[发明专利]废弃印刷电路板中金属铜的回收装置与回收方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种废弃印刷电路板中金属铜的回收装置与回收方法，具体为利用微生物燃料电池、废弃印刷电路板中金属铜浸出反应器及Fe²⁺生物氧化反应器回收废弃印刷电路板中金属铜的装置与方法。

背景技术

伴随着人类文明与科技的发展进步，矿产资源的消耗量与日俱增。由于高品位矿产资源的日益枯竭，在金属生产过程中会出现资源紧缺的问题，这就需要人们从各种矿石以及工业废弃物中提取金属。

近年来，随着经济和信息设备更新换代速度的加快，各类电子产品的普及率也日益提高，同时这些电子产品（如电脑、手机等）在很短的时间内就被淘汰，变成“电子废弃物”，由此带来的电子废弃物污染也成为潜在的环境威胁。

各类电子废料中普遍含有金及其他贵、贱金属，尤其是金属铜。铜是一种重要的有色金属材料，在电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域具有广泛应用。但是铜在地壳中的含量低，且储量少。因此，无论从环境角度，还是从资源再利用角度，从废旧线路板中回收金属铜都具有非常重要的现实意义。

目前废旧线路板中回收金属铜，通常采用物理和化学方法。

物理方法其工艺如下：1）废弃印刷电路板破碎后经选别分离获得非金属物料和含金属铜的物料；2）含金属铜的物料在溶液中经高温熔化后分离获得粗铜；3）粗铜在转炉中精炼获得精铜；4）转炉中的水泡铜铸成阳极铜，通过电解后在阴极获得纯铜。

化学方法其工艺如下：1）废弃印刷电路板破碎后经选别分离获得非金属物料和含金属铜的物料；2）含金属铜的物料与酸或Fe³⁺等发生化学反应获得Cu²⁺；3）含Cu²⁺溶液通过电解后在阴极获得纯铜。

传统的物理方法和化学方法都存在产品的回收率比较低、过程复杂、能耗高及对水资源造成污染等不足之处。

近年来采用生物技术从废旧线路板中回收金属铜的研究取得了巨大进展，由于具有成本低、能耗低及对环境友好等优点，受到了人们的关注。

采用生物技术回收废旧线路板中的金属铜，其工艺如下：1）废弃印刷电路板破碎后经选别分离获得非金属物料和含金属铜的物料；2）含金属铜的物料在微生物的作用下，将单质铜转化为Cu²⁺；3）含Cu²⁺溶液通过电解后在阴极获得纯铜。

废旧线路板中的金属铜转化为Cu²⁺，对于Cu²⁺的回收，目前通常采用电解法，即利用直流电源电解回收铜。

铜电解回收过程中，基本反应为：

阳极：                 （1）

阴极：                     （2）

理论上外加电压为0.91 V才能电解获得铜，由于电解过程中极化电势及内阻的存在，实际上外加电压要远大于理论电压值（0.91V）才开始发生电解反应获得铜单质。

传统方法电解回收铜的缺点是电解过程能耗大，且产生的酸对设备腐蚀严重。因此，有必要研究铜回收的新工艺。

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是以微生物催化氧化有机物，将有机物中的化学能直接转化为电能的装置。

MFC的基本工作原理：在厌氧环境下，MFC阳极室中的微生物催化氧化有机物并产生电子和H⁺；产生的电子直接或间接传递至阳极电极，然后经外电路传递至阴极电极，同时质子经质子交换膜迁移至阴极；H⁺、电子及氧气在阴极电极表面结合生成水，同时产生电流。

但是如果在阴极室不存在氧而是存在Cu²⁺离子时，此时Cu²⁺在阴极被还原为单质铜，如图1所示。将Cu²⁺的溶液作为微生物燃料电池阴极电子受体，在不需要额外输入电能的情况下，就能直接将Cu²⁺被还原为单质铜，同时还获得电流。相对传统电解方法而言，无须能耗，且能避免设备腐蚀。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种废弃印刷电路板中金属铜的回收装置与回收方法，它使废弃印刷电路板中金属铜回收的成本大幅度降低，且能减少环境污染。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：