废旧电脑印刷线路板金属成分溶出的试验研究

　随着电脑产品的更新换代，被淘汰的电脑数量与日俱增，大量被废弃的电脑设备对环境造成了新的污染[1]。因此/电脑垃圾0已经成为危害人类环境的新隐患。如何处理这些/电脑垃圾0已成为摆在人们面前的新课题。印刷线路板在电脑中占的比例较高，而这些线路板的成分又十分复杂，其含有的铅、镉、汞等物质如处置不当会对人类及环境带来严重危害。但同时还可作为金、铜等贵重金属的二次资源[2]。为了下一步能够顺利开展金属二次资源回收工作，本研究采用硝酸湿法溶出线路板中的金属成分，然后，用ICP对线路板中的金属成分进行定量分析。
1材料与方法
1.1材料
　　1）仪器　高频电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP），PLASSMA40型，美国PE仪器公司，单道扫描式，连接微机控制，自动处理数据和编排报告。可同时测定多种元素，也可以自动背景校正，实时图像分析信号。
　　2）废旧电脑样品　取自青岛大学理工学院资产设备处。包括主板、显卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、电池、驱动器等电脑部件。
　　3）试剂　氢氧化钠，硝酸，硫酸。
1.2方法
　　1）拆卸　用钳子，螺丝刀等简单工具将废旧电脑拆解，了解其构成。将线路板（主板、显卡、声卡）逐一放置于电热板上，焊锡面朝下紧贴电热板。待焊锡融化，用钳子将电子元件拔下[3]。
　　2）粉碎　将已经拔去电子元件的线路板（主板、显卡、声卡）用钳子，铁锤等工具粉碎成小块。
　　3）称重　称取若干份等重（3.0g）的显卡样品。
　　4）碱处理　向样品中分别加入不同质量浓度的NaOH溶液各20mL。水浴锅50℃加热1h。过滤洗涤烘干显卡样品。
　　5）酸处理　向样品中分别加入质量浓度为30mL　HNO3溶液。水浴锅加热。
　　6）过滤定容　过滤定容至200mL。
　　7）分析测定方法　本试验采用高频电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）来测定样品中金属元素含量。
2结果与分析
2.1碱液浓度对处理效果的影响
　　由于线路板上覆有一层阻焊剂，如果不把它去除，金属就不能很好的完全溶出。本实验研究发现，用一定浓度的氢氧化钠溶液可以使阻焊剂从线路板上脱落下来。
　　用不同质量浓度（50，100，150…，450g/L）的氢氧化钠溶液对样品上的阻焊剂进行处理，在水浴锅50℃加热1h后，过滤洗涤烘干样品，再向样品中分别加入30mL、质量分数为25%的HNO3溶液，水浴锅60℃加热2h后过滤，将滤液定容到200mL，用ICP对滤液中金属元素含量进行检测。金属溶出的情况见表1所示。图1分别以Ni，Cu，Pb和Ba为例，说明了氢氧化钠溶液浓度变化对后期金属溶出效果的影响。
表1氢氧化钠浓度变化对金属溶出的影响

图1氢氧化钠浓度变化对金属溶出的影响

　　由表1和图1可以看出，随着氢氧化钠溶液浓度的升高，处理后的金属溶出量也相应增加，当氢氧化钠溶液质量浓度超过250g/L时，处理后的Pb溶出量将不再有太大的变化；当氢氧化钠溶液质量浓度超过300g/L时，处理后的Ni、Cu、Ba溶出量将不再有太大的变化。说明了随着氢氧化钠溶液浓度的增高，阻焊剂的去除率也在相应增加，当氢氧化钠溶液质量浓度达到300g/L后，阻焊剂的去除率已经基本达到100%。
　　所以，作为去除阻焊剂的氢氧化钠溶液的最佳质量浓度是250～300g/L。
2.2不同温度对金属溶出效果的影响
　　用质量浓度为300g/L的氢氧化钠溶液对样品上的阻焊剂进行处理，在水浴锅50℃加热1h后，过滤洗涤烘干样品，再向样品中加入30mL、质量分数为25%的HNO3溶液，在水浴锅中不同温度（20，30，40…，100℃）条件下加热2h后过滤，将滤液定容到200mL，用ICP对滤液中的金属元素含量进行检测。金属溶出的情况见表2表示。图2分别以Ni，Cu，Pb和Ba为例说明不同温度对金属溶出效果的影响。
表2温度变化对金属溶出的影响

