随着电子工业的发展,贵金属金对于改进印刷线路板( PCBs) 的性能发挥着越来越重要的作用。如: 在印刷线路板生产过程中,采用化学镍金对线路板表面进行处理,用来防止线路板表面的铜被氧化或腐蚀,或用于焊接及应用于接触部位 ( 例如按键,内存条上的金手指等) [1]。废弃印刷线路板的数量也随着电子工业的迅猛发展而急剧增加,如果废弃印刷线路板中所含的稀贵金属不加以回收,这不仅将对环境造成严重污染,还会导致大量宝贵资源的浪费。废弃印刷线路板问题己经成为困扰全球可持续发展的新环境问题。因此,实现废弃印刷线路板的资源循环利用,对于保护环境,防治污染,节约资源,确保电子行业可持续发展,实现循环经济都具有重要的现实意义和很高的研究价值。本文阐述了废弃印刷线路板的构成特点及回收价值,并从废弃印刷线路板预处理、金属富集、金的浸出和浸出液中金的回收 4 方面详细介绍了黄金回收提取的整个过程所涉及的多种主要回收技术。同时,从经济效益、环境影响和工业化可行性等方面对各种回收技术进行对比分析,指出各种回收处理技术的优势及所存在的问题。
1 废弃印刷线路板的特点及回收价值
印刷线路板( printed circuit boards,PCBs) 作为电子元器件的支撑体,是电子、电器设备不可或缺的重要组成部分,已被广泛应用于冰箱、电脑、手机、U 盘等电气电子设备中。近年来,由于电子与信息行业的产品更新换代加速,导致废弃印刷线路板的数量在以惊人的速度逐年增加。
2 废弃线路板中金的回收处理技术
目前国内外从废弃印刷线路板中回收金的常规方法多按处理方式不同而进行分类总结,包含物理法、化学法和生物法等多种方法,缺少针对贵金属金的整个回收处理流程的总结分析,本文将从废线路板中黄金的回收提取的整个过程出发,从废弃印刷线路板预处理、金属富集、金的浸出和浸出液中金的回收 4 方面详细介绍废弃印刷线路板中黄金的回收处理技术。废线路板中黄金的回收流程及各流程的主要工艺如表 1 所示。
2. 1 废弃线路板预处理预处理过程包括拆解和破碎两步,预处理过程可使形态各异的废弃线路板改变各自原始物理形态,使金属和非金属充分解离,是后续高效回收金的必要前提。
2. 1. 1 拆解 拆解过程是按照一定步骤和计划从废弃线路板上拆除某些组件或者分解它的各个部分。目前,国内各大家电处理企业均采用传统的人工拆解方式处理废弃线路板,这种方法效率低且有损人体健康,同时会损坏 PCBs 中含有的许多可用的长寿命元器件,这些元器件在电气电子产品废弃后仍然能保持良好的性能,如何对这些元器件进行无损拆解并通过可靠性检测后重新加以利用,将成为未来的研究热点。
2. 1. 2 破碎 破碎是在机械外力作用下,破坏物体内部的凝聚力和分子间作用力,从而使物体破裂变碎的过程。针对线路板硬度高和韧性强两大特点,研究表明采用剪切式破碎和冲击式破碎可以达到比较好的解离效果,也有一些学者为了将污染降到最小,采用低温破碎。
2. 2 金属富集金属富集过程采用的方法较多,有分选、传统火法冶金、热解法、微波法、溶蚀法等,多为单一处理过程,可有效分离金属和非金属。
2. 2. 1 分 选 分选是废弃线路板处理过程中重要的步骤,其目的是将其中可回收利用的,或不利于后续处理、处置工艺要求的物料分离出来。废弃线路板的分选根据破碎后金属与非金属混合颗粒的形状、密度、粒度、导电导磁等特性差异,可分为重选、浮选、风选、磁选、电选等方法,在实际生产中为达到更佳的效果,常采用两种或两种以上方法共同使用。
2. 2. 2 传统火法冶金 传统火法冶金,也叫焚烧法,是最早应用于电子废弃物提取贵金属的工艺技术,其基本原理是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质,贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中,再加以分离,非金属物质主要是 PCBs 有机材料等,一般呈浮渣物分离去除,而贵金属与其他金属呈合金态流出,再精炼或电解处理。
