CN109680153A - 利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，属于固体废弃物回收技术领域，方法步骤为：1)将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm。2)使用9K培养基活化培养中温混合嗜酸菌。3)将破碎后的废弃印刷线路板粉末与石墨放入含有混合嗜酸菌的微生物反应器中进行生物浸出铜和锌，浸出完成后过滤，即为含铜和锌的浸出液。本发明方法采用添加石墨强化手段，固液传质较好，与未添加石墨的生物浸出相比，可提高铜浸出率3‑17％，锌浸出率可提高1.47‑2.44％。石墨的高导电性、大比表面积可以有效的提高电子转移速率，从而提高铜和锌的浸出率。

Description

利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物回收技术领域，具体涉及一种利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法。
背景技术：
技术革命掀起了电子制造业的迅速发展浪潮，电子产品的更新速度加快，随着人们物质生活的提高，家电及办公电子用品的使用寿命逐渐缩短，这一现象导致了电子废弃物的产生。据我国国家环保部预测我国2020年电子废弃物总产生量达到963×104t。印刷线路板作为电子产品的元器件组成部分也就大量产生，根据欧洲资源与废弃物管理中心统计数据显示，印刷线路板大约占电子产品总重的3.1％。因此，废弃印刷线路板造成的电子污染己经成为严重的环境问题。印刷线路板基板上焊接了各种构件，成分复杂，含有溴化阻燃剂，惰性氧化物和金属，其中金属含量约占40％。
目前，已有的废弃印刷线路板中的铜资源化利用方法包括火法冶金法、湿法冶金法、机械物理法以及微生物法等。其中微生物浸出技术由于成本低、能耗少、操作简单和环境友好等优点，在废弃印刷线路板资源化利用领域得到越来越多的关注和研究。但是目前微生物浸出废弃印刷线路板技术存在着生物浸出速率慢，耗时较长，微生物生长情况不稳定等缺点。因此，亟待通过各种手段提高微生物浸出率。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)将废弃印刷线路板破碎，水洗干燥后，形成废弃印刷线路板粉末，所述的粉末粒度≤0.25mm；
(2)活化培养混合嗜酸菌，形成菌悬液；
(3)菌悬液进行培养，形成活化后菌液，所述的活化后菌液显微镜检菌密度≥1.0×108cell/ml；
(4)将石墨和废弃印刷线路板粉末，先后分别加入到活化后菌液中，进行浸出反应，反应时间为1～7d，完成金属的生物浸出。
所述的步骤(1)中，混合嗜酸菌为嗜酸铁原体菌(Ferroplasma acidiphilum)、嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)或嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)按体积比为1:1:1配制而成。
所述的步骤(1)中，利用9K培养基对混合嗜酸菌进行培养，接种比例为10-20％(V/V)，即混合嗜酸菌与9K培养基体积比为1:5-1:10，培养温度为30-45℃、转速为90-170r/min，培养时间为24-48h。
所述的步骤(2)中，利用9K培养基对菌悬液进行培养，接种比例为10-20％(V/V)，菌悬液培养操作在恒温震荡摇床中进行，培养温度为30-45℃，转速为90-170r/min。
所述的步骤(4)中，浸出反应温度为30-45℃，转速为90-170r/min。
所述的步骤(4)中，废弃印刷线路板粉末添加质量与活化后菌液体积比≤50g:L，也即活化后菌液中废弃印刷线路板粉末的浓度≤50g/L。
所述的步骤(4)中，石墨添加质量与活化后菌液体积比为0.2～3.0g:L，也即活化后菌液中石墨的浓度为0.1～1g/L。
所述的步骤(4)中，石墨加入活化后菌液中，培养0～3d后，加入废弃印刷线路板粉末，进行浸出反应。
所述的步骤(4)中，铜浸出率≥78.85％，同时实现锌浸出，锌浸出率≥80％
所述的方法中，9K培养基由(NH4)2SO4、KCL、K2HPO4、MgSO4·7H2O、Ca(NO3)2和FeSO4·7H2O组成。
本发明的有益效果：
本发明浸出时采用石墨具有大的比表面积、导电性好以及易获得和无危害等优点，可以加大微生物与废弃印刷线路板粉末反应接触面积，并且可以加快浸出溶液体系中电子转移速率，从而提高金属的浸出率。
附图说明：
图1为本发明的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为20％(V/V)，培养温度为45℃、转速为170r/min，培养时间为24h，形成菌悬液；
将菌悬液以15％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为45℃、转速为170r/min的恒温震荡摇床中培养48h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为3.8×108cell/ml。
(3)生物浸出
量取一定量活化后的菌液，在石墨和废弃印刷线路板粉末的浓度分别为0.2g/L和50g/L、温度为43℃、转速150r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为7d，获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为78.85％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高3.66％。锌的浸出率为80％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高0％。
实施例2
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为15％(V/V)，培养温度为40℃、转速为100r/min，培养时间为48h，形成菌悬液；
将菌悬液以10％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为30℃、转速为170r/min的恒温震荡摇床中培养30h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为2.8×108cell/ml。
(3)生物浸出
量取一定量活化后的菌液，在石墨和废弃印刷线路板粉末的浓度为0.4g/L和50g/L、温度为45℃、转速170r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为5d。获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为79.55％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高4.36％。锌的浸出率为81.47％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高1.47％。
实施例3
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为10％(V/V)，培养温度为30℃、转速为170r/min，培养时间为32h，形成菌悬液；
将菌悬液以20％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为40℃、转速为170r/min的恒温震荡摇床中培养24h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为1.8×108cell/ml。
(3)生物浸出
量取一定量活化后菌液，在石墨和废弃印刷线路板粉末浓度分别为0.6g/L和50g/L、温度为45℃、转速170r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为5d。获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为82.03％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高6.84％。锌的浸出率为81.67％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高1.67％。
实施例4
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为10％(V/V)，培养温度为45℃、转速为90r/min，培养时间为32h，形成菌悬液；
将菌悬液以10％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为45℃、转速为100r/min的恒温震荡摇床中培养36h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为3.8×108cell/ml。
(3)生物浸出
量取一定量活化后菌液，在石墨和废弃印刷线路板粉末浓度分别为1g/L和10g/L、温度为35℃、转速150r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为3d。获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为89.13％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高6.79％。锌的浸出率为99.9％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高2.34％。
实施例5
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为10％(V/V)，培养温度为43℃、转速为150r/min，培养时间为28h，形成菌悬液；
将菌悬液以10％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为40℃、转速为170r/min的恒温震荡摇床中培养42h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为2×108cell/ml。
(3)生物浸出
称取一定量石墨放入含有活化后的菌液中培养3d后加入干燥后的废弃印刷线路板粉末，此时，石墨和废弃印刷线路板粉末的浓度分别为1g/L和10g/L。在温度为30℃、转速90r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为3d。获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为93.04％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高10.7％。锌的浸出率为100％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高2.44％。
实施例6
利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，包括以下步骤：
(1)破碎
将废弃印刷线路板破碎，使其粒度≤0.25mm；水洗分选后干燥。其中，废弃印刷线路板中铜品位为58％。
(2)细菌活化：
将嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌按体积比为1:1:1配制成混合嗜酸菌，采用9K培养基活化混合嗜酸菌，接种比例为10％(V/V)，培养温度为45℃、转速为170r/min，培养时间为30h，形成菌悬液；
将菌悬液以10％(V/V)转移到含有9K培养基的三角烧瓶中，置于温度为45℃、转速为170r/min的恒温震荡摇床中培养32h，形成活化后菌液，显微镜检菌密度为3.8×108cell/ml。
(3)生物浸出
称取一定量石墨放入含有活化后的菌液中培养2d后加入干燥后的废弃印刷线路板粉末，此时，石墨和废弃印刷线路板粉末的浓度分别为2.5g/L和10g/L。在温度为43℃、转速150r/min的条件下进行浸出反应，浸出时间为3d，获得浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分为去除锌铜后的废弃印刷线路板粉末。经测定铜的浸出率为100％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高17.66％。锌的浸出率为100％，与相同条件无石墨添加相比，浸出率提高2.44％。

