CN110551897B - 一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，步骤包括：废旧线路板破碎预处理、气流分选、磁选除铁、机械粉碎、筛分、摇床分选、球磨除杂、酸浸除杂、球磨细化、铜粉纯化处理等流程，最后获得纯铜粉末。该工艺具有以下优点：获得的铜粉末可直接应用于粉末冶金，整个工艺产生的少量废液、尾矿易于处理实现金属的全回收；与其他可实现废线路板中有价金属循环再生的方法相比，本工艺不需经过冶金过程，就可实现铜的直接材料化，工艺简单，生产投入小，能耗低，污染小。

Description

一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺
技术领域
本发明涉及电子废弃物资源化回收技术领域，具体涉及一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺。
背景技术
线路板是电子产品的核心部件，通常是由导电材料、增强材料和粘结剂等三部分组成。废线路板的资源性主要体现在其中含有大量的有价金属，不同线路板中的含有有所不同，大都在10wt.％～40wt.％之间。如电脑中的线路板铜的含量达到26.6wt.％，还含有锡、铅、铝等有价金属以及金、银、钯等贵重金属，具有很高的回收价值。对线路板的回收不仅具有很高的经济效益还具有巨大的生态效益，废线路板中含有的铅、铬、汞以及溴化阻燃剂等有毒有害物质，若不经妥善处理，会对我们周围的生态环境造成严重破碎，威胁人体健康。对废旧线路板的资源化处理以成为一项重要课题。
目前，废线路板中金属回收的主要工艺过程：机械物理法预处理得到金属富集体，再经火法冶金、湿法冶金或生物法冶金等，实现金属再生。其工艺流程较长，能耗高，且环境污染较大。
专利CN101049955A公开了一种废线路板的处理工艺，包含以下步骤：将废线路板进行预处理实现金属和非金属解离，经过物理分选得到30～60目的金属粉，将此金属粉加入到稀硫酸中并鼓入空气浸出，经过滤、蒸发结晶得到五水硫酸铜。金属粉中还有铁、锡等金属，会与稀硫酸发生反应进入到浸出液中，因此此工艺难以得到特别纯净的产品。
专利CN106381391A公开了一种废线路板处理方法，包含以下几个步骤：废线路板经预处理得到金属富集体粉末，再经碱性加压氧化浸出、过滤得到浸出液和浸出渣，浸出渣经摇床分选得到铜富集体，再将其在冶炼炉中进行还原熔炼得到粗铜。此种方法工艺较为复杂，所需设备昂贵，而且会产生大量冶炼尾矿，难以处理。
专利CN102671916A公开了一种废线路板处理回收工艺，包含以下几个步骤：废料切割、人工分选、脱金、脱锡、初级破碎、磁选、次级破碎、振动分选、气流分选、造粒破碎、比重分选、塑木复合等流程，可以实现金属和非金属的初步回收。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有废线路板回收处理技术存在的缺陷，提供一种避免传统冶金工艺的短流程、能耗低、污染小的回收工艺，实现废金属铜资源的高效再生利用。
本发明的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。
本发明提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，包括以下步骤：
(1)将废线路板破碎后进行初步物理分选，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体进一步粉碎后，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浸出剂浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，得到铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的铜细粉末进行还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。
优选地，步骤(1)中，采用破碎机将废线路板破碎处理至5mm以下，所述物理分选为气流分选。
优选地，步骤(3)中，采用锤式粉碎机将步骤(2)所得到的有色金属富集体粉碎至0.5mm以下。
优选地，步骤(5)中，所述球磨采用行星式球磨机，以湿磨的方式进行球磨，球磨的溶剂为水或环己烷，水或环己烷的体积与金属富集体的质量比为0.2～1ml/g，球磨转速为300～500r/min，球磨时间为3～10h，球料质量比为15:1～100:1。
优选地，步骤(6)中，所述浸出剂为浓盐酸，所述浓盐酸的浓度为6～10mol/L，浸出温度为30～110℃，浸出时间为0.5～3h，浸出剂相对铜富集体的添加量为1～3ml/g。
优选地，步骤(7)中，所述高能球磨采用行星式高能球磨机，球磨转速为300～500r/min，球磨时间为6～20h，球料质量比为15:1～100:1，过程控制剂为水或环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2～2ml/g。
优选地，步骤(7)中所述高能球磨采用的是不锈钢磨球，球磨后铜细粉末会存在Fe污染，用稀酸浸出除铁，稀酸的浓度为1～3mol/L，固液分离后，得纯铜细粉末。
优选地，用浓盐酸浸出过程中发生的主要反应为：
Figure BDA0002178770290000031
Figure BDA0002178770290000032
