電解法對WPCBs中金屬與非金屬的分離

張莎

摘 要：本文以廢舊印刷線路板（WPCBs）粉末為原料，采用電解法對WPCBs中的金屬和非金屬進(jìn)行分離。研究了CuSO4·5H2O濃度、NaCl濃度、H2SO4濃度以及電流密度對各金屬回收率的影響結(jié)果表明：在最佳的電解條件下，總金屬的回收率為95.56%，此種方法可以實(shí)現(xiàn)WPCBs中金屬于非金屬的分離。

關(guān)鍵詞：WPCBs；電解；金屬；非金屬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.046

0 引 言

印刷線路板是電子電器產(chǎn)品中的基本構(gòu)件，幾乎存在于所有電子產(chǎn)品中。隨著電子電器產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，大量的WPCBs產(chǎn)生。而WPCBs中存在的高品位金屬的高價值性和有毒有害物質(zhì)的高危害性使得對其的資源化研究具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

經(jīng)機(jī)械處理的WPCBs粉末，烘干后用HNO3-H2O2-HF[1]體系微波消解，后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定消解液中各金屬含量。陰極為純度為99.5%的銅板。WPCBs樣品中各金屬的含量分別為：Cu為56.64%、Sn為1.4%、Pb為4.22%、Zn為0.38%、Al為1.16%、Fe為5.96%等。實(shí)驗(yàn)所用的試劑，如無特殊說明均為分析純。

本實(shí)驗(yàn)所用的電解槽為10×6×7 cm的矩形容器，中間用雙層濾布隔開，分為陽級室和陰極室兩個反應(yīng)室。稱取6 gWPCBs樣品置于陽級室，加入提前配制好的電解液，接通電源，電解4 h。電解反應(yīng)結(jié)束之后收集得到的陰極銅粉經(jīng)烘干稱量后，充分消解用ICP測定各金屬離子濃度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在電解過程中，各金屬會發(fā)生不同程度的還原反應(yīng)，共同沉積在陰極。標(biāo)準(zhǔn)電極電位（勢），指的是當(dāng)溫度為25℃，金屬離子的有效濃度為1 mol/L（即活度為1）時測得的平衡電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位越小，物質(zhì)的還原態(tài)的還原能力越強(qiáng)，其對應(yīng)的氧化態(tài)的氧化能力就越弱；反之，標(biāo)準(zhǔn)電極電位越大，物質(zhì)的氧化態(tài)的氧化能力越強(qiáng)，其對應(yīng)的還原態(tài)的還原能力越弱。電解時金屬的行為取決于其自身的電位和電解液的組成。在WPCBs樣品的電化學(xué)反應(yīng)過程中，理論上Al、Cr等金屬元素比Cu先氧化進(jìn)入電解液，在陰極應(yīng)該是比Cu后還原析出。

CuSO4﹒5H2O、NaCl、H2SO4、電流密度和電解時間對金屬的回收率和Cu的電流效率均有不同程度的影響。NaCl濃度、H2SO4濃度和電解時間增加時，Cu的回收率呈現(xiàn)升高的趨勢，總金屬的回收率也呈現(xiàn)升高的趨勢；CuSO4﹒5H2O濃度和電流密度增加時，Cu的回收率和總金屬的回收率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。Cu的電流效率隨著CuSO4﹒5H2O濃度、H2SO4濃度的增加而增加，隨著電流密度和電解時間的增加而減小，而當(dāng)NaCl濃度增加時，Cu的電流效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

當(dāng)CuSO4·5H2O濃度為30 g/L，NaCl濃度為60 g/L，H2SO4濃度為130 g/L，電流密度為80 mA/cm2，WPCBs添加量為6 g，電解時間為4 h時，總金屬的回收率達(dá)到95.56%。對該條件下得到的金屬粉末分析測試的結(jié)果表明，此時Cu的純度為97.2%，Pb、Sn、Zn、Fe、Al等的含量分別為0.40%、0.16%、0.29%、1.24%、0.59%。

圖1為最佳電解條件下得到陰極銅粉的XRD圖譜掃描。從圖1可以看出，Cu的衍射峰遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他金屬，是主要物相，這與消解分析的結(jié)果一致。圖2為對電解銅粉進(jìn)行掃描電子顯微鏡（a）和能譜儀（b）（SEM&EDS）的圖片。從圖2（a）中可以看出，金屬銅晶體呈枝晶狀結(jié)構(gòu)；從圖2（b）中可以看出，得到銅粉的純度很高（需要指出的是，在EDS測試時，樣品基底用的是鋁箔紙，所以在能譜圖片上出現(xiàn)氯離子的峰），幾乎沒有其他雜質(zhì)金屬出現(xiàn)，說明在電動力學(xué)處理過程中得到的銅粉的純度較高。

3 結(jié) 論

采用電解法回收WPCBs中的金屬，總金屬的回收率為95.56%，其中Cu的回收率為94.45%。這表明電動力學(xué)處理技術(shù)可以成功的實(shí)現(xiàn)WPCBs中金屬與非金屬的分離。

參考文獻(xiàn)：

[1]Veit H M，Bernardes A M，F(xiàn)erreira J Z，et al.Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy[J].Journal of Hazardous Materials，2006（137）：1704-1709

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