CN108342582A - 废弃电路板中贵金属的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废弃电路板中贵金属的回收方法。本发明提出了使用绿色环保的镓基液态合金作为提取剂，并通过配方设计、温度&时间工艺参数的优化，使之高效溶解废弃电路板的贵金属元素；然后控制冷却工艺，使镓基液态合金中过饱和的贵金属元素析出，并实现提取。本发明提供的一种废弃电路板贵金属的回收方法，工艺方法简单，所用镓基液态合金无毒无害，并且可长期重复使用，有望广泛推广并有望代替现有的提炼方法。

Description

废弃电路板中贵金属的回收方法
技术领域
本发明属于贵金属提取领域，尤其涉及一种通过镓基液态合金提取废弃电路板中贵金属的工艺方法。
背景技术
通常集成电路板上都含有丰富的贵金属材料，包括金、银、铂等高价值元素。以黄金为例，每吨线路板大约含有200克的黄金，而自然金矿的平均品位只有5克每吨，约是金矿石的40至60倍，另外，中国每年产生6000万吨的废弃电路板，因此，电路板中黄金的含量之高以及每年电路板惊人的废弃量驱使研究人员尝试回收废弃电路板上的贵金属，对拆解后的废弃电路板中的金属实现分离和贵金属提炼，既保护了环境，又将废弃电路板变废为宝。
目前，废弃电路板中贵金属提取主要有以下几种方法：机械处理法：以废弃电路板不同的机械物理性能、不同有价金属的富集量以及不同成本的分离方法为标准进行分选提取，但该工艺提取出的金属纯度较低，还需进一步提纯，而且设备昂贵。物理法：根据废弃电路板内不同材料物理性能的差异进行分选，包括拆卸、破碎、分离三个步骤，缺点是该工艺的成品还需经过二次分离处理，分选效率较低。化学法：根据废弃电路板中不同组分的化学性质，按照相应的方法进行分离提取，其中以焚烧、热解及湿法冶金技术最为常见，但该工艺产生的废水废气废渣加大了后续处理的难度。此外，还有生物湿法冶金、超临界流体分选技术等提取方法。上述提取方法均具有各自的短板，包括设备昂贵、工艺技术复杂、效率较低、污染严重等问题，整个工艺流程实施难度大、门槛高。
发明内容
发明目的：为克服上述回收提取方法存在的缺陷，本发明利用镓基液态金属的强溶解性能，拟提出一种新型的无毒环保、工艺简单可控的绿色回收方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
具体步骤包括：
(1)按照比例称取制备镓基液态合金的金属基材，将金属基材放入真空高频感应熔炼炉的石英坩埚中进行真空熔炼，按熔炼炉操作步骤依次开启机械泵和扩散泵抽真空，待真空度达到要求后进行熔炼，保温一段时间后结束熔炼，自然冷却至室温后取出坩埚中的镓基液态合金，用稀盐酸封存，防止氧化；
(2)取一定质量的镓基液态合金置于合适的容器中，液面附带少许盐酸，开启水浴槽，升温至工艺所要求的温度，将盛有镓基液态合金的容器放入水浴槽加热，然后称取一定质量的经粉碎后的废弃电路板，放入镓基液态合金中，可适当对镓基液态合金电路板混合物进行搅拌，反应一定时间后去除电路板，得到含电路板贵金属的镓基液态合金，如得到含有金、银、钯、铂等金属的镓基液态合金；
(3)将含电路板贵金属的镓基液态合金进行快速降温，贵金属如金、银等在镓基液态合金中达到饱和从而析出，收集后萃取即得金、银、钯、铂等贵金属；
进一步地，步骤(1)所述的镓基液态合金中还包括铟、锡、锌、硒、银中的一种或几种，在室温下及反应时为液态。
在一优选方案中，步骤(1)所述镓基液态合金的重量组成为：
镓60～95％；
铟5～25％；
锡0～18％。
在另一优选方案中，步骤(1)所述镓基液态合金的重量组成为：
镓65～85％；
铟10～23％；
锡0～15％。
步骤(1)中，为保证镓基液态合金的反应效果，所使用的液态合金基材均为高纯金属，如金属镓的纯度高达99.9％以上。按照比例称量好金属原材料后，放入真空高频感应炉中，关闭炉门，依次开启机械泵和扩散泵，待真空度≤6×10-3Pa时，可开启熔炼开关，保温时间约1min，熔炼温度控制在800℃～1000℃，关闭熔炼开关，待金属冷却至室温后打开熔炼炉，得到镓基液态合金，并用3％稀盐酸封存。
