废弃线路板分离富集金属和非金属的方法研究.pdf

2 0 1 7 年第6 期有色金属 选矿部分 5 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s r L1 6 7 10 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 6 ．0 1 4 废弃线路板分离富集金属和非金属的方法研究 江 勇1 ，谢雨衡1 ，卢彦越1 ，廖安平1 ，马齐佳2 ，谢清若3 1 ．广西民族大学化学化工学院广西高校化学与生物转化过程新技术重点实验室，南宁5 3 0 0 0 6 ； 2 ．广西城投广庆环保有限公司，南宁5 3 0 0 0 6 ；3 ．广西科技经济开发中心，南宁5 3 0 0 0 6 摘要采用万能高速粉碎机对废弃线路板进行破碎，采用[ C P A E S 分析线路板中主要金属含量，研究破碎累积时间对 破碎产物以及金属铜在各粒径范围分布的影响，讨论粉末粒径大小对水力摇床分选效果的影响。结果表明，线路板中金属铜 的含量达约2 5 ％当破碎累积时间为1 8 0S 时，得到的破碎产品在0 ．1 5 1m m 粒径范围内的产率最高。采用水力摇床分选 时，在0 ．1 5 一lm m 粒径的粉末比较适合水力摇床分选，此粒级中铜的回收率达到9 8 ．3 ％以上。 关键词废弃线路板；分离富集；金属铜；回收率 中图分类号T D 9 2 6 ．4文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 6 - 0 0 5 3 - 0 3 S t u d yo nS e p a r a t i o na n dE n r i c h m e n to fM e t a la n d N o n ．m e t a lo fW a s t eP r i n t e dC i r c u i tB o a r d J I A N GY o n g 。，X I EY u h e n g 。，￡uY a n y u e 。，L I A OA n p i n g 。，M AQ i j i a 2 ，X I EQ i n g r u o ’ j ．G u a n g x iC o l l e g e sa n dU n i v e r s i t i e sK e yL a b o r a t o r yo fC h e m i c a la n dB i o l o g i c a lT r a n s f o r m a t i o n P r o c e s sT e c h n o l o g y ，C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g n e e r i n g ，G u a n g x iU n i v e r s i t yf o rN a t i o n a l i t i e s ， N a n n i n g5 3 0 0 0 6 ，C h i n a ；2 ．G u a n g q i n gE n v i r o m e n tP r o t e c t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，N a n n i n g5 3 0 0 0 6 ，C h i n a ； 3 ．G u a n g x iS c i e n c eT e c h n o l o g yE c o n o m yD e v e l o p m e r i tC e n t r e ，N a n n i n g5 3 0 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h ew a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d sw e r ec r u s h e dw i t ham i c r oc r u s h e r ．T h em a i n l ym e t a lc o n t e n ti nt h e c i r c u i tb o a r di s a n a l y z e db yu s i n gI C P A E S ．t h er e s e a r c hh a sb e e n c o n d u c t e da b o u tt h ei n f l u e n c eo fb r o k e n a c c u m u l a t e dt i m eo nt h ed i s t r i b u t i o no fb r o k e np r o d u c t sa n dc o p p e rw h i c hi sm a j o rm e t a li nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e r a n g e ．