorgt, sondern es wird einer Wiederverwertung zugeführt. Es wird somit gewährleistet, dass Metalle nicht auf unerwünschte Art und Weise aus dem galvanischen Bad ausgetragen werden und verloren gehen. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und schont die Umwelt. Darüber hinaus fällt gegebenenfalls hochwertiges Kondensat (aus dem Wasserdampf) an, das sich ebenfalls wiederverwerten lässt.
Die zur Verdampfung notwendige Energiemenge kann grundsätzlich über den mindestens einen UV-Reaktor in die Mischung eingebracht werden. Dies geschieht vorzugsweise sowohl durch seine eigene Wärmeleistung als auch durch die durch die chemische Reaktion ausgelöste Reaktionswärme
Besonders zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren allerdings dadurch aus, dass es aus energetischer Sicht optimiert ist. Besonders bevorzugt wird die zur Einengung aufzuwendende Wärmeenergie nämlich mindestens teilweise aus dem Wasserdampf zurückgewonnen. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Maßnahme kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren die zur Einengung aufzuwendende Wärmeenergie mindestens teilweise durch mindestens eine separate Wärmeerzeugungseinheit bereitgestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass dies im Hinblick auf die Gesamtenergiebilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr viel vorteilhafter ist, als die zur Einengung benötigte Wärmeenergie ausschließlich über den UV-Reaktor in die Mischung einzubringen.
Die Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser ist in der Regel stark verdünnt, weswegen der oben beschriebene Einengungsschritt üblicherweise erforderlich ist, wenn die Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser nach der UV-Behandlung und der Einengung wieder in das galvanische Bad überführt werden soll. Letzteres ist erfindungsgemäß bevorzugt.
Die zur Einengung erforderliche Wärmeenergie wird in allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt mindestens teilweise durch den mindestens einen UV-Reaktor bereitgestellt. Die Mi schung aus dem entnommenen Elektrolyten und dem Spülwasser wird bei der Bestrahlung mit UV-Licht in dem Reaktor in der Regel bereits deutlich erwärmt, so dass zur Eindampfung nur noch ein Energiedifferenzbetrag zur Verfügung gestellt werden muss. Dies erfolgt erfindungsgemäß insbesondere durch die erwähnte Rückgewinnung der Wärmeenergie aus dem Wasserdampf und/oder die Bereitstellung zusätzlicher Wärmeenergie durch die erwähnte separate Wärmeerzeugungseinheit. In bevorzugten Ausführungsformen werden beide Maßnahmen in Kombination eingesetzt.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeenergie aus dem Wasserdampf mit Hilfe von mindestens einem Wärmetauscher zurückgewonnen. Vorzugsweise wird ein im Gegenstrom betriebener Wärmetauscher verwendet. Dem Wasserdampf wird dabei ein Kühlmedium entgegengeführt, auf das die im Wasserdampf enthaltene Wärmeenergie teilweise übertragen wird. Als Kühlmedium eignen sich beispielsweise Luft oder Wasser.
Es ist bevorzugt, dass die zurückgewonnene Wärmeenergie anschließend der Mischung wieder zugeführt wird, insbesondere über mindestens eine Wärmepumpe.
Mit Hilfe der mindestens einen Wärmepumpe wird die zurückgewonnene Wärme auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau gebracht, um zur Einengung der Mischung aus dem entnommenen Elektrolyten und dem Spülwasser verwendet werden zu können.
Als separate Wärmeerzeugungseinheit kann erfindungsgemäß insbesondere ein Tauchbrenner verwendet werden. Bei einem Tauchbrenner handelt es sich um eine dem Fachmann bekannte Vorrichtung zur besonders wirksamen Erwärmung bzw. Verdampfung von Flüssigkeiten unter sehr guter Ausnutzung der durch den Brenner erzeugten Wärme.
In einem Tauchbrenner können Brennstoffe mit offener Flamme oder flammenlos innerhalb der verdampfenden Flüssigkeit verbrannt werden, so dass eine sehr hohe Energieeffizienz von nahezu 100 Prozent erreicht werden kann. Als Brennstoffe kommen grundsätzlich alle bekannten brennbaren Flüssigkeiten und Gase in Betracht, besonders bevorzugt werden allerdings Erdgas oder Wasserstoff verwendet.
