废旧电路板中铜的清洁浸提及高效资源化利用

摘要

近几年来随着电子工业的迅速发展，电子产品生产的不断扩大，电路板的生产量也不断增长，在印刷电路板产量大幅增加的同时，废旧电路板的产生量也在大量增加。废旧电路板不仅产生于电子产品的废弃过程中，还包括印刷电路板生产制造过程，其废弃和堆积不仅给生态环境带来了较大的威胁，而且也造成了资源的严重浪费，是当今社会急需解决的资源环境瓶颈问题，也是我国“十二五”国民经和社会发展规划“资源循环利用”和城市矿产实施的重要主体。因此，研究清洁、高效的从电路板中回收铜的新技术以减轻其环境危害和资源压力都具有十分重要的现实意义。
　　 本文在全面查阅国内外文献的基础上，重点分析了国内外现有铜的资源化回收技术，掌握了这些技术在铜资源化利用过程中的优势与不足，以废旧电路板为代表，对电路板中铜的高选择性清洁浸出技术和浸出后铜的回收技术进行了系统研究，建立了盐酸／正丁胺／硫酸铜体系浸出铜、亚硫酸钠还原法制备氯化亚铜的新技术方法，有效的实现废旧铜的资源化高效回收和利用。主要研究成果如下：
　　 (1)利用王水对电脑的废旧电路板样品中的金属元素进行了湿法消解，ICP测定电路板样品中主要金属元素及含量。结果表明，电路板中主要金属元素有铜、锌、铁等，其中铜在废旧电路板样品中的平均含量为23.37％，具有很高的回收价值。
　　 (2)针对铜元素的高效、清洁浸出问题，利用金属铜样品为研究对象，通过研究盐酸、正丁胺、硫酸铜的浓度及其温度与时间等操作条件对金属铜浸出率的影响，建立了盐酸／正丁胺／硫酸铜体系高效浸析铜的新方法，其最优的浸出条件：盐酸、正丁胺、硫酸铜的浓度分别为1.75mol/L、0.25mol/L、19.20g/L，浸出温度为50℃，浸出时间为8h;8h铜的平均浸出率为100.69％，相对标准偏差RSD为2.64％，方法稳定可靠。
　　 (3)在优化条件下对废旧电路板样品中的铜进行浸出应用试验，铜的浸出率可达到95.31％，相对标准偏差RSD为1.01％。结果表明，盐酸／正丁胺／硫酸铜体系可以浸出废旧电路板中的铜，方法稳定，效率较高。
　　 (4)为了更好的研究铜的浸出机理，本文探讨了PCB中铜的浸出动力学。结果表明，铜与二价铜离子之间的化学反应缓慢，是浸析过程的控制步骤，浸出反应过程符合化学反应动力学方程模型：X=Kt。浸出反应的活化能约为10.34kJ/mol。
　　 (5)针对浸出后的含铜溶液，通过研究了亚硫酸钠的浓度、温度、时间等条件对铜回收率的影响，建立了采用亚硫酸钠还原法从浸出液中回收氯化亚铜的新方法，其最佳操作条件：亚硫酸钠的浓度为40.00g/L，浸出温度为70℃，浸出时间为2h，氯化亚铜的回收率可达到95.76％，相对标准偏差RSD为1.20％，说明方法稳定可靠。