T h ei n f l u e n c eo fp a r t i c l es i z eo nt h eh y d r a u l i cs h a k i n gt a b l es e p a r a t i o ne f f e c th a sb e e nd i s c u s s e d ．T h er e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ec o n t e n to fc o p p e ri nt h ec i r c u i tb o a r di sa b o u t2 5 ％．t h eh i g h e s ty i e l do ft h ep r o d u c ti nt h ep a r t i c l e s i z er a n g e0 ．1 5 1 m mw a so b t a i n e dw h e nt h ea c c u m u l a t e dt i m ew a s1 8 0 s ．T h ep o w d e rw i t h0 ．1 5 1 m mp a r t i c l es i z ei s s u i t a b l ef o rh y d r a u l i cs h a k i n gt a b l es e p a r a t i o n ．T h er e c o v e r yr a t i oo fc o p p e rr e a c ha b o v e9 8 ．3 ％d u r i n gt h i sr a n g e u s i n gs h a k i n gt a b l es e p a r a t o r ． K e yw o r d s w a s t ec i r c u i tb o a r d ；s e p a r a t i o na n de n r i c h m e n t ；c o p p e r ；r e c o v e r yr a t i o 随着电子产业的迅速发展，电子产品的更新换 代周期不断缩短。由此产生了大量的电子废弃 物。1 引。线路板广泛存在于电子产品中∞J ，负责各元 件之间的内部电路连接。因此废弃线路板也是电子 废弃物中重要的组成部分，成为电子废弃物的主要 来源之一M j 。据文献统计，废弃线路板约占电子垃 圾总量的4 ％[ 53 。如何科学、合理地处理这些废弃线 路板对环境保护有重要的意义。 废弃线路板主要由高分子聚合物、树脂、玻璃纤 维或者牛皮纸和多种金属成分组成1 。线路板脱去 元器件后，剩下的是线路板基板。线路板基板中约 3 0 ％是金属，约7 0 ％是非金属。常见的主要金属有 铜、锡、铁、铝、铅等，贵金属有金、银、钯和铂等，其 中铜的含量最高，约占整块基板的2 0 ％以上，经济效 益相当高o7 | 。如不进行回收，不仅会造成资源的巨 大浪费，还会污染环境博- 。 回收废弃线路板的主要方法有机械处理法、热 解法、化学法和生物法等，机械处理法对环境污染 少，再资源化效果好，容易形成规模处理，是目前线 路板回收研究中的主要方向、9 。12 。。机械处理法步骤 主要包括预处理、破碎和分选。 本文中采用机械处理法处理废弃线路板，分析 基金项目广西科技开发计划项目 桂科攻1 3 5 5 0 0 3 ．1 ；广西高校人才小高地化学与生物转化过程技术创新团队资助 桂教．k [ 2 0 1 1 ] 4 7 号 收稿1 3 期2 0 1 7 - 0 3 - 1 8修回日期2 0 1 7 - 0 9 - 2 0 作者简介江勇 1 9 9 0 一 ，男，广西陆川人，硕士研究生。 万方数据 5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第6 期 了破碎累积时间对破碎产品在不同粒径范围分布的 影响、以及金属分布规律，采用以水为介质的重力分 选法对各粒级粉末进行分选试验。 富集体中铜的含量，计算铜的回收率。探索水力摇 床对各粒级粉末的分选效果，得出比较适合水力摇 床分选的粉末粒级。 1 试验部分2 结果与讨论 1 ．1 试验原料和设备 主要原料随意收集的废弃电脑线路板。 主要设备B S 3 2 3 S 型电沙浴、铡刀、D F Y ．1 0 0 0 c 型万能高速粉碎机、标准套筛 孔径为2 、l 、0 ．5 、0 ．1 5 1 T i m 、L E I C AD M 7 5 0 型光学显微镜、微型计算机、电 动重力摇床、A R 1 1 4 0 型电子分析天平、电热套、 6 3 0 0 型等离子发射光谱仪 I C P A E S 。 1 ．2 线路板粉末中主要金属离子的测定 采用锡浴拆解法拆除线路板上的元器件，将线 路板基板用铡刀铡成2c m 2c m 的小片块，然后将 基板小片块放置万能高速粉碎机，得到线路板粉末。 将线路板粉末消解，用I C P ．A E S 同时测铜、锡、铁、 铝、铅标准溶液，绘制标准曲线，然后测定线路板粉 末中铜、锡、铁、铝、铅的含量。 