2HCl+Fe→FeCl2+H2↑ (3)
优选地，所述稀酸为盐酸。
优选地，步骤(7)中铜细粉末在氢气氛围中进行还原。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
本发明提出的废线路板回收处理工艺，主要采用机械物理法，避免了冶金工艺，因此具有流程短、能耗低、污染小的特点，能够得到可用于粉末冶金的纯铜粉末，实现金属铜的直接材料化应用。本工艺中产生的少量尾矿可以进入冶金流程进一步回收，实现金属的全回收。
附图说明
图1为实施例提供的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本实施例提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将100kg废线路板破碎5mm以下并采用气流分选方式实现金属和非金属的初步分离，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体采用锤式破碎机破碎至0.5mm以下，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除大部分非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；
球磨条件为在湿磨的条件下，水的体积与金属富集体的质量比为1ml/g，球磨转速为400r/min，球料质量比20:1，球磨时间为4h。
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浓盐酸浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，浸出过程中浓盐酸浓度控制在10mol/L，浸出温度控制在75℃，浸出时间控制在1h，浓盐酸相对铜富集体的添加量控制在1.5ml/g，在此条件下可将杂质金属最大程度的浸出，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，球磨转速控制在400r/min，球磨时间控制在7h，球料质量比为20:1，过程控制剂为环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2ml/g，在此条件下可实现铜颗粒粒径的高效细化，细化后的粒径分布在7～45μm之间，得到铜细粉末；将铜细粉末再经稀盐酸，稀盐酸的浓度为2mol/L，浸除铁，得纯铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的纯铜细粉末用氢气还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。纯铜粉末中铜的纯度达到99.39wt.％，整个工艺流程铜的直接回收率达到60％以上。
实施例2
本实施例提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将100kg废线路板破碎5mm以下并采用气流分选方式实现金属和非金属的初步分离，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体采用锤式破碎机破碎至0.5mm以下，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除大部分非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；球磨条件为在湿磨的条件下，水的体积与金属富集体的质量比为1ml/g，球磨转速为400r/min，球料质量比20:1，球磨时间为4h。
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浓盐酸浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，浸出过程中浓盐酸浓度控制在6mol/L，浸出温度控制在110℃，浸出时间控制在0.5h，浓盐酸相对铜富集体的添加量控制在1.5ml/g，在此条件下可将杂质金属最大程度的浸出，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，球磨转速控制在400r/min，球磨时间控制在7h，球料质量比为20:1，过程控制剂为环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2ml/g，在此条件下可实现铜颗粒粒径的高效细化，细化后的粒径分布在7～45μm之间，得到铜细粉末；将铜细粉末再经稀盐酸，稀盐酸的浓度为2mol/L，浸除铁，得纯铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的纯铜细粉末用氢气还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。纯铜粉末中铜的纯度达到97.12wt.％，整个工艺流程铜的直接回收率达到60％以上。
实施例3
