基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝，該工藝以含硫酸銅的溶液為電解液，以廢舊電路板為陽極，工業(yè)鈦板或不銹鋼板為陰極，通過直流電流或脈沖電流進行電解沉積，在陰極得到銅箔，制得的銅箔厚度≤16μm，抗拉強度為300～400Mpa，純度＞99.9％，電阻率為2.5×10-6～4×10-6Ω·㎝，且耐腐蝕性能好；該工藝成本低、環(huán)保，銅回收率高達90％以上，利用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的電解工業(yè)裝置即能實現(xiàn)操作，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝
本專利技術(shù)基于電化學(xué)法從回收廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝，屬于電子產(chǎn)品回收

技術(shù)介紹
人類在進入信息時代以后，數(shù)碼電子產(chǎn)品迅速發(fā)展，更新?lián)Q代速率也越來越快，廢棄的電子產(chǎn)品制造了大量的垃圾，印刷電路板作為電子產(chǎn)品必不可少的組成部分，廢棄數(shù)量也在急劇增加。廢舊電路板中焊接電子元件的焊錫中有鉛，有些元器件中還含有鎘、汞、鉻等，不恰當?shù)奶幚矸绞剑绶贌龋粌H工序復(fù)雜，而且粉塵大，其中的有毒物質(zhì)進入水源和土壤，污染環(huán)境、危害人類健康。廢棄的電路板功能不同，因此其組成物質(zhì)元素也有差別，但主要構(gòu)成物質(zhì)基本一致，為了達到快速傳輸電子數(shù)據(jù)的目的，使用了大量的重金屬元素，所占比例達到50％左右，其中包括金、鉑、銠、銀、銅、鐵、鎳等金屬資源，遠高于自然界中礦石3％～5％的金屬元素含量。因此，廢舊電路板是一個巨大的金屬資源寶庫，值得回收循環(huán)利用。目前廢舊電路板的回收方法主要分為：物理法、化學(xué)法和生物法。物理方法包括拆卸、破碎、分選等，即根據(jù)材料的密度不同分離出金屬和非金屬。該法回收廢舊印刷電路板不用考慮廢水、廢氣問題，相對其他方法是一種經(jīng)濟環(huán)保的處理方法，能夠分離并富集金屬與非金屬；但是不能進一步將金屬種類分開，忽略了產(chǎn)品的后續(xù)處理問題，所以只能作為處理廢舊印刷電路板的初步回收方法，且物理法需要高質(zhì)量的大型處理設(shè)備，投資較大。化學(xué)方法主要包括酸或堿浸出，即廢舊電路板中的銅和其他金屬浸入溶液中，而非金屬物質(zhì)留在渣中，然后經(jīng)過凈化、沉淀、溶劑萃取、離子交換、置換、過濾及蒸餾等過程獲得金屬；但此法所利用的氨性銅萃取劑lix54、N910銅萃取劑、氨水-氯化銨萃取劑等對人體和環(huán)境存在一定危害、二次污染嚴重、成本高效益低且后期處理繁瑣。生物技術(shù)方法，就是利用微生物細胞或其代謝產(chǎn)物，通過物理、化學(xué)、生物等作用吸附金屬離子的過程。通過讓培養(yǎng)菌不斷地適應(yīng)培養(yǎng)基，來獲得在生物浸出時最大的轉(zhuǎn)化率。該方法在低濃度條件下，生物吸附劑可以選擇性的吸附其中的重金屬，且pH值和溫度適應(yīng)范圍寬，回收貴金屬效率高；但該方法對適用的藻類及菌種的篩選或改造難度較大，處理過程中浸出時間長，現(xiàn)在還仍處于實驗研究階段，難以實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。銅箔作為電子制造行業(yè)的功能性基礎(chǔ)原材料，主要用于覆銅板和印刷線路板的制作。另外鋰離子電池負極集流體的主要材料是金屬銅箔，電化學(xué)方法制備的銅箔厚度薄、均勻、具有良好的導(dǎo)電性、強度高、耐卷繞和碾壓、成本低等優(yōu)勢，成為國內(nèi)外大部分鋰電池廠家制作鋰離子電池負極集流體的首選材料。