PDF PDF Ätzen und Umwelt


Die Bewertung der Umweltverträglichkeit verschiedener Ätzmitteln muss auch die Aufbereitung des beim Spülvorgang anfallenden Abwassers einschließen. Dies gilt um so mehr, als  nach neuestem Recht die Grenzwerte für Schwermetalle im Abwasser  weiter erheblich gesenkt wurden und konkrete Anforderungen an die abwassertechnische Ausgestaltung  der Anlagen  gestellt werden.

2.1 Bedeutung
Die für den Betreiber einer Laborätzmaschine maßgeblichen kommunalen Kleineinleiterverordnungen und die Landeswassergesetze  orientieren sich bezüglich der Schwermetallkonzentration im Abwasser  der Kanalisation weitgehend an der Vorgabe des WHG für direktes Einleiten in ein Gewässer oder fordern sogar schärfere Grenzwerte als den dort z. B. für Kupfer genannten Wert von 0.5 mg/l.
Unbeschadet dieser Tatsache und  der  hieraus abzuleitenden Konsequenzen, zeigt das folgende Beispiel, wie bedenklich der Versuch wäre, den Kupfergehalt im Spülwasser durch bloßes Verdünnen zu verringern. Unter Berücksichtigung einer Kupfergrenzkonzentration von 0.5 mg/l  werden zum Spülen einer mit nur 1 cm3 verbrauchter Eisenchloridlösung benetzen Platine mehr als 100 Liter Wasser benötigt. Darüber hinaus ist auch der Eisengehalt des Abwassers limitiert.

2.2 Behandlungsmethoden
Das obige Beispiel verdeutlicht die Notwendigkeit einer abwassertechnisch sicheren Nachbehandlung der Spülwässer. Diese kann für die Spüle aus sauren Ätzlösungen im ersten Schritt durch alkalisches Ausfällen der Schwermetalle und/oder durch die stufenweise Verringerung des Kupfergehalts (Kaskadenspülung) erfolgen. Mit alkalischem Ätzmittel benetzte Platten können im Wesentlichen nur in einer Kaskadenspüle behandelt werden.
Im Vordergrund stehen bei der Spültechnik nach neuester Gesetzgebung Einrichtungen und Verfahren, die Sonderabfall vermeiden und die Abwassermenge verringern. Hierzu zählen u. a. Anlagen zur elektrolytischen Spülwasserentgiftung sowie Anlagen, die eine Kreislaufführung des Spülwassers ermöglichen, wie z. B. Ionenaustauscher.


Die im folgenden angesprochenen Geräte und Methoden orientieren sich vornehmlich an der Prämisse, einerseits die sichere Einhaltung der Grenzwerte zu gestatten,  andererseits aber in einer vernünftigen Relation zur Größe und zum Durchsatz der  im Labormaßstab vorherrschenden Ätzmaschinen zu stehen. Die in der industriellen Serienfertigung anzuwendenden Maßnahmen müssen hier aus offensichtlichen Gründen unberücksichtigt bleiben.

2.2.1 Hauseigene Wasseraufbereitung
In vielen Unternehmen bestehen im Zusammenhang mit der Herstellung von Leiterplatten oder mit Galvanikanwendungen bereits Installationen zur Abwasserbehandlung. Die Spülwässer aus sauren, nicht jedoch solche aus ammoniakalischen Ätzlösungen, können i. d. R. einer solchen hauseigenen Anlage direkt zugeführt werden. Dort werden die Schwermetalle meist alkalisch gefällt und die Restkonzentrationen über Ionenaustauscher eliminiert.

2.2.2 Standspüle
Die Standspüle stellt eine der einfachsten, aber gerade für einen diskontinuierlichen Laborbetrieb geeigneten Methoden dar, die Abwassermenge zu begrenzen und ihre Behandlung zu vereinfachen. Sie arbeitet, wie auch die meisten der im angesprochenen Rahmen üblichen Ätzmittel, chargenweise und stellt meist die erste Behandlungsstufe für die zu spülenden Platten dar.
Das in der Standspüle befindliche Wasser wird, z.B. mittels Natriumhydroxid oder Kalkmilch, auf etwa pH 10 eingestellt. Die in das Spülwasser verbrachten sauren Ätzmittelreste fallen in der alkalischen Lösung als Hydroxide aus.
Die Einhaltung ausreichender Verweilzeiten und ein konstanter pH-Wert in der Standspüle sind für eine abwassergerechte Entgiftung der Platten von entscheidender Bedeutung.
Der Inhalt der Standspüle kann chargenweise zusammen mit der verbrauchten Ätzlösung entsorgt werden.
Die der Standspüle entnommenen Platten sind noch mit Alkali behaftet, zu dessen Entfernung sie in einer zweiten Stufe klar gespült werden müssen.
Um die Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen an das Abwasser sicherzustellen, muss auch der Schwermetallgehalt  des in der Klarspülstufe anfallenden Wassers quantitativ ermittelt werden. Liegt er zu hoch, muss eine weitere Standspüle der alkalischen und der Frischwasserspüle zwischengeschaltet werden.
An dieser Stelle bietet sich auch die Verwendung eines  marktüblichen, anorganischen Fällungshilfmittels an. Ausgehend von einer Cu-Konzentration von weniger als 1 g/l und einem ph von etwa 8 bis 9 sind solche Produkte meist in der Lage, den Restkupfergehalt des Spülwassers auf Werte unter 0.5 mg/l zu reduzieren.

