電解法對WPCBs中金屬與非金屬的分離

張莎

摘 要：本文以廢舊印刷線路板（WPCBs）粉末為原料，采用電解法對WPCBs中的金屬和非金屬進行分離。研究了CuSO4·5H2O濃度、NaCl濃度、H2SO4濃度以及電流密度對各金屬回收率的影響結果表明：在最佳的電解條件下，總金屬的回收率為95.56%，此種方法可以實現WPCBs中金屬于非金屬的分離。

關鍵詞：WPCBs；電解；金屬；非金屬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.046

0 引 言

印刷線路板是電子電器產品中的基本構件，幾乎存在于所有電子產品中。隨著電子電器產品更新換代速度的加快，大量的WPCBs產生。而WPCBs中存在的高品位金屬的高價值性和有毒有害物質的高危害性使得對其的資源化研究具有十分重要的意義。

1 實驗部分

經機械處理的WPCBs粉末，烘干后用HNO3-H2O2-HF[1]體系微波消解，后采用電感耦合等離子體發射光譜儀測定消解液中各金屬含量。陰極為純度為99.5%的銅板。WPCBs樣品中各金屬的含量分別為：Cu為56.64%、Sn為1.4%、Pb為4.22%、Zn為0.38%、Al為1.16%、Fe為5.96%等。實驗所用的試劑，如無特殊說明均為分析純。

本實驗所用的電解槽為10×6×7 cm的矩形容器，中間用雙層濾布隔開，分為陽級室和陰極室兩個反應室。稱取6 gWPCBs樣品置于陽級室，加入提前配制好的電解液，接通電源，電解4 h。電解反應結束之后收集得到的陰極銅粉經烘干稱量后，充分消解用ICP測定各金屬離子濃度。

2 實驗結果與討論

在電解過程中，各金屬會發生不同程度的還原反應，共同沉積在陰極。標準電極電位（勢），指的是當溫度為25℃，金屬離子的有效濃度為1 mol/L（即活度為1）時測得的平衡電位。標準電極電位越小，物質的還原態的還原能力越強，其對應的氧化態的氧化能力就越弱；反之，標準電極電位越大，物質的氧化態的氧化能力越強，其對應的還原態的還原能力越弱。電解時金屬的行為取決于其自身的電位和電解液的組成。在WPCBs樣品的電化學反應過程中，理論上Al、Cr等金屬元素比Cu先氧化進入電解液，在陰極應該是比Cu后還原析出。

CuSO4﹒5H2O、NaCl、H2SO4、電流密度和電解時間對金屬的回收率和Cu的電流效率均有不同程度的影響。NaCl濃度、H2SO4濃度和電解時間增加時，Cu的回收率呈現升高的趨勢，總金屬的回收率也呈現升高的趨勢；CuSO4﹒5H2O濃度和電流密度增加時，Cu的回收率和總金屬的回收率均呈現先升高后降低的趨勢。Cu的電流效率隨著CuSO4﹒5H2O濃度、H2SO4濃度的增加而增加，隨著電流密度和電解時間的增加而減小，而當NaCl濃度增加時，Cu的電流效率呈現先增大后減小的趨勢。

當CuSO4·5H2O濃度為30 g/L，NaCl濃度為60 g/L，H2SO4濃度為130 g/L，電流密度為80 mA/cm2，WPCBs添加量為6 g，電解時間為4 h時，總金屬的回收率達到95.56%。對該條件下得到的金屬粉末分析測試的結果表明，此時Cu的純度為97.2%，Pb、Sn、Zn、Fe、Al等的含量分別為0.40%、0.16%、0.29%、1.24%、0.59%。

圖1為最佳電解條件下得到陰極銅粉的XRD圖譜掃描。從圖1可以看出，Cu的衍射峰遠遠高于其他金屬，是主要物相，這與消解分析的結果一致。圖2為對電解銅粉進行掃描電子顯微鏡（a）和能譜儀（b）（SEM&EDS）的圖片。從圖2（a）中可以看出，金屬銅晶體呈枝晶狀結構；從圖2（b）中可以看出，得到銅粉的純度很高（需要指出的是，在EDS測試時，樣品基底用的是鋁箔紙，所以在能譜圖片上出現氯離子的峰），幾乎沒有其他雜質金屬出現，說明在電動力學處理過程中得到的銅粉的純度較高。

3 結 論

采用電解法回收WPCBs中的金屬，總金屬的回收率為95.56%，其中Cu的回收率為94.45%。這表明電動力學處理技術可以成功的實現WPCBs中金屬與非金屬的分離。

參考文獻：

[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

基金項目：西南科技大學研究生創新基金項目（15ycx039）