專利名稱：一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬產(chǎn)物的合成方法，特別是涉及一種自含金屬物件合成金屬 產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)產(chǎn)業(yè)為國內(nèi)大型電子工業(yè)零件制造業(yè)之
一，也是臺灣近年來信息電子工業(yè)突飛猛進(jìn)的幕后功臣，該產(chǎn)業(yè)不但在產(chǎn)值上高居世界 前幾位，且產(chǎn)量逐年持續(xù)增加。因而于印刷電路板生產(chǎn)過程與使用后產(chǎn)生大量廢棄印刷 電路板，通常，電路板的組成分包括約75至90%的玻璃纖維與環(huán)氧樹脂等非金屬，其余 則包括約6至30%的金屬成分，其中以銅的含量為最高，此外，電路板的層板越多，銅 含量也越多。與銅金屬相比，氧化銅具有質(zhì)量穩(wěn)定與優(yōu)異半導(dǎo)體特性，且其價格比起銅金屬 更是極具經(jīng)濟發(fā)展性，氧化銅還可被多方應(yīng)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、電子原料及納米產(chǎn)品上。 而目前已知的廢棄物資源處理僅限于純金屬或一般金屬氧化物的回收，例如，利用電解 的方式生產(chǎn)金屬，但是該工藝必須控制電解液的濃度，才能有效回收金屬，并無法將其 產(chǎn)物制成較高單價的產(chǎn)品銷售，此外，該方法另需要提供大量電力以及產(chǎn)生大量的廢棄 酸液，對于環(huán)境保護并無幫助。此外，目前對廢棄印刷電路板的處理方法主要是以火法冶金(pyrometallurgy)的 方式，回收其中的有價金屬，然而，火法冶金技術(shù)及其熔爐設(shè)備的成本很高，每公噸大 約為1,400 1,600美元。一般而言，廢棄物的火法冶金除了可能不需要焙燒步驟外， 仍須要熔煉、吹煉、精煉等工序，其中，熔煉步驟即須利用到鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐等 傳統(tǒng)設(shè)備，吹煉處理時又須添加石英熔劑去除雜質(zhì)，使用冷卻劑吸收熱量，此外，還有 難以克服的二氧化硫酸性氣體污染問題。最后再進(jìn)行火法精煉及電解精煉以得到純度高 的銅，且其提煉出來的為純金屬銅，即便純度高，售價也只能達(dá)倫敦金屬交易市場的價 格。而且該技術(shù)所排放的煉銅廢水，造成溪流河川重金屬污染，海域嚴(yán)重污染產(chǎn)生分 層，其煉銅過程所排放的硫化物毒氣，亦造成空氣嚴(yán)重污染。另外，以火法冶金回收金 屬的問題在于將熔煉設(shè)備用于制備金屬不經(jīng)濟，該設(shè)備無法輕易取得導(dǎo)致回收業(yè)者僅能 低賣高買而與其它業(yè)者合作，更不利于廢棄物回收觀念及事業(yè)推展，況且實施火法冶金 所造成的污染問題亦極為嚴(yán)重。另一方面，若欲自礦石中得到純度高的金屬，傳統(tǒng)的金屬礦物的冶煉技術(shù)，須 包括采礦、精選、加熱熔煉、還原、精煉及成型等多次步驟，但該工藝不僅耗費能量及 時間，倘欲得到納米金屬氧化物或金屬時，亦需要額外的加工處理。因此，如何能在含金屬物件的處理過程中，發(fā)展出具有節(jié)能減碳、環(huán)保、高附 加價值的資源回收方法，并提高如金屬氧化物的回收產(chǎn)品的純度，乃成為亟待解決的課 題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，包括將該 含金屬物件置于具酸根的酸液中，以由該具酸根的酸液溶解出該含金屬物件中所含的供 合成金屬產(chǎn)物用的金屬；使該溶解有該金屬的酸液與燃料混合，以得到混合物；以及加 熱該混合物，使該混合物燃燒，以得到金屬產(chǎn)物。本發(fā)明還提供一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，包括將該含金屬物件 置于具酸根的酸液中，以由該具酸根的酸液溶解出該含金屬物件中所含的供合成金屬產(chǎn) 物用的金屬；添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；過濾該經(jīng)添加堿的溶解有該金屬的酸 液以得到金屬沉淀物；以及干燥該金屬沉淀物，以得到金屬氧化物。 于一具體實施例中，還包括于溶解該含金屬物件中所含的供合成金屬產(chǎn)物用的 金屬前，粉碎該含金屬物件。粉碎該含金屬物件是用以縮小該金屬物件的尺寸，加速 金屬溶解于酸液中，具體而言，經(jīng)粉碎的含金屬物件的長度、寬度及高度尺寸分別約為 IOmm 至 1 μ m。本發(fā)明通過將例如銅箔基板、電路板、電纜、礦石、電池或廢棄物等含金屬物 件溶解于酸液中，最后搭配沉淀或燃料加以燃燒得到所欲的金屬產(chǎn)物，此外，本發(fā)明的 方法于燃燒后不會產(chǎn)生廢酸液，且燃料的用量低燃燒時間短，具有產(chǎn)物純度高及環(huán)保等 優(yōu)點。