步骤(2)中所用的电路板与镓基液态合金的质量比为3:1～1:3，优选的，质量比为1:1～1:3。
步骤(2)中经粉碎的电路板粒径范围为5～50目，优选的，10目～20目。电路板粒径若过大，则接触面积会变小，影响反应的效率，电路板粒径若过小，虽然接触面积变大，但会使以铜为首的杂质金属更多地暴露于液态合金，易溶解后影响镓基液态合金的性能，另外也会使液态合金与电路板的分离步骤变得更加困难和繁琐。
步骤(2)中电路板与镓基液态合金的反应温度为30～100℃，优选的，60～90℃。
步骤(2)中电路板与镓基液态合金的反应时间为5～60min，优选的，20～40min。
步骤(3)中所述的待镓基液态合金与电路板反应完全后，此时的合金温度为60～90℃，将合金迅速降低至20℃以下，部分溶解度低的金属析出，萃取后即可得到的金、银、钯、铂等贵金属固体，萃取方法为常规萃取方法即可。降温的温度影响金属析出的重量，降温速率越快，金属析出的速率也越快，粒径越小。
与其它金属和非金属液体相比，镓基液态金属具有低熔点，高沸点，难蒸发，无毒以及相对稳定等特别适合在室温温区内应用的优势。本发明利用镓对其他金属具有很强的溶解能力，关键在于控制镓基液态合金的配方、废弃电路板与镓基液态合金的重量比、反应温度以及反应时间，为了加快化学平衡，可适当利用电机对液态合金进行搅拌，经该工艺处理后，废弃电路板中的金、银、钯、铂等其他金属即溶解至镓基液态合金中，然后通过降低合金体系温度使贵金属析出，萃取后即可得到金、银等贵金属。
有益效果：本发明提出的废弃电路板中贵金属的回收方法，所需的设备简单，操作工艺简单安全，具有很高的提炼效率，所用的镓基液态合金无毒无害，可重复使用，完全符合绿色节能环保的要求，经过该工艺的处理，可回收提取电路板中的金、银、铂、钯等贵金属，其中Au的提取率在99％以上，Ag的提取率甚至可达到92％，有望获得广泛推广，代替现有的提炼工艺。
具体实施方式
为更好的具体示例说明本发明的技术方案，本发明列举了几个最佳实施方式，应注意的是，具体实施例的描述本质上仅仅是范例，而非限制本发明的保护范围，以下实施例基于本发明技术方案进行实施。
实施例1
按配比称取金属原材料，制备镓基液态合金，各金属比例及纯度如下：镓68wt％，纯度99.99％；铟20wt％，纯度99.95％；锡12wt％，纯度99.99％，按照上述比例进行配比，将三种金属原材料放入石英坩埚中，再放入真空感应熔炼炉中，关闭炉门，依次开启机械泵、扩散泵抽真空，待真空度达到6×10-3Pa时开启熔炼开关，熔炼温度900℃，保温1min，关闭熔炼开关，待充分冷却后取出呈液态的镓基液态合金，用3％稀盐酸封存。
称取上述50g镓基液态合金，10目碎电路板50g，镓基液态合金表面用稀盐酸覆盖，将水浴槽升温至60℃，将50g镓基液态合金放入合适的烧杯中，将烧杯浸入水浴中升温，充分升温后放入经粉碎处理的电路板，并用电机搅拌，经过20min充分反应后，取出电路板废料，得到含有金、银、钯、铂等金属的镓基液态合金。
将该镓基液态合金迅速冷却至10℃，析出部分金属固体，经萃取后可得到金、银，该实施例中所用电路板约含有0.0105g金，萃取后得到0.01042g金，金的提取率高达99.24％，该实施例中所用电路板约有0.0149g银，萃取后得到0.0125g银，银的提取率高达83.89％，该实施例中所用电路板约有0.0032g铂，萃取后得到0.0018g铂，铂的提取率高达56.25％，该实施例中所用电路板约有0.0025g钯，萃取后得到0.0013g钯，钯的提取率高达52％。
实施例2
按配比称取金属原材料，制备镓基液态合金，各金属比例及纯度如下：镓70wt％，纯度99.99％；铟22wt％，纯度99.95％；锡8wt％，纯度99.99％，按照上述比例进行配比，将三种金属原材料放入石英坩埚中，再放入真空感应熔炼炉中，关闭炉门，依次开启机械泵、扩散泵抽真空，待真空度达到5×10-3Pa时开启熔炼开关，熔炼温度800℃，保温1min，关闭熔炼开关，待充分冷却后取出呈液态的镓基液态合金，用3％稀盐酸封存。
