廢棄電路板多金屬混合資源中銻元素的富集與分離方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復雜有色金屬二次資源綜合循環再利用技術，具體為一種廢棄電路板多金屬混合資源中銻元素的富集與分離方法，涉及環境保護技術領域中對電子廢棄物進行回收、再生和綜合高效資源化技術，有助解決電子廢棄物對生態環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】
[0002]隨著科學技術的不斷創新和電子電器產品的更新換代，大量廢棄電子產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、通信設備、家用電器、以及被淘汰的精密電子儀器儀表等。據統計，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，至于更新換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。據聯合國環境規劃署估計，全球每年產生約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國。此外，國外的電子垃圾源源不斷涌向我國。據報道，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。可見，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相結合:
[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備》，參見中國發明專利(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》，參見中國發明專利(專利號200410014582.5，公開號CN1563440A))。該方法是采用機械設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再利用，才能實現金屬資源化。
[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，金屬物質發生化學反應而溶解，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；該技術尤其不足之處是，化學試劑消耗量大，同時產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》，參見中國發明專利申請(申請號201310262065.9，公開號CN103320618A);《廢棄電路板中銅回收系統》，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)。該技術是利用某種微生物或其代謝產物與廢棄電路板中的金屬元素相互作用，產生氧化、還原、吸附、溶解等反應，從而實現廢棄電路板中金屬元素的回收，但由于目前已知菌種有限，且不易工業化放大培養，金屬的浸出速度較慢，回收過程的生產周期過長，生產效率低。
[0008]④火法冶金。該技術是通過冶煉爐在富氧環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，但是非金屬物質在燃燒過程中會產生大量煙塵或有毒氣體，對大氣生態環境有危害。
[0009]由此可見，在資源化處理廢棄電路板金屬元素過程中，現有技術還存在局限性或不足。雖然在電子廢棄物拆解過程中發展了脫焊技術(參見《電路板元器件和焊料分離回收方法及裝置》，中國發明專利，專利號CN200710201532.1，公開號CNlO 1112728)，但是，目前沒有對廢棄電路板多金屬混合物中銻元素提出合理的富集、分離以及循環再利用方法。隨著科學技術的發展，銻被廣泛用于生產各種阻燃劑和焊接劑等。銻是電子、機械、化工、醫藥等領域中廣泛使用的金屬元素。相對來說，廢棄電路板多金屬混合物中銻元素品位高出天然礦石的數十倍。因此，本發明廢棄電路板多金屬混合物中銻元素的富集與分離方法，有助于節約有色金屬資源和緩解我國有色金屬資源短缺的壓力。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種分階段處理、工藝簡捷、高效率、低排放、環境友好型廢棄電路板多金屬混合資源中銻元素的富集與分離方法，將銻元素從混合金屬中分離出來，實現對廢棄電路板中金屬銻的回收和資源化處理。
[0011]為了實現這一目的，本發明利用了金屬液-液分離的冶金學特點和金屬元素在液相分離系統中的選擇性分配行為及其控制技術，通過添加不同的微量元素以及采用不同的工藝參數，調控金屬元素在液相分離系統中的分配率，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再利用。
[0012]針對廢棄電路板多金屬混合物中銻元素的分離，首先，廢棄電路板經破碎+分選后獲得含有銻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，調控工藝參數，使熔體發生液-液分離，金屬銻元素選擇性富集在鉛液相中