1 ．3 线路板破碎试验 采用锡浴拆解法拆除线路板上的元器件，用铡 刀将基板铡成2c m 2 c m 的小片块。把小片块分成 五份等质量的小组，放置万能高速粉碎机破碎，每组 对应的破碎累积时间分别为1 2 0 、1 5 0 、1 8 0 、2 2 0 、2 5 0 s 。将每组破碎产品用孔径为2 、1 、O ．5 、0 ．1 5m m 的 标准套筛进行筛分，称量、统计筛分结果，讨论破碎 时间对粒径分布的影响。 1 ．4 铜含量分析 当破碎累积时间为1 8 0s 时，破碎产品在不同粒 径范围中的分布呈现正态分布，破碎产品粒径主要 集中在0 ．1 5 ～1m m 。为了分析破碎累积时间对主 要金属铜在不同粒径范围分布的影响，称量破碎累 积时间为1 8 0s 的各粒径破碎产品，然后消解，采用 I C P A E S 测定各粒径破碎产品中的铜含量。 1 ．5 水力分选试验 为了分析线路板粉末粒径大小对水力摇床分选 效果的影响，另外取三块基板，分别放置万能高速粉 碎机破碎，每块基板对应的破碎产品粒径范围分别 为一0 ．1 5m m 、一0 ．5m m 、一1m m 。然后分别称量这 三个粒径范围的粉末，加入适量的水、钠盐类分散剂 搅拌均匀，利用废弃线路板粉末中金属和非金属的 密度差异，以水为介质，采用电动水力摇床对各粒级 粉末进行分选，得到金属和非金属富集体，干燥后备 用。采用I C P ．A E S 测定分选前后各粒径粉末和金属 2 ．1 线路板粉末中主要金属离子的测定 采用I C P ．A E S 同时测铜、锡、铁、铝、铅标准溶 液，绘制标准曲线，然后用I C P ．A E S 对线路板粉末中 的铜、锡、铁、铝、铅等金属进行了分析，结果如图1 所示 其它 6 5 ．5 ％ ， ％ 勉铜 锡 圆铁 圆铝 一∑，铃 豳其它 形，＼铜 2 5 ％ 图1废弃线路板中铜、锡、铁、铝和铅的含量 F i g ．1 T h ec o n t e n t so fC u ，S n 。F e ，A 1a n dP b i nw a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d s 测定结果表明线路板中金属铜的含量达到 2 5 ％，锡的含量为5 ．4 ％，铅的含量为2 ．3 ％，这三种 金属是线路板中含量最多的金属。环氧树脂、玻璃 纤维等非金属含量为6 5 ．6 ％。试验采用锡浴拆解法 拆除线路板上的元器件，可以回收大部分的锡、铅， 因此线路板破碎粉末中主要考虑回收金属铜。 2 ．2 破碎时间对粉末粒度的影响 破碎时间会影响破碎产品的粒度大小及其在各 粒径范围的分布，进而影响到后续金属与非金属分 选的效果。试验中选取破碎累积时间分别为1 2 0 、 1 5 0 、1 8 0 、2 2 0 、2 5 0S ，通过标准套筛筛分出粒径大小 为 1m m 、一1 0 ．5m m 、一0 ．5 0 ．1 5m m 、一0 ．1 5 m m 的4 个粒级破碎产品。破碎产物筛分结果如表 l 所示。从表1 可以看出，随着破碎时间的延长，粉 末粒径逐渐从双峰分布向小粒级累积。通过I C P ． A E S 分析表明， 0 ．1 5m m 的粉末主要成份是树脂 和玻璃纤维，金属含量少。在一0 ．5 0 ．1 5m m 粒级 范围内铜的含量比较高。用光学显微镜可以观察到 粉末粒径小于0 ．5m m 时，金属和非金属完全解离， 可以进行机械分选。因此当破碎时间短时，基板中 万方数据 2 0 1 7 年第6 期江勇等废弃线路板分离富集金属和非金属的方法研究 5 5 的金属和非金属没有完全解离，但破碎时间过长，会 出现过粉碎，产生大量的树脂和玻璃纤维粉末，都不 利于机械分选。 从表1 还可以看出，当破碎累积时间为1 8 0S 时，破碎产品在一1m m 的粒级中产率最高，该粒级 金属和非金属完全解离，铜含量高，有利于机械分 表l T a b l e1 选。由于该粒径范围粉末粒径较小，高压静电分选 效率不高，因此考虑采用水力摇床分选。在 1m m 粒径范围高压静电分选的效率较高，采用高压静电 分选的方法回收该粒径范围的金属铜。本文主要研 究了一1m m 的颗粒水力摇床分选的方法。 破碎产物筛分结果 T h es c r e e n i n gr e s u l t so fb r o k e np r o d u c t s 2 ．3 水力摇床分选试验结果 分别称取一0 ．1 5m m 、一0 ．5m m 、一1m m 三个 粒级的线路板粉末，采用I C P A E S 分别测定粉末中 铜的含量，分别为1 2 ．9 ％、1 8 ．1 ％和2 2 ．6 ％。 然后再分别称取一0 ．1 5m m 、一0 ．5m m 、一1m m 三个粒级的线路板粉末1 0g ，以水为介质，采用电动 水力摇床分选三个粒级的线路板粉末，得到金属富 集体。采用I C P - A E S 测定金属富集体中铜的含量， 计算铜的回收率，计算方法如公式 1 ，结果如表2 所示。 