废印刷线路板微生物浸出液中铜的选择性萃取

废印刷线路板微生物浸出液中铜的选择性萃取 废印刷线路板微生物浸出液中铜的选择性 萃取 SeriesNo.400 Oetober2009 金属矿山 METALMINE 总第400期 2009年第10期 ? 综合利用? 废印刷线路板微生物浸出液中铜的选择性萃取冰 张承龙王景伟白建峰关杰 (上海第二工业大学) 摘要对萃取法分离废印刷线路板微生物浸出液中的铜进行了研究.结果明:选用N902为萃取剂,可很 好地选择性萃取浸出液中的铜,在萃取剂浓度为10%,萃取相比为1:1,萃取搅拌时间为5min的条件下,铜的萃取 率可达99.51%,Cu与Fe的分离系数为2058;以硫酸溶液为反萃剂对萃取获得的负载有机相进行反萃取,在硫酸 溶液浓度为1.8mol/L,反萃取相比为1:1,反萃取搅拌时间为5min的条件下,铜的反萃率可达93.57%. 关键词废印刷线路板微生物浸出液铜萃取 SelectiveExtractionofCopperfromMicrobialLeachingSolutionofWastePrintedCircuitB oards ZhangChenglongWangJingweiBaiJianfengGuanJie (ShanghaiSecondPolytechnicUniversity) AbstractTheseparationofcopperfrommicrobialleachingsolutionofwasteprintedcircuitbo ardsbyextractionwas studied.Theresuhsshowedthat:UsingN902astheextractionagent,acopperextractionfroml eachingsolutioncanbese— lectivelyrealized.Undertheconditionsofthe10%extractionagent,extractphaseof1:1andex tracttimeof5min,thecop— perextractionratecanbeupto99.51%withCuandFeseparationfactorof2058:Withsulfurica cidsolutionasthestrip— pingagent,back— extractionontheloadingorganicphaseiscarriedout.Undertheconditionsofthesulfuricacide oneentra- tionof1.8mol/L,backextractionphaserateofl:1,atback—extractiontimeof5min,theback —extractionrateofcopper canbeupto93.57%. KeywordsWasteprintedcircuitboards,Microbialleachingliquid,Copper,Extraction 在全世界范围内,电子电器工业是增长最快的 产业之一,其技术革新,新产品上市和低成本的制造 技术在带给人们便利的同时,电子废弃物的数量也 随之快速攀升,每5年便增加16%,28%,为废弃 物平均增长速度的3倍,已成为世界上增长最快的 垃圾….由于电子废弃物中含有大量的重金属(如 汞,铅,镉等),多氯联苯及卤素阻燃剂等有害物质, 如处置不当,会给环境带来严重威胁.但电子废弃 物同时又是一种含有金,银,铂,铑等稀贵金属及铜, 铁,镍等基本金属的资源富集体.因此,电子废弃物 可称得上"高品位"的矿石,具有极高的经济效益. 印刷线路板(PrintedCircuitBoard,PCB)是电子 产品的重要组成部分,废印刷线路板的处理是电子 废弃物处理利用的关键之一.2007年颁布的《电子 废物污染环境防治#管理#》中已经明确规定:"禁 止使用冲天炉,简易反射炉等设备和简易酸浸工艺 利用,处置电子废物."2009年2月25日出台的《废 弃电器电子产品回收处理管理条例》再次重申:禁 ? 158? 止采用国家明令淘汰的技术和工艺对废弃电器电子 产品进行处理.研究开发PCB的高效清洁资源化 处理工艺是亟待解决的问题. 常见废PCB资源化技术有物理法,化学法,焚烧法等.J.这些方法存在的主要问题是回收率低, 对水环境及大气环境的污染严重.微生物技术可解 决目前处理废PCB的干式机械物理法中所存在的 一 些问题,如粉碎工艺能耗过高,过粉碎以及粉尘污 染等.另外,由于生物法要求破碎粒度较粗,因而可 以保证布基纤维长度,进而确保各种金属的有效回 收以及基材的再生和再利用.因此,通过采用微生 物技术,有望实现PCB的绿色资源化处理.本课题 组在以前的研究中,采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫 硫杆菌对PCB进行浸出试验,取得了较好的效果, 国家高技术研究发展(863)项目(编号:2006AA062366),上 海市教委科研创新项目(编号:09YZ451). 张承龙(1975一),男,上海第二工业大学城市建设与环境工程学院, 讲师,博士,201209上海市浦东新区金海路2360号. 张承龙等:废印刷线路板微生物浸出液中铜的选择性萃取2009年第l0期 cu浸出率可达90%以上J,但如何将PCB微生物 浸出液中的金属元素富集,分离提取出来成为产品, 还是有待解决的问题. 本研究对废PCB的含铜微生物浸出液进行铜 的选择性萃取试验,考察各种因素对铜萃取和反萃 取的影响. 1试验材料 试验所用含铜溶液为废PCB的微生物浸出液, 浸出液pH值为2,5,金属成分见表1. 