廢棄電路板多金屬混合資源中錫元素的富集與分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)雜有色金屬二次資源綜合循環(huán)再利用技術(shù)，具體為一種廢棄電路板多金屬混合資源中錫元素的富集與分離方法，涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域中對(duì)電子廢棄物進(jìn)行回收、再生和綜合高效資源化技術(shù)，有助解決電子廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害問(wèn)題和緩解我國(guó)有色金屬資源短缺的壓力。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和電子電器產(chǎn)品的更新?lián)Q代，大量廢棄電子產(chǎn)品已成為增長(zhǎng)速度最快和最難處理的一類固體廢棄物。電子廢棄物又稱電子垃圾，包括各種廢舊電腦、通信設(shè)備、家用電器、以及被淘汰的精密電子儀器儀表等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年全球平每千人電腦擁有量約為100臺(tái)，且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2010年國(guó)內(nèi)電視機(jī)的社會(huì)保有量已超過(guò)
3.7億臺(tái)，電腦、電冰箱和洗衣機(jī)分別超過(guò)8000萬(wàn)臺(tái)、1.5億臺(tái)和1.9億臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，電冰箱、洗衣機(jī)的平均使用壽命在8至10年，電視機(jī)平均使用壽命在4至6年，至于更新?lián)Q代更快的電腦和手機(jī)的淘汰周期在I至3年，尤其是手機(jī)甚至更短。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署估計(jì)，全球每年產(chǎn)生約4000?6000萬(wàn)噸電子垃圾，其中美國(guó)和歐洲分別約占1/3和1/4。我國(guó)是僅次于美國(guó)的第二大電子廢棄物生產(chǎn)國(guó)。此外，國(guó)外的電子垃圾源源不斷涌向我國(guó)。據(jù)報(bào)道，全球90%的“電子垃圾”進(jìn)入亞洲，其中約80%進(jìn)入了中國(guó)大陸。在各類電子廢棄物中，其中廢棄電路板平均約占總量的4%。然而，在被淘汰或更新率高的平板電腦、筆記本電腦、手機(jī)等電子廣品中，電路板所占比例尚達(dá)40 %。
[0003]作為電子廢棄物的重要組成部件，廢棄電路板(WCB)卻蘊(yùn)含著大量的金屬資源，金屬約占電路板總重量的40%。按重量百分比計(jì)，廢棄電路板多金屬?gòu)?fù)雜混合物中包含有 0.5 ?6.0%鋁、I %?2.5% 硅、0.1%?1.0 %鉻、0.05 % ?1.0 %錳、5.0 % ?10 %鐵、0.05%?1.0%鈷、1.5%~ 3.0%鎳、60%?80%銅、0.5%~ 1.5%鋅、0.05%?0.1%銀、0.05% ?1.0%鎘、5.0 %?8.0%錫、0.5%?1.0 %銻、0.05 % ?0.1 %金、2.0 % ?5.0 %鉛、0.5%?1.0%鉍等金屬元素?？梢姡瑥U棄電路板中蘊(yùn)含的金屬是天然礦藏的幾十倍甚至幾百倍，它們既是危害環(huán)境的垃圾，又是寶貴的資源。
[0004]廢棄電路板中金屬資源的回收處理技術(shù)主要分為機(jī)械物理處理、濕法冶金、生物冶金、火法冶金等或幾種處理技術(shù)相結(jié)合:
[0005]①機(jī)械物理處理(《印刷電路板的粉碎分離回收工藝及其所用設(shè)備》，參見中國(guó)發(fā)明專利(專利99102862.7，公開號(hào)CN1238244A);《廢舊電路板的破碎及高壓靜電分離方法》，參見中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)200510023785.5，公開號(hào)CN1313208A);《廢棄電路板中金屬富集體的物理回收工藝》，參見中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)200410014582.5，公開號(hào)CN1563440A))。該方法是采用機(jī)械設(shè)備先將廢棄線路板粉碎成顆粒，然后再利用各組分物性(如:密度、導(dǎo)電性等)差異，實(shí)現(xiàn)金屬與非金屬的分離。利用機(jī)械物理處理法，廢棄電路板中95%以上的金屬物質(zhì)可以得到回收。但是，分離的金屬是多種金屬元素混合在一起的復(fù)雜二次金屬資源，必須對(duì)多金屬混合物進(jìn)行分離與循環(huán)再利用，才能實(shí)現(xiàn)金屬資源化。
