Sn基焊料在土壤环境中的腐蚀与浸出行为研究

发布时间：2018-02-11 09:52

  本文关键词： 电子焊料 土壤 腐蚀 浸出 重金属　出处：《大连理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大量废弃电子信息产品在回收填埋过程中因酸性废液排放及酸雨作用,导致重金属元素在土壤中浸出,进而引发环境污染。对于废弃电子信息产品中的金属零部件而言,腐蚀是发生重金属元素浸出的本质原因。然而,不同领域的研究者的侧重点不同,环境研究者仅关注重金属元素在土壤和水中的迁移特性,材料研究者注重的是金属材料本身的耐蚀性及电化学行为,使得金属在土壤中的腐蚀及浸出的交叉领域的研究相对较少。为此,需要对金属的腐蚀与重金属元素浸出开展合理的实验设计,阐述重金属在土壤中腐蚀和浸出行为的历程,并深入揭示金属腐蚀电化学特性-表界面腐蚀产物-重金属元素浸出迁移特性的内在关联。本工作基于废弃电子信息材料腐蚀及对环境污染情况调查的基础上,以常见的Sn基电子焊料为对象,通过土壤填埋条件下的淋溶实验,研究了溶液的成分、浓度以及焊料成分对重金属元素浸出行为的影响,分析了浸出过程中焊料表面腐蚀产物的组成及特征,结合焊料在溶液中的腐蚀电化学特性,阐明了焊料在淋溶酸性溶液条件下的腐蚀电化学机制,以及腐蚀与重金属元素迁移的关联机制。主要结论如下：(1)阐明了Sn基焊料在淋溶不同成分的溶液条件下的重金属元素浸出规律：Sn基焊料在淋溶H2SO4-HNO3、H2SO-4HCl、HNO3-HCl溶液条件下Sn元素均有明显的浸出,且SnCu焊料中Sn元素浸出量高于SnPb焊料中Sn元素浸出量。Pb元素的浸出量与溶液中是否存在SO42-离子有关,在含有S042-的溶液中Pb元素浸出量较低,且Pb元素浸出量随着SO42-浓度的增加而降低;而在不含SO42-的HNO3-HCl溶液条件下,Pb元素浸出量明显提高。(2)阐明了酸性溶液中SO42-、NO3-和C1-离子对Sn和Pb元素浸出的作用规律及机制：Cl-和SO42-对Sn元素浸出影响大于NO-,这是由于Sn与Cl-、SO42-活性反应生成易溶于水的Sn2+；NO3-对Pb元素浸出的影响大于SO42-和Cl-,其原因在于Pb与NO3-活性反应生成易溶于水的Pb2+,这三种离子混合时,当溶液中有SO42-存在时,Pb元素与SO42-反应生成难溶于水的PbSO4,导致Pb元素浸出量很低,而当溶液中不含S042-时,NO3-和C1-与Pb元素反应生成易溶于水Pb2+,因此Pb元素浸出明显。(3)阐明了在淋溶不同成分的溶液条件下Sn基焊料的腐蚀对浸出的影响：SnCu焊料表面沉积Sn的氧化物,裂纹和疏松的存在导致腐蚀速率较快,因此SnCu焊料中Sn元素浸出量高于SnPb焊料中的Sn元素浸出量。SnPb焊料在淋溶含SO-的溶液条件下表面生成较厚的腐蚀产物PbSO4,因此Pb元素浸出量反而较低；而在淋溶不含SO42-的HNO3-HCl溶液条件下,其腐蚀产物为可溶于水的PbCl2,导致Pb元素浸出量较高。(4)揭示了SnPb焊料模拟接头的中电偶作用对腐蚀与浸出动力学影响的机制：在电偶加速浸出条件下仍然遵循SO24、NO3-和Cl-离子对Sn和Pb元素浸出的作用规律。在淋溶含有SO42-的溶液条件下,电偶对Sn元素浸出的加速作用较为明显,对Pb元素浸出的影响不明显,其原因是由于Sn元素以可溶性Sn2+浸出到渗沥液中,Pb元素以PbSO4的形态沉积在样品表面；而在淋溶不含有SO42-的溶液条件下,电偶对Pb元素浸出的加速效果更为明显,而对Sn元素浸出加速不明显,其原因是由于Sn元素在金属表面形成Sn的氧化物沉积,而Pb发生活性溶解。(5)通过比较Sn基焊料在淋溶酸性溶液条件下的腐蚀产物及重金属迁移机制,揭示了Sn基焊料中重金属元素对环境污染的风险：在含有要SO42-和Cl-的溶液以及混合溶液(SO42--NO3-、SO42--Cl-和NO3--Cl-)条件下,Sn元素主要对地下水产生较高的污染风险；在含有NO3-和Cl-的溶液条件下,Pb元素主要污染地下水环境；而SO42-则对Pb元素的环境污染方式产生明显影响,当溶液中含有SO42-且浓度较高时,Pb元素对土壤污染风险很高,当溶液中SO42-浓度较低或无SO42-时,Pb元素对地下水环境污染风险很高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG42;TG172.4

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本文编号：1502774