CN113020219A - 一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，属于电子废弃物资源化回收技术领域。本发明首先利用热风枪将元器件拆解，在此过程中将少部分非金属碳化，使元器件中部分金属与非金属分离，便于后续金属的解离；之后利用金属延展性差异，进行初破碎筛分，将部分延展性高的铜，大部分铝与延展性低的铁分离；接着将一次破碎筛下物料进行二次破碎筛分，使金属完全解离，通过静电分选使用高品位金属粉末与非金属粉末高效分离；接着将高含铁量金属粉末通过磁选工艺分离铁磁性金属和非磁性金属；最后将铁磁性金属粉末经过球磨，得到细粒经低铁含量金属粉末(主要含铜以及贵金属)。
Description
技术领域
本发明属于电子废弃物资源化回收技术领域，一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法。
背景技术
印刷线路板是电子工业的基础，存在于手机用板、电视机用板、音响设备用板、平板电脑用板、照相机用板、LED用板等设备中，种类繁多，数量巨大。废旧线路板上的元器件种类繁多，主要由高分子聚合物、树脂、玻璃纤维和多类金属成分组成。由于科学技术不断发展，并且人们对电子产品功能的追求不断提升，电子产品的换代更新周期越来越短，其数量急剧上升，从而导致电子废弃物的数量日益增多。据国家环保部统计，目前我国电子废弃物年产量约为200万吨。以手机为例，据工信部预测，在5G商用后，我国年废旧手机数量将增至5.24亿台。有研究报告显示，预计到2030年，我国电子产品废弃量将超过2700万吨。随着电子产品产销量不断上升，会产生大量的废元器件等，贵金属资源大量消耗，将导致贵金属资源短缺。如果这些电子废弃物不经合理有效处置，会造成环境污染，致使环境问题将更加突出。废旧线路板元器件的资源循环利用已经成为实现我国可持续发展所面临的诸多亟待解决的问题之一。开展废旧线路板元器件的回收利用相关工作，可使WPCB中的二次资源得到资源化和无害化处置，可变废为宝、节约资源、保护环境。可实现贵金属资源的重复利用，同时实现可观的环境效益和经济效益，对于加速推进人类可持续发展的进程具有重大意义。
据统计废旧线路板元器件中金属总含量约占40％，非金属含量约占60％，所具有的回收价值很高。主要含有金属铝、铜、镍、铁、锌、锡等普通金属，并且含有金、银、铂、钯等贵金属，线路板元器件中贵金属含量很高，可达天然矿石的数十倍甚至百倍以上。如果资源化处理，高效提取其中的贵金属，将会带来可观的经济效益。并且我国人均矿产资源量很少，如果将其中品位很高的贵金属提取出来，将一定程度上缓解资源匮乏的状况。
目前废弃线路板元器件的有价金属回收方法种类繁多，以下列三种方法为主：(1)机械法；(2)湿法处理；(3)火法处理。并且还有超临界流体法、微生物处理法、微波处理法等。
机械法：采用物理方法，先对WPCB进行拆解，使其中的元器件与基板分离，元器件通过振动筛选分类以便于回收。然后通过撞击、剪切、挤压等破碎方式使不同金属与非金属完全解离成粉末。最后利用物料各自的物理性质，根据各组分的密度、磁性、电导率的差异将粉末分离，实现金属与非金属的分离。该方法缺点是产物纯度不高。但是优点是工艺流程简单，成本低且环境友好。
湿法处理：湿法浸出技术主要通过用硝酸、盐酸等作为氧化剂，通过单级或多级反应将废旧手机元器件中几乎所有金属溶解到溶液中。还有一类方法利用某些特定化合物的溶液作为溶剂，该物质一般具有对于金属的选择性，将特定金属溶解到溶液中，例如氰化法、硫酸进出等。湿法处理具有适应性广泛，金属回收率高且产物纯度较高的优势，但缺点也较为突出，处理流程较长，过程中加入了大量的酸以及碱，对环境有一定的污染。