2.2.3 Umlaufspüle
Anders als in der Standspüle wird bei diesem, besonders für z. B. Durchlaufätzanlagen geeigneten Verfahren, das Spülwasser mittels einer Pumpe im Kreislauf geführt. Die Badbewegung beeinträchtigt meist eine Sedimentation der Fällungsprodukte. Sie müssen abfiltriert werden, da sie sonst z. B. die Düsen der Spülzone verstopfen würden.
Auch der Umlaufspüle muss eine zusätzliche Klarspüle folgen. Ebenso gelten für sie die gleichen Anforderungen an einen konstanten pH-Wert und an die Überwachung der Cu-Konzentration wie für die Standspüle. Wegen des höheren Aufwands zur Badpflege und Filtration erfordert eine Umlaufspüle oft bereits eine automatische Regelung. Das getrocknete und verdichtete Filtrat muss ebenso wie die verbrauchte Ätzlösung entsorgt werden.

2.2.4 Abwasser freies Spülen
Diese etwas irritierende Bezeichnung steht für ein Verfahren, das gerade im Bereich der Labor- und Kleinserienfertigung mit einfachen Mitteln der Maßgabe, Spülwasser einzusparen, schon sehr nahe kommt.
Es basiert auf der Idee, das Spülwasser so lange zu benutzen,bis die Spülqualität der Platten nicht mehr ausreicht. Das 'verbrauchte' Spülwasser wird gesammelt und zum Neuansatz von Ätzmittel sowie zur Ergänzung von Verdunstungsverlusten verwendet.

Die Durchführbarkeit der abwasserfreien Spültechnik hängt von einigen elementaren Voraussetzungen ab. Zunächst ist es erforderlich, ein Ätzmittel zu verwenden, das durch Lösen in  Wasser angesetzt wird. Flüssige Rezepturen scheiden hier von vornherein aus, so dass im Wesentlichen nur NaPS und FeCl3 in Frage kommen. Der Grad der Verschmutzung des Spülwassers hängt stark von der in die Spüle eingebrachten Menge ab. Dies  setzt eine verschleppungsarme Anlagentechnik  bzw. ausreichende Abtropfzeiten voraus. Bei der Beurteilung der Spülqualität ist weiterhin entscheidend, ob dem  Ätzen naßchemische Prozesse wie z. B. alkalisches Strippen folgen. Zuletzt entscheidet auch die Kupferaufnahme und damit die Standzeit der  Ätzlösung darüber, ob die Spülwassermenge in einem akzeptablen Verhältnis zur Wassermenge beim Ätzmittelneuansatz steht.
Natürlich muss je nach Einsatzbedingungen und Anlagentechnik damit gerechnet werden, dass ein Überschuss an Spülwasser anfällt. Geringe  Mengen können aber dem zu entsorgenden Ätzmittel  beigegeben werden. Größere Überschüsse können eingedampft oder unter Verwendung eines anorganischen Flockungshilfsmittels alkalisch entgiftet werden.
Auch bei dieser Methode ist es erforderlich, den ph-Wert des Spülwassers zu kontrollieren und die Schwermetallkonzentrationen im neutralisierten Spülwasserüberschußzu kontrollieren. Dazu existieren jedoch einfach zu bedienende, relativ preiswerte physikalische bzw. chemische Testmöglichkeiten.
Eine aktuelle Form der abwasserfreien Spültechnik verwendet zur Entgiftung und zur Standzeitverlängerung des Spülwassers einer Elektrolysezelle.

2.2.5 Kaskadenspülung
Die Kaskadenspülung bedient sich des Konzentrationsgefälles von Schwermetallionen in mehreren aufeinander folgenden Spülstufen.
Das Verfahren ist im Bereich der Labor- und Kleinserienfertigung nicht sehr weit verbreitet. Es eignet sich besonders für alkalische Ätzen, da es bei korrekter Anwendung verhindert, dass komplexierte Kupfersalze ins Abwasser gelangen.
Dazu wird in der Kaskade meist nicht mit Wasser, sondern mit der ammoniakalischen sogenannten Replenisherlösung gearbeitet und erst in der letzten Stufe mit Frischwasser abgespült. Auch bei dieser Methode werden die angereicherten Spülwässer zur Regeneration der Ätzlösung verwendet.
Der Einsatz einer Kaskadenspülung, besonders im Durchlaufverfahren, muss im hier diskutierten Rahmen und im Hinblick auf Investitions- und Überwachungsaufwand heute noch als aufwendig bezeichnet werden. Ihr Einsatz ist primär auf den Bereich des alkalischen Ätzens von Leiterplatten in Metallresisttechnik zugeschnitten.

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