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廢舊電腦印刷線路板金屬成分溶出的試驗研究

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[摘要] 隨著電腦產品的更新換代,被淘汰的電腦數量與日俱增,大量被廢棄的電腦設備對環境造成了新的污染[1]。因此/電腦垃圾0已經成為危害人類環境的新隱患。如何處理這些/電腦垃圾0已成為擺在人們面前的新課題。印刷線路板在電腦中占的比例較高,而這些線路板的成分又十分復雜,其含有的鉛、鎘、汞等物質如處置不當會對人類及環境帶來嚴重危害。但同時還可作為金、銅等貴重金屬的二次資源[2]。為了下一步能夠順利開展金屬二次資源回收工作,本研究采用硝酸濕法溶出線路板中的金屬成分,然后,用ICP對線路板中的金屬成分進行定量分析。1材料與方法1.1材料  1)儀器 高頻電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP),PLASSMA40型,美國PE儀器公司,單道掃描式,連接微機控制,自動處理數據和編排報告。可同時測定多種元素,也可以自動背景校正,實時圖像分析信號。  2)廢舊電腦樣品 取自青島大學理工學院資產設備處。包括主板、顯卡、聲卡、硬盤、軟驅、光驅、電池、驅動器等電腦部件。  3)試劑 氫氧化鈉,硝酸,硫酸。1.2方法  1

 隨著電腦產品的更新換代,被淘汰的電腦數量與日俱增,大量被廢棄的電腦設備對環境造成了新的污染[1]。因此/電腦垃圾0已經成為危害人類環境的新隱患。如何處理這些/電腦垃圾0已成為擺在人們面前的新課題。印刷線路板在電腦中占的比例較高,而這些線路板的成分又十分復雜,其含有的鉛、鎘、汞等物質如處置不當會對人類及環境帶來嚴重危害。但同時還可作為金、銅等貴重金屬的二次資源[2]。為了下一步能夠順利開展金屬二次資源回收工作,本研究采用硝酸濕法溶出線路板中的金屬成分,然后,用ICP對線路板中的金屬成分進行定量分析。
1材料與方法
1.1材料
  1)儀器 高頻電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP),PLASSMA40型,美國PE儀器公司,單道掃描式,連接微機控制,自動處理數據和編排報告。可同時測定多種元素,也可以自動背景校正,實時圖像分析信號。
  2)廢舊電腦樣品 取自青島大學理工學院資產設備處。包括主板、顯卡、聲卡、硬盤、軟驅、光驅、電池、驅動器等電腦部件。
  3)試劑 氫氧化鈉,硝酸,硫酸。
1.2方法
  1)拆卸 用鉗子,螺絲刀等簡單工具將廢舊電腦拆解,了解其構成。將線路板(主板、顯卡、聲卡)逐一放置于電熱板上,焊錫面朝下緊貼電熱板。待焊錫融化,用鉗子將電子元件拔下[3]。
  2)粉碎 將已經拔去電子元件的線路板(主板、顯卡、聲卡)用鉗子,鐵錘等工具粉碎成小塊。
  3)稱重 稱取若干份等重(3.0g)的顯卡樣品。
  4)堿處理 向樣品中分別加入不同質量濃度的NaOH溶液各20mL。水浴鍋50℃加熱1h。過濾洗滌烘干顯卡樣品。
  5)酸處理 向樣品中分別加入質量濃度為30mL HNO3溶液。水浴鍋加熱。
  6)過濾定容 過濾定容至200mL。
  7)分析測定方法 本試驗采用高頻電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP)來測定樣品中金屬元素含量。
2結果與分析
2.1堿液濃度對處理效果的影響
  由于線路板上覆有一層阻焊劑,如果不把它去除,金屬就不能很好的完全溶出。本實驗研究發現,用一定濃度的氫氧化鈉溶液可以使阻焊劑從線路板上脫落下來。
  用不同質量濃度(50,100,150…,450g/L)的氫氧化鈉溶液對樣品上的阻焊劑進行處理,在水浴鍋50℃加熱1h后,過濾洗滌烘干樣品,再向樣品中分別加入30mL、質量分數為25%的HNO3溶液,水浴鍋60℃加熱2h后過濾,將濾液定容到200mL,用ICP對濾液中金屬元素含量進行檢測。金屬溶出的情況見表1所示。圖1分別以Ni,Cu,Pb和Ba為例,說明了氫氧化鈉溶液濃度變化對后期金屬溶出效果的影響。
表1氫氧化鈉濃度變化對金屬溶出的影響


 

