加壓氨浸法選擇性回收廢線路板中的銅、鋅和鎳
摘要:以氨水-銨鹽緩沖溶液作為浸出試劑,氧氣作為氧化劑,在高壓釜中通過加壓氨浸法回收廢棄印刷線路板中的銅、鋅和鎳,分別研究了浸出時間、氨水濃度、銨鹽濃度、攪拌速率、氧氣壓力、溫度和不同種類銨鹽對浸出效果的影響,并得到浸出的最優工藝條件:銨鹽選擇碳酸銨浸出效果最佳,濃度為1mol/L,氨水濃度為4mol/L,攪拌速率為700r/min,氧氣壓力為0.2MPa,溫度為55℃,浸出時間為150min。在最優工藝條件下對實際廢棄線路板進行加壓氨浸實驗,鋅完全浸出,銅的浸出率>99%,鎳的浸出率>64%,錫、鉛和鐵基本不浸出,達到了選擇性浸出銅、鎳和鋅的要求。為配合工藝分析,對銅的加壓浸出進行了動力學分析,表明銅的浸出過程遵循不生成固體產物層的“收縮核動力學模型”,其表觀活化能為14.68kJ/mol,浸出過程為擴散控制。
關鍵詞:加壓氨浸,廢線路板,碳酸銨,動力學
隨著電子設備更新換代速度的加快,電子廢棄物產生量大大增加,其中廢印刷電路板(PCBs)是電子廢棄物的重要組成部分。印刷電路板是幾乎所有電子電氣產品的基礎元件,主要由塑料、玻璃纖維和金屬等組成,處理不當將對環境造成很大的危害。PCBs中金屬含量很高,金屬品位相當于普通礦物的幾十倍至上百倍,金屬的總含量高達40%,最多的是銅,此外還有金、鎳、鋅和鉛等,其中不乏稀有金屬。
廢棄線路板處理技術很多,主要有機械處理法、火法冶金、生物提取和濕法冶金以及上述幾種方法的聯合。機械處理技術以其環境污染小、操作簡單、具有較高的處理效率和較好的經濟效益而備受關注,但無法將各種金屬單質徹底分離,因此只能作為金屬單質回收的輔助手段;火法冶金由于污染嚴重已經逐漸被淘汰;生物技術具有投資少、回收效率高和環保等優點,但已知菌種少且難以培養,生產周期過長,距離工業化仍然有一定距離;濕法冶金方法工藝流程較為復雜,化學試劑耗量大且易腐蝕設備,但成本相對低廉、金屬回收率較高,且可以回收純度較高的金屬單質,工業應用前景廣闊。
傳統濕法浸銅研究中常采用的浸出試劑為礦物酸,如硫酸、硝酸、鹽酸等,但是其余大部分金屬(如錫、鉛等)也一并溶解,使后續金屬的分離復雜化,同時礦物酸具有較強的腐蝕性,易腐蝕設備從而增加成本。目前,許多學者采用成本低、選擇性高及低腐蝕性的氨水和銨鹽溶液作為浸出試劑從含銅廢料中回收銅,但采用氨水和銨鹽溶液從PCBs中回收銅、鎳和鋅的研究還鮮有報道。本研究以氨水-銨鹽緩沖溶液作為浸出試劑,采用加壓氧氣氨浸法選擇性浸出PCBs中的銅、鋅和鎳實現與錫、鉛和鐵的有效分離。對浸出的工藝參數進行研究和優化,并對銅的加壓浸出過程進行了動力學分析。

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