CN111663045B - 一种废弃线路板资源综合回收工艺 - Google Patents

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Abstract

一种废弃线路板资源综合回收工艺，包括如下步骤：(1)将已拆解电子元器件的废弃线路板进行冲压预处理，使得多层复合材料初步解离，回收非金属材料；(2)将剩余废弃线路板进行三段式破碎后进行跳汰分选，得到非金属粉末与金属粉末；(3)金属粉末分离得到粗铜和细粒多金属混合物；(4)将细粒多金属混合物进行碱浸，固液分离得到含铅、锡的浸出液和含铜浸出渣，含铅、锡的浸出液中加入硫化钠沉淀剂，固液分离得到含铅沉淀和含锡溶液，含锡溶液经旋流电积回收锡后返回至碱浸工序，含铜浸出渣回收细粒铜。本发明实现了对废弃电路板的全资源回收，具有回收效率高、无污染、操作简单等点，适用于工业上大规模回收废弃线路板。

Description

一种废弃线路板资源综合回收工艺
技术领域
本发明公开了一种废弃线路板高效综合回收工艺，涉及废弃资源回收领域。
背景技术
近年来，我国电子信息行业发展不断取得新的成就，2018年电子制造业收入规模10.6万亿元，增长9.0％，高于工业平均水平3.4个百分点，其中电子器件行业生产平稳快速增长，印刷电路板做为电子器件的承载者，广泛应用于军工、医疗、通讯、智能手机、工业控制等高新技术领域，其制造业也得到了迅猛发展。从2006年开始，中国超过日本成为全球产值最大、增长速度最快的印刷电路板制造基地，并已成为推动全球印刷电路板行业发展的主要增长动力。2012年中国大陆印刷电路板产值达到216.36亿美元，占全球印刷电路板总产值的39.84％。2008年至2012年，中国印刷电路板产值的年均复合增长率达到9.52％，高于全球增长水平。印刷电路板的扩大生产和广泛应用，导致废弃电路板以5～10％的年增长速度递增。
印刷电路板作为玻璃纤维强化树脂和多种金属的混合物，一方面包含可回收的金属种类多，以铜为主，此外还有金、锡、铝等金属，并且金属品位高，相当于普通矿物中的几十倍以上，具有很高的资源回收价值；另外一方面，铅、镉、溴化阻燃剂等多种重金属和有害物质的存在，假如不妥善处理和处置，会对环境造成严重的危害。近年来，废弃电路板回收利用不足和处置不当引起的高污染事件频发逐渐引起人们的广泛关注，无害化回收与利用已成为急需解决的热点问题。并且在2004年，国家发改委组织实施的资源综合利用国家重大产业技术开发专项已经把“印刷线路板回收利用与无害化处理技术”列入“再生资源综合利用”的重点开发内容之一，推动了废弃电路板回收与利用技术的发展。
目前，现有的废弃线路板回收方法主要包括：化学处理法、生物浸出法和物理分选法。
化学处理法：主要以火法冶金和湿法冶金为主。火法回收电路板中的贵金属，具有方法简单、回收率高等特点，但印刷电路板基板主要为环氧树脂覆铜板，因环氧树脂的易燃特性，工业上一般在环氧树脂中加入一定的阻燃剂，然而普遍使用含卤阻燃剂，在焚烧的过程中会产生二噁英等剧毒有害气体，处理不当会对环境造成巨大的伤害；湿法冶金，相较于火法，排出的废气较少，浸出液可以循环利用，浸出渣也容易处理，但在回收过程中会产生大量废液，需要额外进行收集和处理；
生物浸出法：通过微生物溶解废弃电路板中的金属并回收，其生长所需的能量来自浸出液中的金属离子，另外在辅以氮、磷等营养成分，故培养成本极低，对环境无污染；但生物浸出的氧化速度慢，浸出时间长，项目回报周期长，难以大规模使用。
物理分选法：通过破碎和分选步骤解离和富集物料，在废弃线路板的物理分选处置技术中，破碎后的物料根据其物理性质的不同进行分选和富集，包括重力分选、色选、电选等。由于废弃线路板成分复杂，而且有机树脂与金属及非金属粘结紧密，导致分选效率低且能耗大等问题，目前有研究表明在破碎工艺中加入粉碎流程能够提高分选效率，但线路板各种材料之间柔性不同，在粉碎过程中很难保证在材料完全解离的同时，脆性金属不过磨，因此物理分选技术多用于废弃线路板的拆解和预处理过程。
申请号为201210496514.1公开了一种废线路板处理办法，该方法首先将线路板直接破碎，再磁选除铁，然后静电去除树脂粉末，回收金属粉末；用混合酸在过氧化氢的催化作用下溶解金属粉末；然后过滤溶解液得到含金属溶液的溶液；最后用离子交换树脂提取金属。这种方法处理线路板效率低，成本高。处理过程中产生大量的废酸，对环境造成二次污染。
申请号为200510084196.8公开了一种废旧印刷电路板资源回收的方法。首先将已拆解电子元器件的废旧印刷电路板通过双轴式剪切破碎机，然后对破碎产物进行常压热解，再在剪切细碎机中进行细碎，分离金属与非金属；细碎产品磁选去除铁磁性物质；剩余物料采用高频气力分选机按密度分离金属与非金属。进行机械破碎后再热解进一步粉碎分离。这种方法处理废旧电路板能耗过高；热解过程中产生的含卤气体会污染环境。
