CN103924086B

CN103924086B - 电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法

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Publication number: CN103924086B
Application number: CN201410129739.2A
Authority: CN
Inventors: 许振明; 马恩; 方文熊
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103924086A

Abstract

一种电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法，包括步骤：①将电子废弃物破碎-分选后的混合金属富集体加入热解炉中，在通入氮气或者真空条件下，对混合金属富集体进行热解处理；②将热解所得的混合金属与残碳一起加入真空连续分离回收装置中，进行真空蒸馏与冷凝收集处理，并在高温条件下，将余下的液态金属铜直接浇铸成铜锭产品。本发明具有工艺流程少，操作简单且高效，无污染的特点，整个处理过程不向环境排放任何有害的废水废气，用氮气热解或者真空热解去除掉混合金属中的有机成分，保证金属冷凝设备不受到热解油的干扰，提高金属蒸馏设备的使用寿命，减少维护成本，提高金属纯度；同时提高了金属蒸馏时的回收率。

Description

电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法

技术领域

本发明涉及电子废弃物中的金属回收及无害化处理技术领域，具体是一种电子废弃物破碎分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属富集体的分离回收方法。

背景技术

随着电子信息技术的不断发展，电子产品已经渗透到人们生产和生活的各个方面。作为一种短生命周期产品，近年来报废的电子产品数量也以指数级上升。据估计，我国目前每年报废的电冰箱、洗衣机、空调等家用电器约有5000余万台，报废量年均增长20%，预计到“十二五”末期，年报废量将达到1.6亿多台。

在电子废弃物中，金属的含量高达60%左右，而在自然界中金属含量达到3～5%就可以称为富矿，电子废弃物中蕴含的金属是天然矿藏的几十倍甚至几百倍，是十分宝贵的资源。但是电子废弃物的成分十分复杂，在经过初步的破碎和分选之后，可以将金属成分富集起来。这些金属富集体一般是以铜为主要成分，同时包含铅、镉等多种具有环境风险的金属成分和物理分选难以去除干净的有机成分。如何绿色环保的回收电子废弃物破碎分选后的多种混合金属富集体是电子废弃物回收中的重点和难点问题。

目前电子废弃物中金属的回收方法主要有湿法冶金、火法冶金、机械处理或多技术复合处理等。其中机械处理以易于工业化，环境友好等优点，备受瞩目。中国发明专利《废混合金属的粉碎分离回收工艺及其所用设备》（沈志刚等，专利号99102862.7）将废旧混合金属依次经过粗破、细破，然后通过振动筛分，然后采用气流分选机，实现金属与非金属物质的分离。以上方法虽然能够实现金属与非金属的分离，但分离后得到的是包含少量有机成分的混合金属颗粒，必须进行混合金属富集体的分离提纯，回收的金属才能达到资源化。文献《从印刷电路板废料中回收金和铜的研究》（朱萍等，《稀有金属》2002年第3期）介绍了采用湿法冶金技术回收印刷电路板废料中的多种金属元素。但存在的主要问题是化学药剂消耗大，废液的处理将造成二次污染。文献《国内外电子废弃物现状及其资源化技术》（魏金秀等，《东华大学学报》2005年第3期）介绍了采用电解法进行混合金属的分离。但是，在电解过程中产生氟化氢、一氧化碳、二氧化硫等有害气体及废电解液严重污染环境等问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种电子废弃物破碎分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属富集体的分离回收方法。首先通过热解方法将混合金属颗粒中的少量有机成分转化为热解油和热解气去除，再通过真空蒸馏手段，使多种金属成分在封闭环境中分别蒸发，并分开冷凝。最终达到分离回收电子废弃物破碎-分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：

①将电子废弃物破碎-分选后的混合金属富集体加入热解炉中，在通入氮气或者真空条件下，对混合金属富集体进行热解处理，将有机成分分离并转化为热解油和热解气，得到混合金属与残碳；

②将热解所得的混合金属与残碳一起加入真空连续分离回收装置中，进行真空蒸馏与冷凝收集处理，并在高温条件下，将余下的液态金属铜直接浇铸成铜锭产品。

所述的步骤①热解处理，具体包括：

11）将混合金属富集体投入热解炉，关闭设备，进行氮气热解，即使热解炉中充满氮气，或者进行真空热解，即使热解炉内的压力保持在50Pa以下；

12）启动热解炉电源，开始加热，使热解炉内达到指定的温度，并保持温度20～40分钟，使有机成分充分热解；所述的指定的温度是指氮气热解条件下为550～650℃，真空热解条件下为200～300℃；

13）热解产生的气体经过冷凝区冷凝为热解油，不能冷凝的热解气在热解炉出口处用气袋进行收集，混合金属与残碳则留在热解炉中。

所述的步骤②真空蒸馏与冷凝收集处理，具体包括：

21）将热解得到的混合金属与热解残碳一起加入真空连续分离回收装置的物料加热装置中，密封真空连续分离回收装置，启动真空系统抽气，使装置内压力保持在1×10^-2～1×10²Pa；

