CN108097699A - 一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，首先将脱除了电子元件的废弃电路板基板进行破碎，与硝酸钠粉末混合得到混合粉末；然后将废镀锡铜米置入真空反应器的上部反应腔筛板底层，然后在废镀锡铜米的上面均匀铺设废弃电路板基板和硝酸钠混合粉末；使上部反应腔的温度为400‑450℃，中部反应腔的温度为235‑300℃；废弃电路板基板粉末中的有机树脂受热分解，废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，分离得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物、硝酸钠、锡铅合金、热解油。本发明采用的工艺设计巧妙，工艺设备结构简单易实现，操作环境清洁无污染，回收流程短，回收效率高，可推广应用生产。
Description
技术领域：
本发明属于二次资源回收利用领域，具体涉及一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法及装置。
技术背景：
随着社会的发展，资源、能源、环境问题日益突出，人们越来越关注资源的二次利用。发达国家把二次资源回收作为一个重要的产业关键环节加以布局和支持。近几年，我国的再生资源回收利用行业得到前所未有的发展。
电子及通信工业使用大量的镀锡铜线，在镀锡铜线的生产及使用过程中，不可避免的产生大量的废镀锡线，由于很难剥线或剥线效率低，通常采用粉碎技术处理。粉碎技术是通过切断机和粉碎机等机械设备将废电线电缆直接破碎成颗粒状，再通过分选设备将塑料和金属分离开来。可以看出，现有的废电线电缆的回收技术着重于分离铜和塑料，而对铜导线上的锡镀层的分离回收无能为力。
目前大多数废镀锡铜线均采用铜米机进行处理，得到塑料皮和废镀锡铜米。由此产生大量的废镀锡铜米，即切断产生的一段一段的铜线，表面的锡镀层仍未脱离。从现有技术来看，镀锡铜米的回收方法来看，主要有酸浸法和电解法两种，例如中国发明专利200910090636.9提出硫酸铜-堆浸工艺回收废旧镀锡铜线中的铜和锡，中国发明专利201010279564.5采用专用浸出设备处理后再电解等工艺，这些方法从铜米中回收锡均存在回收成本高、工艺流程长等问题。
废弃电路板是电子废弃物中成分和结构最为复杂、同时也是最难处理的部件，如果不加处理、任意堆放或填埋或处理不当将给周围的环境带来很大的威胁。废弃电路板中含有大量的可利用的塑料、玻璃、金属和稀贵金属等资源，若随意处置废弃电路板不但会给环境带来潜在的危害，而且会造成资源的极大浪费。处理废弃印刷电路板较原始的方法有直接掩埋和焚烧法。掩埋法仅对废弃印刷电路板进行简单拆解，然后直接掩埋，不仅造成有价资源的浪费，更严重的是其中的有害物质(如铅等)在土壤中溶出，对环境造成破坏。焚烧法是将废弃印刷电路板中的有机物焚烧除去，再回收剩余的金属，该过程中产生大量有害气体，也会对环境造成严重破坏。
目前的废弃电路板上的电子元件成分复杂，现有回收产业在处理废弃电路板时，从原来的进行整体机械破碎分选逐步过渡到先分离电子元件和基板，再分别对电子元件和基板进行回收处理。脱除了电子元件的基板主要包括铜箔、有机树脂和焊孔中残留的焊锡，如何高效回收焊锡和铜、树脂是一个重要的课题。
本发明基于对废镀锡铜米和脱除电子元件的基板的认识，在前期工作的基础上，研发设计一种协同高效回收的方法和装置，实现物料的清洁回收。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法及装置，创造性地设计真空热解与熔化分离耦合的工艺和装置，实现废镀锡铜米与废弃电路板中的铜、焊锡、锡和有机树脂的清洁分离回收。
本发明提供一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，通过以下步骤实现：
1)、将脱除了电子元件的废弃电路板基板进行破碎处理，得到直径1mm以下的粉末；将废弃电路板基板粉末与硝酸钠粉末进行混合，得到混合粉末；
2)、将废镀锡铜米置入真空反应器的上部反应腔筛板上，将铜米铺设成厚度为5mm均匀的一层，然后在废镀锡铜米的上面均匀铺设一层步骤1)得到的混合粉末；保持反应器内部为真空体系，通过上部加热器使上部反应腔的温度为400-450℃，通过中部加热器使中部反应腔的温度为235-300℃；上部反应腔筛板上的废弃电路板基板粉末中的有机树脂受热分解，热解挥发物通过中部反应腔和下部反应腔，经下部反应腔侧部的出气口进入冷阱冷凝回收；废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，在热解挥发物垂直向下的冲刷作用、重力作用、真空抽吸作用和熔化硝酸钠的带动作用下，熔化呈液态的锡、焊锡和硝酸钠通过上部反应腔筛板的孔道掉入到中部反应腔筛板表面；硝酸钠凝固为固体停留在中部反应腔筛板表面，锡和焊锡仍为熔融液态，在重力作用下通过中部反应腔筛板的孔道掉入到下部反应腔的底部；
