CN109022795A - 一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法及其专用装置 - Google Patents

一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法及其专用装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法及其专用装置。本发明方法的具体步骤如下：（1）以含元器件的废旧线路板为原料，将含元器件的废旧线路板插入充满导电介质的阳极篮中，加入碱性电解质溶液，电化学浸出焊锡料中的锡、铅，浸出30‑90 min后，元器件脱落，阴极上析出金属铅；（2）脱除元器件后将元器件与导电介质分离；（3）当电解液中锡浓度>30g/L时，回收加入锡粉置换净化去除电解液中残留的铅离子；（4）将去除铅离子后的电解液电沉积得到高纯度金属锡产品，当电解液中锡浓度<3 g/L时，停止电沉积锡。本发明方法在脱除元器件的同时直接回收高纯度金属锡铅，选择性高、绿色高效，后续分离、处理工艺简单。

Description

一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法及其专 用装置
技术领域
本发明涉及一种从废弃印制线路板上脱除元器件的方法及其专用装置，属于金属回收和固体废物资源化技术领域。
背景技术
电子工业迅速发展及生活水平的提高导致了电子产品的废弃量日益增多。而线路板作为电子废弃物的核心，具有高价值性和高危害性，对其无害化和资源化处理是亟待解决的问题。对我国经济的可持续发展有着很重要的意义。若这些二次资源能够得到合理的利用，对人类的可持续发展具有十分重要的意义。
废弃印制线路板中除了基板外，还有大量元器件。元器件和基板的组成差别较大，且元器件中一般稀贵金属含量较高，通常对废弃印制线路板进行资源化之前, 需脱除线路板表面采用含锡焊料组装的元器件。目前，脱除废弃线路板表面元器件的方法主要有化学法和加热法, 加热法应用最广泛。加热法主要有熔锡炉加热、空气加热、红外线加热、激光加热、液体介质加热等方法，加热法加热温度需达到250℃左右，使得废弃线路板受热产生有机废气及含锡铅重金属烟气，难于处理处理，对操作工人及区域内环境造成危害。且加热法脱锡后锡铅混合，还需后续分离处理；化学法主要是用强氧化性的酸(主要是硝酸、盐酸)处理废旧印制线路板，将其中焊锡溶解，由于需要使用强腐蚀性的化学试剂，易造成二次污染，且在溶解锡铅的同时也会部分溶解线路板及元器件中的铜等其余金属，后续分离回收困难。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法及其专用装置。本发明成本低廉、选择性高、绿色高效，后续分离、处理工艺简单。
目前废弃印制线路板中的焊锡料主要分含铅焊锡（含锡和铅）和无铅焊锡（含锡、铜和银）两类。本发明人经过研究发现，在碱性溶液在特定装置中将线路板作为阳极，在电化学作用下，可将焊锡结合处的锡铅选择性溶解，在阴极分步析出金属铅和锡，从而实现元器件的高效脱除。本发明技术方案是通过以下技术方案实现的。
本发明提供一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法，具体步骤如下：
（1）以待处理的含元器件的废旧线路板作为阳极，将阳极插入足够多导电介质的阳极篮中，使得线路板基板和元器件之间的焊锡料与导电介质充分接触，采用不锈钢板作为阴极，在电沉积槽中加入浓度为2-6 mol/L的碱性电解质溶液，在温度为60-80℃、电流密度为200-500A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡和铅，浸出30-90 min后，元器件脱落，阴极上析出金属铅；其中：所述含元器件的废旧线路板中采用的焊锡料为含铅焊锡；
（2）脱除元器件后，将元器件与导电介质分离，导电介质循环利用；
（3）连续以其它的待处理的重复步骤（1）和（2），当电解液中锡浓度>30g/L时，收集阴极上的金属铅，并加入锡粉置换净化去除电解液中残留的铅离子；
（4）在150-300A/m2的电流密度下，将去除铅离子后的电解液在60-80℃的条件下电沉积，阴极上析出金属锡，当电解液中锡浓度<3 g/L时，停止电沉积锡，收集阴极上的金属锡产品。
本发明中，步骤（1）中的含元器件的废旧线路板中采用的焊锡料为无铅焊锡时，电化学浸出焊锡料中的锡，浸出 30-90 min后，元器件脱落，阴极上析出金属锡，直接收集阴极上的金属锡产品，省略步骤（3）和步骤（4）。
本发明中，步骤（1）中，导电介质为鳞片石墨、石墨颗粒或者石墨粉。
本发明中，步骤（1）中，碱性电解质溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
本发明中，步骤（1）中，电流密度为250-350 A/m2，浸出时间为30-90 min。
本发明中，步骤（3）中，锡粉的加入量为电解液中残留的铅离子质量的0.30~0.45倍。
本发明中，步骤（4）中，电沉积锡后的电解液回收，返回至步骤（1）中循环使用。
本发明中，收集的阴极上的金属铅和金属锡的纯度均在98.5%~99.8%之间。
