废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法

权利要求

1.一种废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于步骤包括：

步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;

步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，进行密闭常压硫化，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，真空气化，在普通坩埚获得残留物铜产品，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品。

2.根据权利要求1所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤1中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构。

3.根据权利要求2所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤1中桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm。

4.根据权利要求1所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤1中硫磺粒径为15～20um，废镀锡铜线为Sn含量为1.5%～2%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：3-6。

5.根据权利要求1所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤1中石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔。

6.根据权利要求5所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤1中石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm。

7.根据权利要求1所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤2中密闭常压硫化控制温度为450～650℃，保温60～180min。

8.根据权利要求1所述的废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其特征在于：所述步骤3中的真空气化控制真空度为3～10Pa、控制蒸馏温度为1100～1300℃，保温时间60～180min。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，属于有色金属火法冶炼技术领域。

背景技术

[0002]镀锡铜料是在裸铜料表面镀上一层薄锡，可以避免铜与空气直接接触被氧化，提高铜料的抗氧化性和可焊性。镀锡铜是电线电缆、电子元件、印刷电路板等生产中的重要材料，同时电子、电气、通讯等产业的迅猛发展促使对镀锡铜料的需求量急速增加。

[0003]铜是极其重要的金属，2022年我国铜的产量消费量均达到世界的50%以上但我国铜资源仅占世界的3%，含铜二次资源将成为提铜的重要来源，废镀锡铜线有非常高的回收价值，公开号为CN106893876B的中国专利公开了一种废镀锡电线的回收方法,首先将废镀锡铜线置于真空容器的离心分离装置中进行真空离心热解,废镀锡铜线表面的塑料热解,热解挥发物从真空容器中分离后冷却液化为液体油;热解的同时,利用离心分离装置将废镀锡铜线表面的碳化物、大部分锡镀层与铜线分离,另一部分极薄的锡残留在铜线上;然后将铜线电解,铜线表面上的锡被氧化成锡离子进入电解液中,阴极上将电解液中的锡还原成金属海绵锡;再将铜线清洗、稀盐酸浸泡、再清洗,即获得光亮的铜线。该废镀锡电线中的铜、锡、塑料都得到较高质量的资源化回收。但是存在环境污染，且工艺复杂，分离效率低等问题。公开号为CN101625915的中国专利公开了一种回收废镀锡电线电缆的方法,包括以下步骤：1)通过剥线机将废镀锡电线电缆的外层塑料皮剥离,以实现塑料与镀锡铜线的分离;将剥下的塑料皮送破碎机进行粉碎制粉,得到可再次利用的塑料粉;2)将剥离塑料皮后的镀锡铜线送油浴离心分离机中进行脱锡处理：将镀锡铜线置于油浴中加热至250℃以上使锡熔化,然后将离心转速控制在800～1400rpm,通过离心力将锡从废镀锡铜线上分离;脱锡处理后,收集已分离回收的锡以及脱除锡镀层的铜线。该方法能实现废镀锡线中全组分的有效回收及资源化。但是该方法存在工艺流程过于复杂、设备多、占地空间大、且分离效率低等一系列问题。王琪等人发表在《湿法冶金》的名为《用化学——电积法从废旧镀锡铜线中回收铜锡》的论文提出了研究了采用化学—电积法从废旧镀锡铜线中回收铜、锡，采用H2SO4-CuSO4体系从镀锡铜线中脱锡，然后根据铜-锡电极电位差，在恒压条件下分步电积得到铜和锡，再通过添加Cu2(OH)2CO3实现电积尾液循环利用。该方法能实现废镀锡线中铜锡有效分离。但是该方法存在废液难处理、占地空间大、投资成本大等一系列问题。马进萍等人发表在《中国有色金属学报》的名为《常压硫化-真空气化法绿色高效分离锡精炼硫渣中的锡和铜》的论文提出了“向硫渣中加硫后在高温真空蒸馏炉中对其进行常压硫化-真空气化处理”的工艺，通过硫渣中硫磺的混合向锡精炼硫渣中加入硫后对其进行常压硫化-真空气化处理。在常压硫化阶段，硫渣中的单质锡、硫化亚铜与硫反应分别生成硫化亚锡和硫化铜。在真空气化阶段，硫化铜分解为硫化亚铜和硫蒸气，根据硫化亚锡、硫化亚铜和硫蒸气等物质的饱和蒸气压差异，硫化亚铜不挥发，硫化亚锡与硫蒸气挥发。该方法能实现硫渣中铜锡有效分离。但是该方法存在对铜锡废料处理的局限性，采用的是固态硫磺与硫渣混合进行硫化反应，该方法无法适用在交错纷扰的废镀锡铜线上，且仅能处理含锡量较高的铜锡废料(锡含量超过50%以上)，无法对含锡量较少镀锡铜线进行充分的硫化，使用的常规坩埚在硫化过程中由于硫磺易于挥发而易造成硫的损失造成投资成本大、废镀锡铜线硫化不均匀等问题。