3)、停止加热并冷却反应器至室温，关停真空泵，分别从上部反应腔筛板的表面、中部反应腔筛板的表面、底部反应腔的底部、冷阱中分别收集得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物、硝酸钠、锡铅合金、热解油。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述的废镀锡铜米的线径为2-4mm，长度为5-12mm。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述步骤1)中，废弃电路板基板粉末与硝酸钠粉末的质量比为1:1。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述步骤2)中，废镀锡铜米与混合粉末的质量比为1:1。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述步骤3)中，体系压力不高于500Pa。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述步骤3)中，上部加热器和中部加热器的加热时间为30-50min。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，所述步骤3)中，冷阱的内部温度为-20-0℃。
本发明还提供一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，包括反应器(1)，冷阱(10)和真空泵(11)，所述反应器(1)从上而下依次设置了上部反应腔(5)、中部反应腔(7)和下部反应腔(9)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)设置了上部反应腔筛板(6)，所述中部反应腔(7)与下部反应腔(9)之间设置了中部反应腔筛板(8)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)的外部依次设置了上部加热器(3)和中部加热器(2)，所述下部反应腔(9)侧部设置了出气口(4)，所述出气口(4)通过管道依次与冷阱(10)、真空泵(11)相连。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，所述的上部反应腔筛板(6)的筛孔孔径不大于1.5mm。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，所述的中部反应腔筛板(8)的筛孔孔径不大于1mm。
本发明的技术原理为：
废镀锡铜米中表层含有少量锡，锡的熔点为231.89℃；废弃电路板粉末中含有少量焊锡，焊锡的熔点为183℃；硝酸钠的熔点为306.8℃；废弃电路板粉末中含有有机树脂，受热易分解。废镀锡铜米与废弃电路板基板粉末、硝酸钠粉末协同处理，首先将废镀锡铜米置入反应器上部反应腔的筛板的最底层，再在废镀锡铜米上面铺上废弃电路板基板粉末和硝酸钠粉末的混合粉末，在真空条件下加热，废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，有机树脂热解挥发，在真空作用下自上而下形成冲刷力，在热解挥发物垂直向下的冲刷作用、重力作用、真空抽吸作用和熔化硝酸钠的带动作用下，熔化呈液态的锡、焊锡和硝酸钠通过上部反应腔的筛板的孔道掉入到中部反应腔的筛板表面；硝酸钠凝固为固体停留在中部反应腔的筛板表面，锡和焊锡仍为熔融液态，通过在重力作用下通过中部反应腔的筛板的孔道掉入到下部反应腔的底部。
上部反应腔的温度为400-450℃，很显然在此温度下锡、焊锡和硝酸钠熔化；
中部反应腔的温度为235-300℃，在此温度下锡和焊锡熔化，硝酸钠呈固态；
废弃电路板基板粉末中的铜粉保留在废镀锡铜米的上层，废弃电路板基板粉末中的有机树脂热解后有少量的碳粉，停留在废镀锡铜米的上层，有机树脂热解挥发物进入冷阱中冷凝为热解油，收集作为燃料再利用；
从上部反应腔的筛板表面得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物，可轻易去除碳粉，得到纯净的再生铜；
从下部反应腔底部收集得到焊锡和锡，可作为锡铅合金再利用；
从中部反应腔筛板收集得到硝酸钠，可重复再利用；
