废弃电路板是电子废弃物的主要部件，其中含有大量的有价金属，但其组成成分复杂、元素含量波动大，常规工艺尚无法实现清洁高效回收。本项目开发了一种有色金属复杂资源处理方法——低温碱性氧化熔炼，在氧化性条件下，通过高活性熔融碱性介质转化废弃电路板多金属富集粉末中的两性金属，实现其中各类有价金属的高效、清洁、短流程回收。 项目对废弃电路板处理现状及研究进展进行了充分的调研，分析了碱性氧化熔炼过程中的熔盐热力学行为，明确了有价金属锡、铅、锌、铝、锑、铜、铁、镍及贵金属金、银等的转化过程，计算了水溶液中金属离子状态分布情况。在理论研究基础上，以3种典型的废弃电路板多金属粉末为基本处理对象，通过系统的实验研究，比较了钠系熔盐与钾系熔盐、氧化剂NaNO3与Na2O2、碱性介质NaOH与Na2CO3、添加剂NaCl等对金属分配的影响，确定了较为适宜的熔炼体系——NaOH-NaNO3混合体系，研究表明此体系具有良好的反应活性、浸润性、流动性等物理化学性能。由于该熔炼过程涉及气、液、固三相，属于多相复杂反应，其动力学特征受多种因素共同影响。项目进行了包括单因素、正交、响应曲面设计等实验，系统研究了熔炼过程中各因素对两性金属转化及分配的影响，单一金属与熔盐间的界面反应，获得了可使锡、铅、锌、铝均达到较高转化率的熔炼区域—— NaOH-CME质量比4.5-5.0，熔炼温度380-450℃，熔炼时间90-120min，在此区域内，锡、锌、铝转化率均可高于95%，铅转化率在80~85%，而98%以上的铜及全部贵金属于渣中富集。 针对熔炼-浸出后得到的高铜渣和高碱溶液，进行了有价金属分离探索，通过分步化学沉淀法，得到了硫酸铜晶体、贵金属富集体、锡酸钠等高附加值产品，同时可实现NaOH、NaNO3的循环利用。 本项目的研究为废弃电路板中有价金属回收提供了新的方法，为多金属复杂资源氧化碱性熔炼提供了理论依据。目前，项目已申请国家发明专利3项，其中授权3项，已发表各类论文9篇，另录用3篇。

废弃电路板是电子废弃物重要组成部分，每年产生量巨大。废弃电路板通过物理分选后，产出多金属富集粉末，富含铜、锡、铅及金、银、铂、钯、铑等有价金属，是典型的复杂有色金属二次资源，回收意义重大。本研究以废弃电路板多金属富集粉末为对象，以有价金属高效分离富集为目标，以冶金熔体多相反应理论为指导，系统研究多金属富集粉末低温碱性熔炼过程行为机制。在对多金属富集粉末体系结构、组元行为以及熔体性质的研究基础上，通过冶金过程热力学分析及界面强化反应动力学研究，考察金属在低温碱性熔炼过程中的分配行为和规律；探索碱性熔体介质和熔炼条件对两性金属转化的影响，确定优化实验参数和调控措施；形成多金属低温碱性熔炼过程的理论基础，为废弃电路板中有价金属低温碱性熔炼分离富集提供理论依据。本研究的开展将促进废弃电路板中有价金属的分离回收高效清洁技术开发，推动我国电子废弃物高效清洁资源化利用。

随着科学技术的进步，真空熔炼技术也取得很大进展，新的真空熔炼的炉型也不断涌现。例如，真空感应熔炼通常脱硫效果并不好，近期出现了真空感应有渣熔炼，即在真空感应熔炼过程中，造碱性熔渣。由于一般合金中都有或多或少的碳存在，这时就可发生下列脱硫反应：(CaO) [MeS] [C]======(CaS) [Me] {CO}。

在真空熔炼条件下，由于炉气不断被抽出，炉内pCO值可达到很低的水平，这对于合金的脱硫是极为有利的。工作表明，用200kg真空感应炉重熔高硫钴豆，造石灰萤石渣，脱硫效果达44%。真空感应有渣熔炼，还可以抑制元素的挥发过程，这对于减少贵重元素的损失和准确控制合金成分也是有利的。为克服真空电弧熔炼不能浇注成型的缺点，发明了真空凝壳炉。它是利用真空电弧熔炼原理，采用可以倾动的水冷坩埚控制冷却过程，使被熔炼金属液在坩埚内壁形成一薄层“凝壳”，将被熔炼金属液和坩埚隔离，并形成相当大的熔池，熔炼结束时快速倾转坩埚将金属液注入铸模或铸型凝固成型。凝壳炉在熔炼钛和钛合金方面取得了很好的冶金效果。此外，特别适用于难熔金属提纯和单晶制取的无坩埚区域熔炼，生产定向涡轮叶片的真空定向凝固炉，以及制备金属间化合物(例如Ni₃Al、Ti₃Al等)用的冷坩埚悬浮熔炼等均已达到生产规模，正在进一步的完善和发展之中。2100433B