Wie bereits erwähnt, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser nach der UV-Behandlung und der Einengung wieder in das galvanische Bad überführt wird. Vor der Überführung werden der eingeengten Mischung vorzugsweise frische organische Zusätze sowie gegebenenfalls ein Anteil an einem oder mehreren Metallsalzen zugesetzt. Vorzugsweise werden die organischen Zusätzen in ausreichender Menge zugegeben, um die durch die UV-Behandlung entfernten Zusätze vollständig zu ersetzen.
Die Entnahme von Elektrolyt aus dem galvanischen Bad kann sowohl in regelmäßigen Zeitabständen als auch kontinuierlich erfolgen. Entsprechendes gilt auch für die Rückführung der UV-behandelten und eingeengten Mischung in das galvanische Bad.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser im Kreislauf durch den mindestens einen UV-Reaktor geleitet wird.
Vor der Einleitung in den mindestens einen UV-Reaktor wird der Mischung vorzugsweise ein Oxidationsmittel zugesetzt. Das Oxidationsmittel wird vorzugsweise in einer Menge zugesetzt, die ausreichend ist, um den Gehalt an organischen Zusätzen im Elektrolyten wirksam zu minimieren. Bei dem Oxidationsmittel handelt es sich insbesondere um Ozon und/oder Wasserstoffperoxyd. Letzteres wird vorzugsweise als 30 %-ige wässrige Lösung, beispielsweise in einer Menge von 3 bis 30 ml/l Elektrolyt, eingesetzt. Auch Sauerstoff kann als Oxidationsmittel zugesetzt werden.
Der Elektrolyt im galvanischen Bad enthält neben dem mindestens einen in gelöster Form vorliegenden Metall und den organischen Zusätzen vorzugsweise auch eine oder mehrere Säuren sowie gegebenenfalls anorganische Chloride. Als Säuren kommen insbesondere Schwefel- und/oder Salzsäure in Frage. Chloride bzw. Sulfate werden vorzugsweise in der Form der entsprechenden abzuscheidenden Metalle als Metallsalze (z. B. CuSO₄ oder NiSO₄) zugegeben. Chloride können auch in der Form von HCl und Sulfate als Schwefelsäure zugegeben werden.
Bei schwefelsauren Kupferbädern liegen bevorzugt folgende Konzentrationen vor:
Cu²⁺: 5 bis 70 g/L
SO₄ ^2–: 50 bis 250 g/L
Cl^–: 30 bis 50 mg/L
Bei Wattschen Elektrolyten liegen vorzugsweise etwa folgende Werte vor:
Ni²⁺: 5 bis 20 g/L
SO₄ ^2–: 5 bis 40 g/L
Cl^–: 5 bis 40 mg/L
Börsäure: 5 bis 30 g/L
Bei dem mindestens einen in gelöster Form vorliegenden Metall handelt es sich insbesondere um Kupfer und/oder ein Edelmetall. Der Arbeitsbereich bei der galvanischen Abscheidung liegt vorzugsweise zwischen 5 und 60 g Metall pro Liter Elektrolyt. Vorzugsweise liegt das mindestens eine Metall im Elektrolyten in ionisierter und/oder in komplexierter Form vor. Zugegeben wird es dem Elektrolyten insbesondere als Metallsalz, beispielsweise als Kupfersulfat oder Kupfersulfatpentahydrat.
Vor Einleitung der Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser in den mindestens einen UV-Reaktor ist es bevorzugt, den pH-Wert der Mischung gezielt einzustellen, insbesondere auf einen im wesentlichen neutralen Wert. Dies kann beispielsweise durch Zugabe von Natriumhydroxid und/oder Lithiumhydroxid erfolgen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur UV-Behandlung von wässrigen, organische Zusätze und mindestens ein in gelöster Form vorliegendes Metall enthaltenden Elektrolytlösungen. Sie eignet sich hervorragend zur Verwendung in einem Verfahren, wie es oben bereits beschrieben wurde. Insbesondere eignet sie sich zur Behandlung einer Mischung aus entnommenem Elektrolyten und Spülwasser, wie sie vorab beschrieben wurde.