本发明还提供一种用于上述碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件方法的碱性电化学脱除元器件专用装置，其包括阳极、阳极篮、阴极和电沉积槽；阳极篮中装填导电介质，含元器件的废旧线路板作为阳极，阳极插入导电介质中；阳极和阴极分别通过导线和稳压直流电源连接，电沉积槽外设有水浴加热套。
和现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
（1）本发明采用碱性电化学法脱除废旧线路板上的元器件，对锡、铅的选择性强，避免采用熔锡加热法产生有机物及废弃含锡铅重金属；同时避免了采用强酸或者强氧化剂等对环境污染严重的试剂的使用。
（2）脱除元器件的同时实现金属铅、锡的分步电沉积，直接获得高纯度铅和锡产品，电解质溶液循环利用。在碱性体系中铅和锡电沉积的阴极反应如下：
Sn(OH)6 2- +4e- ＝Sn+6OH-
Pb(OH)3 −+2e- =Pb+3OH-
碱性体系中铅标准电极电势φ为-0.54V, 锡的标准电极电势为-1.84V，差别较大，所以在一定的电沉积条件及铅、锡的浓度条件下，能够使得铅、锡分步电沉积。
（3）采用碱性电化学脱除元器件专用装置，在阳极篮中填充介质，使线路板基板和元器件之间的焊锡料与导电介质充分接触，促进锡铅的溶解。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图2为碱性电化学脱除元器件专用装置的结构示意图。
图中标号：1-阳极，2-阴极，3-导电介质，4-电沉积槽，5-阳极篮，6-水浴加热套，7-稳压直流电源。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例中，采用碱性电化学脱除元器件专用装置进行元器件的碱性电化学脱除，如图2所示，碱性电化学脱除元器件专用装置包括阳极1、阳极篮5、阴极2和电沉积槽4；阳极篮5中装填导电介质3，含元器件的废旧线路板作为阳极1插入导电介质3中；阳极1和阴极2分别通过导线和稳压直流电源7连接，电沉积槽4设有水浴加热套6。
实施例1
以含铅焊锡连接元器件的电脑主板为原料。
提取工艺如图1所示：将10块含元器件的手机主板插入碱性电化学脱除元器件专用装置中导电介质3为鳞片石墨的阳极篮5中，使得基板和元器件之间的焊锡料与天然鳞片石墨（粒径50-80目）充分接触，加入浓度为3 mol/L的氢氧化钾溶液，在温度为80 ℃、电流密度350A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡、铅，浸出60 min后，元器件全部脱落；阴极不锈钢板上得到纯度为99.5%的金属铅1.95g，溶液中的锡离子浓度为7.8g/L；然后元器件与导电介质鳞片石墨分离，鳞片石墨循环利用。
对比实施例1
将10块含元器件的手机主板插入碱性电化学脱除元器件专用装置中，但是阳极篮中不添加导电介质，加入浓度为3 mol/L的氢氧化钾溶液，在温度为80 ℃、电流密度350A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡、铅，但由于焊锡料阳极之间不能充分接触，浸出60 min后，由于焊锡料与阳极篮之间不能充分接触，元器件脱落率为15%，效果不显著。
实施例2
以含铅焊锡连接元器件的电脑内存条为原料。
提取工艺如图1所示：将10块含元器件的电脑内存条插入碱性电化学脱除元器件专用装置中导电介质3为石墨颗粒的阳极篮5中，使得基板和元器件之间的焊锡料与天然石墨颗粒（粒径50-80目）充分接触，加入浓度为4 mol/L的氢氧化钠溶液，在温度为70℃、电流密度300A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡和铅，浸出50 min后，元器件全部脱落；然后元器件与导电介质石墨颗粒分离，石墨颗粒循环利用；阴极不锈钢板上得到纯度为99.3%的金属铅1.73g；当脱除50块内存条后，电解液中锡浓度为30.5g/L时，加入锡粉置换净化去除电解液中残留的铅离子，锡粉加入量为溶液中铅离子质量的0.35倍；将去除铅离子后的电解液在电流密度250A/m2的条件下电沉积得到纯度为98.7%的金属锡产品12.7g，当电解液中锡浓度为2.9 g/L时，停止电沉积锡，溶液循环用于元器件脱除。
对比实施例2
将10块含元器件的电脑内存条插入碱性电化学脱除元器件专用装置中，但是阳极篮中不添加导电介质，加入浓度为4 mol/L的氢氧化钠溶液，在温度为70℃、电流密度300A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡和铅，由于焊锡料与阳极篮之间不能充分接触，浸出50min后元器件没有脱落，脱落率为0。
实施例3
以无铅焊锡（主要成分为锡、铜和银）连接元器件的电脑内存条为原料。
提取工艺如图1所示：将20块含元器件的电脑内存条插入碱性电化学脱除元器件专用装置中导电介质3为石墨颗粒的阳极篮5中，使得基板和元器件之间的焊锡料与天然石墨颗粒（粒径50-80目）充分接触，加入浓度为5 mol/L的氢氧化钠溶液，在温度为60 ℃、电流密度300A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡，浸出35 min后，元器件全部脱落，铜和银不溶解；然后元器件与导电介质石墨颗粒分离，石墨颗粒循环利用；阴极不锈钢板上得到纯度为99.6%的金属锡8.5g。

