电解法对WPCBs中金属与非金属的分离

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摘 要：本文以废旧印刷线路板（WPCBs）粉末为原料，采用电解法对wpcbs中的金属和非金属进行分离。研究了CuSO4・5H2O浓度、NaCl浓度、H2SO4浓度以及电流密度对各金属回收率的影响结果表明：在最佳的电解条件下，总金属的回收率为95.56%，此种方法可以实现WPCBs中金属于非金属的分离。

关键词：WPCBs；电解；金属；非金属

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.046

0 引 言

印刷路板是电子电器产品中的基本构件，几乎存在于所有电子产品中。随着电子电器产品更新换代速度的加快，大量的WPCBs产生。而WPCBs中存在的高品位金属的高价值性和有毒有害物质的高危害性使得对其的资源化研究具有十分重要的意义。

1 实验部分

经机械处理的WPCBs粉末，烘干后用HNO3-H2O2-HF[1]体系微波消解，后采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定消解液中各金属含量。阴极为纯度为99.5%的铜板。WPCBs样品中各金属的含量分别为：Cu为56.64%、Sn为1.4%、Pb为4.22%、Zn为0.38%、Al为1.16%、Fe为5.96%等。实验所用的试剂，如无特殊说明均为分析纯。

本实验所用的电解槽为10×6×7 cm的矩形容器，中间用双层滤布隔开，分为阳级室和阴极室两个反应室。称取6 gWPCBs样品置于阳级室，加入提前配制好的电解液，接通电源，电解4 h。电解反应结束之后收集得到的阴极铜粉经烘干称量后，充分消解用ICP测定各金属离子浓度。

2 实验结果与讨论

在电解过程中，各金属会发生不同程度的还原反应，共同沉积在阴极。标准电极电位（势），指的是当温度为25℃，金属离子的有效浓度为1 mol/L（即活度为1）时测得的平衡电位。标准电极电位越小，物质的还原态的还原能力越强，其对应的氧化态的氧化能力就越弱；反之，标准电极电位越大，物质的氧化态的氧化能力越强，其对应的还原态的还原能力越弱。电解时金属的行为取决于其自身的电位和电解液的组成。在WPCBs样品的电化学反应过程中，理论上Al、Cr等金属元素比Cu先氧化进入电解液，在阴极应该是比Cu后还原析出。

CuSO4q5H2O、NaCl、H2SO4、电流密度和电解时间对金属的回收率和Cu的电流效率均有不同程度的影响。NaCl浓度、H2SO4浓度和电解时间增加时，Cu的回收率呈现升高的趋势，总金属的回收率也呈现升高的趋势；CuSO4q5H2O浓度和电流密度增加时，Cu的回收率和总金属的回收率均呈现先升高后降低的趋势。Cu的电流效率随着CuSO4q5H2O浓度、H2SO4浓度的增加而增加，随着电流密度和电解时间的增加而减小，而当NaCl浓度增加时，Cu的电流效率呈现先增大后减小的趋势。

当CuSO4・5H2O浓度为30 g/L，NaCl浓度为60 g/L，H2SO4浓度为130 g/L，电流密度为80 mA/cm2，WPCBs添加量为6 g，电解时间为4 h时，总金属的回收率达到95.56%。对该条件下得到的金属粉末分析测试的结果表明，此时Cu的纯度为97.2%，Pb、Sn、Zn、Fe、Al等的含量分别为0.40%、0.16%、0.29%、1.24%、0.59%。

图1为最佳电解条件下得到阴极铜粉的XRD图谱扫描。从图1可以看出，Cu的衍射峰远远高于其他金属，是主要物相，这与消解分析的结果一致。图2为对电解铜粉进行扫描电子显微镜（a）和能谱仪（b）（SEM&EDS）的图片。从图2（a）中可以看出，金属铜晶体呈枝晶状结构；从图2（b）中可以看出，得到铜粉的纯度很高（需要指出的是，在EDS测试时，样品基底用的是铝箔纸，所以在能谱图片上出现氯离子的峰），几乎没有其他杂质金属出现，说明在电动力学处理过程中得到的铜粉的纯度较高。

3 结 论

采用电解法回收WPCBs中的金属，总金属的回收率为95.56%，其中Cu的回收率为94.45%。这表明电动力学处理技术可以成功的实现WPCBs中金属与非金属的分离。

参考文献：

[1]Veit H M，Bernardes A M，Ferreira J Z，et al.Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy[J].Journal of Hazardous Materials，2006（137）：1704-1709

基金项目：西南科技大学研究生创新基金项目（15ycx039）