火法处理：火法处理利用高温加热物料，使金属与非金属分离，金属呈熔融态可利用电解法进行处理，经电解后得到铜和阳极泥。非金属以残渣形势去除，并且可以得到热解油、热解气。但是火法处理消耗能源大，成本高，并且环境污染严重。
废线路板元器件中铜和铁的含量较高，铜以单质形式为主，铁大多以磁性物质为主。通过破碎磁选工艺，可将绝大部分铁去除。得到铜及其他金属富集体，以便后续分离回收铜以及湿法回收贵金属等。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低且环境友好的分离并回收废弃线路板中金属的方法。
本发明这种分离并回收废弃线路板中金属的方法，包括以下步骤：
(1)利用热风枪将元器件从废线路板上拆解下来；
(2)利用剪切式破碎机将元器件进行初破碎，并进行筛分；筛上物料为延展性高的铝、大粒径的铜以及大粒径非金属混合物；筛下物料为延展性低的铁、小粒径的铜等金属以及非金属混合物；所述的大粒径、小粒径为以筛孔为界限进行区分的粒径；
(3)如果经过步骤(2)初破碎后，金属解离程度较低对后续磁选不利，则需要进行二次破碎，将步骤(2)中筛下物料利用万能破碎机破碎至0.5mm粒径；再经分选过程，分别得到筛下物料的金属和筛下物料的非金属；
(4)将步骤(3)中得到的筛下物料的金属进行磁选，得到铁磁性金属和非磁性金属；
(5)将步骤(4)中得到的非磁性金属进行高能球磨，得到细粒度低铁含量金属粉末。
所述步骤(1)中，热风枪拆解温度为300-500℃。
所述步骤(2)中，剪切式破碎机破碎后的物料筛分为5mm筛上物料和5mm筛下物料。
所述步骤(3)中，所述的分选为静电分选，可得到高品位金属富集体和非金属混合物。
所述步骤(4)中，磁选所设定的磁场强度为150-300mT。
所述步骤(5)中，球磨在行星式球磨机中进行，所述球料比为10:1-50:1，所述球磨时间为2-10h，所述球磨机转速为200-500r/min。
本发明的原理：废线路板元器件中含有大量铁、铜等普通金属，同时也含有少量贵金属。现有技术在湿法回收废线路板元器件中贵金属时，通常将元器件破碎后直接利用湿法冶金技术进行回收，在处理过程中大量的铁、铜等金属品位较高，会影响贵金属的回收率。因而先利用物理回收方法将大部分铁，部分铜和其他普通金属分离，可有效降低后续贵金属回收步骤中普通金属的影响。本发明首先利用热风枪将元器件拆解，在此过程中将少部分非金属碳化，使元器件中部分金属与非金属分离，便于后续金属的解离；之后利用金属延展性差异，进行初破碎筛分，将部分延展性高的铜、绝大部分铝与延展性低的铁等金属分离；接着将一次破碎筛下物料进行二次破碎筛分，使金属完全解离，通过静电分选使高品位金属粉末与非金属粉末高效分离；接着将高含铁量金属粉末通过磁选工艺分离，得到铁磁性金属和非磁性金属；最后将非磁性金属粉末经过球磨，得到细粒经低铁含量金属粉末(主要含铜以及贵金属)。
本发明的有益效果：(1)本发明利用金属的延展性，破碎筛分出部分铜(30-40％)和大部分铝(80％-95％)，大颗粒的铜、铝等金属可作为湿法冶金等原料。(2)将一次破碎筛下物料经二次破碎至0.5mm，使金属完全解离，以提升后续磁选除铁效果。(3)静电分选在分选方法中分选精度较高，适用于细粒经粉末分选。经静电分选后得到高品位金属粉末和非金属粉末，将非金属粉末与(1)中非金属颗粒可作为热解得到热解油、热解气的原料。(4)通过磁选得到磁性金属粉末(铁含量80％-90％)和非磁性金属粉末(铁含量10％-15％、铜含量60％-70％)。(5)将非磁性金属粉末经球磨进一步细化，得到细粒经低铁含量金属粉末，粒径分布在10-40μm之间可作为粉末冶金以及贵金属湿法处理的原料。(6)本发明的方法简单，易实现规模化生产。
