CN109852810B - 一种废弃电路板粉末的贵金属回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于废弃电路板粉末的贵金属回收方法。将废弃电路板粉碎，得到颗粒直径一致的基板材料和贵金属的混合粉末；根据传送带的带速和超声波换能器振动幅值采用以下公式设置废弃电路板粉末颗粒和基板材料颗粒之间的位移；将混合粉末落在传送带上从输入侧运动到输出侧运送，传送带侧方设有超声波换能器，超声波换能器向传送带上的混合粉末发出声辐射力，设定满足条件的传送带速度和超声波换能器振动幅值控制传送带的运行和超声波换能器的工作，基板材料和贵金属相分离；且设定控制不同的参数重复步骤进行多次筛分处理。本发明实现废弃电路板粉末中贵金属的筛选，有效提高废弃电路板粉末的贵金属回收率。

Description

一种废弃电路板粉末的贵金属回收方法

技术领域

本发明设计环保技术领域的一种金属回收处理方法，具体是一种废弃电路板粉末中的贵金属回收方法。

背景技术

近年来，电子产品产量巨大，与此同时，每年都有大量的电子产品废弃垃圾，其中不乏锡、铜等贵金属元器件，对其进行回收利用具有重要的价值。

中国公开专利CN103320618A(公开日2013.09.25)提出了一种通过物理分离和生物浸出相结合的方法从废印刷电路板中回收贵金属的方法，在破碎废印刷电路板碎片和高压静电分离后，利用假单胞菌分泌出的氢氰酸对金属混合颗粒进行分步浸出，依次得到普通金属和贵金属的单离子溶液，再通过置换反应将溶液中的贵金属、普通金属分别置换出来。该方法操作简单，但微生物培养环境要求高，有价金属浸出效率低。中国公开专利CN200910082443.9(公开日2010.10.20)提出了一种从废印刷电路板上分离锡，铅和铜的选择性浸出方法。用盐酸和氯化铜溶液选择性浸出锡和铅，用于从铜中分离锡和铅。然而，该方法中高浓度的氯离子对设备具有很强的腐蚀性，并且要求设备的材料质量更高。中国公开专利CN101423898(公开日2009.05.06)提出了首先将废印刷电路板放在油浴中加热以熔化焊料，然后熔化的废印刷电路板通过离心机械有效地与废印刷电路板分离，通过真空热解分离有机物和其他金属。然而，这种方法在锡热解时分解某些有机物并产生污染气体。公开专利CN101787547A(公开日2010.07.28)提出了一种从废印刷电路板回收有价金属的方法。重点关注铜，镍和贵金属的回收。通过由NaOH-NaNO3组成的熔化剂分离铅，锡，锑和铝，但加入的熔化剂的量小，处理效果不明显。

综上所述，现有采用物理分离与生物方法效率低，对环境要求高，采用与化学相关方法会产生废液和废气，不仅影响操作人员健康而且伴随环境污染的问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，针对废弃电路板粉末化学回收方法污染环境的问题，本发明提出了新的废弃电路板粉末的贵金属回收方法，通过控制废弃电路板粉末的运动速度和超声换能器振幅的大小来控制废弃电路板粉末中基板材料的位移，实现废弃电路板粉末中贵金属的筛选，有效提高废弃电路板粉末的贵金属回收率。

本发明采用以下技术方案采用以下步骤：

步骤1)将废弃电路板粉碎，得到颗粒直径一致的基板材料和贵金属的混合粉末；

步骤2)根据传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A，求解以下公式，设置废弃电路板粉末颗粒和基板材料颗粒之间的位移S；

式中，R为粉末颗粒半径，ρ₀为空气的静态密度，ρ_s为基板材料颗粒密度，A为声源振动振幅，f为声源振动频率，c₀为空气的声速，y为声波中质点与振幅面的距离，L为换能器宽度；a_y表示距离y的二阶导数，即为加速度，y(t)表示t时间的位移；

