稀酸/氧化剂浸出-蒸发结晶联合工艺回收废电触头中有价金属研究

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电触头是电器开关、仪器仪表等的核心接触元件。近年来,随着电子器件制造业的生产规模逐步增大,产生的废弃电触头也在增多。废弃电触头中包含着大量的二次金属资源,妥善处置不仅有利于环境而且能够实现巨大的经济效益。从废弃的电子废弃物中高效率、低风险与精细化地回收金属一直是研究的热点,但是关于回收废电触头中的金属资源研究较少。本课题以废弃铜/银电触头为研究对象,针对其中的金属银和铜采用稀酸/氧化剂-蒸发结晶联合工艺进行高效精细化回收。本研究探索了不同预处理和浸出条件下回收银的效果,探究了蒸发结晶回收浸出液中铜的可行性,并通过不同的表征分析其作用机理。主要成果如下:(1)采用机械破碎和焙烧等步骤验证不同预处理条件下对废弃电触头中银回收的影响。偏光显微镜、SEM、EDS和XRD分析结果表明,粒径<0.15 mm,铜和银的解离度可以达到100%。焙烧可以改变铜的物相组成,不同的焙烧条件对铜的物质结构有重要影响。低于500℃时,铜的氧化产物主要是Cu2O和CuO的混合物,高于500℃时除了铜的氧化产物外还有SnO2生成。银在整个焙烧过程中保持零价态不变。ICP-OES、AAS和XRD分析结果表明,提升焙烧温度和延长焙烧时间有利于铜转变为铜氧化物,从而降低了与稀硫酸的反应活化能,有利于铜的浸出;增加浸出时间和提高酸浸浓度有助于增加铜与H+的接触,使反应进行得更加充分。确定了回收银的优选条件:粒径<0.15mm的颗粒在500℃下焙烧4 h,H2SO4浓度为1 mol/L,4 h后浸出96.94%的铜,回收得到纯度为96.95 wt.%的银。此时,影响银纯度的主要杂质为SnO2。由此可见,破碎与焙烧是回收废弃电触头中银的不可或缺的重要步骤。(2)采用H2O2作为氧化剂促进稀硫酸浸出废弃电触头中的铜,通过控制不同条件研究对回收产物的影响。XRD、SEM和EDS分析结果表明,焙烧温度小于或等于450℃时,提升焙烧温度和延长焙烧时间有利于铜转变为铜氧化物,且不会产生SnO2。ICP-OES和AAS分析结果表明,H2O2在酸性条件下可以提高体系的氧化性,增加反应电位,促进Cu溶解为Cu2+,从而提高银的回收品位。随着浸出时间和硫酸浓度的增加,铜的浸出量逐渐增大。提高反应温度会加剧分子热运动和扩散速度,能使固液相充分接触从而加快反应速率。确定了回收银的优选条件:在400℃下焙烧3 h,反应温度为80℃,H2SO4浓度为1 mol/L,H2O2(30%)为10ml,4 h后浸出99.67%的铜,回收得到纯度为99.53 wt.%的银,回收率大于99.99%。由此可见,合适的焙烧条件和氧化剂能够更精细地回收废弃的电触头中的金属银。(3)采用蒸发结晶的方法可回收浸出液中的铜,XRD分析结果显示回收产物为CuSO4·5H2O晶体。结果表明,蒸发温度越高,越快到达溶液饱和状态。蒸发82.5g水/100g后,溶液开始析出晶体。显微镜分析结果表明,降温速度和搅拌速率是影响产物尺寸的主要因素。降温速度过快或者搅拌速度过大,晶体细小分散;降温速度过慢或搅拌速度过慢,晶体容易团聚。确定最佳析出晶体条件为:浸出液在90℃下蒸发2.5 h后,在转速为200 r/min下降温2 h至室温,直接得到粒径均匀分散、品位高达99.47 wt.%的CuSO4·5H2O晶体。回收的晶体要求达到GB 437-2009(98.0 wt.%),可以直接用于农业生产。
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