Claims (9)

1.一种碱性电化学脱除废弃印制线路板上元器件的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）以待处理的含元器件的废旧线路板作为阳极，将阳极插入装填导电介质的阳极篮中，使得线路板基板和元器件之间的焊锡料与导电介质充分接触，采用不锈钢板作为阴极，在电沉积槽中加入浓度为2-6 mol/L的碱性电解质溶液，在温度为60-80℃、电流密度为200-500A/m2的条件下，电化学浸出焊锡料中的锡和铅，浸出30-90 min后，元器件脱落，阴极上析出金属铅；其中：所述含元器件的废旧线路板中采用的焊锡料为含铅焊锡；
（2）脱除元器件后，将元器件与导电介质分离，导电介质循环利用；
（3）连续以其它的待处理的含元器件的废旧线路板作为阳极，重复步骤（1）和（2），当电解液中锡浓度>30g/L时，收集阴极上的金属铅，并加入锡粉置换净化去除电解液中残留的铅离子；
（4）在150-300A/m2的电流密度下，将去除铅离子后的电解液在60-80℃的条件下电沉积，阴极上析出金属锡，当电解液中锡浓度<3 g/L时，停止电沉积锡，收集阴极上的金属锡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中的含元器件的废旧线路板中采用的焊锡料为无铅焊锡时，电化学浸出焊锡料中的锡，浸出 30-90 min后，元器件脱落，阴极上析出金属锡，直接收集阴极上的金属锡产品，省略步骤（3）和步骤（4）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，导电介质为鳞片石墨、石墨颗粒或者石墨粉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，碱性电解质溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，电流密度为250-350 A/m2，浸出时间为35-60 min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，锡粉的加入量为电解液中残留的铅离子质量的0.30~0.45倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，电沉积锡后的电解液回收，返回至步骤（1）中循环使用 。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，收集的阴极上的金属铅和金属锡的纯度均在98.5%~99.8%之间。
9.一种用于权利要求1所述的方法的碱性电化学脱除元器件专用装置，其特征在于，其包括阳极（1）、阳极篮（5）、阴极（2）和电沉积槽（4）；阳极篮（5）中装填导电介质（3），含元器件的废旧线路板作为阳极（1），阳极（1）插入导电介质（3）中；阳极（1）和阴极（2）分别通过导线和稳压直流电源（7）连接，电沉积槽（4）外设有水浴加热套（6）。
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