圖1氫氧化鈉濃度變化對金屬溶出的影響

  由表1和圖1可以看出,隨著氫氧化鈉溶液濃度的升高,處理后的金屬溶出量也相應增加,當氫氧化鈉溶液質量濃度超過250g/L時,處理后的Pb溶出量將不再有太大的變化;當氫氧化鈉溶液質量濃度超過300g/L時,處理后的Ni、Cu、Ba溶出量將不再有太大的變化。說明了隨著氫氧化鈉溶液濃度的增高,阻焊劑的去除率也在相應增加,當氫氧化鈉溶液質量濃度達到300g/L后,阻焊劑的去除率已經基本達到100%。
  所以,作為去除阻焊劑的氫氧化鈉溶液的最佳質量濃度是250~300g/L。
2.2不同溫度對金屬溶出效果的影響
  用質量濃度為300g/L的氫氧化鈉溶液對樣品上的阻焊劑進行處理,在水浴鍋50℃加熱1h后,過濾洗滌烘干樣品,再向樣品中加入30mL、質量分數為25%的HNO3溶液,在水浴鍋中不同溫度(20,30,40…,100℃)條件下加熱2h后過濾,將濾液定容到200mL,用ICP對濾液中的金屬元素含量進行檢測。金屬溶出的情況見表2表示。圖2分別以Ni,Cu,Pb和Ba為例說明不同溫度對金屬溶出效果的影響。
表2溫度變化對金屬溶出的影響



 

圖2溫度變化對金屬溶出的影響
  從表2和圖2中可以看出,隨著處理溫度的升高,金屬的溶出量也在不斷增加,但是,當溫度超過50℃時,Pb和Ba的溶出量將不再有太大的變化,當溫度超過60℃時,Ni和Cu的溶出量不再有太大的變化。說明了處理溫度的變化在50℃以內與金屬的溶出量成正比,在60℃以后,金屬的溶出量不隨溫度的升高而增加,在50~60℃時,金屬的溶出量基本達到最佳狀態。
2.3硝酸濃度對金屬溶出效果的影響
  硝酸濃度對金屬溶出效果有很大的影響,硝酸濃度較低,則金屬溶解反應緩慢,且不能完全溶出,適當增大硝酸的濃度,則金屬溶解反應加快,硝酸濃度到達一定值時,金屬基本上可以完全溶出[5-6]。
  用質量濃度為300g/L的氫氧化鈉溶液對樣品上的阻焊劑進行處理,在水浴鍋50℃加熱1h后,過濾洗滌烘干樣品,再向樣品中加入30mL不同質量分數(3.25%,6.5%,9.75%…,28.25%)的HNO3溶液,水浴鍋60℃加熱2h后過濾,將濾液定容到200mL,用ICP對濾液中的金屬元素含量進行檢測。金屬溶出的情況見表3。圖3分別以Ni,Cu,Pb和Ba為例說明硝酸濃度對金屬溶出效果的影響。
表3硝酸濃度變化對金屬溶出的影響


 
隨著硝酸溶液濃度的升高,處理后的金屬溶出量也相應增加,當硝酸溶液質量分數超過21.75%時,處理后的Pb溶出量將不再有太大的變化,當硝酸溶液質量分數超過25%時,處理后的Ni、Cu、Ba溶出量將不再有太大的變化。所以,在處理廢舊電腦中的印刷線路板時,硝酸溶液的最佳使用質量分數為21.75%~25%。
3結論
  通過以上各實驗結果,在本實驗條件下可以得出以下結論:
  1)大部分錫在拆卸工作時,就可以通過電熱板的加熱融化,冷卻后可以得到回收。
  2)適當的溫度對于金屬的溶解很重要,低溫不利于金屬的溶解,最佳的溫度是50~60℃。適當加熱,可以使金屬溶于硝酸的反應速度大幅度提高,且有利于反應的徹底。
  3)需要選擇適當濃度的氫氧化鈉溶液才能夠使阻焊劑完全從線路板上脫落,氫氧化鈉質量濃度最佳值為250~300g/L。低于250g/L,阻焊劑不能從線路板上完全脫落;高于300g/L,氫氧化鈉處理后的線路板樣品過濾洗滌需要耗費更多的蒸餾水,造成不必要的浪費。
  4)硝酸的濃度對于金屬的溶解有很大影響。濃度較低時,只能有部分金屬溶出,大部分金屬仍存留在線路板上;濃度較高也不利于金屬的溶解,Fe、Al等金屬和濃硝酸發生鈍化反應。選擇質量分數為21.75%~25%的硝酸溶液處理樣品效果最佳。
參考文獻:
[1]薛銳,趙美玲,溫雪峰.國內外廢舊電腦的處置狀況[J].污染防治技術,2002,15(4):48-50.
[2]陳張健,董靈平.廢舊電腦的處置現狀與綠色電腦概念的普及[J].環境污染與防治,2003,25(3):147-149.
[3]李莉,張維志.廢舊電腦污染問題及其管理對策[J].再生資源研究,2002(6):1214,31.
[4]江博新,蔡艷秀,張曉東,等.廢舊電腦再生利用現狀及技術研究探索[J].中國資源綜合利用,2002(11):16-18.
[5]Kinoshita T , Akita S, Kobayashi N, et al. Metal Recovery from Non-mounted Printed Wiring Board Via Hydrometallurg- ical Processing [J] . Hydrometallurgy, 2003, 69 (1) : 73-79.
[6] Veglio F, Quaresima R, Fornari P, et a l. Recovery of Valuable Metals from Electronic and Galvanic Industrial Wastes by Leaching and Electrow inning [ J] . Waste Management, 2003, 23( 3) : 245-252.




來源:青島大學學報
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