所述基板材料颗粒位移S可以通过传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A调节。

步骤3)将混合粉末落在传送带上从输入侧运动到输出侧运送，传送带侧方设有超声波换能器，超声波换能器向传送带上的混合粉末发出声辐射力，设定满足S＝SL条件的传送带速度v和超声波换能器振动幅值A控制传送带的运行和超声波换能器的工作，SL表示基板材料颗粒与贵金属颗粒分开的位移阈值，由于基板材料和贵金属的密度不同，密度更大的贵金属颗粒产生位移偏离，基板材料和贵金属相分离；

步骤4)设定控制不同的传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A重复步骤3)进行多次筛分处理。这样能有效分离出废弃电路板粉末中的贵金属粉末颗粒，提高贵金属的纯度。

所述的步骤4)具体为：

步骤4.1)：第一次筛分后取靠近超声波换能器的一部分粉末产物重新放置到传送带上再从输入侧运动到输出侧运送，进行下一次筛分；

步骤4.2)：第二次筛分处采用以下方式设定传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A：设置废弃电路板粉末颗粒和基板材料颗粒之间的位移为SL₂＝λSL₁，通过反解以下公式获得带速v₂和超声波换能器振动幅值A₂；

其中，SL₁表示第一次筛分时的位移阈值SL，SL₂表示第二次筛分时的位移阈值SL；λ为位移衰减系数，为大于0小于1的数字，降低新位移值S可以降低再次筛选时的误筛率；

然后以带速v₂和超声波换能器振动幅值A₂控制传送带的运行和超声波换能器的工作，筛分后取靠近超声波换能器的一部分粉末产物重新放置到传送带上再从输入侧运动到输出侧运送进行下一次筛分，进行重复多次后获得高纯度的贵金属。

所述的贵金属为金、银、钯、铜等及其合金，其具有优良的导电性和柔韧性。

由此本发明能通过多个控制废弃电路板粉末的运动速度和超声换能器振幅的大小来控制废弃电路板粉末中基板材料的位移，实现废弃电路板粉末中贵金属的筛选，有效提高废弃电路板粉末的贵金属回收率。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过废弃电路板粉末中贵金属与基板材料之间的物理性质差异，利用声辐射力进行分离，相比传统化学方法，无需制备复杂且有危害的化学药剂，可通过多次重复分离进一步提高贵金属分离纯度。

2、本发明的废弃电路板粉末贵金属回收方法，是一种绿色清洁的方法。无有毒气体产生，无废弃化学药剂，分离过程对环境要求低，噪音小，对人员及环境没有危害。

附图说明

为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。

图1为本发明方法的贵金属回收过程示意图。

图2为驻波声场中声辐射力分布示意图。

图3为基板材料颗粒位移与传输带速度和超声幅值关系图。

图4为本发明的三维结构示意图。

图5为分离装置机架结构剖视图。

图6为调节支架结构示意图。

图7为驱动电机支架结构示意图。

图8为驱动轮结构剖视图。

图9为驱动轮支架结构示意图。

图10为驱动轮轴示意图。

图11为张紧轮结构剖视图。

图12为张紧支架结构示意图。

图13为张紧轮轴示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭晓的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰和改变。

如图4所示，本发明具体实施采用以下装置，包括分离装置机架1、超声波组件、料斗7和传送带10；分离装置机架1上的两侧对称安装有两个超声波组件，两个超声波组件之间布置有传送带10，传送带10上方设有料斗7，料斗7放置有废弃电路板粉碎物料；每个超声波组件均包括调节支架2和超声波发生装置3，调节支架2固定在分离装置机架1上，调节支架2上均安装有超声波发生装置3；分离装置机架1上安装有驱动电机4、驱动轮8、张紧轮12、驱动轮支架9和张紧支架11，驱动电机4通过驱动电机支架5固定在分离装置机架1上，驱动电机4通过联轴器6与驱动轮8相连，驱动轮8通过驱动轮支架9安装在分离装置机架1上，张紧轮12通过张紧支架11安装在分离装置机架1上，传送带10套在驱动轮8和张紧轮12上。