申请号201610136811.3公开了一种回收废电路板中有价金属的方法，包括以下步骤：将废电路板破碎、重选得到多金属粉末；用酸溶液对多金属粉末低温浸出，固液分离浸出液I和浸出渣I；向浸出渣I中加入酸溶液和氧化剂，搅拌浸出，过滤得到浸出液II和浸出渣II；浸出液II通过旋流电积得到阴极铜和电解液；浸出渣II中加入碱和还原剂进行熔炼，水浸，过滤，回收含有贵金属的粗铅和浸出液III；将浸出液III净化，蒸发浓缩，得到浓缩碱溶液和锡酸钠晶体。这种方法流程长，步骤繁琐，较难控制。
发明内容
为了解决现阶段废弃线路板回收技术以及无害化处理的不足之处，本发明的目的在于提出了一种废弃线路板资源综合回收工艺，实现了对废弃线路板高效回收并无害化处理。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种废弃线路板资源综合回收工艺，包括如下步骤：
(1)将已拆解电子元器件的废弃线路板进行冲压预处理，使得多层复合材料初步解离，回收非金属材料；
(2)将剩余废弃线路板进行三段式破碎后进行跳汰分选，得到非金属粉末与金属粉末；
(3)金属粉末分离得到粗铜和细粒多金属混合物；
(4)将细粒多金属混合物进行碱浸，固液分离得到含铅、锡的浸出液和含铜浸出渣，含铅、锡的浸出液中加入硫化钠沉淀剂，固液分离得到含铅沉淀和含锡溶液，含锡溶液经旋流电积回收锡后返回至碱浸工序，含铜浸出渣回收细粒铜。
进一步的，步骤(1)中，冲压预处理采用液压冲床，采用34.5～49.5L/min流量的定量泵，冲程为180～250mm，冲压时间为15～20n/min。
进一步的，步骤(2)中，三段式破碎的具体过程为：
粗碎，剩余废弃线路板先通过双轴剪切式破碎机粗碎，然后筛分，粒径大于20～25mm物料继续返回粗碎，粒径小于0.6mm物料收集备用，粒径为0.6～20mm物料进入中碎；
中碎，粒径为0.6～20mm物料进入锤式破碎机破碎，然后筛分，粒径大于1～2mm物料继续返回中碎，粒径小于0.6mm物料收集备用，粒径为0.6～1mm物料进入细碎；
细碎，粒径为0.6～1mm物料经过高速涡轮式破碎机细碎，然后筛分，粒径大于0.6mm物料继续返回细碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；
收集粗碎、中碎和细碎中得到的粒径小于0.6mm物料进入跳汰分选。
进一步的，在步骤(2)中，跳汰分选采用跳汰机，其工艺参数为：进料量500～600t/h，给料浓度30～40wt％，冲击次数120～180n/min，冲程12～30mm。
进一步的，步骤(3)中，分离采用超重力离心机，其工艺参数为：30～120倍重力加速度，进料量75～120t/h，给料浓度10～30wt％，水压0.4～1.2MPa。
进一步的，步骤(4)中，碱浸过程中，碱液浓度为2.0～2.5mol/L，液固比为3～5L/kg，压力为2～2.5MPa，浸出温度为130～150℃，浸出时间为3～4h；所述碱溶液为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或者几种。
进一步的，步骤(4)中，硫化钠在浸出液中初始质量分数为0.1‰～0.3‰。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的处理方法，在废弃线路板破碎前经冲压预处理，利用金属与基板延展性和脆性的差异性，实现多层复合材料间的初步解体和分离，提前回收已剥离大部分铜锡的非金属材料(低金属含量的基板块)，为随后的破碎流程减轻了负担。
(2)本发明的处理方法，采用三段式破碎工艺，能够提供更加灵活的破碎工艺配置，以满足不同尺寸入料的需求；对入料进行循环破碎，不仅能够保证破碎工艺的破碎效果，使得物料完全解离，更易于在随后的碱浸环节的溶解，而且还能避免硬度较低的锡金属过磨，为之后的跳汰分离提供了有利条件。
(3)本发明的处理方法，采用水力跳汰机分离金属粉末与非金属粉末，具有分选效率高、节能、处理量大、设备简单等特点。
(4)本发明的处理方法，采用超重力离心对金属粉末进一步分离，相较于传统机械分离，超重力离心能够改变物料之间的流动形态，降低传递阻力，因此，在拥有更小的生产装置体积的同时，还具有更高的分离效率。
