廢棄電路板多金屬混合資源中鉻元素的富集與分離方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于復(fù)雜二次有色金屬資源綜合循環(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鉻元素的富集與分離方法。首先，廢棄電路板經(jīng)破碎+分選后獲得的含有鉻元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物，在多金屬?gòu)?fù)雜混合物中加入捕集劑，將配置好的多金屬?gòu)?fù)雜混合物置于真空爐的石墨坩堝中，待金屬混合物完全熔化后，加入微量富集劑磷元素，調(diào)節(jié)銅與鐵兩液相的分離率，使鉻元素富集到鐵液相中，形成上層為液態(tài)鐵和下層為液態(tài)銅的分離熔體，將捕集了鉻元素的上層液態(tài)鐵倒出。由此，鉻元素從廢棄電路板多金屬?gòu)?fù)雜混合物中分離出來(lái)，并得以循環(huán)再利用。本發(fā)明專利技術(shù)簡(jiǎn)捷易行，具有成本低、綜合高效、無(wú)污染等特點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
廢棄電路板多金屬混合資源中鉻元素的富集與分離方法
本專利技術(shù)屬于復(fù)雜二次有色金屬資源綜合循環(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鉻元素的富集與分離方法，涉及環(huán)境保護(hù)
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)，有助于解決電子廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害和緩解我國(guó)有色金屬資源短缺的壓力。
技術(shù)介紹
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1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)等電子產(chǎn)品中，電路板所占比例高達(dá)40％。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、1％～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。可見(jiàn)，廢棄電路板中蘊(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。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：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(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利(專利99102862.7，公開(kāi)號(hào)CN1238244A)；《廢舊電路板的破碎及高壓靜電分離方法》，參見(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利(專利號(hào)200510023785.5，公開(kāi)號(hào)CN1313208A)；《廢棄電路板中金屬富集體的物理回收工藝》，參見(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利(專利號(hào)200410014582.5，公開(kāi)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。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(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利(專利號(hào)201210267821.2，公開(kāi)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(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利(專利號(hào)200910082443.9，公開(kāi)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。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(jiàn)中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?01310262065.9，公開(kāi)號(hào)CN103320618A)；《廢棄電路板中銅回收系統(tǒng)》，參見(jiàn)中國(guó)技術(shù)專利(專利號(hào)201220074426.8，公開(kāi)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1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。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。由此可見(jiàn)，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。重金屬鉻及其化合物的毒性很大。目前沒(méi)有對(duì)廢棄電路板多金屬混合物中鉻元素提出合理的回收或循環(huán)再利用方法。如果廢棄電路板多金屬混合物中鉻元素處理不當(dāng)，一方面，對(duì)人類和動(dòng)植物造成極大危害，如地下水和土壤中重金屬鉻等超標(biāo)等；另一方面，寶貴的二次有色金屬資源得不到回收和循環(huán)再利用，造成資源浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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鉻元素的富集與分離方法，將鉻元素從混合金屬中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄電路板中金屬鉻的回收和資源化處理。