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        貴金屬的回收利用現狀和無害化處置

        回收技術更新時間:2017-12-09人氣指數:6278次

        金、銀、鉑、鈀、釕、銠、鋨和銥共8個稱為貴金屬的元素,由于資源稀少、價格昂貴和工業用途很廣,其廢料的回收利用價值比一般金屬高得多,是寶貴的二次資源。我國是貴金屬資源尤其是鉑族金屬資源非常貧乏的國家,但限于各方面的原因,貴金屬礦產資源的利用率并不高,但隨著電子、信息和化工等領域的快速發展,貴金屬的使用量逐年大幅度增加,含貴金屬的廢料量隨之也同步快速增加[1]。 本文對貴金屬二次資源的來源、回收利用現狀以及...

        金、銀、鉑、鈀、釕、銠、鋨和銥共8個稱為貴金屬的元素,由于資源稀少、價格昂貴和工業用途很廣,其廢料的回收利用價值比一般金屬高得多,是寶貴的二次資源。我國是貴金屬資源尤其是鉑族金屬資源非常貧乏的國家,但限于各方面的原因,貴金屬礦產資源的利用率并不高,但隨著電子、信息和化工等領域的快速發展,貴金屬的使用量逐年大幅度增加,含貴金屬的廢料量隨之也同步快速增加[1]。本文對貴金屬二次資源的來源、回收利用現狀以及貴金屬二次資源的資源化和無害化處置等方面進行綜合評述。

        貴金屬的回收利用現狀和無害化處置

        1  貴金屬二次資源的特點

        貴金屬二次資源的主要特點可歸納為品種多、來源廣和價值高。通常根據貴金屬廢料的來源將貴金屬廢料分為以下3種類型:

        (1)在生產或制造過程產生的廢料,例如加工過程中產生的廢屑、邊角料及生產中的次生、派生的含貴金屬物料。

        (2)含貴金屬的產品經使用后,性能變差或外形損壞,不能繼續使用,需要重新加工的貴金屬化合物或材料。

        (3)分散在眾多的消費者手中的、已喪失使用價值的含貴金屬制品。如貴金屬用具、飾品、家用電器及耐用消費品(如汽車)上的貴金屬零件等。


        2  貴金屬廢料的主要來源

        貴金屬廢料產生于貴金屬產品的生產、使用和使用后的各個環節。含金廢料主要來源于電子工業的各種廢器件、廢合金和各種廢鍍金液等。含銀廢料的來源與含金廢料相似,但因銀是最廉價的貴金屬,銀在工業上的用途比金廣得多,相應的含銀廢料的來源也比含金廢料要多。含銀廢料主要來源于電子工業的觸點材料、釬料、涂鍍層、銀電極、導體和有關復合材料等,石油化工行業的含銀催化劑和各類銀化合物使用后的廢棄物,照相工業的各種廢膠片、相紙和洗相用液,首飾及裝飾品的各類含銀首飾、表殼和有關藝術品等。鉑族金屬因包含6種金屬,相應的廢料種類比含金銀的廢料多。鉑族金屬廢料的主要存在形式為廢鉑族合金、廢鉑族金屬催化劑、廢鉑族金屬電子漿料、廢熱電偶、廢鉑族金屬電鍍液以及廢首飾等。各類廢料所含鉑族金屬總量和各鉑族金屬元素的量差異很大。


        3  貴金屬二次資源回收前的預處理

        貴金屬廢料的預處理通常包括焚燒、干燥、研磨、篩分、熔鑄、轉入溶液和混勻等工序,這些工序可以單獨使用,也可以幾種工序聯合使用。貴金屬回收企業通常將預處理和后繼的回收工藝結合起來,將預處理工序作為整個回收工藝的一部分。

        4  金的回收

        金在二次資源中的形態主要有:以液體狀態處于含金廢液中(如含金氰化廢液和含金廢王水等)、以固體狀態處于表面鍍金廢料和合金等其它固體廢料中、以固體或液體狀態存在于金礦的采選和冶煉各個環節中。流入市場的含金廢料主要以前2類廢料為主。



