1、簡介

電氣和電子設備小型化的必要性導致了對在工作條件下提供較高電容量和穩(wěn)定性性能的電容器的探索。 金屬鉭用于制造電容器，因為從這種金屬可以生產(chǎn)具有高電容量的介電層。 典型的鉭電容器，除鉭和五氧化二鉭靶材外，還包含其他因素，例如：MnO2（固體電解質(zhì)）、銀（高耐化學性層）、石墨（MnO2 和銀之間的層）、錫和鈮（組件 焊料和電線）、環(huán)氧樹脂（防止機械損壞的保護層）。 不僅鉭（純金屬和氧化物）的形態(tài)，還有其他上述成分，決定了鉭電容器的回收過程。

從廢棄電氣和電子設備 (WEEE) 中回收鉭的方法有很多。公認的做法是通過破碎和研磨機械分離鉭。否則，可以將環(huán)氧樹脂在 500～10000C 下燃燒 1～5 小時，也可以氧化得到五氧化二鉭靶材，最常用的還原方法是 Na、Mg 或 Ca。鉭電容器可以被浸出，例如在王水、濃 HCl、NaOH 或 KOH 中。

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獲得使用氯化鐵 (FeClx) 氯化鉭的浸出電容器，然后用 Mg 將其還原。其他方法，例如：包含電容器的印刷電路板的剝離、通過摻雜有 Fe2O3 的 Cu-Fe-C 合金回收鉭、通過鏑離子電化學還原熔鹽中溶解的鉭等，均有報道。通常，從 WEEE（主要形成印刷電路板）中回收鉭是一個多步驟的過程，最終產(chǎn)品可能含有其他元素不純；因此，目前還沒有開發(fā)出簡單有效的回收工藝。本研究的目的是開發(fā)一種從 WEEE 中回收鉭的工藝。特別注意稀釋溶液、低溫和安全試劑的使用。

2、實驗

WEEE回收鉭的開發(fā)過程

包括以下步驟：

1.粗破電容器和研磨鉭陽極，

2. 在稀釋的 HNO3 中浸出陽極，

3. 研磨陽極，

4.氧化，

5.用還原劑壓制氧化的陽極，

6.熱還原。

本研究使用的材料是通孔安裝的鉭電容器，重量約為210 克。

浸出溶液是 8M HNO3 (700 ml)。 還原劑為：Al、Mg 和 Si（均為工業(yè)級；分別為 1.344、1.049、1.815 g）。

2.2 浸出

浸出的主要目的是去除陽極中的銀：

4Agfoil + 6HNO3 → 4AgNO3 溶解 + ↑NO + ↑NO2+ 3H2O

有效浸出 Ag 需要 HNO3 濃度高于 3M：最好在 8÷10M 范圍內(nèi)。 此外，環(huán)氧樹脂片漂浮在溶液表面 - 它們被機械去除。

浸出持續(xù)12小時。

2.3 研磨陽極

去除了銀和大部分樹脂，陽極被研磨。研磨的目的是為了讓未來的氧化均勻。

2.4 氧化

陽極氧化后得到五氧化二鉭靶材“濃縮物”：2Taanodes + 5O2 → Ta2O5 氧化陽極

此外，殘留的環(huán)氧樹脂與氧氣反應形成硅，另外形成燃燒產(chǎn)物（CO2 和 H2O），石墨層形成 CO2。 在9000℃的爐中進行氧化1小時。

2.5 用還原劑壓制氧化陽極

還原條件必須使含有五氧化二鉭靶材的材料（氧化陽極）與坩堝底部和壁以及其他雜質(zhì)源的物理接觸最小。 為此目的，將氧化的陽極（每12g）與相應的還原劑一起壓制成模制件。 相對于由化學計量產(chǎn)生的質(zhì)量，它已經(jīng)應用了 20% 過量的還原劑。 在 160÷240 MPa 的條件下進行壓制。

3.3 化學成分分析

電容器主要由鉭和 Mn 組成，Ag 和 Sn 較少。 圖 2 顯示了在 HNO3 中浸出 Ag、Sn 和 Mn 的確認。這些雜質(zhì)通過化學和機械方式傳遞到溶液中。 在氧化的陽極中有：五氧化二鉭靶材、錳鉭氧化物和 Mn(六氧化二鉭靶材)，它們是氧化產(chǎn)物。 氧化導致鉭濃度增加。 熱還原后，只有在模制件中含有 Mg 才能獲得純鉭。 還原是不完全的，因為除了鉭之外還形成了絡合物(Mn0.6Mg1.4)Mg2(Ta2O9)。 Mg 也是 MnO 形式。 主要雜質(zhì)是 Mn 和 Mg。

4 討論與結論

所提出的從 WEEE 回收鉭的方法包括分離鉭陽極和獲得純鉭回收。 通過破壞環(huán)氧樹脂進行機械處理是燃燒的替代方法。 此操作有效且易于實施。 顯示了使用 8M HNO3 浸出銀層數(shù)鉭陽極的能力和效率。

鉭回收率為 96%。在保持該過程的簡單性的同時實現(xiàn)了如此高的速率。未能以令人滿意的程度除去的雜質(zhì)是Mn。應研究去除 MnO2 層的可能性，例如在各種新鮮溶液中多次浸出。在工藝的每個階段，材料中都殘留有一部分 Mn。證明，比 MnO2對 HNO3 的稀釋具有很高的抵抗力。只有 Mg 將模制件中的五氧化二鉭靶材部分還原為純鉭。在這種情況下，鉭回收效率估計為 57%。這個值是比較低的，而是一部分Mg還原五氧化二鉭靶材，形成Mn和Mg的氧化物的混合物。因此，應調(diào)查這種現(xiàn)象的熱力學原因。氧化陽極或還原模制件可被視為高含量的鉭濃縮物（分別為 81.5 和 77.1%）。然而，如果目標是獲得純鉭，則還原成型件需要進一步加工，因為它含有還原副產(chǎn)物，即還原劑的氧化物。減少的模制件可以溶解在例如HCl、CH3COOH 或稀釋的王水，這反過來會產(chǎn)生純鉭。