复杂含锡银基合金回收及银合基金靶材坯料制备研究

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随着现代电子科学技术的飞速发展,电子产品的更新换代速度加快,银的消耗迅速增加的同时,也产生了大量含银的电子垃圾与电子废弃物。目前,由采矿得到的银已不能完全满足市场的需求,因此,电子废弃物中银的无害化回收及资源化再利用尤为重要。含锡银阳极泥是从电子垃圾与电子废弃物中回收银等有价金属工艺中的一个中间产物,它的处理工艺是整个回收过程中最重要的一个环节。现有对含锡银阳极泥处理工艺存在回收率低、污染严重、工艺流程长等一系列问题。因此,探究一种新型高回收率、绿色化、短流程的含锡银阳极泥的处理工艺是十分必要的。银具有良好的导电性、导热性和高反射率,被广泛应用于银基合金靶材的制备,其质量的优劣直接影响着薄膜的性能。我国靶材制备技术近些年来取得了长足的进步,但现有银基合金靶材仍存在耐硫化性能差、致密度不高、晶粒不均匀等诸多问题,严重制约着银基合金靶材的市场应用。因此,研究制备工艺,元素微合金化以及后续加工工艺对银基合金靶材组织与性能的影响同样具有十分重要的意义。本文针对原有工艺存在的问题,首先开展电子废弃物回收过程中含锡银阳极泥处理工艺的研究,即以含锡银阳极泥为原料,开发出新型的酸碱联合浸出工艺来回收阳极泥中的银。然后对回收提纯后的银进行高值化应用-制备银基合金靶材,研究磁力搅拌、热顶保护和定向强制冷凝制备工艺条件下,永磁搅拌速率、不同合金化元素及其添加量以及后续的热处理工艺对银基合金靶材显微组织结构与性能的影响。本研究得到的主要结论如下:首先,通过XRF、XRD等分析检测手段,采用先碱浸后酸浸的两段浸出工艺回收银锡阳极泥中的银。碱浸后银品位达96.58%,碱浸效果比较理想;经过二次酸浸后银品位得到进一步提升,银品位最高可达98.84%;对得到粗银进行提纯,得到纯度可达99.9%的银。对于浸出液的后续处理工艺为:向碱浸出液中通入CO2,以Na2SnO3结晶沉淀的形式回收有价金属Sn,并对回收Sn后的溶液中通入浆化后的CaO,对碱浸出液进行苛化处理,然后返回循环浸出阳极泥;向酸浸出液中通入H2S气体并调整pH值,以MeS形式去除和回收溶液中的重金属离子,中和后达到无害化处理和排放的标准。实现了整个工艺流程的短流程、绿色化和经济化,对实际生产具有重要的指导意义。其次,通过XRD、SEM-EDS、EPMA、硬度测试、耐硫化性能测试、导电性能测试等分析检测手段,研究了不同的永磁搅拌速率对Ag-1.5Cu-1.0Y合金组织与性能的影响,以获取最优的永磁搅拌速率。结果表明:永磁搅拌可使枝晶组织细化,一次枝晶缩短,二次枝晶臂间距减小,最小为25.12 μm,合金元素成分分布更均匀;永磁搅拌提高了 Ag-1.5Cu-1.0Y合金的致密度,最高密度可达10.32g/cm3;同时,也提高了合金的硬度,最高硬度值为69.82HV,有效提高了合金的加工性能;合金的耐硫化性能有所提升;但永磁搅拌降低了合金的导电性能。综合考虑,永磁搅拌速率为900r/min时,Ag-1.5Cu-1.0Y合金的性能较好。然后,在最优永磁搅拌速率的基础上,研究了依次添加不同量的稀土元素Y、贵金属元素Au、元素Ge对银基合金靶材坯料组织与性能的影响,以获取不同元素的最佳添加量。结果表明,稀土元素Y可明显细化Ag-1.5Cu合金的晶粒,Y集中分布在晶界上。随着Y含量的增加,Ag-1.5Cu合金硬度升高,合金电阻率升高,耐硫化性能先上升后下降,Y的最佳添加量为0.1wt%。Au对Ag-1.5Cu-0.1Y合金枝晶有所细化,随着Au含量增加,Ag-1.5Cu-0.1Y合金硬度升高,合金电阻率变化不大,适量添加Au可以改善合金的耐硫化性能,Au的最佳添加量为1.0wt%。Ge对Ag-1.5Cu-0.Y-1.0Au合金枝晶进一步细化,Ge会形成Cu3Ge共晶产物富集在晶界处。随着Ge含量的提高,Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au合金硬度升高,合金电阻率升高,合金耐硫化性能先上升后下降,1.0wt%为Ge的最佳添加量。综合以上实验结果,Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au-1.0Ge(wt%)为该体系银基合金的最佳配比,该成分的试样组织均匀、硬度较高、电阻率较低、抗硫化性能良好。最后,对不同最优添加量的银基合金靶材坯料进行退火处理,探究不同银基合金靶材坯料的最优退火工艺。结果表明,退火处理细化了 Ag-1.5Cu-0.1Y合金的晶粒,改善了元素Y在合金基体中的均匀性,提升了合金的加工性能,提高了导电性能和耐硫化性能,退火条件为700℃-4h时,Ag-1.5Cu-0.1Y合金的综合性能最好。Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au合金经过退火处理,晶粒细小且均匀,但退火时间过长会导致二次再结晶的产生,元素Au在合金基体中的分布较均匀,元素Y在基体中的分布均匀性也得到改善;退火处理提高了合金的加工性能、导电性能、耐硫化性能;退火条件为700℃-2h时,Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au合金的综合性能最好。Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au-1.0Ge合金经过退火处理,晶粒细小且均匀,可提高合金的导电性能,但导电性能仍比Ag-1.5Cu-0.1Y和Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au差,耐硫化性能较好;退火条件700℃-2h时,Ag-1.5Cu-0.1Y-1.0Au-1.0Ge合金的综合性能相对最好。
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