廢棄電路板多金屬混合資源中鉍元素的富集與分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復雜有色金屬二次資源綜合循環(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鉍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。雖然在電子廢棄物拆解過程中發(fā)展了脫焊技術(shù)(參見《電路板元器件和焊料分離回收方法及裝置》，中國發(fā)明專利，專利號CN200710201532.1，公開號CN101112728)。但是，目前沒有對廢棄電路板多金屬混合物中鉍元素提出合理的富集、分離以及循環(huán)再利用方法。鉍廣泛用于冶金、化工、電子、宇航、醫(yī)藥等領(lǐng)域。相對來說，廢棄電路板多金屬混合物中鉍元素品位高出天然礦石的數(shù)十倍。因此，本發(fā)明廢棄電路板多金屬混合物中鉍元素的富集與分離方法，有助于節(jié)約有色金屬資源和緩解我國有色金屬資源短缺的壓力。

【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鉍元素的富集與分離方法，將鉍元素從混合金屬中分離出來，實現(xiàn)對廢棄電路板中金屬鉍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定的液相中，從而實現(xiàn)被回收金屬元素從廢棄電路板多金屬混合物中分離開來，最終得以綠色回收和循環(huán)再利用。
[0012]針對廢棄電路板多金屬混合物中鉍元素的分離，首先，廢棄電路板經(jīng)破碎+分選后獲得含有鉍元素的多金屬復雜混合物，在多金屬復雜混合物中加入分離劑、捕集劑、富集劑，將配好的金屬混合物置于真空加熱爐的石墨坩禍中加熱熔化，調(diào)控工藝參數(shù)，使熔體發(fā)生液-液分離，金屬鉍元素選擇性富集在鉛液相中，由于液態(tài)銅與液態(tài)鉛之間存在密度差，在重力作用下，坩禍