生物浸出液中金属资源回收方法的研究

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废旧线路板生物浸出液中含有多种金属资源,如何将各金属资源以高品位形式回收是实现生物浸出液回收金属的关键环节。本课题提出利用电沉积法回收生物浸出液中的金属铜和浸出液三次循环回用后对其他微量金属的回收。首先,考察恒流条件下模拟废旧线路板生物浸出液中铜回收的影响因素及铜反应动力学。其次,研究实际生物浸出液中影响铜回收的因素。最后,探讨浸出液循环回用的可行性和三次循环生物浸出后其他微量金属的回收。主要成果如下:(1)模拟废旧线路板生物浸出液中铜的回收实验结果表明,利用电沉积法回收铜的优化条件为:初始铜浓度为10g·L-1,阳极材料为石墨棒,阴极材料为碳毡,电流密度为111.11mA·cm-2,初始pH=2.0,电沉积结束后,阳极室和阴极室的铜回收效率分别达到96.75%和99.35%,总能耗和单位产物能耗分别为0.021kW·h和14.61kW·h·kg-1,沉积的铜呈束状且未检测到氧的存在。其中电极材料、电流密度和初始铜浓度对铜回收效率和能耗的影响较大,而初始pH值对能耗的影响较大。模拟生物浸出液中铜反应动力学的研究表明,当铜浓度>4g·L-1时,铜的反应动力学呈零级。而当铜浓度<4g·L-1时,铜的反应动力学呈一级。各反应速率常数与电流密度呈现一定的线性关系。(2)为了实现实际生物浸出液中铜的回收,利用上述方法对铜的回收因素进行优化。优化条件为:铜浓度为6.55g·L-1,阳极材料为石墨棒,阴极材料为碳毡,电流密度为88.89mA·cm-2,初始pH=3.0。优选条件的结果表明,阳极室和阴极室的铜回收效率分别高达97.93%、99.23%,总能耗和单位产物能耗仅分别为0.0027kW·h、2.58kW·h·kg-1,沉积的铜呈束状且未检测到氧的存在。这证实了实际生物浸出液中铜的回收效率与模拟生物浸出液相差甚微,且实际生物浸出液中其他离子成分的存在使得其总能耗与单位产物能耗远低于模拟生物浸出液。(3)通过9K培养基生物浸出实验、三次循环浸出实验、其他微量金属回收实验,探讨了培养基回用和其他微量金属回收的可行性。结果表明,培养基循环回用的过程延长了氧化亚铁硫杆菌Z1的预培养时间,而铜的浸出效率略高于9K培养基。三次循环过程中铜的回收效率高达98%,能耗相对较低,且回收的铜未检测到氧的存在。利用化学沉淀法对三次循环后的生物浸出液中的锌、铝、镍、锰进行回收,其回收效率高达99%。
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