附图说明
图1本发明的工艺流程图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
利用热风枪在450℃条件下，将元器件的从废旧台式电脑线路板上拆解下来。按比例取各类元器件进行成分分析测定，综合得到的结果如下：铁含量为22.93％(其中近一成为单质)、铜含量为32.65％(其中八成为单质)、铝含量为8.53％，硅含量为26.92％。
如图1工艺流程所示，将拆解后的台式电脑元器件利用剪切式破碎机进行初破碎，破碎后利用5mm筛孔进行筛分，得到以铜(占铜总量的33.49％)、铝(占铝总量的85.83％)为主的筛上金属颗粒，和筛下金属与非金属混合颗粒。
利用万能破碎机将筛下金属与非金属混合颗粒二次破碎后，得到0.5mm粒径的混合粉末，再经静电分选得到金属粉末和非金属粉末(主要为硅)。将金属粉末在200mT磁场强度下磁选分离，得到铁磁性金属粉末(占铁总量的87.27％)和非磁性金属粉末利用行星式球磨机将非磁性金属粉末进行高能球磨，所述球料比为25:1，所述球磨时间为6h，所述球磨机转速为300r/min。经球磨后得到细粒经低铁含量金属粉末(铜品位为84.27％、铁品位的7.52％)，粒度在15-40μm之间。
实施例2
利用热风枪在400℃条件下，将元器件的从废旧笔记本电脑线路板上拆解下来。按比例取各类元器件进行成分分析测定，综合得到的结果如下：铁含量为23.59％(其中少于一成为单质)、铜含量为33.28％(其中近九成为单质)、铝含量为7.37％，硅含量为29.32％。
如图1工艺流程所示，将拆解后的废旧笔记本电脑元器件利用剪切式破碎机进行初破碎，破碎后利用5mm筛孔进行筛分，得到以铜(占铜总量的35.37％)、铝(占铝总量的87.49％)为主的筛上金属颗粒，和筛下金属与非金属混合颗粒。利用万能破碎机将筛下金属与非金属混合颗粒二次破碎后，得到0.5mm粒径的混合粉末，再经静电分选得到金属粉末和非金属粉末(主要为硅)。将金属粉末在250mT磁场强度下磁选分离，得到铁磁性金属粉末(占铁总量的89.54％)和非磁性金属粉末.
利用行星式球磨机将非磁性金属粉末进行高能球磨，所述球料比为35:1，所述球磨时间为8h，所述球磨机转速为350r/min。经球磨后得到细粒经低铁含量金属粉末(铜品位为86.64％、铁品位的5.95％)，粒度在10-30μm之间。
实施例3
利用热风枪在350℃条件下，将元器件的从废旧电视机线路板上拆解下来。按比例取各类元器件进行成分分析测定，综合得到的结果如下：铁含量为20.46％(其中近一成)、铜含量为35.71％(其中近九成为单质)、铝含量为8.52％，硅含量为27.84％。
如图1工艺流程所示，将拆解后的废旧电视机元器件利用剪切式破碎机进行初破碎，破碎后利用5mm筛孔进行筛分，得到以铜(占铜总量的37.72％)、铝(占铝总量的90.62％)为主的筛上金属颗粒，和筛下金属与非金属混合颗粒。
利用万能破碎机将筛下金属与非金属混合颗粒二次破碎后，得到0.5mm粒径的混合粉末，再经静电分选得到金属粉末和非金属粉末(主要为硅、塑料)。将金属粉末在225mT磁场强度下磁选分离，得到铁磁性金属粉末(占铁总量的86.54％)和非磁性金属粉末.