        4.1 從含金廢液中回收金


        (1)含金氰化廢液中金的回收:含金氰化廢液主要是鍍金廢液(一般酸性鍍金廢液含金4g/L~12g/L,中等酸性鍍金廢液含4g/L,堿性達20g/L)。常用的含氰鍍金液的金回收方法有電解法、置換法、吸附法、離子變換法和溶劑萃取法等。根據含氰鍍金廢液的種類和金含量可以選擇單種方法處理,也可以采取幾種方法聯合處理[2]。

        (2)含金廢王水中金的回收:從含金廢王水中回收金的基本原理是給游離狀態或配位狀態的金離子提供電子,使其轉化為原子狀態而得到金的單質。常用的給金離子提供電子的方法有2種:一是在廢王水溶液中加入適當的還原劑使金離子得到還原,二是通過電解方式給金離子提供電子,使金在陰極析出。目前在工業上得到應用的可用于回收廢王水中金的還原劑主要有硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、活潑過渡金屬(如鋅粉和鐵粉等)、亞硫酸氫鈉、草酸、甲酸和水合肼等有機還原劑等。使用還原法回收廢王水中的金時必須注意廢王水的酸性和氧化性的強弱。通常情況下,廢王水的酸性和氧化性很強,在加入還原劑之前必須設法降低其酸性和氧化性。

        4.2從含金固體廢料中回收金

        從電子工業含金廢料、電鍍工業含金廢料和冶金工業含金廢料等產生的含金固體廢棄物中回收金的方法和技術很多,其共同點是在回收處理前必須先進行挑選分類,必要時還必須進行拆解(如各類含金廢電器和元器件),以達到火法或濕法處理前的初步富集。濕法工藝回收固體廢棄物中的金的主要步驟如下:

        (1)造液:將經過挑選分類的含金固體除去油污和夾雜或將碎化。造液用酸主要有王水和鹽酸、硝酸和硫酸等單一酸。

        (2)金屬分離富集:根據造液后的溶液中所含金屬的性質不同,設計一定的分離和富集工藝,將賤金屬和貴金屬、貴金屬相互之間進行分離。對于含貴金屬量很低的貴金屬混合溶液,在進行后續操作之前通常應對貴金屬進行富集操作,即將含貴金屬的溶液中貴金屬的含量提高到可以進行高效回收的程度。

        (3)貴金屬的提取:經過分離、富集和凈化后的富集液,通??梢圆捎没瘜W還原或電解還原的方法將貴金屬從溶液中提取出來(變成貴金屬單質),從而達到與絕大多數雜質分離的目的。所用還原劑的種類和濃度因富集液的種類、貴金屬的含量以及貴金屬在溶液中的存在形態的不同而不同。

        (4)粗金的精煉:經過還原的粗金一般呈小顆粒。精煉的方法通常是將還原金粉熔鑄成大塊,然后再進行電解精煉。比較經濟的做法是在得到粗金小顆粒后不再進行上述熔鑄和電解精煉,而是直接進入貴金屬制品的深加工工藝。從粗金粉進行深加工是一個很有前途的方法。

        4.3從鍍金廢料中回收金

        鍍金廢料的金一般處于鍍件的表面,許多鍍金廢件在回收完表面金層后,其基體材料可以重復使用。常用方法有利用熔融鉛熔解貴金屬的鉛熔退金法、利用鍍層與基體受熱膨脹系數不同的熱膨脹退鍍法、利用試劑溶解的化學退鍍法和電解退鍍法等。

        5、銀的回收

        目前在工業上得到應用的含銀廢料處置和回收方法主要有火法、濕法、浮選法和機械法四大類型。

        5.1 含銀廢液中的銀回收

        從含銀廢液中回收銀的工藝主要為濕法工藝,使廢液中的簡單銀離子或配位銀離子變成硫化銀、氯化銀等沉淀而達到與廢液中其它物質分開的目的,或采用電解或還原的方式使廢液中的簡單銀離子或配位銀離子得到電子而直接變成單質狀態的銀[3,4]??梢苑譃槌恋矸?、還原法和電解法3種方法。