两个超声波发生装置3通过各自的调节支架2对置安装在传送带10两侧，两个超声波发生装置3探头对置并位于传送带10上表面的正下方，料斗7中的废弃电路板粉碎物料落下到传送带10上运输，通过两个超声波发生装置3对传送带10上的废弃电路板粉碎物料加载声辐射力实现分离。

如图5所示，为本发明分离装置机架1结构剖视图，分离装置机架1上有两条条形槽，用来调整调节支架2的位置，内部设有筋板，用来加强分离装置机架刚度。

如图6所示，调节支架2包括调节支架上夹块2-2、调节支架下夹块2-3和调节支架固定板2-5；调节支架上夹块2-2底面设有半圆凹槽，调节支架下夹块2-3顶面设有半圆凹槽，调节支架上夹块2-2和调节支架下夹块2-3的半圆凹槽相对接形成用于安装固定超声波发生装置3座部的圆形凹槽，调节支架上夹块2-2和调节支架下夹块2-3之间通过内六角螺钉2-1固接，使得超声波发生装置3装在圆形凹槽上；调节支架固定板2-5安装在分离装置机架1下方，调节支架下夹块2-3安装在分离装置机架1上方，分离装置机架1上开设有两条平行的条形槽，每个条形槽中均装有螺栓2-4，螺栓2-4穿过条形槽且两端分别连接调节支架固定板2-5和调节支架下夹块2-3并用螺母2-6拧紧固定，调节支架下夹块2-3和调节支架固定板2-5通过螺栓2-4和螺母2-6装配在分离装置机架1上；通过螺母2-6拧松调整调节支架下夹块2-3在两个条形槽上的安装位置，进而调节超声波发生装置3与传送带10间的距离，调节多组分粉碎物料的筛分效果。分离装置机架1上的条形槽上标有刻度，具体实施通过观察刻度进行调节。

如图7所示，为本发明驱动电机支架9，右侧通过螺栓螺母固定在分离装置机架1上，左侧为螺钉孔，驱动电机4通过内六角螺钉安装在上面。

如图8所示，本发明驱动轮8。轮毂处设有键槽，通过键与驱动轮轴9-3连接，用来传递运动。

如图9、图10所示，驱动轮支架9包括驱动轮轴9-3、两个驱动轮支架板9-4；驱动轮支架板9-4呈L形，驱动轮支架板9-4L形的水平底部通过螺母9-1和螺栓9-2装配在分离装置机架1上，两个驱动轮支架板9-4L形的竖直侧部之间支撑套装有驱动轮轴9-3，驱动轮轴9-3为阶梯轴，如图10所示，两个驱动轮支架板9-4L形的竖直侧部均开设圆孔，驱动轮轴9-3支撑套装在两个驱动轮支架板9-4的圆孔之间，驱动轮8通过键同轴套装在驱动轮轴9-3上；

如图11所示，张紧轮12包括张紧轮体12-1、轴承12-2、孔用弹性挡圈12-3，张紧轮体12-1开设有中心通孔，中心通孔内中央安装轴承12-2，轴承12-2两端处的中心通孔内壁开设有两条环形凹槽，孔用弹性挡圈12-3嵌装在环形凹槽内实现轴承12-2轴向固定。

如图12、图13所示，张紧支架11包括张紧轮轴11-1和两个张紧轮支架板11-3；张紧轮支架板11-3呈L形，张紧轮支架板11-3L形的水平底部通过螺栓11-4和螺母11-5装配在分离装置机架1上，两个张紧轮支架板11-3L形的竖直侧部均开设腰形孔，腰形孔的长度方向平行于传送带10的输送方向，张紧轮轴11-1支撑套装在两个张紧轮支架板11-3的腰形孔之间，张紧轮12通过键同轴套装在张紧轮轴11-1上；其中一个张紧轮支架板11-3L形的竖直侧部固定有凸耳，内六角螺钉11-2一端旋合连接在凸耳上，另一端抵住张紧轮轴11-1，通过内六角螺钉11-2调整旋进和旋出调整张紧轮轴11-1在腰形孔槽中的位置，调整张紧轮轴11-1和驱动轮8之间的轴距，即调整驱动轮8和张紧轮12之间的距离，实现传送带10的张紧。