本实施例提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将100kg废线路板破碎5mm以下并采用气流分选方式实现金属和非金属的初步分离，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体采用锤式破碎机破碎至0.5mm以下，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除大部分非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；球磨条件为在湿磨的条件下，水的体积与金属富集体的质量比为1ml/g，球磨转速为400r/min，球料质量比20:1，球磨时间为4h。
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浓盐酸浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，浸出过程中浓盐酸浓度控制在10mol/L，浸出温度控制在75℃，浸出时间控制在0.5h，浓盐酸相对铜富集体的添加量控制在1.5ml/g，在此条件下可将杂质金属最大程度的浸出，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，球磨转速控制在400r/min，球磨时间控制在7h，球料质量比为20:1，过程控制剂为环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2ml/g，在此条件下可实现铜颗粒粒径的高效细化，细化后的粒径分布在7～45μm之间，得到铜细粉末；将铜细粉末再经稀盐酸，稀盐酸的浓度为2mol/L，浸除铁，得纯铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的纯铜细粉末用氢气还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。纯铜粉末中铜的纯度达到99.02wt.％，整个工艺流程铜的直接回收率达到60％以上。
实施例4
本实施例提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将100kg废线路板破碎5mm以下并采用气流分选方式实现金属和非金属的初步分离，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体采用锤式破碎机破碎至0.5mm以下，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除大部分非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；球磨条件为在湿磨的条件下，水的体积与金属富集体的质量比为1ml/g，球磨转速为400r/min，球料质量比20:1，球磨时间为4h。
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浓盐酸浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，浸出过程中浓盐酸浓度控制在10mol/L，浸出温度控制在75℃，浸出时间控制在1h，浓盐酸相对铜富集体的添加量控制在1.5ml/g，在此条件下可将杂质金属最大程度的浸出，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，球磨转速控制在400r/min，球磨时间控制在6h，球料质量比为20:1，过程控制剂为环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2ml/g，在此条件下可实现铜颗粒粒径的高效细化，细化后的粒径分布在7～45μm之间，得到铜细粉末；将铜细粉末再经稀盐酸，稀盐酸的浓度为2mol/L，浸除铁，得纯铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的纯铜细粉末用氢气还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。纯铜粉末中铜的纯度达到99.39wt.％，整个工艺流程铜的直接回收率达到52％以上。
实施例5
本实施例提供了一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将100kg废线路板破碎5mm以下并采用气流分选方式实现金属和非金属的初步分离，得到金属富集体；
(2)将步骤(1)所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
(3)将步骤(2)所得到的有色金属富集体采用锤式破碎机破碎至0.5mm以下，用筛网筛分得到大于200目的物料；
(4)将步骤(3)所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除大部分非金属，提高金属富集体中金属的含量；
(5)将步骤(4)所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；球磨条件为在湿磨的条件下，水的体积与金属富集体的质量比为1ml/g，球磨转速为400r/min，球料质量比20:1，球磨时间为4h。
(6)将步骤(5)所得到的铜富集体用浓盐酸浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，浸出过程中浓盐酸浓度控制在10mol/L，浸出温度控制在35℃，
浸出时间控制在1h，浓盐酸相对铜富集体的添加量控制在1.5ml/g，在此条件下可将杂质金属最大程度的浸出，固液分离，获得纯铜粗粉末；