称取上述75g镓基液态合金，14目碎电路板50g，镓基液态合金表面用稀盐酸覆盖，将水浴槽升温至65℃，将75g镓基液态合金放入合适的烧杯中，将烧杯浸入水浴中升温，充分升温后放入经粉碎处理的电路板，并用电机搅拌，经过30min充分反应后，取出电路板废料，得到含有金、银、钯、铂等金属的镓基液态合金。
将该镓基液态合金迅速冷却至15℃，析出部分金属固体，经萃取后可得到金、银，该实施例中所用电路板约含有0.0103g金，萃取后得到0.01024g金，金的提取率高达99.42％，该实施例中所用电路板约有0.0148g银，萃取后得到0.0128g银，银的提取率高达86.49％，该实施例中所用电路板约有0.0031g铂，萃取后得到0.0018g铂，铂的提取率高达58.06％，该实施例中所用电路板约有0.0027g钯，萃取后得到0.0015g钯，钯的提取率高达55.56％。
实施例3
按配比称取金属原材料，制备镓基液态合金，各金属比例及纯度如下：镓75wt％，纯度99.99％；铟18wt％，纯度99.95％；锡7wt％，纯度99.99％，按照上述比例进行配比，将三种金属原材料放入石英坩埚中，再放入真空感应熔炼炉中，关闭炉门，依次开启机械泵、扩散泵抽真空，待真空度达到5×10-3Pa时开启熔炼开关，熔炼温度850℃，保温1min，关闭熔炼开关，待充分冷却后取出呈液态的镓基液态合金，用3％稀盐酸封存。
称取上述50g镓基液态合金，14目碎电路板50g，镓基液态合金表面用稀盐酸覆盖，将水浴槽升温至75℃，将50g镓基液态合金放入合适的烧杯中，将烧杯浸入水浴中升温，充分升温后放入经粉碎处理的电路板，并用电机搅拌，经过30min充分反应后，取出电路板废料，得到含有金、银、钯、铂等金属的镓基液态合金。
将该镓基液态合金迅速冷却至20℃，析出部分金属固体，经萃取后可得到金、银，该实施例中所用电路板约含有0.0098g金，萃取后得到0.00976g金，金的提取率高达99.59％，该实施例中所用电路板约有0.0152g银，萃取后得到0.0133g银，银的提取率高达87.5％，该实施例中所用电路板约有0.0035g铂，萃取后得到0.0025g铂，铂的提取率高达71.43％，该实施例中所用电路板约有0.0022g钯，萃取后得到0.0015g钯，钯的提取率高达68.18％。
实施例4
按配比称取金属原材料，制备镓基液态合金，各金属比例及纯度如下：镓85wt％，纯度99.99％；铟15wt％，纯度99.95％，按照上述比例进行配比，将两种金属原材料放入石英坩埚中，再放入真空感应熔炼炉中，关闭炉门，依次开启机械泵、扩散泵抽真空，待真空度达到5×10-3Pa时开启熔炼开关，熔炼温度900℃，保温1min，关闭熔炼开关，待充分冷却后取出呈液态的镓基液态合金，用3％稀盐酸封存。
称取上述50g镓基液态合金，20目碎电路板50g，镓基液态合金表面用稀盐酸覆盖，将水浴槽升温至85℃，将50g镓基液态合金放入合适的烧杯中，将烧杯浸入水浴中升温，充分升温后放入经粉碎处理的电路板，并用电机搅拌，经过40min充分反应后，取出电路板废料，得到含有金、银、钯、铂等金属的镓基液态合金。
将该镓基液态合金迅速冷却至20℃，析出部分金属固体，经萃取后可得到金、银，该实施例中所用电路板约含有0.0100g金，萃取后得到0.00997g金，其中金的提取率高达99.70％，该实施例中所用电路板约有0.0150g银，萃取后得到0.0138g银，银的提取率高达92％。该实施例中所用电路板约有0.0030g铂，萃取后得到0.0024g铂，铂的提取率高达76.67％，该实施例中所用电路板约有0.0026g钯，萃取后得到0.0019g钯，钯的提取率高达73.08％。表1汇总了实施例1-4的实验数据和对贵金属的回收率。
表1实施例1-4的实验参数