Claims (9)

1.利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃印刷线路板破碎，形成废弃印刷线路板粉末，所述的粉末粒度≤0.25mm；
(2)活化培养混合嗜酸菌，形成菌悬液；
(3)菌悬液进行培养，形成活化后菌液，所述的活化后菌液显微镜检菌密度≥1.0×108cell/ml；
(4)将石墨和废弃印刷线路板粉末，先后分别加入到活化后菌液中，进行浸出反应，反应时间为1～7d，完成铜和锌的生物浸出。
2.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，混合嗜酸菌为嗜酸铁原体菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌或嗜铁钩端螺旋菌，按体积比为1∶1∶1配制而成。
3.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，利用9K培养基对混合嗜酸菌进行培养，接种比例为10-20％(V/V)，即混合嗜酸菌与9K培养基体积比为1∶5-1∶10，培养温度为30-45℃、转速为90-170r/min，培养时间为24-48h。
4.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，利用9K培养基对菌悬液进行培养，接种比例为10-20％(V/V)，菌悬液培养操作在恒温震荡摇床中进行，培养温度为30-45℃，转速为90-170r/min。
5.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，浸出反应温度为30-45℃，转速为90-170r/min。
6.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，废弃印刷线路板粉末添加质量与活化后菌液体积比≤50g∶L。
7.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，石墨添加质量与活化后菌液体积比为0.2～3.0g∶L。
8.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，石墨加入活化后菌液中，培养0～3d后，加入废弃印刷线路板粉末，进行浸出反应。
9.根据权利要求1所述的利用石墨提高废弃印刷线路板中金属生物浸出率的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，铜浸出率≥78.85％，锌浸出率≥80％。
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