[0006]②濕法冶金(《分離回收廢棄電路板多金屬富集粉中有價(jià)金屬的方法》，參見中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)201210267821.2，公開號(hào)CN102747229A);《一種選擇性浸出分離廢棄電路板中錫、鉛和銅的方法》，參見中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)200910082443.9，公開號(hào)CN101864519A))。該方法是將廢棄電路板置于強(qiáng)酸溶液中，金屬物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而溶解，然后從溶液中回收金屬元素。然而，該方法對(duì)部分金屬的浸出效率低、作用有限，尤其是被包裹在陶瓷中的金屬元素?zé)o法回收；該技術(shù)尤其不足之處是，化學(xué)試劑消耗量大，同時(shí)產(chǎn)生大量含有腐蝕性和毒性以及重金屬離子的廢液和廢渣，極易造成二次污染。
[0007]③生物冶金(《聯(lián)合物理分離和生物浸出的廢棄電路板貴金屬回收方法》，參見中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?01310262065.9，公開號(hào)CN103320618A);《廢棄電路板中銅回收系統(tǒng)》，參見中國(guó)實(shí)用新型專利(專利號(hào)201220074426.8，公開號(hào)CN202519343U);《生物濕法冶金技術(shù)回收廢棄線路板中有價(jià)金屬的研究進(jìn)展》，有色金屬科學(xué)與工程，2013年I期)。該技術(shù)是利用某種微生物或其代謝產(chǎn)物與廢棄電路板中的金屬元素相互作用，產(chǎn)生氧化、還原、吸附、溶解等反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄電路板中金屬元素的回收，但由于目前已知菌種有限，且不易工業(yè)化放大培養(yǎng)，金屬的浸出速度較慢，回收過(guò)程的生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。
[0008]④火法冶金。該技術(shù)是通過(guò)冶煉爐在富氧環(huán)境下高溫加熱廢棄電路板，剝離非金屬物料，而熔融的金屬物質(zhì)呈合金熔體流出，再通過(guò)精煉和電解處理回收金屬元素，但是非金屬物質(zhì)在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵或有毒氣體，對(duì)大氣生態(tài)環(huán)境有危害。
[0009]由此可見，在資源化處理廢棄電路板金屬元素過(guò)程中，現(xiàn)有技術(shù)還存在局限性或不足。雖然在電子廢棄物拆解過(guò)程中發(fā)展了脫焊技術(shù)(參見《電路板元器件和焊料分離回收方法及裝置》，中國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)CN200710201532.1，公開號(hào)CNlO 1112728)，但是，目前沒(méi)有對(duì)廢棄電路板多金屬混合物中錫元素提出合理的富集、分離以及循環(huán)再利用方法。錫是電子、機(jī)械工業(yè)以及金屬生活制品中廣泛使用的金屬元素。相對(duì)來(lái)說(shuō)，廢棄電路板多金屬混合物中錫元素品位高出天然礦石的數(shù)百倍。因此，本發(fā)明廢棄電路板多金屬混合物中錫元素的富集與分離方法，有助于節(jié)約有色金屬資源和緩解我國(guó)有色金屬資源短缺的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種分階段處理、工藝簡(jiǎn)捷、高效率、低排放、環(huán)境友好型廢棄電路板多金屬混合資源中錫元素的富集與分離方法，將錫元素從混合金屬中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄電路板中金屬錫的回收和資源化處理。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明利用了金屬液-液分離的冶金學(xué)特點(diǎn)和金屬元素在液相分離系統(tǒng)中的選擇性分配行為及其控制技術(shù)，通過(guò)添加不同的微量元素以及采用不同的工藝參數(shù)，調(diào)控金屬元素在液相分離系統(tǒng)中的分配率，使被回收的金屬元素富集并固定在預(yù)定的液相中，從而實(shí)現(xiàn)被回收金屬元素從廢棄電路板多金屬混合物中分離開來(lái)，最終得以綠色回收和循環(huán)再利用。
[0012]針對(duì)廢棄電路板多金屬混合物中錫元素的分離，首先，廢棄電路板經(jīng)破碎+分選后獲得含有錫元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物，在多金屬?gòu)?fù)雜混合物中加入分離劑、捕集劑、富集劑，將配好的金屬混合物置于真空加熱爐的石墨坩禍中加熱熔化，調(diào)控工藝參數(shù)，使熔體發(fā)生液-液分離，金屬錫元素選擇性富集在鉛液相中，由于液態(tài)銅與