论文部分内容阅读
废旧印刷线路板（Waste Printed Circuit Boards,WPCBs）是几乎所有电子废弃物的重要组成部分。矿浆电解法可以一步直接从组成极其复杂的WPCBs中分离回收金属二次资源,具有工业化应用前景。为推进矿浆电解法在WPCBs等电子垃圾中的工业化应用,本课题基于前期实验室基础,进行放大实验（从100 mL放大到5000 mL,放大50倍）研究,以明确实验室扩大实验的可行性;同时,探讨WPCBs破粉碎后,各环境因素对悬浮方式（气流、机械搅拌）、解离度（≤4 mm、≤1mm,0.6 mm完全解离）等的影响,为后继的中试研究提供数据和理论支撑,主要研究成果如下:1.粗粒级气流悬浮放大实验:因气流不能使WPCBs颗粒悬浮起来,基本沉在电解槽底部;此外,空气也不能代替氧化剂,促进WPCBs中铜等金属的浸出,所以,在所讨论的电解时间和H2SO4浓度范围内,此法并不能从WPCBs中分离回收Cu。随着电解时间的增加,总金属的回收率保持在42%左右;而随H2SO4浓度的增加,总金属回收率增加,最高为43.05%。2.粗粒级机械搅拌放大实验:为促使WPCBs中金属Cu的充分浸出,采用机械搅拌,在不加氧化剂的条件下,Cu和总金属回收率随电流密度增加而增加,其最高为3.39%和45.82%。显然,在此过程中,Cu电流效率随电流密度增加而降低。引入H2O2后,Cu的回收率显著增加,由9.87%增加到29.51%;同时总金属的回收率也增加至59.06%。Cu和总金属回收率、Cu在电沉积金属和电解液中的含量随电流密度增加而增加,这表明,氧化剂的加入可以促进Cu的浸出并影响其在阴极的沉积。3.细粒级放大实验:引入机械搅拌、添加氧化剂能有效地提高WPCBs中金属的分离回收率,但由于WPCBs粒径为≤4 mm,解离不完全,结果并不理想。将WPCBs继续破碎至≤1 mm以后,研究NaCl浓度、CuSO4·5H2O浓度和WPCBs投加量的影响,Cu和总金属回收率可由29.51%和59.06%显著提高至94.51%和78.98%;Cu回收率和电流效率随NaCl浓度的增加先增加后降低,总金属回收率随NaCl浓度增加而增加。随NaCl浓度增加,Cu在电沉积金属中的含量先增加后降低,在电解残渣中的含量降低,在电解液中的含量增加。Cu和总金属的回收率随CuSO4·5H2O浓度的增加先增加后降低。随着CuSO4·5H2O浓度的增加,Cu在电沉积金属中的含量先增加后降低,在电解液和电解残渣中的含量先降低后增加。Cu和总金属的回收率随WPCBs投加量的增加先增加后降低,Cu电流效率随WPCBs投加量增加而增加。随WPCBs投加量增加,Cu在电沉积金属中的含量先增加后降低,Cu在电解残渣中的含量增加,Cu在电解液中的含量降低。4.较佳工艺实验:前述探索实验所获较佳工艺参数为H2SO4 190 g/L,300 A/m2,H2O2 140 mL,NaCl 30 g/L,CuSO4·5H2O 10 g/L,WPCBs 30 g/L,电解8 h。为探讨实验过程变化规律,重复此较佳工艺条件实验,结果表明:在此条件下,输出电压和槽电压随电解时间的延长先降低后升高,阴阳极区Cu离子浓度随电解时间的延长先增加后降低。阴阳极区Zn、Fe、Al、Ca、Ni的浓度随电解时间的延长而增加。Cu的回收率为94.51%,总金属回收率为69.76%,Cu的电流效率为33.51%。较佳电解条件下回收金属的主要成分是铜,含量为92.91%,其它金属含量均低于3%,且铜在金属中以Cu和CuO形式存在,电解回收金属为枝晶状。分析电解残渣可知,Cu在电解残渣中的含量为2.25%,Ca、Fe、Zn的含量较高,分别为7.57%、5.19%、5.10%,其它金属含量均低于3%。这表时,矿浆电解回收WPCBs中的金属具有一定的可行性,但工业化应用仍需放大实验优化并进行工业化扩大实验研究。