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电子废料中贵金属的回收利用方法

发表时间: 2022-06-14 09:48:38

作者: 芯海盛微

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电子废料是一种重要的贵金属二次资源。本文主要介绍从电子废料中贵金属的几种回收技术并提出要重点发展生物回收技术。贵金属元素被誉为“现代工业生命的维他命”。在很多工

电子废料是一种重要的贵金属二次资源。

本文主要介绍从电子废料中贵金属的几种回收技术并提出要重点发展生物回收技术。

贵金属元素被誉为“现代工业生命的维他命”。在很多工业领域都起着举足轻重的作用,而在电子领域贵金属诸如Au、Ag、Pd和Ru,由于其特有的低电阻性以及良好的抗腐蚀性能被广泛用作印刷电路板及电子元件。

随着电子工业的发展贵金属的消耗量还将增加这就不可避免地使含有贵金属的残料或废料也相应增多。因此从这些废料中回收贵金属是十分重要的。

一、电子废料的主要来源

电子废料指的是在电子元器件和构件制造中产生的废品、残料以及报废的电脑、印刷电路板、连接器等电子产品。

电子产品中所使用的贵金属主要是金、银和钯,还有少量的铑和其它铂族金属。

电子废料中贵金属的含量分别为:金的含量约0.1%、银约为0.2%、钯约0.005%。回收电子废料的主要经济动力是回收贵金属。

废电子产品主要有废通讯器材、电镀废弃物、废电子元件、废电池、废旧电器等。废旧电器中印刷板插座、集成电路块、和电阻感应电容电路等许多电子元器件中都含有贵金属。

其存在形式是金或钯镀层、金连接细丝、发光糊剂、混合金属与合金(包括铂族金属)。目前,从电子废料中回收贵金属,主要是从废计算机和废印刷电路板中回收贵金属。

回收最多的是金、银。如更新速度最快的手机中(据统计我国每年约有500万台电脑、5000万部手机被淘汰)就含有Au、Ag、Pd等贵金属,含量约为:Au280g/t,Ag2000g/t,Pd1000g/t。


二、电子废料的预处理

首先是手工拆卸和手工分选废料。使大量贱金属(铜、铝、镍、铁等及非金属杂质(绝缘板、橡胶、瓷料)除去。使贵金属含量尽量提高。然后再进行机械处理,即一一减小粒度和按照成分分开。主要有密度分离法、磁电分离法、光学成像分离法、涡流分离法、静电分离法等。


三、主要回收方法

3.1火法冶金 

火法冶金技术是最早应用于从电子废料中提取贵金属的技术,也是目前使用最多的从废通讯器材中回收金的技术。

其原理是利用高温使废料中的非金属物质与金属物质相互分离。贵金属在融熔状态下与贱金属形成合金。

除去表面的浮渣后,将熔融合金注入相应的模具中冷却,然后用感应电炉熔炼化学精炼或电解精炼,从而达到贵金属与贱金属分离。

火法冶金回收处理电子废料时,主要是将电子废料煅烧成灰,清除灰中铜、铝、镍、铁。将此灰与苏打、硼砂在反射炉中熔炼(加助熔剂)熔成铜锭,再铸成阳极,进行铜电解,贵金属被富集入阳极泥后再行回收。

此法贵金属回收率可达95%, 比如R.G.Reddy等人报道了用电弧熔炼方法,从电子废料中高速回收贵金属的方法,金\银和钯的回收率分别达到99.88%、99.98% 和100%。但火法过程需要复杂的铅鼓风炉操作,工艺步骤繁琐,时间长,能耗大。而且一般火法过程回收的贵金属不纯。此外,低含量贵金属的废料不适于火法冶金。


3.2湿法冶金

70年代初,西方发达国家就开始研究采用湿法冶金技术从废旧印刷电路板中回收贵金属。

该技术的基本原理是利用硝酸、王水或其它强酸能溶解废料中绝大多数金属,而使贱金属和贵金属进入液相而与其他物料分离。

然后从液相中回收贵金属和其他贱金属。该法已用于从废旧电脑印刷电路板中溶解回收贵金属。

由于该技术工艺流程简单,投资低,生产设备简单,生产容易实现,经济效益显著,目前得到了较广泛的应用。

但湿法冶金技术还存在一系列问题:化学药剂消耗量大,废水后处理困难。因此,在实际生产中,还有许多技术和问题需要改进和解决。

湿法冶金工艺的主要步骤有四步:

