硫脲法浸出废弃电脑线路板中金的研究

黄祥浩，柯昌美，杨金堂，陈 梅，柯海波，于锦昭

（武汉科技大学化学与化工学院，湖北武汉430081）

随着科学技术的高速发展和电子产品的更新换代，电子废弃物的数量急剧增加。据统计，全世界每小时有4 000 t电子废弃物产生，每年电子设备的废料产生量高达2 000万～5 000万t，并保持每年3%～8%的速度增长［1］。电子废弃物中除含有镉、汞、铅等重金属和其他有毒有害物质外，还含有金、银、铂等贵金属资源［2］。瑞典的Ronnskar冶炼厂分析了个人计算机（PC）中使用的印刷线路板的元素组成，结果表明印刷线路板中普遍含有稀贵金属金、银、钯等，其中金含量达到80 g/t，高于一般金矿的金品位［3-4］。因此回收电子废弃物中的金不仅可以缓解环境压力，而且具有重要的经济价值。

回收贵金属常见的试剂包括氰化物、卤化物、硫脲和硫代硫酸盐。氰化物作为金的浸取剂已经在采矿业中被使用了一个多世纪［5］，这主要是由于氰化法具有工艺成熟、简单稳定且试剂成本低［6］等特点，但是氰化物有剧毒且会造成严重的环境污染，该方法已逐渐被取代。硫脲法具有浸出剂毒性小、环境友好、浸出速度快［7-9］等优点，是一种很有发展前景的非氰提金法。笔者用硫脲法提取废弃电脑线路板中的金，主要研究了硫脲质量浓度、反应时间、溶液pH、反应温度、Fe3+质量分数等对金浸出率的影响，旨在确定最佳的浸金参数。

1 实验部分

1.1 实验原理

纯硫脲［SC（NH2）2］是无色晶体，易溶于水，在碱性溶液中不稳定，易分解为硫化物和氨基氰［10］，主要反应为 SC（NH2）2+2NaOH→Na2S+CNNH2+2H2O，因此硫脲浸金需在酸性溶液中进行。硫脲在酸性溶液中易被氧化成二硫甲脒，所以要使金被氧化溶解又不氧化硫脲，需要选择合适的氧化剂，通常为Fe3+。当以Fe3+为氧化剂时，金与硫脲反应形成可溶性络合离子，主要反应:

1.2 实验试剂及仪器

试剂:硫脲、硫酸铁、浓硝酸、浓硫酸等均为分析纯，实验用水为去离子水。

仪器:TAS-986型原子吸收分光光度计，PHS-25型实验室PH计，101-1ES型电热鼓风干燥箱，SX2-12-10型马弗炉，HH-2数显恒温水浴锅。

1.3 实验方法

实验原料为废旧电脑主板，手工拆除线路板上的电容、电感等元器件后，破碎成约为16 mm2的碎块，放入马弗炉中，在450℃灼烧3 h，灼烧后的固态产物用稀硝酸预处理，以除去以铜为主的贱金属，过滤后的滤渣作为后续的实验原料。经原子吸收分光光度计检测，原料中的金含量为102 g/t。

称取一定量处理后的固体于反应器中，取固液比（质量体积比，g/mL）为1∶5加入去离子水，采用质量分数为10%的硫酸溶液调节溶液pH，随后依次加入一定量的硫酸铁和硫脲，恒温搅拌反应一定时间，将反应液过滤、洗涤、定容。采用原子吸收分光光度计测定溶液中金的含量。