22）启动真空连续分离回收装置的电源，使物料加热装置内温度加热到600～700℃，然后保持温度不变，使混合金属中的镉蒸发，蒸发时间为1～2小时，镉冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为100～350℃；

23）更换冷凝盘，并继续加热，使物料加热装置内温度达到700～800℃，然后保持温度不变，使混合金属中的锌蒸发，蒸发时间为1～2小时，锌冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为100～400℃；

24）再次冷凝盘，并继续加热，使物料加热装置内温度达到800～900℃，然后保持温度不变，使混合金属中的铅蒸发，蒸发时间为1～2小时，铅冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为200～400℃。

所述的混合金属富集体是对电子废弃物进行破碎-分选得到的一定粒径的颗粒状金属物料，其中还包含有物理分选无法去除干净的有机成分。

热解的原理是在无氧或缺氧条件下，使有机成分受热分解，蒸发。在低温区冷凝转化为热解油，而不能冷凝的热解气在系统终端被收集起来作为燃料气，残碳则留在原位。由于热解反应没有氧气的参加，使得有机成分的形态变化主要来自自身化学键的断裂，低键能的化学键先断裂，形成相对的小分子物质，并最终转化成热解油。避免了焚烧处理产生的无法收集的大量气体，减少了大气碳排放，也避免了多环芳烃随焚烧产生的气体排放到环境中。

真空蒸馏的原理是基于电子废弃物破碎-分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属在同一温度下具有不同的饱和蒸气压，在真空中通过蒸发与冷凝，使其分别在不同温度下相互分离从而实现综合利用与回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）利用已经成熟的热解技术，将有机成分去除，避免真空蒸馏过程中，有机物热解产生的油气对金属收集的负面影响和对设备使用寿命的影响，减少维护成本。

（2）将热解有机物产生的残碳作为还原剂，与混合金属成分一起进行金属的真空蒸馏，破坏金属颗粒外表的氧化物外壳，避免氧化物外壳对金属蒸发的阻挡作用，提高金属的回收率和纯度。

（3）具有工艺流程少，操作简单且高效，无污染的特点。

（4）整个处理过程不向环境排放任何有害的废水废气。

（5）适合环保和资源回收型企业对电子废弃物破碎-分选之后的混合金属富集体的回收。

附图说明

图1为本发明电子废弃物破碎分选后混合金属富集体的分离回收方法的流程图。

图2为本发明中真空连续分离回收装置的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明电子废弃物破碎分选后混合金属富集体的分离回收方法的流程图，如图所示，一种电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法，包括以下步骤：

所述的热解处理，具体包括：

上述实现热解处理的设备是市面上都能买到的任何可以加热和控制气氛的热解设备。

所述的真空蒸馏与冷凝收集处理，具体包括：

所述的真空连续分离回收装置，如图2所示，包括真空炉体、设置在真空炉体内的物料加热装置与出料装置10、连续进料装置11、冷凝收集装置、电控系统17，以及三套分别由电机3和传动组件5组成的气动装置；所述的真空炉体包括炉盖1和炉身2，所述的炉盖1外接第一套气动装置，所述的炉身2经真空管路15与真空泵组16连接；所述的物料加热装置包括物料坩埚7、设于物料坩埚7外壁的感应线圈8和测温电偶9，所述的感应线圈8和测温电偶9的电缆外接第二套气动装置；所述的连续进料装置11位于真空炉体的上方，进料口伸入炉身2，该连续进料装置11的顶部设有上下两个可单独开合的小孔；所述的出料装置10具有金属液收集模具，且位于所述的物料加热装置的下方；所述的冷凝收集装置包括多工位水冷冷凝盘组6、设有通孔的旋转升降轴12、循环水管路13和水箱14；所述的旋转升降轴12的一端经循环水管路13与水箱14相连，另一端与多工位水冷冷凝盘组6连接；所述的旋转升降轴12外接第三套气动装置，所述的水冷冷凝盘组6悬停于所述的物料坩埚7的正上方；所述的三套气动装置的电缆经汇流母排4与电控系统17连接。