Insbesondere umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen UV-Reaktor, mindestens eine Verdampfungseinrichtung, in der die Elektrolytlösungen mindestens teilweise eingeengt werden können, und mindestens einen Wärmetauscher. Der mindestens eine Wärmetauscher dient der Rückgewinnung von Wärme aus dem Dampf, der in der Verdampfungseinrichtung erzeugt wird.
Zusätzlich zu dem mindestens einen Wärmetauscher oder alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine separate Wärmeerzeugungseinheit aufweisen.
Neben den bislang genannten Komponenten weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise einen oder mehrere Vorlagebehälter auf, in den bzw. in die die zu behandelnde Elektrolytlösung beispielswei se aus einem oder mehreren galvanischen Bädern überführt werden kann.
Als fakultative Bestandteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können weiterhin insbesondere mindestens eine Pumpe, gegebenenfalls mindestens ein Speicherbehälter für mindestens ein Oxidationsmittel sowie mindestens ein Speicherbehälter für eine Lauge und/oder eine Säure vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist es insbesondere bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Wärmepumpe aufweist. Die mindestens eine Wärmepumpe dient dazu, die mit Hilfe der mindestens einen Wärmepumpe zurückgewonnene Wärme auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau zu bringen, um zur Einengung der Elektrolytlösungen verwendet werden zu können.
Der mindestens eine UV-Reaktor dient der oben beschriebenen mindestens teilweisen Umwandlung der organischen Zusätze der Elektrolytlösung und/oder von deren Abbauprodukten in Kohlendioxid.
Bei dem mindestens einen UV-Reaktor handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um mindestens einen UV-Reaktor mit Mitteldruckstrahlern. Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch einen oder mehrere UV-Reaktoren mit Niederdruckstrahlern aufweisen.
In Weiterbildung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung als UV-Reaktor mindestens einen UV-Reaktor mit dotierten Niederdruckstrahlern auf.
Besonders bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen von der Anmelderin unter der Handelsbezeichnung Enviolet^® vertriebenen Hochtemperatur-UV-Reaktor auf.
Als Verdampfungseinrichtung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung in bevorzugten Ausführungsformen mindestens eine Kolonne. Vorzugsweise wird in der Kolonne zur Verdampfung der Elektrolytlösung dieser ein Luftstrom entgegengeführt, der sich mit Wasserdampf aufsättigen kann. Insbesondere umfasst die mindestens eine Kolonne mindestens eine Füllkörperkolonne.
Alternativ oder zusätzlich zu der Kolonne kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Verdampfungseinrichtung eine Sprüheinrichtung aufweisen, in der die Elektrolytlösung zur Verdampfung in einen Luftstrom gesprüht werden kann.
Als weitere Alternative kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Verdampfungseinrichtung auch eine Begasungseinrichtung umfassen, in der Luft in die Elektrolytlösung eingeperlt wird.
Als mindestens eine Wärmepumpe kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung z. B. einen oder mehrere Brüdenkompressoren aufweisen.
Besonders bevorzugt ist der mindestens eine UV-Reaktor Bestandteil eines ersten Kreislaufsystems, in dem der Elektrolyt zirkulieren kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die mindestens eine Verdampfungseinrichtung Bestandteil eines zweiten Kreislaufsystems ist, in dem der Elektrolyt zirkulieren kann.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Kreislauf gekoppelt. Als Schnittstelle ist insbesondere mindestens ein Zwischenspeicher vorgesehen. Dieser ist in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit einem oder mehreren der bereits erwähnten Vorlagebehälter verbunden. Eine Einleitung von zu behandelnder Elektrolytlösung in den ersten Kreislauf und/oder in den zweiten Kreislauf erfolgt bevorzugt über den mindestens einen Zwischenspeicher.
