基于离子液体的电解法回收废旧手机板中铜的应用研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shigoujushi
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随着经济社会的发展,电子产品更新换代周期缩短,以废旧手机电路板为代表的电子垃圾数量逐年上升,并且废旧手机板的部分组件构成带有强毒性,如若处理不当,对全球生态环境产生无法修复损害,另一方面,废旧手机板主板上以铜为首的金属含量丰富,是一座无形的“能源矿山”。因此,对废旧手机板上金属的回收再利用,尤其是铜,已成为当今研究热点。目前,湿法回收手机板上金属的技术具有高灵活度、高回收率等优点被广泛应用。但是,试验中的化学试剂,如处理不当会对环境产生严重的二次污染。因此,本文通过利用清洁试剂-离子液体与电解结合方式,去探究高效、清洁节能回收废旧手机板上的铜的技术方法。本研究开展的工作及其主要结论如下:(1)采用HNO3-HF-HClO4对拆卸破碎后的废旧手机板进行电热板消解预处理,利用ICP-MS对废旧手机板中金属成分进行测定。得到:废旧手机板中铜含量最高,约83.31%。(2)以铜浸取率为评价指标,单因素试验探究离子液体浸取铜的影响因素,探讨其反应控制模型。得出最佳浸取条件为:BmimPF6添加氯化钠、双氧水在50℃浸取120min,浸取率22.61%,浸取反应为固膜控制模型,产生19.8 kJ/mol最低反应活化能,为选择适当离子液体提供参考。(3)以金属铜回收率为第一评价指标,电流效率为参考指标,设计单因素试验,研究普通电解沉积废旧手机板中铜最佳电解液组成以及电解条件,通过SEM、EDS、XPS仪器分析测试手段,研究电解回收的铜形态及价态组成。试验结果得出:最佳电解条件:CuSO4浓度:30g/L;NaCl浓度:40g/L;H2SO4浓度:150g/L;电流大小:0.5A;电解时间:5h;WPCBs给料量:5g,最高铜回收率81.24%,此时电流效率为69.12%。沉积粉末为致密的树枝状,铜含量81.03%,纯铜单质占62.06%,其余铜以CuCl形式存在。(4)根据以上两组单因素试验结果,研究在最佳组合电解液中加入不同体积百分数的离子液体的电导率,并使用Origin对其随时间温度变化进行数字拟合,得出:加入1%EmimCl或BmimPF6时,电导率降低明显,符合Kohlraush关系。在加入1%EmimCl或2%BmimPF6时,温度系数α最大,β最小。此时体积百分比变化对电导率的影响受温度控制减弱。(5)经过试验方案优化,在最优试验参数条件下,研究添加BmimPF6不同体积百分比对电解回收铜的影响。并通过SEM、EDS、XPS仪器分析测试手段,研究电解回收铜的形态以及价态组成。得出:当CuSO4-NaCl-H2SO4-BmimPF6体系加入2%BmimPF6时,在50℃下对Cu的回收率最高,92.65%,此时电流效率为79.99%。所得铜几乎全为铜单质,占99.64%。沉积粉末中,铜粉得到了明显细化,表面更加致密、平整。整体来看,本文优化以往废旧手机板中提纯铜的方案,探究最适离子液体与普通电解液配比作用下电解回收铜的最高回收率及最佳试验条件,建立可行的基于离子液体电解回收铜的操作模式。
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