廢棄電路板多金屬混合資源中鎳元素的富集與分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)雜二次有色金屬資源綜合循環(huán)再利用技術(shù)，具體為一種廢棄電路板多金屬混合資源中鎳元素的富集與分離方法，涉及環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域中對電子廢棄物進行回收、再生和綜合高效資源化技術(shù)，有助解決電子廢棄物對生態(tài)環(huán)境的危害問題和緩解我國有色金屬資源短缺的壓力。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新和電子電器產(chǎn)品的更新?lián)Q代，大量廢棄電子產(chǎn)品已成為增長速度最快和最難處理的一類固體廢棄物。電子廢棄物又稱電子垃圾，包括各種廢舊電腦、通信設(shè)備、家用電器、以及被淘汰的精密電子儀器儀表等。據(jù)統(tǒng)計，2002年全球平每千人電腦擁有量約為100臺，且有不斷增長的趨勢。2010年國內(nèi)電視機的社會保有量已超過3.7億臺，電腦、電冰箱和洗衣機分別超過8000萬臺、1.5億臺和1.9億臺。一般來說，電冰箱、洗衣機的平均使用壽命在8至10年，電視機平均使用壽命在4至6年，至于更新?lián)Q代更快的電腦和手機的淘汰周期在I至3年，尤其是手機甚至更短。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署估計，全球每年產(chǎn)生約4000?6000萬噸電子垃圾，其中美國和歐洲分別約占1/3和1/4。我國是僅次于美國的第二大電子廢棄物生產(chǎn)國。此外，國外的電子垃圾源源不斷涌向我國。據(jù)報道，全球90%的“電子垃圾”進入亞洲，其中約80%進入了中國大陸。在各類電子廢棄物中，其中廢棄電路板平均約占總量的4%。然而，在被淘汰或更新率高的平板電腦、筆記本電腦、手機等電子廣品中，電路板所占比例尚達40 %。
[0003]作為電子廢棄物的重要組成部件，廢棄電路板(WCB)卻蘊含著大量的金屬資源，金屬約占電路板總重量的40%。按重量百分比計，廢棄電路板多金屬復(fù)雜混合物中包含有 0.5 ?6.0%鋁、I %?2.5% 硅、0.1%?1.0 %鉻、0.05 % ?1.0 %錳、5.0 % ?10 %鐵、0.05%?1.0%鈷、1.5%~ 3.0%鎳、60%?80%銅、0.5%~ 1.5%鋅、0.05%?0.1%銀、0.05% ?1.0%鎘、5.0 %?8.0%錫、0.5%?1.0 %銻、0.05 % ?0.1 %金、2.0 % ?5.0 %鉛、0.5%?1.0%鉍等金屬元素?？梢?，廢棄電路板中蘊含的金屬是天然礦藏的幾十倍甚至幾百倍，它們既是危害環(huán)境的垃圾，又是寶貴的資源。
[0004]廢棄電路板中金屬資源的回收處理技術(shù)主要分為機械物理處理、濕法冶金、生物冶金、火法冶金等或幾種處理技術(shù)相結(jié)合:
[0005]①機械物理處理(《印刷電路板的粉碎分離回收工藝及其所用設(shè)備》，參見中國發(fā)明專利(專利99102862.7，公開號CN1238244A);《廢舊電路板的破碎及高壓靜電分離方法》，參見中國發(fā)明專利(專利號200510023785.5，公開號CN1313208A);《廢棄電路板中金屬富集體的物理回收工藝》，參見中國發(fā)明專利(專利號200410014582.5，公開號CN1563440A))。該方法是采用機械設(shè)備先將廢棄線路板粉碎成顆粒，然后再利用各組分物性(如:密度、導(dǎo)電性等)差異，實現(xiàn)金屬與非金屬的分離。利用機械物理處理法，廢棄電路板中95%以上的金屬物質(zhì)可以得到回收。但是，分離的金屬是多種金屬元素混合在一起的復(fù)雜二次金屬資源，必須對多金屬混合物進行分離與循環(huán)再利用，才能實現(xiàn)金屬資源化。
[0006]②濕法冶金(《分離回收廢棄電路板多金屬富集粉中有價金屬的方法》，參見中國發(fā)明專利(專利號201210267821.2，公開號CN102747229A);《一種選擇性浸出分離廢棄電路板中錫、鉛和銅的方法》，參見中國發(fā)明專利(專利號200910082443.9，公開號CN101864519A))。該方法是將廢棄電路板置于強酸溶液中，金屬物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)而溶解，然后從溶液中回收金屬元素。然而，該方法對部分金屬的浸出效率低、作用有限，尤其是被包裹在陶瓷中的金屬元素無法回收；該技術(shù)尤其不足之處是，化學試劑消耗量大，同時產(chǎn)生大量含有腐蝕性和毒性以及重金屬離子的廢液和廢渣，極易造成二次污染。