2 实验结果与讨论

固定条件:反应温度为30℃，反应时间为1 h，Fe3+质量分数为0.45%，溶液pH为1.5，硫脲质量浓度为12 g/L。改变其中一个条件，固定其他条件，考察各因素对金浸出率的影响，结果见图1～图5。图1为硫脲质量浓度对金浸出率的影响。由图1可知，随着硫脲质量浓度增加金的浸出率逐渐增大，当硫脲质量浓度为12 g/L时金的浸出率达到最大（90.93%），继续增加硫脲的质量浓度金的浸出率略有下降。这可能是由于，硫脲质量浓度过高，被氧化生成的二硫甲脒的量增加，使得与金络合的游离硫脲的量减少，同时二硫甲脒分解产生的单质硫在金表面形成稳定的膜阻止金的溶解。因此，适宜的硫脲质量浓度为12 g/L。

图1 硫脲质量浓度对金浸出率的影响

图2为反应时间对金浸出率的影响。由图2可知，硫脲与金的络合速度相对较快，反应20 min就达到了较高的浸出率（67.43%），随着反应时间继续增加金的浸出率先增加后减少，在60 min时达到最大值。浸出时间过短，Au没有完全氧化成Au+，使溶液中Au（SCN2H4）的量减少，从而导致金的浸出率较低。浸出时间过长时，溶液中的Fe3+与硫脲缓慢反应，产生的钝化硫对已溶解的金有吸附作用，从而导致金的浸出率下降。适宜的反应时间为60 min。

图2 反应时间对金浸出率的影响

图3 反应温度对金浸出率的影响

图3为反应温度对金浸出率的影响。温度对于硫脲浸金的影响在于硫脲的热稳定性较差，同时金的氧化与络合也需要在一定温度下才能进行。由图3可知，反应温度为10℃时金的浸出率较低，主要原因是低温条件下氧化剂Fe3+和络合剂硫脲的活性不强；随着反应温度升高到20℃金的浸出率明显升高，当反应温度达到40℃之后金的浸出率开始逐渐下降。升高温度可以提高硫脲的扩散速度，但是随着溶液温度的升高硫脲的分解明显。适宜的反应温度为30℃。

图4为Fe3+质量分数对金浸出率的影响。由图4可知，当Fe3+质量分数由0.15%增加到0.45%时金的浸出率逐渐增加，主要是因为Fe3+质量分数增大，被氧化的金的量增加，浸出率随之上升；继续增加Fe3+质量分数金的浸出率反而下降，主要是因为当溶液中Fe3+超过一定限度时，不但能使Au氧化，还能将硫脲氧化成S2-、S、二硫甲脒等物质，使体系中硫脲的含量减少，金浸出率随之下降。适宜的Fe3+质量分数为0.45%。

图4 Fe3+质量分数对金浸出率的影响

图5为溶液pH对金浸出率的影响。硫酸既是一种调节酸，又是一种保护酸，不仅能起配位作用，而且对硫脲的分解起抑制作用［12］，所以选择稀硫酸调节溶液pH。由图5可知，pH小于1时金的浸出率不高；pH为1～2时可以获得较高的金浸出率；pH大于2后金的浸出率开始急剧下降。这主要是由于溶液pH小于1时，硫脲的酸性分解加剧，同时氧化剂将硫脲氧化成二硫甲脒等，大量消耗硫脲，从而导致金浸出率过低；溶液pH过高，使得硫脲不稳定分解，Fe3+会以氢氧化铁的形式沉淀，从而导致金的浸出率急剧下降。适宜的溶液pH为1.5。

图5 溶液pH对金浸出率的影响

3 结论

采用硫脲能够有效地浸出废弃电脑线路板中的金。硫脲浸金适宜条件:硫脲质量浓度为12 g/L、反应时间为60min、反应温度为30℃、Fe3+质量分数为0.45%、溶液pH为1.5，此条件下金的浸出率达到90.93%。硫脲是一种很不稳定的物质，容易被氧化为二硫甲脒，进而被氧化成硫单质，硫脲用量过多会降低金的浸出率。为减少硫脲的过多消耗及强化金的浸出，自催化生成二硫甲脒但不被二次氧化、新型温和氧化剂的开发以及加入新型添加剂抑制硫脲的分解等，将是今后的研究热点。