圖IA為本發(fā)明的含金屬物件樣品(a)、(b)在兩小時內(nèi)的溶出率(％ )關(guān)系圖；圖IB為本發(fā)明的含金屬物件樣品(a)、(b)在兩小時內(nèi)的溶出率(％ )關(guān)系圖， 其中，該酸液的氧化還原電位是經(jīng)調(diào)控的；圖2為本發(fā)明的經(jīng)燃燒合成后所得的金屬氧化物的X射線圖譜；圖3為本發(fā)明的經(jīng)水洗后金屬氧化物的X射線圖譜；以及圖4為本發(fā)明的經(jīng)水洗后金屬氧化物的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖譜。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可 由本說明書所公開的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點及功效。本發(fā)明亦可以其它不同的方 式予以實施，即，在不悖離本發(fā)明所公開的范疇下，能予不同的修飾與改變。“氧化還原電位”(Oxidation-Reduction Potential，ORP)在本文中是指通過如氧
化還原控制器及臭氧產(chǎn)生機調(diào)控和測量酸液的氧化還原電位?！袄碚撝祷瘜W(xué)計量比”在本文中是指根據(jù)金屬與燃料的化學(xué)平衡式的系數(shù)比， 并除以燃料的官能基數(shù)目后所得的值，以帶有3個結(jié)晶水的硝酸銅和具有羧基及胺基兩 個官能基的甘胺酸為例，燃料與金屬的理論值化學(xué)計量比為1.1/2，即0.55。本發(fā)明中對 于酸液溶劑所用的水并無特別限制，但是，若考慮產(chǎn)品等級可使用純水或去離子水?！昂饘傥锛痹诒疚闹锌砂ㄣ~箔基板、電路板、電纜、礦石、電池或廢棄 物等，但不以此為限?！敖饘佼a(chǎn)物”在本文中是指包括任何尺寸大小的金屬或金屬化合物，但以微米等級以下為佳，尤以納米金屬產(chǎn)物為佳，此外，于具體實施例中，本發(fā)明得到粉末產(chǎn) 物。本發(fā)明公開一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，包括將該含金屬物件置于 具酸根的酸液中，以由該具酸根的酸液溶解出該含金屬物件中所含的供合成金屬產(chǎn)物用 的金屬；使該溶解有該金屬的酸液與燃料混合，以得到混合物；以及加熱該混合物，使 該混合物燃燒，以得到金屬產(chǎn)物?；蛘撸捎谌芙庠摻饘俸?，添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；接著過濾該經(jīng) 添加堿的溶解有該金屬的酸液以得到金屬沉淀物；以及干燥該金屬沉淀物，以得到金屬 氧化物。于一具體實施例中，金屬的實例可為例如，鈦、鋅、銅、或鐵，但不以此為 限。本發(fā)明中是以銅金屬作為說明的示范例，對于其它種類金屬亦可適用。于一具體實施例中，粉碎該含金屬物件，是用以縮小該金屬物件的尺寸，加速 金屬溶解于酸液中。于又一具體實施例中，該酸液的實例可為任何適合溶解金屬的無機酸，該酸液 的具體實例包括，但不限于硝酸或硫酸等，其中，該酸液又以硝酸為佳。
另外，于溶解金屬的步驟中，發(fā)現(xiàn)酸液的濃度過高，使得即便于室溫的條件下 反應(yīng)有過于劇烈的狀況，而過低的濃度則無法溶解金屬，經(jīng)研究后，發(fā)現(xiàn)濃度為1至8N 的酸液較適合溶解金屬，其中，并以2至5N為較佳。于該溶解步驟中，本發(fā)明調(diào)整該金屬重量與酸液體積之比，通常金屬重量與酸 液體積之比在1 20至1 125(g/ml)的范圍，即可于兩小時內(nèi)溶解完金屬，較佳地則 為1 25至1 125(g/ml)，此外，若欲節(jié)省酸液的用量，1 50的用量比亦可達(dá)到溶 解金屬的目的。通常，在利用酸液溶解金屬的過程中，是于使酸液的溫度高于室溫的條件下進(jìn) 行，且升溫的優(yōu)點包括溫和地加速金屬溶解并節(jié)省酸液的用量，因此，可于20至100°C 的酸液中溶解金屬，較佳地，可于50至75°C的酸液中溶解金屬。另外，反應(yīng)時的酸液的氧化還原電位亦可影響金屬的溶解。也即是說，在酸溶 進(jìn)行的同時，氧化還原電位會漸漸下降，且若反應(yīng)越劇烈則氧化還原電位下降的速度也 越快。因此，可控制氧化還原電位，通常，酸液的氧化還原電位為760至880mV的范圍 時，有利于穩(wěn)定和快速的使金屬溶解，請參照圖IA和IB所示的物件樣品(a)、(b)的溶 出率(％)，于該非限制性實例中，是以55°C、2.5N的硝酸溶解銅金屬，其中，銅金屬重 量與硝酸體積之比為1 25，并調(diào)控氧化還原電位為800至850mV，如圖IA所示，在未 調(diào)控氧化還原電位時，在第90分鐘溶解出80wt%的銅，而在圖IB的調(diào)控氧化還原電位 的實施方式中，可于第90分鐘即完全溶解銅。在本發(fā)明的一具體實施例中，可通過加熱燃燒的步驟得到金屬產(chǎn)物，如納米金 屬或納米金屬氧化物，但是，在此之前，須使該溶解有該金屬的酸液與燃料混合，以得 到混合物，較佳地，可于升溫的條件下混合燃料約0.5至1.5小時，接著，在加熱燃燒的 步驟中，繼續(xù)加熱使該混合物成為膠體，直至令該膠體自燃的溫度而燃燒，即可得到所 欲的金屬產(chǎn)物，其中，若使用的燃料為甘胺酸(Glycine)，于約105°C使該混合物成為膠 體。