实施例1

首先，将电子废弃物破碎-分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属富集体投入热解设备中。在氮气条件下，加热到550℃，进行热解处理。加热时间持续35分钟，收集冷凝的热解油和不能冷凝的热解气。取出热解后的混合金属和残碳，投入真空连续分离回收装置。使真空炉的压力处于1Pa，之后加热装置到600℃，保温1小时，镉冷凝在冷凝盘上，回收率为95%，纯度为99%，由此将镉从混合金属中分离出来。更换冷凝盘，并继续加热装置到700℃，然后保持温度不变，使混合金属中的锌蒸发，蒸发时间为1小时。锌冷凝在冷凝盘上，回收率为96%，纯度为99%，由此将锌从混合金属中分离出来。再次更换冷凝盘，并继续加热装置到800℃，然后保持温度不变，使混合金属中的铅蒸发，蒸发时间为1小时。铅冷凝在冷凝盘上，回收率为98%，纯度为99%，由此将铅从混合金属中分离出来。真空蒸馏后，高温条件下，直接将液态的金属铜浇铸，并冷却成铜锭产品。

实施例2

首先，将电子废弃物破碎-分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属富集体投入热解设备中。在真空条件下，气压保持在50Pa，加热到250℃，进行热解处理。加热时间持续40分钟，收集冷凝的热解油和不能冷凝的热解气。取出热解后的混合金属和残碳，投入真空连续分离回收装置。保持真空炉压力在0.1Pa，之后加热装置到650℃，保温1小时，镉冷凝在冷凝盘上，回收率为96%以上，纯度为99%，由此将镉从混合金属中分离出来。更换冷凝盘，并继续加热装置到750℃，然后保持温度不变，使混合金属中的锌蒸发，蒸发时间为1小时。锌冷凝在冷凝盘上，回收率为96%，纯度为99%，由此将锌从混合金属中分离出来。再次更换冷凝盘，并继续加热装置到850℃，然后保持温度不变，使混合金属中的铅蒸发，蒸发时间为1小时。铅冷凝在冷凝盘上，回收率为98%，纯度为99%，由此将铅从混合金属中分离出来。真空蒸馏后，高温条件下，直接将液态的金属铜浇铸，并冷却成铜锭产品。

实施例3

首先，将电子废弃物破碎-分选后的铜、铅、镉、锌等混合金属富集体投入热解设备中。在氮气条件下，加热到600℃，进行热解处理。加热时间持续30分钟，收集冷凝的热解油和不能冷凝的热解气。取出热解后的混合金属和残碳，投入真空连续分离回收装置。保持真空炉的压力为0.01Pa，之后加热装置到680℃，保温2小时，镉冷凝在冷凝盘上，回收率为97%以上，纯度为99%，由此将镉从混合金属中分离出来。更换冷凝盘，并继续加热装置到780℃，然后保持温度不变，使混合金属中的锌蒸发，蒸发时间为2小时。锌冷凝在冷凝盘上，回收率为98%，纯度为99%，由此将锌从混合金属中分离出来。再次更换冷凝盘，并继续加热装置到900℃，然后保持温度不变，使混合金属中的铅蒸发，蒸发时间为2小时。铅冷凝在冷凝盘上，回收率为99%，纯度为99%，由此将铅从混合金属中分离出来。真空蒸馏后，高温条件下，直接将液态的金属铜浇铸，并冷却成铜锭产品。

Claims

1.一种电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

②将热解所得的混合金属与残碳一起加入真空连续分离回收装置中，进行真空蒸馏与冷凝收集处理，并在高温条件下，将余下的液态金属铜直接浇铸成铜锭产品；

所述的真空蒸馏与冷凝收集处理，具体包括：

21)将热解得到的混合金属与热解残碳一起加入真空连续分离回收装置的物料加热装置中，密封真空连续分离回收装置，启动真空系统抽气，使装置内压力保持在1×10^-2～1×10²Pa；

22)启动真空连续分离回收装置的电源，使物料加热装置内温度加热到600～700℃，然后保持温度不变，使混合金属中的镉蒸发，蒸发时间为1～2小时，镉冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为100～350℃；

23)更换冷凝盘，并继续加热，使物料加热装置内温度达到700～800℃，然后保持温度不变，使混合金属中的锌蒸发，蒸发时间为1～2小时，锌冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为100～400℃；

24)再次冷凝盘，并继续加热，使物料加热装置内温度达到800～900℃，然后保持温度不变，使混合金属中的铅蒸发，蒸发时间为1～2小时，铅冷凝在冷凝盘上，冷凝温度为200～400℃。

2.根据权利要求1所述的电子废弃物破碎分选后的混合金属富集体的分离回收方法，其特征在于，所述的步骤①热解处理，具体包括：

11)将混合金属富集体投入热解炉，关闭设备，进行氮气热解，即使热解炉中充满氮气，或者进行真空热解，即使热解炉内的压力保持在50Pa以下；

12)启动热解炉电源，开始加热，使热解炉内达到指定的温度，并保持温度20～40分钟，使有机成分充分热解；所述的指定的温度是指氮气热解条件下为550～650℃，真空热解条件下为200～300℃；

13)热解产生的气体经过冷凝区冷凝为热解油，不能冷凝的热解气在热解炉出口处用气袋进行收集，混合金属与残碳则留在热解炉中。