        5.2 含銀固體廢料中的銀回收

        (1)含大量有機物質的銀廢料的回收:含銀廢膠片、含銀電子漿料等銀廢料常用的回收方法有焚燒法、化學處理法、微生物法等。目前國內外都以焚燒法結合化學法為主,單獨的化學法和微生物法用得較少。

        (2)鍍銀廢件中回收銀的回收:鍍銀廢件中銀以單質金屬或銀合金形式存在于鍍件表面,通常在回收銀的同時,要求不破壞基底材料。常用的從鍍銀廢件中回收銀的方法有化學褪鍍法和電解褪鍍法2類?;瘜W褪鍍法的基本原理是用適當的化學試劑如濃硫酸和硝酸的混合酸、雙氧水-乙二胺四乙酸(EDTA)混合溶液、單一硝酸等與鍍銀件作用,使處于鍍銀件表面的銀或銀合金進入溶液,把基底材料取出洗凈,從溶液中再回收銀。電解褪鍍法的基本原理是將鍍銀件作為陽極,控制電解條件使鍍銀件表面的銀進入電解液或再從電解液中在陰極上析出金屬銀。電解褪鍍法適用于鍍件較大且比較規整的鍍銀件褪鍍,不太適用于鍍件細小的且雜亂無章的鍍銀廢棄物。

        (3)含銀廢合金中回收銀

        ①從銀金合金廢料中回收銀。對于銀含量大大高于金含量的銀金合金,回收銀時可以采取直接電解的方法從陰極回收銀,金則富集于陽極泥中。也可采用濕法工藝回收銀和金。利用銀可溶于硝酸而金不能溶解的性質,用硝酸造液,使銀進入硝酸溶液而金留在造液渣中。但是當廢合金中Ag∶Au<3∶1時,造液時銀易鈍化,不能被硝酸溶解,可以在廢合金中配入一定量的粗銀并使其熔融,形成Ag∶Au約為3∶1的銀金合金,再從中回收銀和金。

        ②從焊料和觸點廢合金中回收銀。焊料和觸點廢合金中銀含量高達80%的,都可鑄成陽極直接電解,電銀品位可達99.98%以上。含銀72%的銀銅合金也可直接進行電解,產出達99.95%的電銀,但電解液中的含銅量迅速增加,增加了電解液凈化量。采用交換樹脂電極隔膜技術,處理銀銅合金時除可產出電銀外,還可綜合回收銅。對其它低銀合金,可用稀硝酸浸出,鹽酸(或NaCl)沉銀,用水合肼等還原劑還原或用直接熔煉的方法回收其中的銀。

        6、鉑族金屬的回收

        6.1 鉑的回收

        (1)含鉑廢液中的鉑回收

        從含鉑廢液中回收鉑的工藝很多,可以視溶液的性質及含鉑的多少加以選擇。一般常用的方法有還原法、萃取法、離子交換法、鋅粉置換法以及活性炭吸附法等。其中鋅粉置換法最常用。


        (2)銀金電解廢液中鉑和鈀的回收

        ①從銀電解廢液中回收鈀。在銀的電解精煉過程,分散在銀電解液中的少量鈀以Pd(NO3)2的形態存在。在75℃~80℃的條件下向含鈀電解液中加入黃藥(濃度為1%~5%),劇烈攪拌,得到黃原酸亞鈀。沉鈀后的溶液用銅置換回收銀,余液用Na2CO3中和回收銅,其中和液棄之。黃原酸亞鈀[(C2H5OCSS)2Pd]用王水溶解后除去氯化銀。濾液加入HNO3氧化,再加氯化銨沉淀鈀,得到氯鈀酸氨[Pd(NH4)2Cl4],用水溶解后,采用氨絡合法提純2次~3次,水合肼還原,可制得99.8%海綿鈀。此法設備簡單,操作方便,鈀的回收率>90%。