(5)本发明的处理方法，采用碱浸处理，对细粒金属混合物进行分离，反应温度控制在130～150℃，在提高浸出率的同时，能够抑制金属间化合物的生成(铅，锡金属的原子在金属结合键的作用下，按一定比例化合，导致铅锡合金组成物的形成)；碱法浸出工艺产生的废水循环利用，综合成本降低，处理效果优良。
(6)整个回收过程效率高，能耗低，适合大规模废弃电路板的回收；无二次污染，工艺简单，易于控制。
附图说明
图1是本发明的一种废弃线路板资源综合回收工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明作进一步详述，这些描述并不是要对本发明的内容进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
表1废弃线路板化学组成(％，W)
Figure BDA0002540846530000051
实施例1
针对废弃线路板(各组分质量分数如表1)，进行综合回收，包括以下步骤：
(1)将已拆解电子元器件的废弃线路板置于液压冲床进行冲压预处理，采用34.5/min流量的定量泵，冲程180mm，冲压时间15n/min，已剥离大部分铜锡的低金属含量的非金属部分回收率为16.7％；
(2)将剩余废弃线路板先通过双轴剪切式破碎机粗碎，然后筛分，粒径大于20mm物料继续返回粗碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；粒径为0.6～20mm物料进入锤式破碎机中碎，然后筛分，粒径大于1mm物料继续返回中碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；粒径为0.6～1mm物料经过高速涡轮式破碎机细碎，然后筛分，粒径大于0.6mm物料继续返回细碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；
(3)粒径小于0.6mm物料置于跳汰机中，设定进料量500t/h，给料浓度30w％，冲击次数120n/min，冲程12mm，分离回收低金属含量的非金属粉末，回收率为79.5％；
(4)金属粉末置于超重力离心机，设定30倍重力加速度，给料量75t/h，给料浓度10w％，水压0.4MPa，分离得到粗粒铜和细粒多金属混合物，粗铜回收率为30.2％；
(5)细粒多金属混合物用2.0mol/L氢氧化钠溶液进行浸出，液固比为3L/kg，通过分压表和氧气阀控制反应釜内压力2MPa，设定反应釜搅拌速度1100rpm，，浸出温度150℃，反应时间3h，固液分离得到含铅、锡的浸出液和含铜浸出渣，在浸出液中加入硫化钠沉淀剂，硫化钠在浸出液中初始质量分数为0.1‰，固液分离得到含铅沉淀和含锡溶液，含锡溶液经旋流电积回收锡后返回至碱浸工序，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅98.4％、锡99.1％、铜69.2％。
对比例1
不采用冲压预处理，其他步骤与实施例1一致，三段式破碎、跳汰分选后低金属含量的非金属材料回收率为86.8％；超重力离心后，粗铜回收率为13.6％，；细粒多金属混合物碱法浸出，沉淀法固液分离分离回收铅，旋流电积回收锡，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅81.6％、锡84.3％、铜60.2％。
对比例2
不采用三段破碎，只使用单一的破碎流程(将已拆解电子元器件的废弃线路板置于剪碎机中直接一次破碎至0.6mm以下)，其他步骤与实施例1一致，已拆解电子元器件的废弃线路板经过冲压预处理后，已剥离大部分铜锡的非金属材料回收率为16.4％；破碎、跳汰分选后，低金属含量的非金属回收率为68.8％；超重力离心后，粗铜回收率为16.4％；细粒多金属混合物碱法浸出，沉淀法固液分离回收铅，旋流电积回收锡，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅87.7％、锡90.8％、铜62.1％。
实施例2
针对废弃线路板(各组分质量分数如表1)，进行综合回收，包括以下步骤：
(1)将已拆解电子元器件的废弃线路板置于液压冲床进行冲压预处理，采用49.5L/min流量的定量泵，冲程250mm，冲压时间20n/min，已剥离大部分铜锡的低金属含量的非金属材料回收率为19.2％；
(2)将剩余废弃线路板先通过双轴剪切式破碎机粗碎，然后筛分，粒径大于25mm物料继续返回粗碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；粒径为0.6～25mm物料进入锤式破碎机中碎，然后筛分，粒径大于2mm物料继续返回中碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；粒径为0.6～2mm物料经过高速涡轮式破碎机细碎，然后筛分，粒径大于0.6mm物料继续返回细碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；