[0007]③生物冶金(《聯(lián)合物理分離和生物浸出的廢棄電路板貴金屬回收方法》，參見中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01310262065.9，公開號CN103320618A);《廢棄電路板中銅回收系統(tǒng)》，參見中國實用新型專利(專利號201220074426.8，公開號CN202519343U);《生物濕法冶金技術(shù)回收廢棄線路板中有價金屬的研究進展》，有色金屬科學與工程，2013年I期)。該技術(shù)是利用某種微生物或其代謝產(chǎn)物與廢棄電路板中的金屬元素相互作用，產(chǎn)生氧化、還原、吸附、溶解等反應(yīng)，從而實現(xiàn)廢棄電路板中金屬元素的回收，但由于目前已知菌種有限，且不易工業(yè)化放大培養(yǎng)，金屬的浸出速度較慢，回收過程的生產(chǎn)周期過長，生產(chǎn)效率低。
[0008]④火法冶金。該技術(shù)是通過冶煉爐在富氧環(huán)境下高溫加熱廢棄電路板，剝離非金屬物料，而熔融的金屬物質(zhì)呈合金熔體流出，再通過精煉和電解處理回收金屬元素，但是非金屬物質(zhì)在燃燒過程中會產(chǎn)生大量煙塵或有毒氣體，對大氣生態(tài)環(huán)境有危害。
[0009]由此可見，在資源化處理廢棄電路板金屬元素過程中，現(xiàn)有技術(shù)還存在局限性或不足。目前沒有對廢棄電路板多金屬混合物中鎳元素提出合理的回收或循環(huán)再利用方法。如果廢棄電路板多金屬混合物中鎳元素處理不當，一方面，對人類和動植物造成極大危害，如鎳鹽或羰基鎳中毒；另一方面，寶貴的二次有色金屬資源得不到回收和循環(huán)再利用，造成資源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種分階段處理、工藝簡捷、高效率、低排放、環(huán)境友好型廢棄電路板多金屬混合資源中鎳元素的富集與分離方法，將鎳元素從混合金屬中分離出來，實現(xiàn)對廢棄電路板中金屬鎳的回收和資源化處理。
[0011]為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明利用了金屬液-液分離的冶金學特點和金屬元素在液相分離系統(tǒng)中的選擇性分配行為及其控制技術(shù)，通過添加不同的微量元素以及采用不同的工藝參數(shù)，調(diào)控金屬元素在液相分離系統(tǒng)中的分配率，使被回收的金屬元素富集并固定在預(yù)定的液相中，從而實現(xiàn)被回收金屬元素與廢棄電路板多金屬混合物相互分離，最終達到綠色回收和循環(huán)再利用。
[0012]針對廢棄電路板多金屬混合物中鎳元素的分離，本發(fā)明首先對經(jīng)破碎+分選的廢棄電路板含鎳元素的多金屬復(fù)雜混合物進行化學分析，然后在多金屬混合物中加入捕集劑和富集劑，將配好的金屬混合物置于真空加熱爐中加熱熔化，調(diào)控工藝參數(shù)，使熔體發(fā)生液-液分離，金屬鎳元素選擇性富集在鐵液相中，由此，將鎳元素從多金屬混合物中分離出來，具體包括以下步驟:
[0013]步驟I)對廢棄電路板進行破碎+分選，將廢棄電路板中的金屬從非金屬中分離出來，獲得含有鎳元素的多金屬復(fù)雜混合物；
[0014]步驟2對多金屬復(fù)雜混合物進行化學成分分析，測出多金屬混合物中銅、鐵的質(zhì)量含量；
[0015]步驟3在多金屬復(fù)雜混合物中加入捕集劑鐵元素，使鐵元素配比在多金屬混合物中所占的質(zhì)量分數(shù)為35%?50%，將配置好的多金屬復(fù)雜混合物置于真空加熱爐的石墨坩鍋中；
[0016]步驟4真空加熱爐密封后啟動真空抽氣系統(tǒng)，然后啟動真空加熱爐電源，加熱到1350?1450°C，待石墨i甘禍中的多金屬混合物完全恪化后，并保溫5?1min ；
[0017]步驟5降低熔體溫度到1150?1250°C，使以銅為主要元素的基體液相中，分離出以鐵為主要元素的第二液相；
[0018]步驟6保持熔體溫度在1150?1250°C內(nèi)，在熔體中加入富集劑硅或鈦元素，調(diào)控液態(tài)銅與液態(tài)鐵兩相的分離率，使鎳元素選擇性快速富集到鐵液相中；
[0019]步驟7保持熔體溫度在1150?1250°C內(nèi)，機械攪拌石墨坩禍中液態(tài)銅與液態(tài)鐵混合恪體10?15min ；
[0020]步驟8保持熔體溫度在1150?1250°C內(nèi)，靜置