Es ist bevorzugt, dass im ersten Kreislauf ein oder mehrere Einspeisungsknoten dem UV-Reaktor in Strömungsrichtung vorgeordnet sind, über die das mindestens eine Oxidationsmittel aus dem entsprechenden Speicherbehälter dem zu behandelnden Elektrolyten zugegeben werden kann. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Dosiermittel auf, über das die Oxidationsmittel-Zugabe reguliert werden kann.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass im ersten Kreislauf ein oder mehrere Einspeisungsknoten dem UV-Reaktor in Strömungsrichtung vorgeordnet sind, über die die mindestens eine Lauge und/oder die mindestens eine Säure aus dem entsprechenden Speicherbehälter dem zu behandelnden Elektrolyten zugegeben werden können. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Dosiermittel auf, über das die Zugabe der mindestens einen Lauge und/oder der mindestens einen Säure reguliert werden kann.
Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Wärmetauscher mit der mindestens einen Verdampfungseinrichtung gekoppelt, so dass Wärme aus in der Verdampfungseinrichtung erzeugtem Wasserdampf zurückgewonnen werden kann. Die zurückgewonnene Wärmeenergie kann, wie oben beschrieben, in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Einengung der Elektrolytlösung verwendet werden.
Der mindestens eine Wärmetauscher ist vorzugsweise mit der mindestens einen Wärmepumpe gekoppelt. Über die mindestens eine Wärmepumpe kann die zurückgewonnene Wärmeenergie der Elektrolytlösung wieder zugeführt werden.
An Stelle des mindestens einen Wärmetauschers oder zusätzlich zu diesem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie bereits erwähnt, eine separate Wärmeerzeugungseinheit aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen weist sie als Wärmeerzeugungseinheit mindestens einen Tauchbrenner auf, wie er bereits beschrieben wurde. Über den Tauchbrenner kann Energie auf besonders wirksame Weise in die Elektrolytlösung eingebracht werden, so dass diese in der mindestens einen Verdampfungseinrichtung effizient eingeengt werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können einzelne Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in Kombination miteinander bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
1 zeigt ein Fliessbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Aus dem Vorlagebehälter 1 kann unbehandelte Elektrolytlösung über die Zuleitung 3 in den Zwischenspeicher 5 überführt werden. Behandelte Elektrolytlösung kann aus dem Zwischenspeicher 7 über die Leitung 4 in den Speicherbehälter 2 überführt werden. Der Zwischenspeicher 5 fungiert als Schnittstelle zwischen zwei Kreislaufsystemen, in denen Elektrolytlösung zirkulieren kann. Das erste Kreislaufsystem umfasst als Stationen den Zwischenspeicher 5 sowie den UV-Reaktor 6. Das zweite Kreislaufsystem umfasst als Stationen den Zwischenspeicher 5 sowie die Verdampfungseinrichtung 7. Dem UV-Reaktor 6 sind in Strömungsrichtung die Einspeisungsknoten 8 und 9 vorgeordnet. Über den Einspeisungsknoten 8 kann der zirkulierenden Elektrolytlösung Oxidationsmittel aus dem Speicherbehälter 10 zudosiert werden. Über den Ein speisungsknoten 9 kann der zirkulierenden Elektrolytlösung eine Lauge aus dem Speicherbehälter 11 zudosiert werden. Am Punkt 12 wird die UV-behandelte Elektrolytlösung wieder in den Zwischenspeicher 5 eingeleitet. Zur Einengung der Elektrolytlösung kann diese über die Zuleitung 13 der Verdampfungseinrichtung 7 zugeführt werden. In der Verdampfungseinrichtung erzeugter Wasserdampf wird über die Ableitung 14 aus dem System abgeführt. Über die Leitung 15 wird nicht verdampfte Elektrolytlösung in den Zwischenspeicher 7 zurückgeleitet. Mit Hilfe der Wärmetauscher 16 und 17 kann Wärme aus dem Wasserdampf zurückgewonnen und der zu verdampfenden Elektrolytlösung wieder zugeführt werden. Vorliegend wird die zurückgewonnene Wärme mit Hilfe der Wärmepumpe 18 auf ein ausreichend hohes Niveau gebracht, um zur Einengung der Elektrolytmischung verwendet werden zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10325101 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer metallischen Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere auf einem leitfähigen Substrat, umfassend die Abscheidung mindestens eines Metalls in einem galvanischen Bad aus einem organische Zusätze und mindestens ein Metall in gelöster Form enthaltenden wässrigen Elektrolyten und mindestens einen Spülprozess, in dem das beschichtete Substrat von Elektrolytrückständen befreit wird, bei dem – mindestens ein Teil des