[发明专利]一种多组分金属物质的物理分离方法和装置

说明书

本发明涉及一种多组分金属物质的物理分离方法和装置，属于物质分离科学领域。将含有多组分金属及金属间化合物的原料加入真空电子束炉中的坩埚内，抽真空；采用电子束熔炼的方法进行加热，金属粒子被汽化，形成金属蒸汽；利用持续的射频空心阴极放电的方法，电离形成的金属蒸汽，使其形成低温等离子体；在等离子体周围施加正交的磁场，不同金属离子的质荷比不同，在相同的正交磁场内形成不同的路径，以此分离不同金属；在坩埚周围设置金属离子接收板，收集不同种类金属离子飞出后形成的金属粉末。整个过程是物理分离过程，环境友好，易于实现自动化工业生产。

技术领域

本发明涉及一种新的用于分离金属的方法和装置，具体涉及一种多组分金属物质的物理分离方法和装置，本发明中所涉及到的基础技术手段包括电子束技术、等离子体技术和磁质谱技术等，属于物质分离科学领域。

背景技术

随着家用电器和电子设备的应用普及，电子废弃物的处理问题已经成为一个亟待解决的日益严重的环境问题。电气电子设备种类繁多，制造工艺复杂，含有大量金属、塑料、玻璃以及其它化合物，其中包括许多有毒有害元素，如氯氟碳化合物、卤素阻燃剂、汞、硒、镍、镉、铅、铬等，如果处理不当会对环境造成严重的污染，而且其对处理技术和工艺要求又很高，但同时电子废弃物又是重要的再生资源，因此产生了对其分离回收技术的探索，形成新的研究领域——分离科学。

从电子废弃物中回收金属的技术研究可以追溯到20世纪60年代末。当时，美国矿业局尝试从废弃军事设备的破碎品中回收贵金属，并建成了处理量达0.23t/h的中试厂。由于电子废弃物种类繁多、成分复杂，其处理涉及到环境学、化学、矿物加工学、冶金、电子电力、机械等多学科领域，处理难度甚大，因此，美国国家矿业局在1986年组织起研究开发电子废弃物处理及贵金属回收的新工艺，包括手工拆卸、机械处理、火法冶金、湿法冶金等技术。与此同时，其他发达国家如瑞典、日本、德国等也积极开展这一领域的研究工作，并在工艺技术上取得了较大的进展，但这些技术均以回收贵金属为主。随着电子产品中的贵金属含量的不断减少，基本金属含量的逐渐增加，以及资源紧缺的日益加剧，回收技术的发展方向已开始转向稀贵金属和基本金属。

电子废弃物中主要是含有大量贱金属铜，同时还含有大量的稀贵金属。例如：金在电触点材料和导电材料(金丝、金箔、用金粉压制成的部件、金的合金、包金合金材料等)、金基焊料、电子浆料上获得广泛应用；锗是一种重要的半导体材料，用于制造晶体管及各种电子装置。铟因其光渗透性和导电性强，主要用于生产ITO靶材(用于生产液晶显示器和平板屏幕)，占全球铟消费量的70％。钽是芯片(CPU)中重要的贵金属(铜互连中TaN)，也可做电子管的电极、整流器、电解、电容，世界上钽金属的产量一半被用在钽电容的生产上。镓是制造半导体氮化镓、砷化镓、磷化镓、锗半导体掺杂元；镓化合物，尤其是砷化镓在电子工业已经引起了越来越多的关注。电子电器是用银量最大的行业，其使用分为电接触材料、复合材料和焊接材料，铑、钯等在电子电器中获得应有。同时，贵金属镀层在电子工业中应用却越来越多。其原因在于：其化学稳定性高、抗腐蚀性好、焊接性好、结合力强、接触电阻小、导电性能特别好等诸多优点。目前，国际上贵金属电镀技术发展较快，在提高镀层质量的条件下，努力探索降低电镀成本的措施，镀层成分由单一金属向多元化方向发展，取得了综合性能优良的多元合金。例如：金合金(比如金锡、金铋、金银、金钴……)，银合金(银镍、银锡……)，和钯合金电镀工艺，尽量减少稀贵金属如铑、铂和金的用量。通常情况下，一个镀层并不能达到如此效果，而是采用多种中间镀层才可能达到目的。

由于电子废弃物是多物质、多组分混合体系，首先对其进行破碎以达到各物料之间的解离，然后按物质物理性质的差异，采用重力分离、磁分离、电分离等物理分离方法实现物料直接的分离。然而，经分选结合破碎技术在电子废弃物拆解、物料的分离等预处理后获得多种金属混合体，含铜、重金属、金、银等稀贵金属等。如何环境友好地分离和提取与纯化多种金属混合体中铜、重金属(铅、镉等)、稀贵金属(金、银等)，使其成为附加值更高的二次资源，避免对环境的二次污染，是目前迫切需要解决而尚未解决的重要问题。