第一步造液:即经过一系列酸或碱浸滤,将经过挑选分类的电子废料固体除去油污和夹杂物,再将其碎化,以便下一步的分离,造液用酸主要有王水和盐酸硝酸和硫酸等。

第二步是贵金属分离富集:根据造液后的溶液中所含金属的性质不同,设计一定的分离和富集工艺,将贱金属和贵金属、贵金属相互之间进行分离。常用的分离富集法有离子交换法、溶剂萃取法、沉淀法。

(1)沉淀法 

在贵金属的分离中,沉淀法是最经典的方法。曹人平、肖士民从废旧手机中回收金银钯时,就是首先用25%硝酸浸出过滤后,滤渣含有金就达到和钯及银的分离。然后在滤液中加入氯化钠,再加热赶硝后过滤,从而达到钯和银的分离。但沉淀法工艺流程冗长、繁杂、周期长、效率低,试剂消耗大、劳动强度大、现已逐步被其他方法所取代。

(2)溶剂萃取法 

溶剂萃取在贵贱金属再生工艺中均得到广泛应用。世界上已有三个工厂用全萃取流程用于贵金属的分离提纯。

溶剂萃取法相对于经典的沉淀法而言,具有厂房占地小、周期短、速度快、分离效果好等优点。

J.W.HILL和T.A.LEAR提出了一种从电子废料中用溶剂萃取回收金的方法。将废料溶于浓HNO₃,把基本金属分离到溶液中,形成金的悬浮物和不溶解的SnO2、PbCl2等盐类。

过滤后将剩余物溶于王水,稀释和过滤。用双丁基卡必醇两次萃取稀释的王水溶液,利 用1MHC1洗涤萃取物,使萃取物与草酸钾水溶液一起搅拌产生金粉末,过滤收取。

(3)离子交换法

在贵金属分离时,离子交换法工艺简单、高效、快速、环境污染小。但由于缺乏选择性好、性能优良的离子树脂,目前很少直接应用于工业生产。

A.Celi在一项专利中提出了从含有塑料的电子废料中回收各种金属的方法。

将废料在熔池内加热烧除塑料,再用含有NH4Cl、Na2SO4和H2O2的浸出液处理剩余物,溶解出金、银、铂和其它有色金属,再通过一个离子交换器,分离贵金属等。一旦金属进入溶液,就可以利用离子交换膜片或者支撑液膜,将贵金属从基本金属中分离出来。

这种工艺的优点是可以通过选择膜片设计而容易和有效地回收贵金属。但离子交换吸附容量低、交换速度慢、设备效率低,且多数需配合萃取联合使用。 

第三步是贵金属的提取:经过分离、富集和净化后的富集液,通常可以采用化学还原或电解还原的方法,将贵金属从溶液中提取出来,从而达到与绝大多数杂质分离的目的。

化学还原常用的还原剂有羟胺、氢气、甲醛以及一些活泼金属如锌等。

第四步是贵金属的精炼:经过还原的贵金属一般呈小颗粒。精炼的方法通常是将还原贵金属粉熔铸成大块,然后再进行电解精炼。

此外,还可以用反复沉淀法进行精炼。随着技术的发展,其他先进的分离富集方法还有液膜法、生物吸附法等。

3.3生物处理技术 

生物处理技术目前研究最多的是用于回收电子废料中的金,即利用细菌浸出技术回收贵金属。

其基本原理是利用三价铁离子的氧化作用将包裹贵金属的某些重金属氧化溶解而使贵金属裸露,三价铁离子被还原成二价铁离子,裸露的贵金属再采用湿法冶金浸出技术回收。

被还原的二价铁离子又被细菌氧化成三价铁离子后再循环使用,含细菌的浸出液再生重复使用。

电子废弃物采用该工艺处理,当三价铁 离 子 浓 度 为 10g/L。浸 出 温 度 20~30°C,99.0%。

该法所需设备简单,生产规模弹性大,污染小,是一种较好的可以用于电脑板卡中金的回收方法。

4结语

随着现代社会的发展和社会的信息化,电子垃圾日益增多,人们对贵金属的需求量越来越大,而贵金属一次资源却在不断的减少。

因此从电子废料中回收贵金属变得越来越重要。研究贵金属的回收方法具有重大意义,从上述方法来看,火法冶金和湿法冶金技术都对环境有一定污染。

而生物吸附技术成本低、速度快、吸附容量大、选择性好、污染小,具有极大的发展潜力。但目前对于生物吸附机理的研究还不够深入。

因此,今后研究的重点应该是生物吸附机理的揭示,从而开发出新的吸附剂原料和生产方法,研究出新型的生物吸附剂,降低生产成本和提高吸附的选择性。

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