从废印制电路板中提取金的研究

钟捷，黄振浩，辛灿辉，李锦标

（惠州市惠阳区力行环保有限公司，广东惠州516211）

随着世界电子行业的迅猛发展，终端设备更新换代速度越来越快，由此产生的电子废弃物已成为增长速度最快的城市固体废弃物之一[1，2]，这其中埋藏着可循环利用的贵金属资源，尤其是稀贵金属，其品位是天然矿石的几十倍甚至是几百倍，是比天然矿山纯度更高的优良资源，具有巨大的回收价值，被喻为“城市矿山”[3]。与此同时，对于导电性优良的金和银的需求与日俱增，而金银等贵金属的储量有限，且在开采和提炼过程中都会产生巨大的生态破坏和环境污染。

东华大学钟非文[2]、张俊艳[4]测定了某一代表性印制电路板中各金属元素的含量，见表1。

表1 某一代表性印制电路板中各金属元素含量 mg/g

如表1所示，该印制电路板中金含量为101.3 g/t、银含量为96.6 g/t，其经济价值十分可观，且纯度超过了自然界同类富矿金属含量的10倍[5]。

金的提取方法有氰化法[6]、氯化法[7]、溴化法[8]、硫脲法[9]、硫代硫酸盐法[10]、石硫合剂法[11]、细菌法[12]等。

本项目研究对象为经破碎分选后的废印制电路板，并使用H2O2-H2SO4体系浸出铜之后的浸铜渣，浸出过程中加入银量0.4倍左右的NaCl，可以基本保证银不在溶液中溶解[13]。

1 NaClO3-H2SO4体系浸出金

反应原理[14]为：

在NaClO3-H2SO4体系浸出金的过程中，H2SO4有四方面作用：一是和NaClO3反应生成氧化性极强的初生［Cl］，进而将金氧化；二是使原料中的铅尽可能少地进入溶液；三是它的挥发性比HCl小，可改善操作环境[15]；四是为了抑制PbCl2的生成，以提高金粉的品位[14]。

将浸铜渣放入反应釜中，加入浸出剂并搅拌，当达到预定温度时开始计时。达到浸出时间后取出渣浆过滤，测定液体的体积，分析金的含量，计算金的浸出率。实验固定条件：浸出剂 n（NaClO3）∶n（H2SO4）为13∶2，搅拌速度为 400±10 r/min，NaCl投药量为 20 g/L。考察NaClO3投药量、浸出剂与浸铜渣液固比、反应温度、浸出时间这4个因素对金浸出率的影响。

1.1 NaClO3投药量对金浸出率的影响

浸出剂与浸铜渣液固比取2∶1，反应温度取80℃，浸出时间取 6 h，NaClO3投药量按摩尔比［n（NaClO3）∶n（Au）］取 1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，实验结果见表 2 和图 1。

表2 NaClO3投药量对金浸出率的影响

图1 NaClO3投药量对金浸出率的影响

根据反应原理，1 mol的NaClO3能够氧化2 mol的Au，但浸铜渣中还有Pt，Pd等惰性金属，其含量之和甚至超过金，且为了增大化学反应推动力和加快反应速率，所以，NaClO3的实际投药量要多于理论投药量。当n（NaClO3）∶n（Au）为 1∶1 时，由于氧化剂不足，金浸出率较低；当 n（NaClO3）∶n（Au）为 1.5∶1 时，金浸出率显著提高；而当NaClO3已足够时，继续增大投药量，金的浸出率并未明显升高。故，最佳NaClO3投药量取n（NaClO3）∶n（Au）=1.5∶1。

1.2 浸出剂与浸铜渣液固比对金浸出率的影响

NaClO3投药量按摩尔比［n（NaClO3）∶n（Au）］取1.5∶1，反应温度取80℃，浸出时间取6 h，浸出剂与浸铜渣液固比取 2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，实验结果见表 3 和图 2。

表3 浸出剂与浸铜渣液固比对金浸出率的影响

图2 浸出剂与浸铜渣液固比对金浸出率的影响

浸出剂与浸铜渣液固比越大，金浸出率越高，而大于4∶1时，继续增大液固比，金的浸出率并未显著升高。实际生产过程中为了节约原料，以及提高浸出液中金的质量浓度，液固比不宜过高。故，最佳浸出剂与浸铜渣液固比取4∶1。

1.3 反应温度对金浸出率的影响

NaClO3投药量按摩尔比［n（NaClO3）∶n（Au）］取1.5∶1，浸出时间取 6 h，浸出剂与浸铜渣液固比取 4∶1，反应温度取75℃，80℃，85℃，90℃，实验结果见表4和图3。

表4 反应温度对金浸出率的影响

图3 反应温度对金浸出率的影响

从化学动力学的角度来看，升温可显著提高反应速率，温度越高越有利于金的浸出。但考虑到实际生产中，接近水的沸点时，有较多的氯化氢随水分一同蒸发出来，操作环境较恶劣。故，最佳反应温度取90℃。

1.4 浸出时间对金浸出率的影响

NaClO3投药量按摩尔比［n（NaClO3）∶n（Au）］取1.5∶1，浸出剂与浸铜渣液固比取4∶1，反应温度取90℃，浸出时间取 5 h，6 h，7 h，8 h，实验结果见表 5 和图4。

表5 浸出时间对金浸出率的影响

图4 浸出时间对金浸出率的影响

浸出时间越长，金的浸出越彻底，但7 h以后，反应速率已经很低，8 h的浸出率与7 h的浸出率基本无差别。同时，在实际生产中，考虑到产能与排班，7 h的浸出时间便于一天生产两班。故，最佳浸出时间取7 h。

通过以上实验，确定NaClO3-H2SO4体系浸出金的最佳条件为：NaClO3投药量 n（NaClO3）∶n（Au）为 1.5∶1，浸出剂与浸铜渣液固比为 4，反应温度为90℃，浸出时间为 7 h，浸出剂 n（NaClO3）∶n（H2SO4）为 13∶2，搅拌速度为400±10 r/min，NaCl投药量为20 g/L。按以上最佳反应条件进行实验，金浸出率为99.32%。

2 SO2还原金

反应原理为[16]：

SO2的还原电极电位介于金与铂、钯的之间，因此，SO2作还原剂可选择性地还原金[15，16]。SO2流量取0.4 L/min、反应温度取90℃、反应时间取2 h，金还原收率为99.4%，金直收率为99%。

还原所得到为粗金。粗金再加入搪瓷反应桶，加入浓硫酸，小火加热以除去其他杂质，经稀硝酸泡洗后，过滤洗涤至中性得到更高纯度的金粉。最后，金粉送至熔炼机高温熔化后注模成为金锭。所得金锭纯度达到99.9%。

3 结论

通过以上实验证明，使用NaClO3-H2SO4体系浸出金，SO2还原金效果良好，是从废印制电路板中提取金技术可行方案。在实际生产应用中，应在浸出和还原的过程进一步优化反应条件，以达到技术可行，经济合理，环境容许。

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