(3)粒径小于0.6mm物料置于跳汰机中，设定给料量600t/h，给料浓度40w％，冲击次数180n/min，冲程30mm，分离回收低金属含量的非金属粉末，回收率为78.8％；
(4)金属粉末置于超重力离心机，设定120倍重力加速度，给料浓度40w％，给料量120t/h，水压0.8MPa，分离得到粗粒铜和细粒混合物，粗铜回收率32.9％；
(5)细粒多金属混合物用2.5mol/L氢氧化钠溶液进行浸出，液固比为5L/kg，通过分压表和氧气阀控制反应釜内压力2.5MPa，设定反应釜搅拌速度1100rpm，浸出温度150℃，反应时间4h，固液分离得到含铅、锡的浸出液和含铜浸出渣，在浸出液中加入硫化钠沉淀剂，使得硫化钠在浸出液中初始质量分数为0.3‰，固液分离得到含铅沉淀和含锡溶液，含锡溶液经旋流电积回收锡后返回至碱浸工序，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅99.1％、锡98.9％、铜65.2％。
对比例3
不采用冲压预处理，其他步骤与实施例2一致，三段式破碎、跳汰分选后低金属含量的非金属材料回收率为87.4％；超重力离心后，粗铜回收率为17.8％；细粒多金属混合物碱法浸出，沉淀法固液分离回收铅，旋流电积回收锡，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅83.6％、锡84.9％、铜70.2％。
对比例4
不采用三段式破碎，只使用单一的破碎流程(将已拆解电子元器件的废弃线路板置于剪碎机中直接一次破碎至0.6mm以下)，其他步骤与实施例2一致，已拆解电子元器件的废弃线路板经过冲压预处理后，已剥离大部分铜锡的非金属部分回收率为21.1％；破碎、跳汰分选后，低金属含量的非金属回收率为70.8％；超重力离心后，粗铜回收率为12.4％；细粒多金属混合物碱法浸出，沉淀法固液分离铅，旋流电积回收锡，含铜浸出渣重选分离残余基板杂质并回收细粒铜，各产品回收率为铅91.4％、锡92.8％、铜73.1％。

Claims (1)

1.一种废弃线路板资源综合回收工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将已拆解电子元器件的废弃线路板进行冲压预处理，使得多层复合材料初步解离，回收非金属材料；冲压预处理采用液压冲床，采用34.5~49.5L/min流量的定量泵，冲程为180~250mm，冲压时间为15~20n/min；
（2）将剩余废弃线路板进行三段式破碎，具体过程为：
粗碎，剩余废弃线路板先通过双轴剪切式破碎机粗碎，然后筛分，粒径大于20~25mm物料继续返回粗碎，粒径小于0.6mm物料收集备用，粒径为0.6~20mm物料进入中碎；
中碎，粒径为0.6~20mm物料进入锤式破碎机破碎，然后筛分，粒径大于1~2mm物料继续返回中碎，粒径小于0.6mm物料收集备用，粒径为0.6~1mm物料进入细碎；
细碎，粒径为0.6~1mm物料经过高速涡轮式破碎机细碎，然后筛分，粒径大于0.6mm物料继续返回细碎，粒径小于0.6mm物料收集备用；
收集粗碎、中碎和细碎中得到的粒径小于0.6mm物料进入跳汰分选，得到非金属粉末与金属粉末；跳汰分选采用跳汰机，其工艺参数为：进料量500~600t/h，给料浓度30~40wt%，冲击次数120~180n/min，冲程12~30mm；
（3）金属粉末分离得到粗铜和细粒多金属混合物；分离采用超重力离心机，其工艺参数为：30~120倍重力加速度，进料量75~120t/h，给料浓度10~30wt%，水压0.4~1.2MPa；
（4）将细粒多金属混合物进行碱浸，碱浸过程中，碱液浓度为2.0~2.5mol/L，液固比为3~5L/kg，压力为2~2.5MPa，浸出温度为130~150℃，浸出时间为3~4h；所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或者几种，固液分离得到含铅、锡的浸出液和含铜浸出渣，含铅、锡的浸出液中加入硫化钠沉淀剂，硫化钠在浸出液中初始质量分数为0.1‰~0.3‰，固液分离得到含铅沉淀和含锡溶液，含锡溶液经旋流电积回收锡后返回至碱浸工序，含铜浸出渣回收细粒铜。
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