图2温度变化对金属溶出的影响
　　从表2和图2中可以看出，随着处理温度的升高，金属的溶出量也在不断增加，但是，当温度超过50℃时，Pb和Ba的溶出量将不再有太大的变化，当温度超过60℃时，Ni和Cu的溶出量不再有太大的变化。说明了处理温度的变化在50℃以内与金属的溶出量成正比，在60℃以后，金属的溶出量不随温度的升高而增加，在50～60℃时，金属的溶出量基本达到最佳状态。
2.3硝酸浓度对金属溶出效果的影响
　　硝酸浓度对金属溶出效果有很大的影响，硝酸浓度较低，则金属溶解反应缓慢，且不能完全溶出，适当增大硝酸的浓度，则金属溶解反应加快，硝酸浓度到达一定值时，金属基本上可以完全溶出[5-6]。
　　用质量浓度为300g/L的氢氧化钠溶液对样品上的阻焊剂进行处理，在水浴锅50℃加热1h后，过滤洗涤烘干样品，再向样品中加入30mL不同质量分数（3.25%，6.5%，9.75%…，28.25%）的HNO3溶液，水浴锅60℃加热2h后过滤，将滤液定容到200mL，用ICP对滤液中的金属元素含量进行检测。金属溶出的情况见表3。图3分别以Ni，Cu，Pb和Ba为例说明硝酸浓度对金属溶出效果的影响。
表3硝酸浓度变化对金属溶出的影响

 
随着硝酸溶液浓度的升高，处理后的金属溶出量也相应增加，当硝酸溶液质量分数超过21.75%时，处理后的Pb溶出量将不再有太大的变化，当硝酸溶液质量分数超过25%时，处理后的Ni、Cu、Ba溶出量将不再有太大的变化。所以，在处理废旧电脑中的印刷线路板时，硝酸溶液的最佳使用质量分数为21.75%～25%。
3结论
　　通过以上各实验结果，在本实验条件下可以得出以下结论：
　　1）大部分锡在拆卸工作时，就可以通过电热板的加热融化，冷却后可以得到回收。
　　2）适当的温度对于金属的溶解很重要，低温不利于金属的溶解，最佳的温度是50～60℃。适当加热，可以使金属溶于硝酸的反应速度大幅度提高，且有利于反应的彻底。
　　3）需要选择适当浓度的氢氧化钠溶液才能够使阻焊剂完全从线路板上脱落，氢氧化钠质量浓度最佳值为250～300g/L。低于250g/L，阻焊剂不能从线路板上完全脱落；高于300g/L，氢氧化钠处理后的线路板样品过滤洗涤需要耗费更多的蒸馏水，造成不必要的浪费。
　　4）硝酸的浓度对于金属的溶解有很大影响。浓度较低时，只能有部分金属溶出，大部分金属仍存留在线路板上；浓度较高也不利于金属的溶解，Fe、Al等金属和浓硝酸发生钝化反应。选择质量分数为21.75%～25%的硝酸溶液处理样品效果最佳。
参考文献：
[1]薛锐，赵美玲，温雪峰.国内外废旧电脑的处置状况[J].污染防治技术，2002，15（4）：48－50.
[2]陈张健，董灵平.废旧电脑的处置现状与绿色电脑概念的普及[J].环境污染与防治，2003，25（3）：147－149.
[3]李莉，张维志.废旧电脑污染问题及其管理对策[J].再生资源研究，2002（6）：1214，31.
[4]江博新，蔡艳秀，张晓东，等.废旧电脑再生利用现状及技术研究探索[J].中国资源综合利用，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.