通过上述过程即可将废镀锡铜米实现表层锡的剥离，将废弃电路板基板粉末中的铜粉、有机树脂和残留焊锡实现分离回收。
本发明的有益效果是：
1、设计了一套真空热解与熔化分离耦合的工艺和装置，实现废镀锡铜米与废弃电路板中的铜、铅锡、有机树脂的清洁分离；
2、整个回收过程没有产生废水、消耗药品，没有造成二次污染，反应在真空体系下进行，金属资源未被氧化，回收金属效率高，没有造成资源浪费；
3、利用物料的特点，没有使用任何机械传动部件进行分离，设计不同的物料组成和铺设形式，利用重力、真空抽吸力和物料的粘附带动作用力协同剥离熔化金属与固态金属分离；并充分结合真空热解过程，利用有机树脂的热解过程协助熔融液体金属自上而下运动，实现熔化金属与固态金属的分离；
4、本发明采用的工艺设计巧妙，工艺方法简单高效，采用的工艺设备结构简单易实现，操作环境清洁无污染，操作简单方便，回收流程短，回收效率高，可推广应用生产。
附图说明：
图1为一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置示意图：
图1中，1、真空反应器；2、中部加热器；3、上部加热器；4、出气口；5、上部反应腔；6、上部反应腔筛板；7、中部反应腔；8、中部反应腔筛板；9、下部反应腔；10、冷阱；11、真空泵。
具体实施方式：
本发明的实施方式为：
将脱除了电子元件的废弃电路板基板进行破碎处理，得到1mm以下的粉末；将废弃电路板基板粉末与硝酸钠粉末进行混合，得到混合粉末；将废镀锡铜米置入真空反应器的上部反应腔筛板上，上部反应腔筛板的筛孔孔径为1.5mm，铺设成厚度为5mm以上的均匀的一层，然后在废镀锡铜米的上面均匀铺设一层步骤1)得到的混合粉末；保持反应器内部为真空体系，通过上部加热器使上部反应腔的温度为400-450℃；通过中部加热器使中部反应腔的温度为235-300℃；上部反应腔中的筛板上的废弃电路板基板粉末中的有机树脂受热分解，热解挥发物通过中部反应腔和下部反应腔，经下部反应腔侧部的出气口进入冷阱冷凝回收；废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，在热解挥发物垂直向下的冲刷作用、重力作用、真空抽吸作用和熔化硝酸钠的带动作用下，熔化呈液态的锡、焊锡和硝酸钠通过上部反应腔的筛板的孔道掉入到中部反应腔的筛板表面，中部反应腔筛板的筛孔孔径为1mm；硝酸钠凝固为固体停留在中部反应腔筛板表面，锡和焊锡仍为熔融液态，通过在重力作用下通过中部反应腔的筛板的孔道掉入到下部反应腔的底部；停止加热并冷却反应器至室温，关停真空泵，分别从上部反应腔的筛板表面、中部反应腔的筛板表面、底部反应腔的底部和冷阱中分别收集得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物、硝酸钠、锡铅合金和热解油。
一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，包括反应器(1)，冷阱(10)和真空泵(11)，所述反应器(1)从上而下依次设置了上部反应腔(5)、中部反应腔(7)和下部反应腔(9)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)设置了上部反应腔筛板(6)，所述中部反应腔(7)与下部反应腔(9)之间设置了中部反应腔筛板(8)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)的外部依次设置了上部加热器(3)和中部加热器(2)，所述下部反应腔(9)侧部设置了出气口(4)，所述出气口(4)通过管道依次与冷阱(10)、真空泵(11)相连。
实施例1
将脱除了电子元件的废弃电路板基板200g进行破碎处理，得到1mm以下的粉末；将200g的废弃电路板基板粉末与200g的硝酸钠粉末进行混合，得到混合粉末；将400g线径为2-4mm，长度为5-12mm的废镀锡铜米置入真空反应器的上部反应腔筛板上，将铜米铺设成厚度为5mm均匀的一层，然后在废镀锡铜米的上面均匀铺设一层步骤1)得到的混合粉末；保持反应器内部体系压力为500Pa，通过上部加热器使上部反应腔的温度为450℃，通过中部加热器使中部反应腔的温度为300℃，保温时间为40min；上部反应腔筛板上的废弃电路板基板粉末中的有机树脂受热分解，热解挥发物通过中部反应腔和下部反应腔，经下部反应腔侧部的出气口进入冷凝温度为-20℃的冷阱进行冷凝回收；废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，在热解挥发物垂直向下的冲刷作用、重力作用、真空抽吸作用和熔化硝酸钠的带动作用下，熔化呈液态的锡、焊锡和硝酸钠通过上部反应腔筛板的孔道掉入到中部反应腔筛板表面；硝酸钠凝固为固体停留在中部反应腔筛板表面，锡和焊锡仍为熔融液态，在重力作用下通过中部反应腔筛板的孔道掉入到下部反应腔的底部；停止加热并冷却反应器至室温，关停真空泵，分别从上部反应腔筛板表面、中部反应腔筛板表面、底部反应腔的底部、冷阱中分别收集得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物、硝酸钠、锡铅合金、热解油。