(7)将步骤(6)所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，球磨转速控制在400r/min，球磨时间控制在7h，球料质量比为20:1，过程控制剂为环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2ml/g，在此条件下可实现铜颗粒粒径的高效细化，细化后的粒径分布在7～45μm之间，得到铜细粉末；将铜细粉末再经稀盐酸，稀盐酸的浓度为2mol/L，浸除铁，得纯铜细粉末；
(8)将步骤(7)所得到的纯铜细粉末用氢气还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。纯铜粉末中铜的纯度达到96.19wt.％，整个工艺流程铜的直接回收率达到60％以上。
实施例1至5中，在浓盐酸浸出杂质金属的工艺中，在浸出杂质金属后会产生含Sn、Pb、Fe、Cu、Zn的酸性溶液(浸出液Ⅰ)，废液经过蒸馏回收盐酸，盐酸可循环回用。溶液中的金属离子可通过电解等方式回收，剩余废水经过中和处理达标后排放。对于酸浸除铁的工艺中产生的少量酸性废液(浸出液Ⅱ)，废液中主要含Fe2+及少量的Cu2+离子，可通过添加适量Fe粉将Cu置换出，再调节溶液的pH值，使其中的亚铁离子形成氢氧化铁沉淀，再经过滤可将其去除，废水经过中和处理达标后排放。摇床分选产生的废水经过简单的过滤即可循环使用。
对物料破碎筛分后得到的200目以下的尾矿以及在球磨除杂工艺中筛分得到的200目以下的尾矿，其中的主要成分及含量相似，都富含Cu、Sn、Pb等有价金属，可通过火法冶金的方式将其回收，实现金属资源循环。对于由磁选工艺得到的铁磁性物质富集体(主要含Fe)，可作为炼钢原料。对于摇床分选产生的尾矿，其中主要的金属元素是Cu，还有少量的Sn、Pb，剩余的大部分是非金属，可通过湿法冶金的方式将尾矿中的有价金属回收，实现金属资源循环。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将废线路板破碎后进行初步物理分选，得到金属富集体；
（2）将步骤（1）所得到的金属富集体进行磁选，分离出铁磁性金属，获得有色金属富集体；
（3）将步骤（2）所得到的有色金属富集体进一步粉碎后，用筛网筛分得到大于200目的物料；
（4）将步骤（3）所得到的大于200目的物料采用摇床分选，去除非金属，提高金属富集体中金属的含量；
（5）将步骤（4）所得到的金属富集体进行球磨处理，将残余非金属和部分锡铅焊料磨碎后筛分去除，进一步提高金属富集体中铜的含量，得铜富集体；所述球磨采用行星式球磨机，以湿磨的方式进行球磨，球磨的溶剂为水或环己烷，水或环己烷的体积与金属富集体的质量比为0.2~1 ml/g，球磨转速为300~500 r/min，球磨时间为2~10 h，球料质量比为15:1~100:1；
（6）将步骤（5）所得到的铜富集体用浸出剂浸出，将锡、铅、铁杂质金属去除，固液分离，获得纯铜粗粉末；
（7）将步骤（6）所得到的纯铜粗粉末用高能球磨将其细化，得到铜细粉末；所述高能球磨采用行星式高能球磨机，球磨转速为300~500 r/min，球磨时间为6~20 h，球料质量比为15:1~100:1，过程控制剂为水或环己烷，过程控制剂的体积与纯铜粗粉末的质量比为0.2~2ml/g；
（8）将步骤（7）所得到的铜细粉末进行还原，得到可直接用于粉末冶金的纯铜粉末。
2.根据权利要求1所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，步骤（1）中，采用破碎机将废线路板破碎处理至5 mm以下，所述物理分选为气流分选。
3.根据权利要求1所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，步骤（3）中，采用锤式粉碎机将步骤（2）所得到的有色金属富集体粉碎至0.5 mm以下。
4.根据权利要求1所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，步骤（6）中，所述浸出剂为浓盐酸，所述浓盐酸的浓度为6~10 mol/L，浸出温度为30~90 ℃，浸出时间为0.5~3h，浸出剂相对铜富集体的添加量为1~3 ml/g。
5.根据权利要求1所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，步骤（7）中所述高能球磨采用的是不锈钢磨球，球磨后铜细粉末会存在Fe污染，用稀酸浸出除铁，稀酸的浓度为1~3 mol/L，固液分离后，得纯铜细粉末。
6.根据权利要求4所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，用浓盐酸浸出过程中发生的主要反应为：
Figure 330975DEST_PATH_IMAGE002
(1)
Figure 61164DEST_PATH_IMAGE004
(2)
Figure 637639DEST_PATH_IMAGE006
(3)。
7.根据权利要求5所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，所述稀酸为盐酸。
8.根据权利要求1所述的机械物理法处理废线路板制备纯铜粉末的工艺，其特征在于，步骤（7）中铜细粉末在氢气氛围中进行还原。
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