表1试验用废PCB微生物浸出液金属成分g/L 元素CuFeMnPbSnZnAINi 浓度2.1962.7910.0110.0070.0040.0040.0030.002 铜萃取剂采用上海有机化学研究所研制的 N902,外观为琥珀色液体,无可见杂质,密度为0.95 , 0.97g/em,粘度<0.19Pa?S,闪点>62?. 稀释剂采用260号煤油;硫酸,氢氧化钠均为分 析纯. 2试验方法 萃取:根据需要,用稀硫酸或氢氧化钠调整废 PCB微生物浸出液的pH值.用稀释剂将萃取剂稀 释成一定浓度的有机相.将有机相与水相按一定比 例加入到烧杯中,在250r/min的搅拌速度下机械 搅拌一定时间,然后转移到分液漏斗中静置一段时 间.待混合液分层后,将有机相与水相进行分离,分 析萃余液(水相)中的铜离子浓度,计算萃取率. 反萃取:将一定浓度的硫酸溶液与负载有机相 按1:1的体积比加人到烧杯中,在250r/rain的搅拌 速度下搅拌5min后转移到分液漏斗中分层, 反萃液(水相)中的铜离子浓度,计算反萃率. 水相中的铜离子浓度用电感耦合等离子体发射 光谱仪(ICP—AES)分析,有机相中的铜离子浓度用 差减法求算. 3试验结果与讨论 3.1N902浓度对萃取的影响 固定相比为1:1,搅拌时间为5min,浸出液初 始pH值为2.5(自然pH),在室温条件下考察N902 浓度对铜萃取率的影响,试验结果如图2所示. 图1显示,铜的萃取率随着N902浓度的提高 而提高,当N902的浓度为10%时,铜已基本被完全 萃取,故选取萃取剂N902的浓度为10%. 3.2相比对萃取的影响 固定N902浓度为10%,搅拌时问为5min,浸 出液初始pH值为2.5(自然pH),在室温条件下考 察萃取相比对铜萃取率的影响,结果如图2所示. \ 艟 盛 格 = 0 N90浓度,% 图1N902浓度对铜萃取率的影响 Ul2j4)6 萃取相比 图2萃取相比对铜萃取率的影响 图2表明,铜的萃取率随着相比的增大而提高, 但在相比大于1:1后,铜萃取率的提高很缓慢.在 富集金属的效果相差不大的情况下,减小萃取相比 对经济性是有利的,因此选择萃取相比为1:1. 3.3浸出液初始pH值对萃取的影响 固定N902浓度为10%,相比为1:1,搅拌时间 为5min,在室温条件下考察浸出液初始pH值对铜 萃取率的影响,试验结果如图3所示. 01.0J.2lJ2.)j.0 pH值 图3浸出液初始pH值对铜萃取率的影响 由图3可见,铜的萃取率随着浸出液初始pH 值的增大而提高.这主要是由于N902萃取金属是 通过螯合作用,其反应平衡式为 )+M+水相)=兰MR2+2H+水相), 2RH(有机相 随着pH值增大,氢离子减少,N902萃取金属的平 衡向右移动,有利于金属的萃取. 当浸出液的pH值的大于2.0以后,铜的萃取 率提高缓慢,而pH值大于3以后会出现混浊现象, ????如O 姿糌0 ???们?0 姿臣 总第400期金氍矽山2009年第10期 可能是铜发生了沉淀.由于废PCB微生物浸出液 的自然pH值为2.5,因此可直接采用N902萃取铜, 不需要调整pH值. 3.4搅拌时间对萃取的影响 固定N902浓度为10%,相比为1:1,浸出液初 始pH值为2.5(自然pH),在室温条件下考察搅拌 时间对铜萃取率的影响,试验结果如图4所示. 搅拌时?H./min 图4搅拌时间对铜萃取率的影响 由图4可见,铜的萃取率随着搅拌时间的延长 而提高,但在搅拌时间达到5rain以后变化很小,故 选取萃取搅拌时问为5min. 3.5N902对铜的选择性 由表1可以看出,废PCB微生物浸出液中的主 要金属成分为铜和铁,而铁对后续的电沉积提取金 属铜有较大影响,因此试验就N902对铜和铁的萃 取效果进行了比较. 在上述选定的条件下,N902对浸出液中铜和铁 的萃取率如表2所示. 表2N902对铜和铁萃取率的比较 从表2可以看出,在选定的条件下,N902对废 PCB微生物浸出液中铜的萃取率高达99.51%,而 对铁的萃取率仅为9.03%,证明N902对铜有良好 的选择性,可使铜与铁很好地分离. 3.6硫酸浓度对反萃取的影响 对在上述选定条件下经萃取获得的负载有机相 进行反萃取试验.经分析,负载有机相的铜浓度为 4.10L. 考虑到后续工序对铜的回收利用,试验中采用 硫酸作为反萃剂.固定反萃取相比为1:1,反萃取 搅拌时间为5rain,在室温条件下考察硫酸浓度对铜 反萃率的影响,试验结果如图5所示. 硫酸浓度/(mol/I) 图5硫酸浓度对铜反萃取率的影响 图5表明:铜的反萃率随着硫酸浓度的增大而 提高,这是由于反萃取是萃取的逆过程,增大硫酸浓 度即增大氢离子浓度,从而使前述反应向左移动. 当硫酸浓度大于1.8mol/L后,反萃率的变化较小, 同时考虑到后续采用电沉积法回收铜时硫酸浓度不 宜太高,故选取反萃取硫酸浓度为1.8mol/L,此时 反萃率可达93.57%. 4结论 以N902为萃取剂,在萃取剂浓度为10%,萃取 相比为1:1,萃取搅拌时间为5min的条件下,对废 PCB微生物浸出液中铜的萃取率可达95.51%,Cu 和Fe的分离系数为2058;以硫酸溶液为反萃剂,在 硫酸溶液浓度为1.8mo]/L,反萃取相比为1:1,反 萃取搅拌时问为5rain的条件下,铜的反萃率可达 93.57%.因此,采用萃取法从废PCB微生物浸出 液中分离铜是可行的,能满足电沉积法提取金属铜 的要求 参考文献 [1]李晶莹,盛广能,孙银峰.电子废弃物中的金属回收技术研究 进展[J].污染防治技术,2007,20(6):40-45. 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