废弃印刷电路板中铅、镉、锌、铋金属的真空分离与回收

摘要

废弃电路板中蕴含的贵金属是天然矿藏品位的几十倍甚至几百倍，具有重要的回收价值。目前对金属的回收主要集中在铜和贵金属（Au、Ag、Pd等），而对锌、镉、铅、铋等金属则不能有效回收。这些金属一旦进入环境，就会污染土壤、水体、大气，进而对人类构成巨大威胁。为此，根据各金属的蒸气压不同，本文提出通过真空冶金法，将废弃印刷电路板经破碎、高压静电分选后的混合金属物料进行分离、回收与提纯。首先自主研制出适宜分离混合金属颗粒的真空设备，然后对纯金属的挥发规律进行了探讨，在此基础上对二元混合金属、多元混合金属以及蒸馏所得产物的真空分离规律进行了探索。 自主开发出三段式内热真空电阻炉，最高加热温度为1000℃，极限真空度可以达到0.01Pa。 对锌、镉、铅、铋的真空蒸馏/升华规律进行了研究。发现锌、镉在真空下直接由固态转变为气态，铋、铅则是先熔化为液态，再蒸发；得出了相应的升华/蒸发条件，并发现锌、镉的沉积物为一层金属薄膜，铅、铋则冷凝成为金属小球。 镉-铜、锌-铜、铅-铜、铋-铜-二元混合金属颗粒，在真空度为1-10Pa，加热温度为850℃，加热时间分别为60min、120min、120min、150min时，分离率都可以达到90％以上。 从动力学角度，将真空分离过程划分为升华/蒸发，扩散Ⅰ（即颗粒间扩散），扩散Ⅱ（即炉膛内扩散），以及冷凝四步，对影响各步速率的加热温度、加热时间、混匀度、料层厚度、粒径及真空度等因素进行了研究。 从工艺过程角度，将整个过程进行分段：即升温分离阶段，继续抽气分离阶段，二次挥发阶段及全面冷凝阶段，便于通过调控操作参数，来更好的控制各种金属的蒸发与冷凝。 铜与锌、镉、铅、铋的多元金属颗粒混合物进行分离，真空度为1-10Pa，在850℃下加热135min，可将混合物中铜的纯度从79.94％提高到99.45％。 真空度为1-10Pa，在500°C下加热60min，可将镉与锌、铅、铋分离；800℃下加热60min，可以将锌与铅、铋分离。 通过真空冶金法可以实现废弃电路板经破碎、高压静电分选后混合金属物料的分离和回收，解决目前高蒸气压、低沸点金属无法有效回收的问题，克服了湿法冶金和常压冶金回收电路板中金属的一些缺点，为废弃印刷电路板的资源化回收和再利用，提供一种绿色、无污染、高效的新方法。