一種自含金屬物件合成金屬產物的方法

專利名稱：一種自含金屬物件合成金屬產物的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬產物的合成方法，特別是涉及一種自含金屬物件合成金屬 產物的方法。
背景技術：
印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)產業為國內大型電子工業零件制造業之
一，也是臺灣近年來信息電子工業突飛猛進的幕后功臣，該產業不但在產值上高居世界 前幾位，且產量逐年持續增加。因而于印刷電路板生產過程與使用后產生大量廢棄印刷 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，氧化銅具有質量穩定與優異半導體特性，且其價格比起銅金屬 更是極具經濟發展性，氧化銅還可被多方應用在半導體產業、電子原料及納米產品上。 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 產物制成較高單價的產品銷售，此外，該方法另需要提供大量電力以及產生大量的廢棄 酸液，對于環境保護并無幫助。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，火法冶金技術及其熔爐設備的成本很高，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爐、反射爐、電爐等 傳統設備，吹煉處理時又須添加石英熔劑去除雜質，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，售價也只能達倫敦金屬交易市場的價 格。而且該技術所排放的煉銅廢水，造成溪流河川重金屬污染，海域嚴重污染產生分 層，其煉銅過程所排放的硫化物毒氣，亦造成空氣嚴重污染。另外，以火法冶金回收金 屬的問題在于將熔煉設備用于制備金屬不經濟，該設備無法輕易取得導致回收業者僅能 低賣高買而與其它業者合作，更不利于廢棄物回收觀念及事業推展，況且實施火法冶金 所造成的污染問題亦極為嚴重。另一方面，若欲自礦石中得到純度高的金屬，傳統的金屬礦物的冶煉技術，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，發展出具有節能減碳、環保、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品的純度，乃成為亟待解決的課 題。

發明內容
鑒于上述情況，本發明提供一種自含金屬物件合成金屬產物的方法，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，以得到金屬產物。本發明還提供一種自含金屬物件合成金屬產物的方法，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 物用的金屬；添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；過濾該經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物，此外，本發明的 方法于燃燒后不會產生廢酸液，且燃料的用量低燃燒時間短，具有產物純度高及環保等 優點。


圖IA為本發明的含金屬物件樣品(a)、(b)在兩小時內的溶出率(％ )關系圖；圖IB為本發明的含金屬物件樣品(a)、(b)在兩小時內的溶出率(％ )關系圖， 其中，該酸液的氧化還原電位是經調控的；圖2為本發明的經燃燒合成后所得的金屬氧化物的X射線圖譜；圖3為本發明的經水洗后金屬氧化物的X射線圖譜；以及圖4為本發明的經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明的實施方式，所屬技術領域的技術人員可 由本說明書所公開的內容輕易地了解本發明的優點及功效。本發明亦可以其它不同的方 式予以實施，即，在不悖離本發明所公開的范疇下，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生機調控和測量酸液的氧化還原電位。“理論值化學計量比”在本文中是指根據金屬與燃料的化學平衡式的系數比， 并除以燃料的官能基數目后所得的值，以帶有3個結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計量比為1.1/2，即0.55。本發明中對 于酸液溶劑所用的水并無特別限制，但是，若考慮產品等級可使用純水或去離子水。“含金屬物件”在本文中可包括銅箔基板、電路板、電纜、礦石、電池或廢棄 物等，但不以此為限。“金屬產物”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，尤以納米金屬產物為佳，此外，于具體實施例中，本發明得到粉末產 物。本發明公開一種自含金屬物件合成金屬產物的方法，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，以得到金屬產物。或者，可于溶解該金屬后，添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；接著過濾該經 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，發現酸液的濃度過高，使得即便于室溫的條件下 反應有過于劇烈的狀況，而過低的濃度則無法溶解金屬，經研究后，發現濃度為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，本發明調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，即可于兩小時內溶解完金屬，較佳地則 為1 25至1 125(g/ml)，此外，若欲節省酸液的用量，1 50的用量比亦可達到溶 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 行，且升溫的優點包括溫和地加速金屬溶解并節省酸液的用量，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 進行的同時，氧化還原電位會漸漸下降，且若反應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，并調控氧化還原電位為800至850mV，如圖IA所示，在未 調控氧化還原電位時，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。在本發明的一具體實施例中，可通過加熱燃燒的步驟得到金屬產物，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合，因此適合作為本發明合成金屬 產物的燃料。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計量比為0.55，然而，研究后發現，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)為理論值的化學計量比的1.8至2倍。如表1所示，當燃料與金屬的摩爾比等于或大于理論值的化學計量比時，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計量比時，所得的金屬氧化物 皆為氧化銅。且當燃料與金屬的摩爾比為約1時，即可得到納米銅金屬。表 權利要求
1.一種自含金屬物件合成金屬產物的方法，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，以得到金屬產物。
2.如權利要求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物用 的金屬前，粉碎該含金屬物件。
5.如權利要求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酸液中進行。
6.如權利要求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計 量比的72%至90%。
10.如權利要求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 計量比的1.8至2倍。
11.一種自含金屬物件合成金屬產物的方法，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物用的金屬；添加堿至該溶解有該金屬的酸液中；過濾該經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.如權利要求11所述的方法，該堿選自堿金屬氫氧化物。
15.如權利要求14所述的方法，還包括于過濾前，于50至80°C加熱該經添加堿的酸 液1至3小時。
16.如權利要求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 合成金屬產物用的金屬前，粉碎該含金屬物件。
19.如權利要求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酸液中進行。
20.如權利要求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，以得到金屬產物，本發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 優先權日2009年9月4日
發明者余炳盛, 林彥廷, 王品嫻 申請人:余炳盛, 翁維聰