废弃线路板中铜的浸出研究

论文摘要

铜是一种重要的有色金属,被广泛的应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等各种领域。我国铜储备量不足,供需缺口较大,因此进行废铜资源的回收非常必要,废弃线路板中含有较多的铜,是一种重要的废铜资源。本文对废弃线路板中金属回收技术进行了详细综述,与机械方法、热处理方法、生物技术三种技术相比,湿法冶金具有处理成本低且金属回收率高的明显优势,成为一种研究和应用最为广泛的处理方法。寻求一种方法,从废弃线路板中快速、高效、温和地回收金属铜等其他金属,成为国内外学者共同的目标。本研究用湿法冶金的方法首先研究铜粉分别在酸化氯化铁溶液中和过硫酸铵—氯化钠体系中的溶解行为,然后以废弃电脑线路板作为实验对象,在用原子吸收法对其中金属含量分析测定的基础上,分别选择双氧水和过硫酸钠作为氧化剂进行废弃线路板中金属铜的浸出的实验研究。采用酸化氯化铁溶液溶解铜粉的实验中,基于热力学分析,文章研究了铜粉在酸性氯化铁溶液中的溶解行为,氯化铁中的铁离子和氯离子分别起氧化剂和络合剂的作用,促使金属铜粉的溶解,分别考察了pH、氯化铁浓度、外加Cl-浓度、搅拌速度、固液比和温度对铜溶解率的影响,在最佳实验条件下,0.5g铜粉的溶解率达到100%;探讨了反应的机理,通过测定反应过程中溶液氧化还原电位ORP的变化,进一步验证反应机理。在酸性氯化铁溶液中,铜粉的溶解率符合方程: 1-2/3R-（1-R）2/3=kt,其中R代表铜粉的溶解率,k为速率常数,t为反应时间;反应的活化能为24.9kJ/mol,该溶解过程是内扩散控制。在过硫酸铵—氯化钠体系中进行铜粉的溶解研究,实验考查了各个影响因素对铜粉溶解的影响,包括过硫酸铵浓度、氯化钠浓度、温度、搅拌速度、溶液的pH及固液比。最后,提出了该溶解反应的机理,即过硫酸铵中的过硫酸根离子起氧化剂的作用,铵根离子水解产生的氨气与氧化生成的铜离子络合,实现铜粉的溶解。双氧水浸出线路板中铜的实验中,H2O2作为浸铜过程的氧化剂,促使了反应的发生,铜的浸出反应是在酸性条件下发生的,盐酸是反应的重要试剂,在不加盐酸的条件下,铜的浸出率基本为0,铜粉的浸出率随着盐酸浓度的增大而显著增加,H+和Cl-均可促进铜的浸出,此外,随着搅拌速度、温度、固液比的增大,铜的浸出率增大。最后,探讨了反应机理。在最佳实验条件下,铜的浸出率可达到98%以上。利用过硫酸钠做氧化剂回收线路板中的铜,在实验的范围内,铜的浸出率与过硫酸钠浓度、硫酸加入量、搅拌速度、温度成正比,固液比对铜浸出率的影响不大。此浸出反应的表观活化能为18.23KJ/mol,反应级数为0.7,速率常数为0.095。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铜资源概述
• 1.2 电子废弃物
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 电子垃圾的危害
• 1.2.3 电子废弃物的资源性
• 1.2.4 国外电子垃圾处理现状
• 1.2.5 国内电子垃圾处理现状
• 1.3 国内外废旧线路板中金属回收技术
• 1.3.1 金属回收技术
• 1.3.2 各种技术的比较
• 1.4 典型的湿法溶铜体系
• 1.4.1 硝酸体系
• 1.4.2 氨浸体系
• 1.4.3 氯化物体系
• 1.4.4 其他体系
• 1.4.5 湿法溶铜体系分析
• 1.5 课题研究的目的与意义
• 1.6 课题研究的内容及方案
• 1.6.1 本课题的研究内容
• 1.6.2 实验方案
• 第二章 氯化铁同时作为氧化剂和络合剂强化铜粉的溶解
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 反应机理
• 2.3.2 溶液的pH 对铜粉溶解的影响
• 3 浓度的影响'>2.3.3 FeCl₃浓度的影响
• -度的影响'>2.3.4 外加Cl^-度的影响
• 2.3.5 转速的影响
• 2.3.6 固液比（S/L）的影响
• 2.3.7 温度的影响
• 2.4 动力学分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 过硫酸铵-氯化钠体系中铜粉的溶解行为
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氯化钠加入量的影响
• 3.3.2 过硫酸铵浓度的影响
• 3.3.3 搅拌速度的影响
• 3.3.4 温度的影响
• 3.3.5 pH 的影响
• 3.3.6 固液比（S/L）的影响
• 3.4 反应机理
• 3.5 本章小结
• 2O₂—HCl—NaCl 体系回收废弃线路板中的铜'>第四章 H₂O₂—HCl—NaCl 体系回收废弃线路板中的铜
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 线路板的组成
• 4.3.2 HCl 浓度的影响
• 2O₂ 浓度的影响'>4.3.3 H₂O₂浓度的影响
• 4.3.4 搅拌速度的影响
• 4.3.5 固液比的影响
• 4.3.6 温度的影响
• 4.4 反应机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 过硫酸钠溶液回收线路板中的铜
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器和试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 2S₂O₈ 浓度的影响'>5.3.1 Na₂S₂O₈浓度的影响
• 5.3.2 硫酸体积的影响
• 5.3.3 搅拌速度的影响
• 5.3.4 温度的影响
• 5.3.5 固液比（S/L）的影响
• 5.4 浸出反应机理
• 5.4.1 反应的活化能
• 5.4.2 反应级数与反应速度常数
• 5.5 本章小结
• 第六章 主要结论及建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文