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电子废弃物又称电子垃圾,包括各种日常生活中使用的废旧电脑、通信设备、电视机、电冰箱、洗衣机等家用电器以及企事业单位在生产、办公过程中淘汰的电子仪器、仪表等。其中的印刷线路板(PCBs)是这些电子电器产品的主要部件,约占其重量的8%,里面含有大量的重金属,特别是铜和持久性有机污染物。如果随意丢弃会造成严重的环境污染,填埋则造成大量资源的浪费。如何对废弃印刷线路板(WPCBs)进行有效地回收利用成为电子废弃物处理处置研究的重点。
本文采用湿法冶金技术对WPCBs中铜的资源化进行了研究,首先对所获得的WPCBs含铜金属粉料进行风力分选,去除非金属杂质。考察了金属粒径分布并测定了各粒径中金属的成分和含量。结果表明WPCBs粉料中金属粉料的粒度分布为<200目占0.44%;200~100目占3.33%;100~40目占76.45%:>30目占2.86%。金属含量为70.92%,而铜又在金属中占到了97.55%的含量。
其次,对分选去除杂质后的金属粉料进行了在电场作用下的浸出实验研究,获得了最佳工艺参数:固液比为1:15,电流密度0.1A·cm-2、氯化钠40g·L-1、五水硫酸铜109·L-1、浓硫酸60mL·L-1,增氧泵2个。在此条件下,20g金属粉料完全浸取时间为3.5小时,比无电场浸出同等质量的金属粉料快2小时。所得含铜浸出液的酸度为0.2mol·L-1。在此基础上做了铜的浸出动力学,表明在电场作用下浸取WPCBs中铜是化学反应控制,其反应的表观活化能为14.7kJ·mol-1,并初步讨论了铜浸出反应的机理。
之后,采用铜特效萃取剂对含铜浸出液进行铜的萃取提纯,在不调节酸度的情况下可将铜有效萃取,采用3mol.L-1硫酸对含铜有机相进行五级错流反萃,可获得浓度为42.67g·L-1的用于制备电解铜箔的铜溶液。
最后,将提纯后的硫酸铜溶液进行制备电解铜箔的实验研究,当溶液中铜离子浓度为40g·L-1时,制备电解铜箔的工艺参数为添加剂明胶15mg·L-1、硫脲16mg·L-1,硫酸浓度3mol·L-1,转速400rpm,电流密度取0.1A·cm-2,温度取40℃,时间为30min,电解铜箔的剥离率超过95%,其力学参数为单位面积质量为445.97g·m-2,抗拉强度为276MPa,伸长率为10.66%,其性能达到了国标GB_T5230-1995电解铜箔抗拉强度275MPa、伸长率3%的标准。
本课题通过在浸出过程中引入电场加速WPCBs中铜的溶解,在阴极上制得高附加值的电解铜箔产品,实现了WPCBs中铜的有效回收和资源循环利用,体现了良好的环境效益和经济效益的统一。