因此制備超薄、表面缺陷少、高強度、高純、高導(dǎo)、耐蝕的電銅箔具有很高的實用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中通過物理法、化學(xué)法和生物法等方法回收電子產(chǎn)品的工藝存在的缺陷，本專利技術(shù)的目的是在于提供一種以廢舊電路板為原料，通過電化學(xué)方法高效率選擇性回收銅，并制備出高純度、高強度、高導(dǎo)和耐蝕性好銅箔的方法。本專利技術(shù)提供了一種基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝，該工藝以含硫酸銅的溶液為電解液，以廢舊電路板為陽極，陽極外部設(shè)有陽極袋，工業(yè)鈦板或不銹鋼板為陰極，陰極和陽極之間設(shè)有隔板，隔板將電解槽分隔成相互獨立的陽極槽和陰極槽，隔板底部設(shè)有液體通道，陽極槽和陰極槽中的電解液通過液體通道連通；采用直流電流或脈沖電流進行電解沉積，在陰極得到銅箔；所述的電解液中硫酸銅的濃度為50～200g/L，硫酸的濃度為80～160g/L，氯離子的濃度為5～50mg/L；所述的直流電流或脈沖電流的大小以維持陰極上的平均電流密度為30～80mA/cm2，其中，脈沖電流的占空比為0.5～0.95，周期為1～100ms；所述的電解液中包含十二烷基硫酸鈉和/或聚乙二醇。本專利技術(shù)的從回收廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝還包括以下優(yōu)選方案：優(yōu)選的方案中電解液的pH為0.5～1。優(yōu)選的方案中十二烷基硫酸鈉在電解液中的濃度不大于10g/L。優(yōu)選的方案中聚乙二醇分子量為400～4000，其在電解液中的濃度不大于50g/L。優(yōu)選的方案中十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇適量的加入使銅箔平整度、光亮度和機械強度達到更佳的水平。優(yōu)選的方案中電解沉積過程中電解液的溫度維持在20～80℃之間。優(yōu)選的方案中電解沉積時間為8～20min。進一步優(yōu)選的方案中銅箔厚度≤16μm，抗拉強度為300～400Mpa，純度＞99.9％，電阻率為2.5×10-6～4×10-6Ω·㎝。優(yōu)選的方案中廢舊電路板中銅的回收率達90％以上。優(yōu)選的方案中陰極的不銹鋼板或者鈦板在電解沉積前進行打磨、酸洗等預(yù)處理，更有利于銅箔的剝離。本專利技術(shù)的基于電化學(xué)法從回收廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝包括以下具體步驟：本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實施的，具體包括以下步驟：步驟一：配制電解液將硫酸銅溶于水得到硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中加入硫酸調(diào)節(jié)pH在0.5～1的范圍內(nèi)，再添加十二烷基硫酸鈉和/或聚乙二醇(PEG)，以及微量鹽酸，使硫酸銅溶液中，硫酸銅的濃度為50～200g/L，硫酸的濃度為80～160g/L，氯離子的濃度為5～50mg/L，即得電解液；其中，十二烷基硫酸鈉在電解液中的濃度不大于10g/L；聚乙二醇在電解液中的濃度不大于50g/L；步驟二：電化學(xué)方法回收銅并制備銅箔陽極為廢舊電路板，陽極置于陽極袋中，再放入電解液中，陰極為工業(yè)鈦板或不銹鋼板，陽極和陰極之間設(shè)有隔板，電解槽被分隔成獨立的陰極槽和陽極槽，隔板底部設(shè)有液體通道，可以保證陰極槽和陽極槽中電解液的連通；維持電解液溫度在20～80℃范圍內(nèi)，采用直流電流進行電解沉積，直流電流的大小以維持陰極板上的電流密度為30～80mA/cm2；或者采用脈沖電流進行電解沉積，其中，脈沖電流的大小以維持陰極板上的平均電流密度在30～80mA/cm2之間，脈沖電流占空比為0.5～0.95、周期為1～100ms；陽極的廢舊電路板中銅不斷溶解，電解沉積8～20min后，從陰極的鈦板或不銹鋼板得到厚度≤16μm的銅箔厚度，銅箔抗拉強度為300～400Mpa，純度＞99.9％，電阻率為2.5×10-6～4×10-6Ω·㎝。