利用行星式球磨机将非磁性金属粉末进行高能球磨，所述球料比为30:1，所述球磨时间为9h，所述球磨机转速为400r/min。经球磨后得到细粒经低铁含量金属粉末(铜品位为85.42％、铁品位的6.37％)，粒度在10-30μm之间。
实施例4
利用热风枪在300℃条件下，将元器件的从废旧手机线路板上拆解下来。按比例取各类元器件进行成分分析测定，综合得到的结果如下：铁含量为12.68％(少于一成为单质)、铜含量为22.37％(其中近九成为单质)、铝含量为4.67％，硅含量为31.46％。
如图1工艺流程所示，将拆解后的废旧手机元器件利用剪切式破碎机进行初破碎，破碎后利用5mm筛孔进行筛分，得到以铜(占铜总量的32.63％)、铝(占铝总量的92.71％)为主的筛上金属颗粒，和筛下金属与非金属混合颗粒。
利用万能破碎机将筛下金属与非金属混合颗粒二次破碎后，得到0.5mm粒径的混合粉末，再经静电分选得到金属粉末和非金属粉末(主要为硅、塑料)。将金属粉末在200mT磁场强度下磁选分离，得到铁磁性金属粉末(占铁总量的86.35％)和非磁性金属粉末.
利用行星式球磨机将非磁性金属粉末进行高能球磨，所述球料比为25:1，所述球磨时间为5h，所述球磨机转速为500r/min。经球磨后得到细粒经低铁含量金属粉末(铜品位为84.38％、铁品位的5.79％)，粒度在10-25μm之间。
实施例5
利用热风枪在300℃条件下，将元器件的从废旧平板电脑线路板上拆解下来。按比例取各类元器件进行成分分析测定，综合得到的结果如下：铁含量为10.49％(其中少于一成为单质)、铜含量为23.59％(其中九成为单质)、铝含量为4.52％，硅含量为33.27％。
如图1工艺流程所示，将拆解后的废旧平板电脑元器件利用剪切式破碎机进行初破碎，破碎后利用5mm筛孔进行筛分，得到以铜(占铜总量的34.27％)、铝(占铝总量的93.82％)为主的筛上金属颗粒，和筛下金属与非金属混合颗粒。
利用万能破碎机将筛下金属与非金属混合颗粒二次破碎后，得到0.5mm粒径的混合粉末，再经静电分选得到金属粉末和非金属粉末(主要为硅、塑料)。将金属粉末在300mT磁场强度下磁选分离，得到铁磁性金属粉末(占铁总量的90.05％)和非磁性金属粉末.
利用行星式球磨机将非磁性金属粉末进行高能球磨，所述球料比为50:1，所述球磨时间为6h，所述球磨机转速为450r/min。经球磨后得到细粒经低铁含量金属粉末(铜品位为86.49％、铁品位的5.92％)，粒度在10-25μm之间。
Claims (6)
1.一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用热风枪将元器件从废线路板上拆解下来；
(2)利用剪切式破碎机将元器件进行初破碎，并进行筛分；筛上物料为延展性高的铝、大粒径的铜以及大粒径非金属混合物；筛下物料为延展性低的铁、小粒径的铜等金属以及非金属混合物；所述的大粒径、小粒径为以筛孔为界限进行区分的粒径；
(3)如果经过步骤(2)初破碎后，金属解离程度较低对后续磁选不利，则需要进行二次破碎，将步骤(2)中筛下物料利用万能破碎机破碎至0.5mm粒径；再经分选过程，分别得到筛下物料的金属和筛下物料的非金属；
(4)将步骤(3)中得到的筛下物料的金属进行磁选，得到铁磁性金属和非磁性金属；
(5)将步骤(4)中得到的非磁性金属进行高能球磨，得到细粒度低铁含量金属粉末。
2.按照权利要求1所述的一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，步骤(1)中，热风枪拆解温度为300-500℃。
3.按照权利要求1所述的一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，剪切式破碎机破碎后的物料筛分为5mm筛上物料和5mm筛下物料。
4.按照权利要求1所述的一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述的分选为静电分选，可得到高品位金属富集体和非金属混合物。
5.按照权利要求1所述的一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，磁选所设定的磁场强度为150-300mT。
6.按照权利要求1所述的一种机械物理法处理废线路板元器件制备低铁含量金属粉末的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，球磨在行星式球磨机中进行，所述球料比为10:1-50:1，所述球磨时间为2-10h，所述球磨机转速为200-500r/min。
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