由上述实施例1-4可以看出，镓基液态合金与电路板表面的贵金属反应20分钟左右即可回收99％以上的金，其他贵金属由于位于电路板印刷层中金的下面，反应时镓基液态合金先溶解金，表面金基本溶解后再与其他贵金属反应，此时以铜为首的杂质金属更多地暴露于液态合金，易溶解后影响液态合金的性能，因此液态合金对其他贵金属的回收率相对金要低一些。另外杂质金属的存在也会使液态合金与电路板的分离步骤变得更加困难和繁琐。
本发明提出的废弃电路板中贵金属的回收方法，首先通过相图计算，得到电路板中各金属在镓基液态合金中溶解度。在该提取过程中，镓基液态合金与电路板表面的贵金属的反应过程符合溶解动力学规律，贵金属的溶解过程中与金属镓形成中间化合物，并最终完全溶解于镓基液态合金中。反应过程中，通过控制电路板的目数从而增加与镓基液态合金的接触面积，升高温度来加快化学平衡，另外调整镓基液态合金与电路板的比例来达到最佳的提取效果。
提取时，利用不同金属在镓基液态合金中的溶解度，通过降温、萃取的方式得到黄金、银、铂、钯等贵金属。控制上述工艺参数，使得本发明对于电路板中黄金的提取率可达99％以上。
本申请仅对部分温度、时间等参数的实施例进行说明示例，但是上述实施例不应限制本发明的保护范围。本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：所述回收方法包括如下步骤：
(1)按照比例称取制备镓基液态合金的金属基材，将金属基材放入真空高频感应熔炼炉中进行真空熔炼，保温后熔炼结束，自然冷却至室温后取出镓基液态合金，用稀盐酸封存；
(2)将镓基液态合金置于容器中，水浴加热，然后称取经粉碎后的电路板放入镓基液态合金中进行反应，反应一段时间后去除电路板，得到含电路板贵金属的镓基液态合金；
(3)将含电路板贵金属的镓基液态合金进行快速降温，贵金属在镓基液态合金中达到饱和从而析出，收集萃取贵金属；
所述废弃电路板中的贵金属包括但不限于金、银、钯或铂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(1)所述的镓基液态合金中还包括铟、锡、锌、硒、银中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：所述液态合金的重量组成为：
镓60～95％
铟5～25％
锡0～18％。
4.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤2)中所用的电路板与镓基液态合金的质量比为3:1～1:3。
5.根据权利要求1或4所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤2)中所用的电路板与镓基液态合金的质量比为1:1～1:3。
6.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(2)中经粉碎后的电路板粒径范围为5～50目。
7.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(2)中所述电路板与镓基液态合金的反应温度为30～100℃。
8.根据权利要求1或7所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(2)中所述电路板与镓基液态合金的反应温度为60～90℃。
9.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(2)中所述电路板与镓基液态合金的反应时间为5～60min。。
10.根据权利要求1或9所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(2)中所述电路板与镓基液态合金的反应时间为20～40min。
11.根据权利要求1所述的废弃电路板中贵金属的回收方法，其特征在于：步骤(3)中所述快速降温处理是指温度迅速降低至20℃以下。
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