加压氨浸法选择性回收废线路板中的铜、锌和镍
摘要：以氨水-铵盐缓冲溶液作为浸出试剂，氧气作为氧化剂，在高压釜中通过加压氨浸法回收废弃印刷线路板中的铜、锌和镍，分别研究了浸出时间、氨水浓度、铵盐浓度、搅拌速率、氧气压力、温度和不同种类铵盐对浸出效果的影响，并得到浸出的最优工艺条件：铵盐选择碳酸铵浸出效果最佳，浓度为1mol/L，氨水浓度为4mol/L，搅拌速率为700r/min，氧气压力为0.2MPa，温度为55℃，浸出时间为150min。在最优工艺条件下对实际废弃线路板进行加压氨浸实验，锌完全浸出，铜的浸出率>99%，镍的浸出率>64%，锡、铅和铁基本不浸出，达到了选择性浸出铜、镍和锌的要求。为配合工艺分析，对铜的加压浸出进行了动力学分析，表明铜的浸出过程遵循不生成固体产物层的“收缩核动力学模型”，其表观活化能为14.68kJ/mol，浸出过程为扩散控制。
关键词：加压氨浸，废线路板，碳酸铵，动力学
随着电子设备更新换代速度的加快，电子废弃物产生量大大增加，其中废印刷电路板（PCBs）是电子废弃物的重要组成部分。印刷电路板是几乎所有电子电气产品的基础元件，主要由塑料、玻璃纤维和金属等组成，处理不当将对环境造成很大的危害。PCBs中金属含量很高，金属品位相当于普通矿物的几十倍至上百倍，金属的总含量高达40%，最多的是铜，此外还有金、镍、锌和铅等，其中不乏稀有金属。
废弃线路板处理技术很多，主要有机械处理法、火法冶金、生物提取和湿法冶金以及上述几种方法的联合。机械处理技术以其环境污染小、操作简单、具有较高的处理效率和较好的经济效益而备受关注，但无法将各种金属单质彻底分离，因此只能作为金属单质回收的辅助手段；火法冶金由于污染严重已经逐渐被淘汰；生物技术具有投资少、回收效率高和环保等优点，但已知菌种少且难以培养，生产周期过长，距离工业化仍然有一定距离；湿法冶金方法工艺流程较为复杂，化学试剂耗量大且易腐蚀设备，但成本相对低廉、金属回收率较高，且可以回收纯度较高的金属单质，工业应用前景广阔。
传统湿法浸铜研究中常采用的浸出试剂为矿物酸，如硫酸、硝酸、盐酸等，但是其余大部分金属（如锡、铅等)也一并溶解，使后续金属的分离复杂化，同时矿物酸具有较强的腐蚀性，易腐蚀设备从而增加成本。目前，许多学者采用成本低、选择性高及低腐蚀性的氨水和铵盐溶液作为浸出试剂从含铜废料中回收铜，但采用氨水和铵盐溶液从PCBs中回收铜、镍和锌的研究还鲜有报道。本研究以氨水-铵盐缓冲溶液作为浸出试剂，采用加压氧气氨浸法选择性浸出PCBs中的铜、锌和镍实现与锡、铅和铁的有效分离。对浸出的工艺参数进行研究和优化，并对铜的加压浸出过程进行了动力学分析。
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