《鹼性條件下用廢棄電路板直接製備超細銅粉的基礎研究》是依託北京科技大學，由李建強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鹼性條件下用廢棄電路板直接製備超細銅粉的基礎研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李建強
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨科技的發展，電子廢棄物劇增，廢棄電路板是其主要組成部分，具有數量大、危害多和價值高的特點。申請者研究了在氨性溶液中用Cu(Ⅱ)選擇性浸取廢棄電路板中金屬銅、生成的Cu(I)被溶液中的氧氧化成Cu(II)的動力學機理，確定了影響反應速率的關鍵因素，同時在反應體系中加入電解裝置，並採用陽離子膜分隔陰極區和陽極區，將溶液中銅電解成超細銅粉，形成了循環反應體系。本申請將通過對該體系的系統研究，確定在鹼性條件下電解沉積過程晶核的形成和生長機理，新型羽毛狀銅粉的電解法生成機理，探討有關晶型銅粉的生成規律；通過電解條件(Cu(I)、Cu(II)濃度、pH、氨濃度、電解電流密度、電解電位等)的控制，實現在一定範圍內銅粉粒度及形貌可控；控制體系中Cu(I)濃度，實現電路板中銅的浸出與電解沉積過程的平衡，提高電流效率；同時研究廢棄電路板中其他元素在反應過程中的溶出和沉積規律，抑制雜質元素對銅粉的影響。
結題摘要
對氨性溶液中用廢棄電路板電解法直接製備超細銅粉的基礎問題進行了系統研究，實驗結果表明： 1.通過對不同條件下的獲得的銅粉形貌及粒度的研究、對晶體結構及銅粉生長過程的研究，表明銅在電解結晶過程中各晶面生長不均衡，在優勢生長晶面會優先生長；在氨性條件下，銅的沉積過程是擴散控制，當溶液中銅的擴散速度較小時，銅粉晶體不同的生長晶面的生長能差異會顯現出來，會生成二維羽毛狀銅粉，當擴散速度較快時，會向三維方向發展。 結構分析表面，銅粉為單晶結構，晶面有（111）、（311）、（220）晶面，（311）晶向為銅粉分支生長方向，計算表明其與（111）晶面的夾角為58.5°，與實際觀測結果一致。與（111）晶面垂直的為（220）晶面，應為受抑制的晶向。 高解析度透射電鏡分析結果表明，銅粉顆粒沉積過程是先在附近區域形成納米級的微小晶粒，然後以OA(Ostwald Ripening)機制經過旋轉，位錯對準，從而最後變為統一晶向。然後再通過OR(Oriented Attachment)機制，表面部分晶粒重新溶解進溶液並重新結晶取向，從而使得表面晶向取向一致，即使得表面變的平滑。 2、研究了電解電位、電極種類和表面狀態、銅離子（Cu(I)、Cu(II)）濃度、pH、氨濃度、電解時間、陰極區和陽極區的分隔，陰極區含氧量等對陽極廢棄電路板中銅的浸出能力及對銅粉的粒度和形貌的影響，確定了最佳獲得羽毛狀銅粉的實驗條件為：電解銅粉的最優條件為銅離子濃度0.06mol/L，電解液溫度為60℃，電解電壓為1.3V，溶液pH=9，電解過程中溶液保持靜止，研究了電解條件對銅粉粒度的影響。 3、研究了Cu(I)濃度及相關電解參數對銅粉粒徑及表觀形貌的影響。 4、研究電解液中添加表明活性劑對銅粉形貌及粒度的影響，添加表面活性劑CPB可以有效的降低銅粉的粒度；超聲電解可以使銅的擴散係數增大，使銅粉粒徑減小，並形成三維銅粉。 5、鑒於最優的溶銅條件和電解獲得超細銅粉的條件不一致，研究了在陰極區和陽極區間加陽離子膜，除了可以抑制陽極區電解產生的氧到達陰極區影響電流效率外，利用陽離子膜對銅離子的傳輸速率不同，建立了陽離子膜控制的不同陰極區、陽極區濃度的電解方式。 6、研究了PCB中常見的雜質離子Pb、Sn在氨性電解液中的溶出行為及對電解銅粉質量的影響。