根据加热热源的不同，真空熔炼主要可分为真空感应熔炼，真空电弧熔炼，电子束熔炼等3种。

真空熔炼真空感应熔炼

将金属炉料放入置于线圈中的坩埚内，当线圈接通交流电源时，在线圈中间产生交变磁场，炉料中即产生感应电势。由于金属炉料本身形成一闭合回路，所以在炉料中同时产生了感应电流，即涡流，炉料靠涡流加热和熔化。利用这个原理进行熔炼的方法称为感应熔炼。而处于真空条件下的感应熔炼则为真空感应熔炼。真空感应熔炼能够严格控制合金中活泼元素如铝、钛等的含量，可以有效地去除合金中的气体和非金属夹杂物以及有色金属杂质，提高合金的纯净度。但真空感应熔炼存在着坩埚耐火材料对金属液的沾污问题，且通常采用钢锭模浇注，钢锭结晶组织与普通熔炼的铸锭组织比较并无改善。真空感应熔炼主要用来熔炼高温合金、精密合金及特殊钢材料，其主要产品是铸锭、精密铸件和双联熔炼用的电极母材。

真空熔炼真空电弧熔炼

在真空条件下利用电弧来加热和熔炼金属的熔炼方法。这种熔炼方法所使用的电极有自耗电极和非自耗电极两种。自耗电极是由被熔炼材料(即炉料)制成，在熔炼过程中它逐渐消耗;而非自耗电极系利用钨等高熔点材料制成，在炉料熔炼过程中它基本上不消耗。采用自耗电极的真空电弧炉称自耗电极电弧炉，简称自耗炉;采用非自耗电极的真空电弧炉称非自耗电极电弧炉，简称非自耗炉。非自耗电极熔炼已较少使用，而自耗电极熔炼大量应用于生产实践中，成为二次重熔的主要手段之一。真空电弧熔炼的坩埚一般用铜制成，外面用水冷却，称为水冷铜结晶器。熔炼时，可以将自耗电极(被熔炼材料)接负极，水冷铜结晶器接正极，通电后两极间产生弧光放电，将电能转变成热能，产生高温使材料熔化。熔炼过程中液态金属熔滴通过高温弧区后落入金属熔池，并在水冷铜结晶器内凝固成锭。通过金属液与气相间以及熔池内发生的一系列物理化学反应，达到提高金属的纯净度，改善其结晶组织和性能的目的。真空电弧熔炼不受大气、耐火材料和铸模等的沾污;可以去除钢及合金中的气体和有害金属杂质;熔炼中夹杂物也可上浮去除一部分，并可改善夹杂物在合金中的分布及形态;水冷铜结晶器中的钢锭铸态组织比普通铸锭为好。但真空电弧熔炼需预制电极，且钢锭表面较差。真空电弧熔炼可用来熔炼钛、锆、钨、钼等活泼金属、难熔金属以及它们的合金，也可用来熔炼高温合金及有特殊用途的钢和合金。

真空熔炼电子束熔炼

在高真空环境中，将阴极材料(通常选用难熔金属如钨等)加热至高温后，在高压直流电作用下发射电子，用磁透镜聚集成电子束，并在阳极的加速下，以高速射向阳极(做成电极的被熔物料相当于阳极)，当高速的电子束射到电极表面碰撞时，由动能转变成的热能将被熔物料熔化。它不仅能熔化电极，而且有一部分能量可以用来加热金属液面，使熔池保持必要的温度和时间，以利于金属的精炼。最后金属液在水冷结晶器中凝固成锭。电子束熔炼也称电子轰击炉熔炼。电子束熔炼具有突出的优点：工作真空度高(约10-～10-Pa)，非常有利于去除气体、非金属夹杂物及金属杂质;熔炼温度高，冶金反应充分，能熔炼任何难熔金属;金属熔滴汇聚在水冷结晶器内，可以有效地控制熔池温度和冷凝速度，有利于获得良好的金属锭组织。电子束熔炼的应用范围已从难熔金属扩展到高温合金、精密合金、半导体材料和一些具有特殊用途钢种的熔炼。只是由于其设备结构复杂，建设投资昂贵等原因限制了它的发展规模。