        ②從金電解廢液中回收鉑和鈀。在金的電解精煉過程中,由于鉑、鈀電位比金負,所以鉑、鈀從陽極溶解后進入電解液中,生成氯鉑酸和氯亞鈀酸。當電解液使用到一定周期后,鉑鈀的濃度逐漸上升,當鉑的含量超過50g/L~60g/L,鈀超過15g/L時,便有可能在陰極上和金一起析出的危險。因此電解液必須進行處理,回收其中的鉑鈀,由于電解液中含金高達250g/L~300g/L,所以在提取鉑鈀前,必須先還原脫金。將還原金后的溶液,在攪拌下加入固體工業氯化銨,使鉑生成(NH4)2PtCl6沉淀與鈀分離。(NH4)2PtCl6用含5%HCl和15%NH4Cl洗滌后,放入馬弗爐中煅燒成粗鉑(含Pt95%),進一步精煉得純鉑。將氯化銨沉淀鉑后的溶液,用金屬鋅塊置換鈀,至溶液呈淺綠色時為置換終點(或用SnCl2還原),過濾后得鈀精礦。鈀精礦用熱水洗滌至無結晶,揀出殘留鋅屑,將濾液和洗液棄之。

        (3)含鉑廢催化劑中回收鉑

        在石油工業中常常使用以氧化鋁(A12O3)、氧化硅、石墨等載體的鉑催化劑。從這類失效的催化劑中再生回收鉑的常用方法有王水溶解法(溶解鉑)、硫酸溶解法(溶解其它雜質)、熔煉合金法(熔煉成合金后用王水溶解,氯化銨沉鉑,使其與其它元素分離而得到鉑)。

        (4)從鍍鉑、涂鉑的廢料中回收鉑

        利用鍍鉑、涂鉑的廢料中基體金屬與鉑的熱膨脹系數不同,在加熱條件下使鉑層發生脹裂,可從鍍鉑、涂鉑的廢料中回收鉑。將鍍鉑廢件放在750℃~950℃中,在氧化氣氛中恒溫30min,在上述的溫度范圍內鉑不被氧化,而與鉑層接的基體金屬(如Mo,W)表面則被氧化,用5%NaOH(NaHCO3或NH4OH)堿液溶解結合層的基體金屬氧化物。通過振蕩后鉑層即脫落,沉于堿液槽底,在780℃~950℃下,將含鉑的沉淀加熱氧化,以升華基體金屬,再經堿煮(或酸處理)含鉑殘渣,以進一步除去賤金屬,經洗滌后,殘渣再用王水溶解,過濾、趕硝、用水稀釋調節pH=5~6,水解除雜,用NH4Cl沉鉑,獲得(NH4)2PtCl6鍛燒得純海綿鉑。


        6.2 鈀的回收

        濕法工藝回收鈀的基本思路是利用鈀能夠溶解于硝酸的特性使鈀與金和鉑等難溶于硝酸的貴金屬分開,然后利用銀能夠在鹽酸或氯化鈉溶液中生成氯化銀沉淀的性質,使銀從含鈀硝酸溶液中分離(簡稱為分銀)。在分銀后的溶液中加入能夠使鈀離子沉淀的試劑,達到與其它賤金屬分離的目的。濕法工藝可以得到含量達到99.99%以上的高純度鈀產品?;鸱üに嚦S糜阝Z含量較低的廢料中回收鈀,或者在回收其它貴金屬的火法工藝中富集鈀?;鸱üに嚨玫降拟Z一般為粗鈀,通常還必須用濕法工藝進行精制提純得到高純度海綿鈀或直接加工成鈀的精細化學品[5]。

        (1)含鈀廢液中鈀的回收。含鈀廢液中鈀的存在形態主要為Pd(IV)和Pd(II),傳統的分離和富集方法是氯鈀酸銨沉淀法和二氯二氨絡亞鈀法。

        (2)從含鈀固體廢料中回收鈀。含鈀固體廢料的濕法回收原理與含鈀液體廢料的回收原理相似,將含鈀固體廢料用王水、硝酸等試劑使鈀轉入溶液后,再用上述從廢液中回收鈀的方法進行回收和精制。常用的工藝有濃硝酸分離法、氯化銨分離法和直接氨絡合法等。其中氯化銨分離法用得較多。銥、銠、釕和鋨的廢料相對于金銀鉑鈀4種貴金屬而言相對較少,回收利用的方法也主要是火法和濕法,有關工藝與前述鉑鈀的回收工藝相似。

