[发明专利]一种利用废旧含铅焊锡制备纳米氧化铅粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于固废资源化领域的电子废弃物资源化高值化回收，涉及电子废弃物中重金属铅和锡的高值化回收以及纳米粉体的制备。具体涉及一种利用废旧含铅焊锡制备片状和杆状纳米氧化铅粉的方法。

背景技术

焊锡作为电子设备中电子元器件与电路板的连接材料，其在家电制造业、电子工业、汽车制造业、维修以及日常生活中应用广泛，用量巨大。铅锡共晶焊锡因其熔点低、上锡能力好、扩散性好等特点，有着其它无铅焊锡无法替代的优势。然而，铅锡焊锡中铅的含量很大，普通的共晶焊锡中铅的含量达37%， 锡占63%。据统计，1994 到 2003年之间，全球大约有5亿台电脑被废弃，而这里面含有大约718000 t 铅。铅在电子废弃物中主要存在电路板、二极管锥玻璃以及铅酸蓄电池等部件中。如果这些铅因不合理的回收过程而排放到环境，将会对附近大气、土壤和水体造成极大环境污染，甚至对当地居民的身体健康带来潜在危害。据报道，在广东贵屿和浙江台州等电子废弃物集中拆解地，当地的土壤、水体等都受到了严重重金属污染，而研究人员对当地儿童的血铅检测也表明其血铅含量大大超过了国家限值的10ug/L。另外，环境及人体健康受到威胁的同时，这也是对金属资源的极大浪费。

目前对于含铅焊锡或者其它铅锡矿渣的回收工艺主要有火法冶金及湿法冶金。但火法冶金产生的飞灰中包含气化的微细铅粉，可能经尾气排放到大气而造成二次污染。湿法冶金采用酸浸、电解等流程回收焊锡中的铅、锡以及银等金属。工艺过程中需要消耗大量化学试剂，产生的废液具有极强的腐蚀性，也可能造成二次污染。另外，这些过程回收的产品为粗焊锡、粗铅和粗锡等，经济价值不高，一般企业难以从回收过程中得到较高的经济回报。因此，开发一种能够高值化回收废旧焊锡以及其他铅锡矿渣的绿色工艺过程便迫在眉睫。

氧化铅粉在颜料、含铅玻璃、杀虫剂、陶瓷原料以及铅酸蓄电池制造等领域有着广泛的应用。当其尺寸达到纳米维度时，由于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应以及表明效应等，其可能表现出特殊的光学、电学性能。另外，氧化锡也是一种宽能带隙的半导体材料。而氧化锡粉末作为一种优秀的透明导电材料，已经广泛应用在电极制备、传感器、液晶显示、太阳能电池、化工催化、涂料、压敏材料制备等领域。

发明内容

本发明的目的是针对当前重金属污染现象普遍、现有回收焊锡工艺落后，技术不足、回收产品附加值低的现状，而提供一种简单有效的回收含铅焊锡同时制备纳米氧化铅粉的方法，利用真空控氧法，以电子废弃物中废旧含铅焊锡为原料，制备出高纯度高分散性的片状和杆状纳米氧化铅粉，在避免重金属铅污染环境的同时实现了铅锡的高附加值回收。本发明所确立的方法在封闭系统中进行，无杂质引入，得到的产品纯度高；无污染物排放，不会造成环境污染。

本发明将废旧经过物理分离得到的废旧含铅焊锡放入真空炉加热腔内，采用真空控氧法，向真空系统中通入一定量的空气，同时采用机械泵将空气排出，使得系统中保持100-10000Pa的动态压强。然后加热真空炉到一定温度，利用空气中的氧气将焊锡中的铅和锡氧化，然后利用氧化铅和氧化锡沸点的不同将氧化铅蒸发出来，利用未反应的氮气将氧化铅蒸气带入冷凝腔体内冷凝成纳米粉。加热腔内未被蒸发出来的残渣则为副产品氧化锡粉末。通过控制加热温度、动态空气压强、冷凝温度等条件，制备得到不同形态的纳米氧化铅粉。本发明直接采用空气作为氧化剂和载气，成本低廉，工艺过程简单，易于工业化。

本发明中，所述加热温度为800-1000℃，以升温速率10-20℃/min加热；所述动态空气压强为100-10000Pa；所述冷凝温度为100-500℃。

本发明中，所述纳米氧化铅粉末直接冷凝在冷凝腔的石英管壁上，或者石英管壁的硅片上。也可以采用旋风分离法收集所得锌粉。

本发明方法制得的纳米氧化铅粉为片状或杆状，当冷凝温度为300-500℃时形貌为片状，当冷凝温度为100-200℃时形貌为杆状。所述的片状纳米氧化铅产品长宽尺寸大概为50-300nm，厚度为10-20nm。所述的杆状纳米氧化铅产品长度大概为50nm, 直径大约为10-15nm。

本发明方法中，所得到的残渣为纯度较高的灰白色二氧化锡粉末。

本发明包括以下具体步骤：

（1）将废旧含铅焊锡盛装于氧化铝坩埚内，将氧化铝坩埚放置于管式真空炉的加热腔内；同时，管式真空炉冷凝腔内放置纳米氧化铅收集装置；其中：