实验结果：得到脱锡铜米396.1g，铜粉46.6g，硝酸钠198.9g,锡铅合金6.3g，热解油72.7g。
Claims (10)
1.一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：通过以下步骤实现：
1)、将脱除了电子元件的废弃电路板基板进行破碎处理，得到直径1mm以下的粉末；将废弃电路板基板粉末与硝酸钠粉末进行混合，得到混合粉末；
2)、将废镀锡铜米置入真空反应器的上部反应腔筛板上，将铜米铺设成厚度为5mm均匀的一层，然后在废镀锡铜米的上面均匀铺设一层步骤1)得到的混合粉末；保持反应器内部为真空体系，通过上部加热器使上部反应腔的温度为400-450℃，通过中部加热器使中部反应腔的温度为235-300℃；上部反应腔筛板上的废弃电路板基板粉末中的有机树脂受热分解，热解挥发物通过中部反应腔和下部反应腔，经下部反应腔侧部的出气口进入冷阱冷凝回收；废镀锡铜米表层的锡、废弃电路板基板粉末中的焊锡和硝酸钠粉末受热熔化，在热解挥发物垂直向下的冲刷作用、重力作用、真空抽吸作用和熔化硝酸钠的带动作用下，熔化呈液态的锡、焊锡和硝酸钠通过上部反应腔筛板的孔道掉入到中部反应腔筛板表面；硝酸钠凝固为固体停留在中部反应腔筛板表面，锡和焊锡仍为熔融液态，在重力作用下通过中部反应腔筛板的孔道掉入到下部反应腔的底部；
3)、停止加热并冷却反应器至室温，关停真空泵，分别从上部反应腔筛板表面、中部反应腔筛板表面、底部反应腔的底部、冷阱中分别收集得到脱锡铜米和铜碳粉的混合物、硝酸钠、锡铅合金、热解油。
2.根据权利要求1所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述的废镀锡铜米的线径为2-4mm，长度为5-12mm。
3.根据权利要求2所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述步骤1)中，废弃电路板基板粉末与硝酸钠粉末的质量比为1:1。
4.根据权利要求3所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述步骤2)中，废镀锡铜米与步骤1)得到的混合粉末的质量比为1:1。
5.根据权利要求4所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述步骤3)中，体系压力不高于500Pa。
6.根据权利要求5所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述步骤3)中，上部加热器和中部加热器的加热时间为30-50min。
7.根据权利要求6所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法，其特征在于：所述步骤3)中，冷阱的内部温度为-20-0℃。
8.根据权利要求1所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，其特征在于：所述装置包括反应器(1)，冷阱(10)和真空泵(11)，所述反应器(1)从上而下依次设置了上部反应腔(5)、中部反应腔(7)和下部反应腔(9)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)设置了上部反应腔筛板(6)，所述中部反应腔(7)与下部反应腔(9)之间设置了中部反应腔筛板(8)，所述上部反应腔(5)与中部反应腔(7)的外部依次设置了上部加热器(3)和中部加热器(2)，所述下部反应腔(9)侧部设置了出气口(4)，所述出气口(4)通过管道依次与冷阱(10)、真空泵(11)相连。
9.根据权利要求8所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，其特征在于：所述的上部反应腔筛板(6)的筛孔孔径不大于1.5mm。
10.根据权利要求9所述的一种废镀锡铜米与废弃电路板的协同回收方法的装置，其特征在于：所述的中部反应腔筛板(8)的筛孔孔径不大于1mm。
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