铜的回收率 金属富集体中铜的含量／线路板 中铜的含量 X1 0 0 ％ 1 表2水力摇床分选的结果 T a b l e2T h er e s u l t so fh y d r a u l i ct a b l es e p a r a t i o n 由表2 可知，采用电动水力摇床回收金属的方 法中，金属铜在一1m m 的粒级中回收率最高，可以 达到9 8 ．7 ％，在此粒径范围内，线路板基板中的金属 和非金属解离度达到9 5 ％，分选出来的金属富集体 会镶嵌有少量的树脂，但粉末的粒度大小合适重力 分选的条件，因此获得回收率比较高。在一0 ．5m m 粒径范围内，铜的回收率为和粒径在一1m m 时的回 收率相近，达到了9 8 ．3 ％，在此粒径范围内，线路板 基板中的金属和非金属成分已经完全解离，回收的 金属富集体，不会镶嵌非金属颗粒。而在一0 ．1 5m m 粒径范围内，铜的回收率只有9 6 ．1 ％，这主要是因为 在分选过程中，粉末粒度过小，分选难度大，金属粉 末容易被水冲走，造成部分流失。因此较适合水力 摇床分选的粒径是一1 0 ．1 5m m 。 3结论 1 不同型号的线路板里面金属含量也不同。在 本次试验中样板的铜的含量为2 5 ．0 ％、锡的含量为 5 ．4 ％、铅的含量为2 ．3 ％、铝的含量为1 ．5 ％、铁的 含量为0 ．3 ％。 2 随着破碎时间的延长，粉末粒径逐渐从双峰 分布向小粒级累积。当破碎累积时间为1 8 0S 时，破 碎产品在一1 0 ．1 5m m 的粒级中产率最高，该粒级 金属和非金属解离充分，铜含量高，有利于机械 分选。 3 采用电动水力摇床回收废弃线路板粉末中的 金属，粒径在一1m m 时回收率最高，可以达到 9 8 ．7 ％，粒径在一O ．5m m 时，铜的回收率为和粒径 在一1H i m 时的回收率相近，达到了9 8 ．3 ％。对于粒 度一0 ．1 5m m 的粉末，在分选过程中，由于粒度过 小，金属粉末容易被水冲走，增加了分选难度。因此 适合水力摇床分选的粒径是一1 O ．1 5m m 。可以通 过控制粉碎时间，防止过粉碎，减少粒径在一0 ．1 5 m m 的分布。 参考文献 [ 1 ] 王海锋，段晨龙，温雪峰，等．电子废弃物资源化处理现 状及研究[ J ] ．中国资源综合利用，2 0 0 4 4 7 ．9 ． [ 2 ] 尹健标．废旧电路板非金属成分改性沥青及混合料试验 研究[ D ] ．华南理工大学，2 0 1 0 ． 下转第6 2 页 万方数据 6 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第6 期 能研究[ D ] ．长春吉林大学．2 0 1 5 ． [ 2 ] 温诗铸，黄平．摩擦学原理 第三版 [ M ] ．北京清华大 学出版社，2 0 0 8 ． [ 3 ] 刘瑞堂，刘锦云．金属材料力学性能[ M ] ．哈尔滨哈尔滨 工业大学出版社．2 0 1 5 ． [ 4 ] T O N GJ ，A L M O B A R A KMAM ，M aY ，e ta 1 ．B i o m i m e t i c a n t i a b r a s i o ns u r f a c e so fac o n ef o r mc o m p o n e n ta g a i n s ts o i l [ J ] ．J o u r n a lo fB i o n i cE n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 7 3 6 一 4 2 ． [ 5 ] 王建强，李国民，汤小仁，等．凸包型仿生耦合金刚石钻 头模拟分析[ J ] ．探矿工程一岩土钻掘工程，2 0 1 2 1 7 7 ．7 9 ．8 4 ． [ 6 ] 佟金，荣宝军，马云海，等．仿生棱纹几何结构表面的 土壤磨料磨损[ J ] ．摩擦学学报，2 0 0 8 ，2 8 3 1 9 3 1 9 7 ． [ 7 ] 陈光明．基于四种耐磨生物体表形貌的仿生结构磨损行 为离散元模拟[ D ] ．长春．吉林大学，2 0 1 2 ． [ 8 ] 孙军锋．衬板结构对球磨机磨矿效率的影响研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 1 2 ． [ 9 ] S C H L A N G E NE ，G A R B O C Z IEJ ．F r a c t u r es i m u l a t i o n so f c o n c r e t eu s i n gl a t t i c em o d e l s c o m p u t a t i o n a la s p e c t s [ J ] ． E n g i n e e r i n gf r a c t u r em e c h a n i c s ，1 9 9 7 ，5 7 2 3 1 9 - 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