发明内容

[0004]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法。本发明针对锡含量为1.5wt%～2wt%、丝线状的废镀锡铜线，采用密闭常压硫蒸汽硫化高温真空气化的方式处理废镀锡铜线，将废镀锡铜线与硫磺放入高温真空蒸馏炉的石墨坩埚中进行密闭常压硫蒸汽硫化和真空气化，得到在石墨坩埚中的残留物99.95%铜，在冷凝盘内得到挥发物硫化亚锡。从而单工艺实现了金属铜的提取，同时高效回收了高附加值的硫化亚锡。本发明通过以下技术方案实现。

[0005]一种废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其步骤包括：

[0006]步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;

[0007]步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，进行密闭常压硫化，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

[0008]步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，真空气化，在普通坩埚获得残留物铜产品，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品。

[0009]所述步骤1中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构。

[0010]所述步骤1中桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm。

[0011]所述步骤1中硫磺粒径为15～20um废镀锡铜线为Sn含量为1.5%～2%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：3-6。

[0012]所述步骤1中石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔。

[0013]所述步骤1中石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm。

[0014]所述步骤2中密闭常压硫化控制温度为450～650℃，保温60～180min。

[0015]所述步骤3中的真空气化控制真空度为3～10Pa、控制蒸馏温度为1100～1300℃，保温时间60～180min。

[0016]本发明的有益效果是：

[0017](1)对锡含量为1.5wt%～2wt%、丝线状的废镀锡铜线经密闭常压硫蒸汽硫化真空气化处理后，可得到纯度为99.95%铜。

[0018](2)采用密闭硫蒸汽硫化处理范围广，可处理不同成分的铜锡二次资源，能耗小，节约能源，铜、锡的回收率高，分离效果好。

[0019](3)绿色生产，生产过程中无“三废”的产生，环境友好。

[0020](4)自动化程度高，对劳动力需求小。

附图说明

[0021]图1是本发明工艺流程图;

[0022]图2是本发明实施例1中在石墨坩埚中的残留物铜产品的XRD分析图;

[0023]图3是本发明实施例1中废镀锡铜线电子探针表征分析图;

[0024]图4是本发明实施例1中废镀锡铜线电子探针表征分析中锡元素分布图;

[0025]图5是本发明实施例1中废镀锡铜线电子探针表征分析中铜元素分布分布图;

[0026]图6是本发明密闭石墨坩埚三维结构示意图;

[0027]图7是本发明密闭石墨坩埚平面示意图;

[0028]图8是本发明石墨穿孔夹层示意图;

[0029]图9是本发明石墨穿孔夹层平面示意图。

具体实施方式

[0030]下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

[0031]实施例1

[0032]如图1和6至8所示，该废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其步骤包括：

[0033]步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺(硫磺为粒径15～20um)放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线(废镀锡铜线为Sn含量为1.5%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：3，废镀锡铜线中物相主要为铜以及少量的锡)，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;其中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构，桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm;石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔;石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm;

[0034]步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，打开高温真空蒸馏炉冷却水设备，以15℃/min升温速率进行升温450℃进行密闭常压硫化180min，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

[0035]步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，控制真空度为10Pa，以15℃/min升温速率进行升温1100℃真空气化120min，在普通坩埚获得残留物铜产品(成分如表1所示)，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品(成分如表1所示)。

[0036]本发明将废镀锡铜线采用电子探针表征分析如图3至5所示，从图3中可以看出废镀锡铜线的界面呈现一个圆状，从图4中可以看出废镀锡铜线中的铜主要分布在其内部直径约为140～150um，从图5中可以看出废镀锡铜线中锡主要分布在铜线的表面厚度大约为1～2um，本发明的废镀锡铜线中铜含量较高，锡含量低。

[0037]本发明得到的残留物铜产品XRD图如图2所示，从图2中可以看出铜主要以单质铜及硫化亚铜的形式被回收。

[0038]表1

[0039]

[0040]从表1中可以看出，经过本发明的处理方法能获得纯度为99.91%的残留物铜产品，挥发物中SnS的纯度能达到96%。

[0041]对比实施例1

[0042]废镀锡铜线的常压硫化和真空气化方法，其步骤包括：

[0043](1)将硫磺(硫磺粒径为15～20um)和废镀锡铜线(废镀锡铜线为Sn含量为2%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：3，废镀锡铜线中物相主要为铜及少部分的锡)混合均匀，放入到普通坩埚中;

