新型电子废物熔池熔炼富集回收稀贵金属的基础研究

Compared with the traditional e-waste, new types of e-waste, represented by spent mobile phone, are rich in a variety of high-value rare and precious metals, with higher recycling value; But due to its small size, the complex structure and components, as well as low iron / aluminum content, the traditional e-waste “crushing - sorting – smelting” process will lead to not only low physical separation efficiency but also much loss of rare and precious metals. The most reasonable process is simple crush – direct bath smelting, and based on differences of affinity between Cu / Pb and rare or precious metals, separation and enrichment can be achieved. In this project, taking spent mobile phone as research object, a series of fundamental study focuses on the key bath smelting. The effect of Al2O3, MgO content on physical properties FeOx-SiO2-CaO slag is to be tested, and a relational model can be constructed between distribution balance of rare and precious metals and the oxygen partial pressure, temperature, slag/alloy ratio, composition of slag, accompanying with study of reaction behavior of major metals. Then, the operating conditions for bath smelting will be concluded. The project will provide theoretical support for development of efficiently recycling technology of new types of E-waste, and has important theoretical and practical value.

与传统的“四机一脑”电子废物相比，以报废手机为代表的新型电子废物中稀贵金属种类更多、含量更高，回收利用价值更大；但是其体积小，结构成分复杂，铁/铝含量低，采用传统电子废物破碎-分选-冶炼工艺，不仅物理分选效率不高，而且将导致稀贵金属大量损失。简单剪切破碎后直接熔池熔炼处理，基于稀贵金属与铜/铅的亲疏关系差异实现稀贵金属富集回收是其回收处理的最合理工艺方案。本项目拟以报废手机为代表对象，针对熔池熔炼这一关键环节开展相关基础研究。解析高Al2O3/MgO含量FeOx-SiO2-CaO炉渣的物理特性及熔化行为，构建新型电子废物熔池熔炼过程中稀贵金属分配平衡与氧分压、温度、渣/金比、炉渣组成之间的关系模型，揭示熔池熔炼条件下报废手机中主要金属的反应行为及稀贵金属走向分布规律，确定熔池熔炼的基本作业制度，为新型电子废物高效处理综合回收稀贵金属的技术开发提供理论支撑，项目研究具有重要的理论及应用价值。

本项目以报废手机为代表对象，针对熔池熔炼这一关键环节开展相关基础研究。系统解析了报废手机结构成分特点，并在此基础上建立了基于高Al2O3/MgO含量FeOx-SiO2-CaO渣系熔池熔炼富集回收稀贵金属的技术；采用热力学理论计算和高温相平衡试验研究方法，揭示了不同条件下高Al2O3/MgO含量FeOx-SiO2-CaO炉渣液相线的变化规律及微量炉渣组元（如Cr2O3）对炉渣熔炼特性的影响；结合热力学模拟和高温静态平衡试验研究，构建了熔炼过程中典型稀贵金属的分配平衡模型，提出了稀贵金属定向分离机制。主要研究结果如下：. （1）筛选和确定了具有高Al2O3溶解能力的炉渣组成，此时炉渣具有合适的熔化温度及粘度。当控制氧分压范围在10-10~10-8atm，合理的炉渣组成为Al2O3含量10wt%~15wt%，CaO含量5-20wt%，Fe/SiO2值在0.8~1.3之间，其中CaO和Fe/SiO2对炉渣粘度的影响大于Al2O3；此外，原料中不锈钢所带来的造渣成分Cr2O3对熔炼渣性质具有重要影响，1300℃，氧分压10-8atm时，液态渣中Cr2O3溶解度仅为0.6-0.8wt%，炉渣中将大量形成FeO•(AlxCryFe1-x-y)2O3尖晶石，导致炉渣熔化温度和粘度急剧上升，在实际熔炼工业实践中需要严格控制其含量。. （2）稀贵金属在熔炼过程中分配行为研究结果表明：以元素Sn为例，氧分压的控制是关键因素，氧分压为10-9 -10-6atm时，Sn在炉渣中主要以+2价形态存在，氧分压升高更有利于稀贵金属富集在铜合金中；熔炼温度越高，Sn元素更倾向于富集于合金中；炉渣组成中CaO含量对元素走向的影响较为显著。 . （3）通过针对废旧手机电路板、传统键盘手机及智能手机熔炼试验研究，验证并形成了基于FeOx-SiO2-Al2O3-CaO渣系熔炼富集稀贵金属的关键技术，获得了适宜的优化工艺条件及目标炉渣组成，Cu、Ni、Sn、Au、Ag的回收率分别可达到98.49%，97.33%，95.44%，99.69%，98.89%，提出了以废旧手机为代表的新型电子废弃物熔炼回收稀贵金属的定向分离技术体系，并将项目研究成果应用于工业实践，开展了电子废弃物（线路板、手机）熔池熔炼扩大及半工业试验，为生产过程顺利实施提供可靠保障。