在本發(fā)明的具體實施例中，使用氨基酸類燃料，例如甘胺酸，由于如甘胺酸的 氨基酸類燃料具有羧基及胺基，可供與金屬陽離子結(jié)合，因此適合作為本發(fā)明合成金屬 產(chǎn)物的燃料。另外，以甘胺酸為燃料的具體實施例中，由于甘胺酸的氨基酸類燃料具有 羧基及胺基兩個官能基，可推論出約1摩爾的帶有3個結(jié)晶水的硝酸銅須使用約0.55摩爾 的甘胺酸，亦即，燃料與金屬的理論值化學(xué)計量比為0.55，然而，研究后發(fā)現(xiàn)，欲形成 納米金屬氧化物時，較佳的燃料與金屬的摩爾比(F/0)為理論值的化學(xué)計量比的72%至 90%,且低于該下限值時，則燃料明顯不足。若欲形成納米金屬時，則較佳的燃料與金 屬的摩爾比(F/0)為理論值的化學(xué)計量比的1.8至2倍。如表1所示，當(dāng)燃料與金屬的摩爾比等于或大于理論值的化學(xué)計量比時，合成 所得的金屬氧化物包含氧化亞銅，而低于該理論值的化學(xué)計量比時，所得的金屬氧化物 皆為氧化銅。且當(dāng)燃料與金屬的摩爾比為約1時，即可得到納米銅金屬。表 權(quán)利要求
1.一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，其特征在于，包括將該含金屬物件置于具酸根的酸液中，以由該具酸根的酸液溶解出該含金屬物件中 所含的供合成金屬產(chǎn)物用的金屬；使該溶解有該金屬的酸液與燃料混合，以得到混合物；以及加熱該混合物，使該混合物燃燒，以得到金屬產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該含金屬物件選自銅箔基板、電路板、電 纜、礦石、電池或廢棄物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，于該溶解步驟中，令該金屬重量與酸液體 積之比為1 20至1 125g/ml。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于溶解該含金屬物件中所含的供合成金屬產(chǎn)物用 的金屬前，粉碎該含金屬物件。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該溶解金屬的步驟于20至100°C的1至 8N酸液中進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，該酸液選自硝酸或硫酸。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該酸液的氧化還原電位為760至880mV。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該燃料選自氨基酸類燃料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該燃料與金屬的摩爾比為理論值的化學(xué)計 量比的72%至90%。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該燃料與金屬的摩爾比為理論值的化學(xué) 計量比的1.8至2倍。
11.一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，其特征在于，包括將該含金屬物件置于具酸根的酸液中，以由該具酸根的酸液溶解出該含金屬物件中 所含的供合成金屬產(chǎn)物用的金屬；添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；過濾該經(jīng)添加堿的溶解有該金屬的酸液以得到金屬沉淀物；以及干燥該金屬沉淀物，以得到金屬氧化物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，添加堿使該溶解有該金屬酸液的pH值 為10至13。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，干燥的溫度為50至400°C。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，該堿選自堿金屬氫氧化物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括于過濾前，于50至80°C加熱該經(jīng)添加堿的酸 液1至3小時。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該含金屬物件選自銅箔基板、電路板、 電纜、礦石、電池或廢棄物。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，于該溶解步驟中，令該金屬重量與酸液 體積之比為1 20至1 125g/ml。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括于溶解該含金屬物件中所含的供 合成金屬產(chǎn)物用的金屬前，粉碎該含金屬物件。
19.如權(quán)利要求11至18項中任一項所述的方法，其特征在于，該溶解金屬的步驟于20至100°C的1至8N酸液中進(jìn)行。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該酸液選自硝酸或硫酸。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該酸液的氧化還原電位為760至 880mV。
全文摘要
一種自含金屬物件合成金屬產(chǎn)物的方法，包括使用酸液溶解該含金屬物件中所含的供合成金屬產(chǎn)物用的金屬；通過選自添加堿的沉淀方式或添加燃料的燃燒方式，以得到金屬產(chǎn)物，本發(fā)明的方法無金屬冶煉及純化的步驟，具有流程簡單且一貫的優(yōu)點。
文檔編號C22B7/00GK102011005SQ20091017014
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者余炳盛, 林彥廷, 王品嫻 申請人:余炳盛, 翁維聰