[0044](2)然后将普通坩埚放入到高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，打开高温真空蒸馏炉冷却水设备，以15℃/min升温速率进行升温450℃进行常压硫化180min，然后降温至70℃以下;

[0045](3)将经步骤(2)常压硫化处理后的坩埚，在控制真空度为10Pa，以15℃/min升温速率进行升温1100℃真空气化120min，在普通坩埚获得残留物(成分如表2所示)，在冷凝盘中得到挥发物(成分如表2所示)。

[0046]表2

[0047]

[0048]从表2中可以看出，对于Sn含量较低的废镀锡铜线，采用常压硫化和真空气化方法，是没有办法得到高纯的SnS和Cu产物的。

[0049]实施例2

[0050]如图1和6至8所示，该废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其步骤包括：

[0051]步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺(硫磺粒径为15～20um)放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线(废镀锡铜线为Sn含量为1.5%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：4，废镀锡铜线中物相主要为铜及少部分的锡)，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;其中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构，桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm;石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔;石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm;

[0052]步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，打开高温真空蒸馏炉冷却水设备，以15℃/min升温速率进行升温650℃进行密闭常压硫化60min，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

[0053]步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，控制真空度为3Pa，以15℃/min升温速率进行升温1300℃真空气化60min，在普通坩埚获得残留物铜产品(成分如表3所示)，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品(成分如表3所示)。

[0054]表3

[0055]

[0056]从表3中可以看出，经过本发明的处理方法能获得纯度为99.92%的残留物铜产品，挥发物中SnS的纯度能达到97%。

[0057]实施例3

[0058]如图1和6至8所示，该废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其步骤包括：

[0059]步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺(硫磺粒径为15～20um)放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线(废镀锡铜线为Sn含量为1.8%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：5，废镀锡铜线中物相主要为铜及少部分的锡)，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;其中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构，桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm;石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔;石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm;

[0060]步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，打开高温真空蒸馏炉冷却水设备，以15℃/min升温速率进行升温500℃进行密闭常压硫化120min，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

[0061]步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，控制真空度为8Pa，以15℃/min升温速率进行升温1200℃真空气化120min，在普通坩埚获得残留物铜产品(成分如表4所示)，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品(成分如表4所示)。

[0062]表4

[0063]

[0064]从表4中可以看出，经过本发明的处理方法能获得纯度为99.95%的残留物铜产品，挥发物中SnS的纯度能达到99%。

[0065]实施例4

[0066]如图1和6至8所示，该废镀锡铜线中绿色高效回收提取铜和硫化亚锡的方法，其步骤包括：

[0067]步骤1、打开密闭石墨坩埚埚盖，将硫磺(硫磺粒径为15～20um)放入到密闭石墨坩埚内部，然后向密闭石墨坩埚内部放置石墨穿孔夹层，石墨穿孔夹层上部放置废镀锡铜线(废镀锡铜线为Sn含量为1.8%、长度为4～5cm，废镀锡铜线与硫磺的质量比为200：6，废镀锡铜线中物相主要为铜及少部分的锡)，盖好石墨坩埚埚盖得到装料密闭石墨坩埚;其中密闭石墨坩埚为顶部设有螺纹的桶状坩埚，并通过与顶部螺纹相配合的石墨坩埚埚盖组成密闭结构，桶状坩埚高度为135mm，直径为40mm;桶状坩埚顶部的螺纹螺距为2mm、角度为60、长度为10mm;石墨穿孔夹层为中空柱状，中空柱状内部的下部设有反应台，反应台贯穿设有若干均匀间隔的反应孔;石墨穿孔夹层中中空柱状直径为27mm，高为12mm;反应台直径为21mm，反应台距中空柱状顶部9mm，反应台上均匀设置的反应孔直径为2.5mm;

[0068]步骤2、将步骤1得到的装料密闭石墨坩埚放入高温真空蒸馏炉中，抽真空200～600Pa，然后通入惰性气体维持至常压，打开高温真空蒸馏炉冷却水设备，以15℃/min升温速率进行升温560℃进行密闭常压硫化150min，然后降温至70℃以下，取出密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚;

[0069]步骤3、将步骤2得到的密闭常压硫化后的密闭石墨坩埚，将石墨穿孔夹层上部放置的硫化完成的废镀锡铜线放入到普通坩埚中，将普通坩埚放入高温真空蒸馏炉中，控制真空度为6Pa，以15℃/min升温速率进行升温1250℃真空气化150min，在普通坩埚获得残留物铜产品(成分如表5所示)，冷凝盘中获得挥发物硫化亚锡产品(成分如表5所示)。

[0070]表5

[0071]

[0072]从表5中可以看出，经过本发明的处理方法能获得纯度为99.89%的残留物铜产品，挥发物中SnS的纯度能达到98%。

[0073]以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

说明书附图(9)