2. 2. 3 热解法 热解法工业上也叫干馏,与传统火法冶金处理技术不同,它是有机物在无氧或缺氧的条件下的高温加热( 通常是 350 ~ 900 ℃ ) 分解有机物,生成气体、液体( 油) 、固体( 焦碳) 等而与金属分离,从而达到回收金属富集体的目的。意大利的 Barontini 等[17]在固定床反应器中利用 TG-FTIR 技术对含溴阻燃剂的废弃线路板进行热解研究,测定了在不同加热速率和不同反应条件时热解产物的分布状况。研究表明,在以回收化工原料或燃料为目的热解处理废弃线路板时,控制反应在无氧条件下并提高加热速率,以减少热解油中的溴化合物含量,从而提高热解油的纯度。
2. 3 金的浸出金属浸出是将金从含金富集体中浸出到溶液,该过程采用的方法有化学浸出法、生物浸出法。 2. 3. 1 化学浸出法 化学浸出法主要利用氰化物、王水或某些强氧化剂作为浸出剂,使单质金进入液相得到含金的浸出溶液。化学浸出法按浸取试剂的不同可分为氰化法、王水法、硫脲法和卤化法等。氰化法是利用氰化物将废线路板中的金溶解而进入溶液,该法主要用于金矿提金,其回收率高,经济效益好,但有剧毒,严重污染环境,在废弃线路板回收处理领域应用很少[22]。王水法是工业上的常用方法,能溶解金、铂、和钌等贵金属。吴德东等[23]采用王水制备金贵液,用甲基异丁基甲酮( MIBK) 进行萃金,金回收率超过 98% 。但王水的腐蚀性不仅对设备的防腐性要求高而且稍有不甚就会严重污染环境。因此,人们开发出了一些腐蚀性小且对环境更为友好的浸金方法。
3 结 语
随着电子产品更新换代速度的加快,随之而来的印刷线路板的需求量逐年增长,作为印刷线路板的重要生产原料的黄金消耗量也越来越大。世界各国都在积极推进废弃印刷线路板中金的回收利用,但因废弃印刷线路板组成成分具有复杂性、多样性等特点,任意单一回收处理技术均难以清洁、经济、高效地获得高纯黄金。
现有各个阶段废弃印刷线路板的处理方法中,预处理阶段因成套处理设备的开发,处理工艺更为成熟,处理过程自动化程度高; 金属富集阶段的分选法和传统火法冶金技术成熟、装备齐全,热解法和微波法的引入充分考虑到废弃线路板中基板材料有毒气体释放的问题,二者与机械物理法联合使用将具有绝对的环境效益和较低的处理成本; 金的浸取和回收阶段多为湿法工艺,二次污染不可避免,如何在前两个处理阶段有效的提高金的富集程度、减少其他金属的干扰,将从根本上解决处理过程物理法少、化学法多、处理流程长度的问题,这也是今后研究和努力的大方向。
目前大部分研究工作的重点是获得高纯度的有价金属,对工艺过程各种技术产生的污染、安全性问题和能耗情况缺乏系统的研究和评价。未来的应用趋势是以最大程度降低二次污染为目标,将分选、热解处理、微波处理、湿法浸出、电沉积法、萃取法多种技术融合联用,注重发挥各技术特点,实现黄金的有效富集,在达到环境效益和降低处理成本的基础上,最大程度提高后期贵金属黄金的回收率和回收纯度。同时,应注重加大废弃印刷线路板回收处理设备的研发和投入,如: 自动智能化的拆解和检测系统开发; 破碎机的升级换代; 重选、电选、磁选、热解、微波加热等成套设备的研发,使其为废弃印刷线路板资源化作出更大的贡献。
参考文献:
[1] Yang W S. Application of electroless nickel and immersion gold in the manufacturing of the printed circuit board [J]. New Chemical Materials, 2002, 30 ( 2) : 24. ( 杨维生. 化学镀镍金在印制电路板制造中的应用[J]. 化工新型材料,2002,30( 2) : 24. )
[2] Zhou Q F. Resource Recovery Techniques for Waste Household Appliances [M]. Beijing: Chemical Industry Press,2012. 27. ( 周全法. 废旧家电资源化技术 [M]. 北京: 化学工业出版社,2012. 27. )
《废弃印刷线路板中金的回收处理现状》来源:《稀有金属》,作者:李瑞卿1 ,王 维2 ,吴玉锋2 ,章启军2