        7、貴金屬的精煉

        從各種含貴金屬的廢料中盡管可以提取得到單個貴金屬粗品,但其純度一般都不能滿足現代工業的需要。因此貴金屬的精煉在整個貴金屬的生產過程中是非常必要的。所謂貴金屬的精煉指的是將富含單個或幾個貴金屬共存的粗金屬、貴金屬精礦、含貴金屬的溶液等進一步處理,以獲得符合各種不同要求和純度的單一貴金屬的過程。它包括分離和提純兩個工序。金銀的精煉方法與鉑族金屬的精煉方法差異較大,前者以傳統的電解法為主,后者以化學法為主(包括鉑族金屬原料的預處理、鉑族金屬的相互分離和單個粗鉑族金屬的提純)。


        8 貴金屬二次資源的無害化處置設想

        二次資源回收利用過程中的環境保護問題正越來越引起世界各國的重視[6]。電子工業廢棄物中貴金屬及其它有價值的回收利用相關技術已經初步成形并正在全國推廣[7~10]。二次資源的無害化處置的目的是為了在處置利用二次資源過程中,既能夠充分利用好二次資源中的有價值資源,又能夠在此過程中不增加環境負擔,不產生二次污染。然而,與人們在利用一次資源時一樣,二次資源的回收利用過程對環境造成的污染相當驚人,甚至比二次資源不回收利用造成的環境危害還要大。盡管貴金屬二次資源的種類很多、含量差異很大,要找到1種統一的無害化處置模式是不可能的,但遵循一定的規律,可以減少回收利用過程中的二次污染,向著無害化的最高境界前進?,F將一些無害化處置貴金屬廢料的初步設想提供如下。

        (1)回收利用工藝的全面性。在制定貴金屬二次資源回收利用方案時,除了考慮貴金屬的回收率以外,將回收利用過程中的二次廢氣、廢液和廢渣的治理問題放在與貴金屬的回收利用率同等重要的地位。如果某一回收方案不能解決二次污染問題,則必須放棄該回收工藝。

        (2)以廢治廢。用其它廢棄物作為處置貴金屬二次資源的原料,達到以廢治廢的目的,是貴金屬廢料無害化處置的較好方法。例如,用其它行業產生的酸性、堿性廢水作為貴金屬廢料處置過程中的酸堿,以電鍍廢水作為貴金屬廢料處置過程中的含氰溶液等都能夠達到以廢治廢的目的。對于含貴金屬較高的固體廢料,可以作為冶煉廠冶煉過程的添加物料,盡量減少單獨處置貴金屬二次資源的數量。

        (3)生物處理。許多生物體對金銀等貴金屬有特殊的親和力,利用某些特殊的細菌和其它生物體處置含貴金屬的廢料具有較大的應用前景。該方法能夠大大減少貴金屬二次資源處置過程中的酸堿和氰化物的使用量,大大減少火法處置過程中的煙塵排放量。

        (4)集中處理。將含貴金屬的廢料盡可能集中處置是減少二次資源回收利用過程中二次污染的一條有效途徑。集中處置過程中能夠充分利用各類廢棄物的有用資源,利用較高投資的處置設備解決回收過程中的二次污染問題,盡可能向著無害化的程度邁進。

        (5)滯后處理。對于目前暫時無法做到無害化處置的貴金屬廢料,將這些廢料暫時集中放置是一條明智之舉。例如,各類電器的板卡、顯示器等如果沒有真正的無害化處置方案,經過適當拆解后集中儲存,待找到科學合理的無害化處置方案后再統一處置,比現在簡單地用火法或酸堿浸泡處置要對環境有利得多。

        (6)政府協調、加大投入。必須進一步加大對貴金屬二次資源無害化處置的科學研究和技術研究力度。無論對何種二次資源進行無害化處置,其處置過程都是一個涉及到環保、化工、冶金、電子等眾多學科的系統工程,其科學技術研究跨度很大,有關協調工作必須得到政府和全社會的支持和理解。


        廣東鍍金回收 (編輯:劉曉)

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