废旧电容器资源化与无害化研究

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科学技术的革新在电子电器行业的飞速发展中起到了极其重要的作用,同时也伴随着其加速更新的步伐,数目庞大的电子垃圾-电容器也在以极其惊人的速度产生。一方面,由于废旧电容器含有重金属、阻燃剂等成分,会给环境和人体产生极大的危害;另一方面,其含有丰富的普通金属铜、铁等,及钽、金、银等稀贵金属资源,这使得废旧电容器的资源化回收变得尤为重要。因此,研究出经济、高效、环保的方法回收废旧电容器中的普通金属和稀贵金属已然成为重中之重。本论文以三种主流的废旧电容器(陶瓷电容器、钽电容器、铝电容器)为研究对象,进行资源化和无害化研究(Resource and Harmless Research,RHR)。(1)废旧陶瓷电容器废旧叠层陶瓷电容器(monolithic ceramic capacitors,MLCCs)经球磨破碎、筛分处理后,获得陶瓷电容器粉末,81.3%的粉末小于0.125mm。消解分析各金属含量,分多步回收废旧陶瓷电容器中贵金属银和普通金属(包括钡、钛、铁、铜、锡、铅、镍等)。第一步,采用S2O82--NH3体系浸出废旧陶瓷电容器中的银,过硫酸盐包括K2S2O8、Na2S2O8、(NH42S2O8,其中K2S2O8浸出效果最佳,最佳浸出条件:K2S2O8最佳浓度是0.14mol/L,氨水的最佳浓度为1.2mol/L,氢氧化钠最佳浓度为0.5mol/L,最合适浸出温度为15-25℃。废旧MLCCs中银最大浸出率为90.8%;通过水合肼、甲醛还原沉淀回收贵金属银,水合肼还原效果最佳,银的最大沉淀率为99.8%,银的最终回收率是90.6%。第二步,氢氧化钠和硝酸钠联合浸出锡、铝、锌、铜;最佳浸出条件:时间4h,温度60℃,氢氧化钠浓度11%(w/w),硝酸钠浓度5.2%(w/w),锡、铝、锌、铜最大浸出率分别为82.8%、83.7%、80.3%、75.3%;硫化钠沉淀铜和锌,铜、锌沉淀率分别为98.6%、93.5%,锡通过加热最终沉淀率为90.6%;第三步,盐酸浸出钡、钛、铅、镍、铁;最佳浸出条件:浸出时间3.5h,浸出温度70℃,盐酸浓度9%(v/v),钡、钛、铅、镍、铁最大浸出率分别为98.5%、99.5%、96.5%、92.6%、99.6%;硫酸钠沉淀钡,钡浸出率超过99%;调节pH值是各金属以沉淀的形式回收,钛、镍沉淀率分别为97.5%、95.2%,铁沉淀率超过97%。通过多个步骤回收了废旧MLCCs中的银、铜、锌、锡、钡、钛、铅、镍、铁,回收金属的同时也是对其中重金属的无害化处置。(2)废旧钽电容器废旧钽电容器经(tantalum capacitors,TCs)球磨破碎、筛分处理后,获得钽电容器粉末,71.3%粉末的粒径小于0.125mm。消解分析各金属含量,分多步回收废旧钽电容器中贵金属金、银和普通金属(铜、锡、铅、铝、锌、锰、铁、镍)。第一步,采用氢氧化钠浸出锡、铅、铝、锌,最优浸出条件:时间4h,温度60℃,氢氧化钠浓度10%(w/w),铜、锡、铅、铝、锌的最大浸出率分别为62.8%、99.5%、70.3%、99.3%、99.8%;用硫化钠沉淀铜、锌,铜、最大沉淀率为95.4%、锌最大沉淀率为92.5%;碳酸氢钠沉淀铝,沉淀率为96.6%;锡最大沉淀率为88.6%。第二步,草酸、盐酸协同浸出锰、铁、镍、铜,最优浸出条件:时间4h,温度60℃,草酸0.4%(w/w),盐酸1.6%(v/v),锰、铁、镍、铜最大浸出率分别为99.8%、99.6%、98.2%、41.5%;氨水调节pH,锰、铁最大沉淀率分别为97.3%、95%;硫化钠沉淀铜、镍,铜、镍最大沉淀率分别为93.7%、92.4%。第三步,K2S2O8浸出银,浸出条件:温度25℃,时间50min,过硫酸钾浓度0.2mol/L,氨水浓度1.2mol/L,银最大浸出率94.8%;第四步,FeCl3浸出金,浸出条件:FeCl3浓度1.0mol/L、NaCl浓度5mol/L,金的最大浸出率为26.6%。通过多个步骤回收了废旧MLCCs中的银、铜、锌、铝、锡、铅、锰、铁、镍、铜,回收金属的同时也是对其中重金属的无害化处置。(3)废旧铝电容器通过手工拆解,对各个成分含量进行分析,结果表明废旧铝电容器(aluminum capacitors,ACs)中金属含量不低于19.48%,电解液含量约占30.18%。电解液含量较大,需要从电容器中分离出来,达到无害化的目的。采用二氯甲烷脱落废旧铝电容器的外层套管,结果表明;采用低成本、环境友好的水脱除废旧铝电容器内部的电解液,结果表明,水温度为70℃,加热时间5h的条件下,内部电解液的分离率在96%左右。电解纸之间粘附性极强,导致电解纸之间的电解液无法浸出溶液中,因此电解液脱出不彻底。本研究回收了电子废物拆卸出的废旧MLCCs、废旧TCs、废旧ACs等主流的废旧电容器中多种有价金属,实现了废旧电容器的资源化和部分金属的无害化,研究中使用的方法对环境友好且具有良好的经济效益,符合当今社会环境保护和资源二次利用的发展趋势。
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