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本專利技術(shù)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)被回收金屬元素與廢棄電路板多金屬混合物相互分離，最終達(dá)到綠色回收和循環(huán)再利用。針對(duì)廢棄電路板多金屬混合物中鉻元素的分離，本專利技術(shù)首先對(duì)經(jīng)破碎+分選的廢棄電路板含鉻元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物進(jìn)行化學(xué)分析，然后在多金屬混合物中加入捕集劑和富集劑，將配好的金屬混合物置于真空加熱爐中加熱熔化，調(diào)控工藝參數(shù)，使熔體發(fā)生液-液分離，金屬鉻元素選擇性富集在鐵液相中，由此將鉻元素從多金屬混合物中分離出來(lái)，具體包括以下步驟：步驟1)對(duì)廢棄電路板進(jìn)行破碎+分選，將廢棄電路板中的金屬?gòu)姆墙饘僦蟹蛛x出來(lái)，獲得含有鉻元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物；步驟2對(duì)多金屬?gòu)?fù)雜混合物進(jìn)行化學(xué)成分分析，測(cè)出多金屬混合物中銅、鐵的質(zhì)量含量；步驟3在多金屬?gòu)?fù)雜混合物中加入捕集劑鐵元素，使鐵元素配比在多金屬混合物中所占的質(zhì)量百分比例為30％～50％，將配置好的多金屬?gòu)?fù)雜混合物置于真空加熱爐中；步驟4真空加熱爐密封后啟動(dòng)真空抽氣系統(tǒng)，然后啟動(dòng)真空加熱爐電源，加熱到1400～1500℃，待石墨坩堝中的多金屬混合物完全熔化后，并保溫5～10min；步驟5降低熔體溫度到1200～1300℃，使以銅為主要元素的基體液相中，分離出以鐵為主要元素的第二液相；步驟6保持熔體溫度在1200～1300℃內(nèi)，在熔體中加入富集劑磷元素，調(diào)控銅本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種廢棄電路板多金屬混合資源中鉻元素的富集與分離方法，其特征在于如下步驟：步驟1對(duì)廢棄電路板進(jìn)行破碎+分選，將廢棄電路板中的金屬?gòu)姆墙饘僦蟹蛛x出來(lái)，獲得含有鉻元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物；步驟2對(duì)多金屬?gòu)?fù)雜混合物進(jìn)行化學(xué)成分分析，測(cè)出多金屬混合物中銅、鐵的質(zhì)量含量；步驟3在多金屬?gòu)?fù)雜混合物中加入捕集劑鐵元素，使鐵元素配比在多金屬混合物中所占的質(zhì)量百分比例為30％～50％，將配置好的多金屬?gòu)?fù)雜混合物置于真空加熱爐中；步驟4真空加熱爐密封后啟動(dòng)真空抽氣系統(tǒng)，然后啟動(dòng)真空加熱爐電源，加熱到1400～1500℃，待石墨坩堝中的多金屬混合物完全熔化后，并保溫5～10min；步驟5降低熔體溫度到1200～1300℃，使以銅為主要元素的基體液相中，分離出以鐵為主要元素的第二液相；步驟6保持熔體溫度1200～1300℃內(nèi)，在熔體中加入富集劑磷元素，調(diào)控銅與鐵兩液相的分離率，使鉻元素選擇性富集到鐵液相中；步驟7熔體溫度1200～1300℃內(nèi)，機(jī)械攪拌石墨坩堝中液態(tài)銅+液態(tài)鐵的混合熔體10～15min；步驟8保持熔體溫度在1200～1300℃內(nèi)，靜置熔體10～30min，在重力作用下，坩堝中形成上層為液態(tài)鐵和下層為液態(tài)銅的分離熔體，將捕集了鉻元素的上層液態(tài)鐵倒出；步驟9檢測(cè)上層液態(tài)鐵中鉻元素的質(zhì)量含量，如果鉻質(zhì)量含量低于10％，液態(tài)鐵回到步驟3中再利用，當(dāng)作捕集劑鐵元素用于下一批次的廢棄電路板多金屬混合資源中鉻元素的循環(huán)分離與提取。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種廢棄電路板多金屬混合資源中鉻元素的富集與分離方法，其特征在于如下步驟：步驟1對(duì)廢棄電路板進(jìn)行破碎+分選，將廢棄電路板中的金屬?gòu)姆墙饘僦蟹蛛x出來(lái)，獲得含有鉻元素的多金屬?gòu)?fù)雜混合物；步驟2對(duì)多金屬?gòu)?fù)雜混合物進(jìn)行化學(xué)成分分析，測(cè)出多金屬混合物中銅、鐵的質(zhì)量含量；步驟3在多金屬?gòu)?fù)雜混合物中加入捕集劑鐵元素，使鐵元素配比在多金屬混合物中所占的質(zhì)量百分比例為30%～50%，將配置好的多金屬?gòu)?fù)雜混合物置于真空加熱爐中；步驟4真空加熱爐密封后啟動(dòng)真空抽氣系統(tǒng)，然后啟動(dòng)真空加熱爐電源，加熱到1400～1500℃，待石墨坩堝中的多金屬混合物完全熔化后，并保溫5～10min；步驟5降低熔體溫度到1200～1300℃，使以銅為主要元素的基體液相中，分離出以鐵為主要元素的第二液相；步驟6保持熔體溫度1200～1300℃內(nèi)，在熔體中加入富集劑磷元素，調(diào)控銅與鐵兩液相的分離率，使鉻元素選擇性富集到鐵液相中；富集劑在熔體所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～5%，調(diào)控鉻元素在鐵液相中的富集率；步驟7熔體溫度1200～1300℃內(nèi)，機(jī)械攪拌石墨坩堝中液態(tài)銅+液態(tài)鐵的混合熔體1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何杰，王中原，陳斌，郝紅日，江鴻翔，趙九洲，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧;21