Elektrolyten aus dem Bad entnommen wird, – der entnommene Elektrolyt mit bei den Spülprozessen anfallendem Spülwasser gemischt wird, – die Mischung durch mindestens einen UV-Reaktor (6) geleitet wird, in dem die in der Mischung enthaltenden organischen Zusätze sowie Abbauprodukte dieser Zusätze mindestens teilweise in CO₂ umgewandelt werden und – die Mischung teilweise verdampft wird, insbesondere in mindestens einer Verdampfungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verdampfung aufzuwendende Wärmeenergie mindestens teilweise aus dem Wasserdampf zurückgewonnen und/oder mindestens teilweise durch mindestens eine separate Wärmeerzeugungseinheit bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie mit Hilfe von mindestens einem Wärmetauscher (16; 17) zurückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zurückgewonnene Wärmenergie der Mischung wieder zugeführt wird, insbesondere über mindestens eine Wärmepumpe (18).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als separate Wärmeerzeugungseinheit ein Tauchbrenner verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-behandelte Mischung nach der teilweisen Verdampfung wieder in das galvanische Bad überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung vor Überführung in das galvanische Bad frische organische Zusätze und ggf. ein Anteil an mindestens einem Metallsalz zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme von Elektrolyt aus dem galvanischen Bad und/oder die Rückführung der Mischung in das galvanische Bad nach der teilweisen Verdampfung kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus entnommenem Elektrolyt und Spülwasser im Kreislauf durch den mindestens einen UV-Reaktor (6) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung vor Einleitung in den mindestens einen UV-Reaktor (6) mindestens ein Oxidationsmittel, insbesondere Ozon und/oder Wasserstoffperoxyd, zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Mischung vor Einleitung in den mindestens einen UV-Reaktor (6) gezielt eingestellt wird, insbesondere durch Zugabe von NaOH und/oder LiOH.
Vorrichtung zur UV-Behandlung von wässrigen, organische Zusätze und mindestens ein Metall in gelöster Form enthaltenden Elektrolytlösungen zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – mindestens einen UV-Reaktor (6), – mindestens eine Verdampfungseinrichtung (7), in der die Elektrolytlösung mindestens teilweise eingeengt werden kann, – ggf. mindestens eine Pumpe, – ggf. einen oder mehrere Speicherbehälter (10) für Oxidationsmittel, – ggf. einen oder mehrere Vorlagebehälter (1) und – mindestens einen Wärmetauscher (16; 17) und/oder mindestens eine Wärmeerzeugungseinheit.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Wärmepumpe (18) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie als UV-Reaktor (6) mindestens einen UV-Reaktor mit Mitteldruckstrahlern und/oder mindestens einen UV-Reaktor mit Niederdruckstrahlern aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen UV-Reaktor (6) mit dotierten Niederdruckstrahlern aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verdampfungseinrichtung (7) eine Kolonne aufweist, in der der Elektrolytlösung ein Luftstrom entgegengeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verdampfungseinrichtung (7) eine Sprüheinrichtung aufweist, in der die Elektrolytlösung in einen Luftstrom gesprüht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verdampfungseinrichtung (7) eine Begasungseinrichtung aufweist, in der Luft in die Elektrolytlösung eingeperlt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wärmepumpe (18) einen Brüdenkompressor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine UV-Reaktor (6) Bestandteil eines ersten Kreislaufsystems ist, in dem der zu behandelnde Elektrolyt zirkulieren kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verdampfungseinrich tung (7) Bestandteil eines zweiten Kreislaufsystems ist, in dem der Elektrolyt zirkulieren kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kreislauf gekoppelt sind, insbesondere über mindestens einen Zwischenspeicher.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmetauscher (16; 17) mit der mindestens einen Verdampfungseinrichtung (7) gekoppelt ist, so dass Wärme aus in der Verdampfungseinrichtung (7) erzeugtem Wasserdampf zurückgewonnen werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmetauscher (16; 17) mit der mindestens einen Wärmepumpe (18) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wärmeerzeugungseinheit mindestens einen Tauchbrenner aufweist.