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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Tatiana Scarazzato
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Espinosa, Denise Crocce Romano (Presidente)
Gimeneo, Antonio Eduardo Palomares
Herranz, Valentín Pérez
Meneguzzi, Álvaro
Rodrigues, Marco Antônio Siqueira
Título em inglês
Treatment of a cyanide-free copper electroplating solution by electrodialysis: study of ion transport and evaluation of water and inputs recovery.
Palavras-chave em inglês
Copper chelates
Cyanide-free plating bath
Electrodialysis
Inputs recovery
Membrane separation process
Water reclamation
Resumo em inglês
The two most common commercial copper baths are the acid sulfate copper bath and the alkaline cyanide copper bath. Alkaline copper baths are mostly used to coat parts with complex geometry and to avoid galvanic deposition when depositing a metal on a less noble substrate. Because of the toxicity of cyanide compounds, alternative baths have been developed using different complexing agents. The starting point of the present study is a cyanide-free strike bath developed for copper plating on Zamak substrates developed by the Institute for Technological Research of the State of São Paulo/ Brazil. The replacement of a raw material such as cyanide must be economically advantageous and technically feasible. Therefore, this study intended to propose an alternative to the treatment of liquid wastes from the mentioned bath, aiming at simultaneous water reclamation and chemicals recovery in a closed system. The electrodialysis membrane separation process was studied, using a laboratoryscale system operating with a synthetic solution simulating the rinsing waters from the HEDP-based bath. The feasibility of the technique was evaluated by analyzing operational parameters such as ion extraction, demineralization rate, concentration rate, current efficiency for each anionic specie and average energy consumption. Because HEDP is a chelating agent, the transport of Cu(II)-HEDP chelates through anion-exchange membranes was also evaluated by means of electrochemical methods. Chronopotentiometric and current-voltage curves were constructed for different model solutions containing the same compounds as the original bath. A relation between the presence of chelates in the solutions and the fixed ion exchange group could be established. Lastly, deposition tests were performed using electrolytes containing the recycled inputs and the characteristics of the coatings were analyzed. The results showed that an electrodialysis stack using strongly basic anion-exchange membranes was suitable to produce treated solutions and a concentrate containing the ions from the bath. The concentrate could be added to the copper bath to compensate eventual drag-out losses without affecting the quality of the coatings. Thus, the application of electrodialysis was shown to be a feasible alternative for recovering water and inputs from the evaluated solution, reducing the wastewater generation and saving natural resources.
Título em português
Tratamento de uma solução de um banho de eletrodeposição de cobre isento de cianeto por eletrodiálise: estudo do transporte iônico e avaliação da recuperação da água e de insumos.
Palavras-chave em português
Cobre
Efluentes (Tratamento)
Eletrodeposição
Eletrodiálise
Quelato
Resumo em português
Os dois banhos de cobre comerciais mais comuns são o banho ácido à base de sulfato e o banho alcalino à base de cianeto. Os banhos alcalinos são usados principalmente para recobrir peças com geometria complexa e para evitar a deposição por deslocamento galvânico quando se deposita um metal em um substrato menos nobre. Por causa da toxicidade dos compostos cianídricos, banhos alternativos vêm sendo desenvolvidos usando diferentes agentes complexantes. O ponto de partida do presente estudo é um banho toque isento de cianeto para deposição de cobre em substratos de Zamak, desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas / Brasil. A substituição de matérias-primas como o cianeto deve ser economicamente vantajosa e tecnicamente viável. Desta forma, este estudo pretendeu propor uma alternativa para o tratamento de resíduos líquidos do banho mencionado, visando à recuperação simultânea da água e das matérias-primas em um sistema fechado. Foi estudado o processo de separação por membranas de eletrodiálise, usando um sistema em escala laboratorial operando com uma solução sintética que simulava as águas de lavagem do banho à base de HEDP. A viabilidade da técnica foi avaliada por meio da análise de parâmetros operacionais, como a extração dos íons, a taxa de dessalinização, o percentual de concentração, a eficiência de corrente calculada para cada espécie iônica e o consumo médio de energia. Devido ao HEDP ser um agente quelante, o transporte de quelatos Cu(II)-HEDP através de membranas aniônicas foi avaliado por meio de métodos eletroquímicos. Curvas cronopotenciométricas e curvas corrente-potencial foram construídas para diferentes soluções sintéticas que continham os mesmos compostos que o banho original. A relação entre a presença de quelatos nas soluções e os grupos fixos de troca iônica pôde ser estabelecida. Por fim, testes de deposição foram realizados usando eletrólitos contendo os compostos reciclados e as características dos depósitos foram analisadas. Os resultados mostraram que o sistema de eletrodiálise usando membranas aniônicas contendo grupos de troca fortemente básicos pôde produzir soluções tratadas e um concentrado contendo os íons do banho. O concentrado pôde ser adicionado ao banho original para compensar eventuais perdas por arraste sem afetar a qualidade dos depósitos. Assim, a aplicação da eletrodiálise se mostrou uma alternativa viável para a recuperação de água e de insumos da solução avaliada, reduzindo a geração de efluentes e economizando recursos naturais.
 
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Data de Publicação
2018-03-13
 
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