如图1所示，粉碎物料包含有直径相同但质量不同的混合粒料，混合粒料在传送带10上以沿平行于输送方向的条状分布，在传送带10带动下从输入侧运动到输出侧，途经超声波发生装置3时受到声辐射力，质量不同的粒料产生位移偏离，朝向远离声辐射力源偏移，分布在不同位置的条状上，实现混合粒料中不同质量的粒料分离。

按照本发明完整方法实施的实施例具体步骤如下：

步骤1、将废弃电路板粉碎，得到颗粒直径基本一致的基板材料和贵金属粉末，粉末颗粒直径控制在100微米左右。

步骤2、由传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A，计算废弃电路板粉末颗粒的相对平均势U_y、声辐射力F_y和基板材料颗粒位移S。

2.1)计算相对平均势U_y

如图1所示，本发明的贵金属回收过程示意图，传送带与两超声波换能器连线垂直布置,两超声换能器之间为驻波声场。以混合颗粒刚进入长度为L的换能器区域时为坐标原点o，建立xoy直角坐标系，传输带以速度v沿x轴方向移动。混合颗粒离开换能器区域后，贵金属与基板材料在y方向上形成不同的位移，实现混合颗粒的分离。

相对平均势在y方向分量：

式中，R为声场中球状物的半径，u₀为媒介中质点振速幅值，u₀＝2Aω，ρ₀为媒介静态密度，k₀为波数，k₀＝ω/c₀。

2.2)计算声辐射力F_y

通过沿y方向计算上式的一阶导数，可以获得球状颗粒在y方向上的声辐射力的分布：

式中，F_y为声辐射力。

如图2所示，为驻波声场中的声辐射力分布。λ为超声波波长，图中为入射端与反射端相距1.5λ时的声辐射力分布。根据驻波声场理论，声场中有声压节点，即声场的时间平均势阱位置。声场中的物体倾向于被声场捕获到声压节点。当目标受到扰动偏离势阱位置后，受到与运动方向相反的声辐射力，会重新回到势阱位置。

2.3)计算基板材料颗粒位移S

由于贵金属颗粒密度大，由上式可获得声辐射力的加速度小，基板材料颗粒获得加速度大，受声辐射力影响大。在此忽略贵金属颗粒所受声辐射力，忽略基板材料颗粒所受摩擦力。基板材料颗粒受到辐射力离开贵金属颗粒，从而筛选分离出废弃电路板粉末中的贵金属颗粒。

基板材料颗粒位移S计算公式为：

S＝y(t₀)

在本实施例中，对参数进行取值，换能器频率f＝20000Hz，空气媒介中声速c₀＝340m/s，空气媒介密度ρ₀＝1.29kg/m³，基板材料颗粒密度ρ_s＝2100kg/m³，初始位置y₀＝2mm，换能器宽度L＝16mm。

求解颗粒位移表达式为解超越方程，不能写出表达式。超声波换能器振动频率f已经给定，通过数值解法得到颗粒位移与传送带速度v，超声波换能器振动幅值A的对应关系，如图3所示。