相對現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的有意技術(shù)效果：1、首次采用電化學(xué)方法選擇性收廢舊電路板中的銅，相對物理法、化學(xué)法和生物法具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在成本低(裝置及操作，原料來源廣)、環(huán)保(不需要采用大量酸浸出)，銅回收率高(達到90％以上)，利用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟的電解工業(yè)裝置即能實現(xiàn)操作，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2、銅直接制成高品質(zhì)的銅箔，具有較大的附加值，制得的銅箔厚度薄(≤16μm)、抗拉強度高(300～400Mpa)、純度高(＞99.9％)、電阻率低(2.5×10-6～4×10-6Ω·㎝)，耐腐蝕性能好；可以用于PCB電路板和鋰離子電池負極集流體等領(lǐng)域。具體實施方式下面詳細描述本專利技術(shù)的實施例，所描述的實施例是示例性的，僅用于進一步詳細解釋
技術(shù)實現(xiàn)思路
，而不是對本專利技術(shù)權(quán)利要求保護范圍的限制。當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能根據(jù)下述描述方案，提出相應(yīng)修改或變化，這些修改或變化均應(yīng)包含在本專利技術(shù)的包含范圍之內(nèi)。銅箔性能表征：采用電感耦合等離子體光譜儀(ICP)測量銅箔中雜質(zhì)元素的含量，以確定金屬銅的純度。采用美國公司MTS810材料本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝，其特征在于，以含硫酸銅的溶液為電解液，以廢舊電路板為陽極，陽極外部設(shè)有陽極袋，工業(yè)鈦板或不銹鋼板為陰極，陰極和陽極之間設(shè)有隔板，隔板將電解槽分隔成相互獨立的陽極槽和陰極槽，隔板底部設(shè)有液體通道，陽極槽和陰極槽中的電解液通過液體通道連通；采用直流電流或脈沖電流進行電解沉積，在陰極得到銅箔；所述的電解液中硫酸銅的濃度為50～200g/L，硫酸的濃度為80～160g/L，氯離子的濃度為5～50mg/L；所述的直流電流或脈沖電流的大小以維持陰極上的平均電流密度為30～80mA/cm2，其中，脈沖電流的占空比為0.5～0.95，周期為1～100ms；所述的電解液中包含十二烷基硫酸鈉和/或聚乙二醇。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于電化學(xué)法從廢舊電路板中回收銅制備高純高強度銅箔的工藝，其特征在于，以含硫酸銅的溶液為電解液，以廢舊電路板為陽極，陽極外部設(shè)有陽極袋，工業(yè)鈦板或不銹鋼板為陰極，陰極和陽極之間設(shè)有隔板，隔板將電解槽分隔成相互獨立的陽極槽和陰極槽，隔板底部設(shè)有液體通道，陽極槽和陰極槽中的電解液通過液體通道連通；采用脈沖電流進行電解沉積，在陰極得到銅箔；所述的電解液中硫酸銅的濃度為50～200g/L，硫酸的濃度為80～160g/L，氯離子的濃度為5～50mg/L；所述的脈沖電流的大小以維持陰極上的平均電流密度為30～80mA/cm2，其中，脈沖電流的占空比為0.5～0.95，周期為1～100...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧姝皓，張朵朵，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南;43