步骤3、设定基板材料颗粒与贵金属颗粒分开的位移阈值SL。选出使条件满足的合适的传送带速度v和超声波换能器振动幅值A。

图3中基板材料位移S有最大值限制，与颗粒最大位移不能超过为声场中声压节点间的距离相对应。本实施例中位移阈值取SL₁＝4.4mm。

由于给定超声换能器振动频率f，将颗粒位移S与传送带速度v和超声波换能器振动幅值A对应关系列表如下：

表1颗粒位移与传送带速和超声振幅对应关系表

注：表中颗粒位移单位为mm

找出满足条件位移S近似等于SL₁要求的参数：传送带速度v₁＝0.0658m/s，超声波换能器振动幅值A₁＝8.6842μm。此时基板材料产生位移s＝4.3980mm，将剩下的贵金属颗粒装入相应收集容器，

步骤4、多次筛分处理。

步骤4.1)经第一次筛选后，筛分后取靠近超声波换能器的一部分粉末产物重新放置到传送带上再从输入侧运动到输出侧运送，进行下一次筛分；

步骤4.2)取γ＝0.8，第二次筛分设置位移为SL₂＝γSL₁＝0.8*4.4＝3.52mm，选择第二次带速v₂＝0.0684m/s，A₂＝6.8421μm。此时基板材料产生位移s＝3.5084mm，将剩下的贵金属颗粒装入相应收集容器。

步骤4.3)第三次筛分设置位移为SL₃＝γSL₂＝0.8*3.52＝2.816mm，选择第二次带速v₂＝0.0605s，A₂＝5m。此时基板材料产生位移s＝2.7056，贵金属颗粒装入相应收集容器。

步骤4.4)通过上述三次筛分，得到高纯度的废弃电路板粉末中的贵金属颗粒。相比传统化学方法，无需制备复杂且有危害的化学药剂，是一种绿色清洁的方法。

上述具体实施例仅例式性说明本发明的原理与其功效，并非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种用于废弃电路板粉末的贵金属回收方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)将废弃电路板粉碎，得到颗粒直径一致的基板材料和贵金属的混合粉末；

步骤2)根据传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A，求解以下公式，设置废弃电路板粉末颗粒和基板材料颗粒之间的位移S；

式中，R为粉末颗粒半径，ρ₀为空气的静态密度，ρ_s为基板材料颗粒密度，A为声源振动振幅，f为声源振动频率，c₀为空气的声速，y为声波中质点与振幅面的距离，l为换能器宽度；a_y表示距离y的二阶导数，即为加速度，y(t)表示t时间的位移；

步骤3)将混合粉末落在传送带上从输入侧运动到输出侧运送，传送带侧方设有超声波换能器，超声波换能器向传送带上的混合粉末发出声辐射力，设定满足S＝SL条件的传送带速度v和超声波换能器振动幅值A控制传送带的运行和超声波换能器的工作，SL表示基板材料颗粒与贵金属颗粒分开的位移阈值，密度更大的贵金属颗粒产生位移偏离，基板材料和贵金属相分离；

步骤4)设定控制不同的传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A重复步骤3)进行多次筛分处理。

2.根据权利要求1所述的一种用于废弃电路板粉末的贵金属回收方法，其特征在于：所述的步骤4)具体为：

步骤4.1)：第一次筛分后取靠近超声波换能器的一部分粉末产物重新放置到传送带上再从输入侧运动到输出侧运送，进行下一次筛分；

步骤4.2)：第二次筛分处采用以下方式设定传送带的带速v和超声波换能器振动幅值A：设置废弃电路板粉末颗粒和基板材料颗粒之间的位移为SL₂＝λSL₁，通过反解以下公式获得带速v₂和超声波换能器振动幅值A₂；

其中，SL₁表示第一次筛分时的位移阈值SL，SL₂表示第二次筛分时的位移阈值SL；λ为位移衰减系数；

然后以带速v₂和超声波换能器振动幅值A₂控制传送带的运行和超声波换能器的工作，筛分后取靠近超声波换能器的一部分粉末产物重新放置到传送带上再从输入侧运动到输出侧运送进行下一次筛分，进行重复多次后获得贵金属。

3.根据权利要求1所述的一种用于废弃电路板粉末的贵金属回收方法，其特征在于：所述的贵金属为金、银、钯及其合金。

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