霍霞

摘 要：本文研究了通過(guò)硫酸、硫酸—雙氧水體系逐步分離，又以乙醇—溴化鉀—硫酸鉀體系進(jìn)行萃取，從而對(duì)廢舊電子芯片中的貴金屬進(jìn)行提煉。通過(guò)對(duì)所得含貴金屬溶液進(jìn)行原子吸收光譜分析，并對(duì)溶液中電鍍出的金進(jìn)行XRD分析，得出采用硫酸、硫酸雙氧水體系逐步添加的實(shí)驗(yàn)方法可比傳統(tǒng)方法提高40%的提煉效率。

關(guān)鍵詞：廢舊電子芯片；再生利用；貴金屬；原子吸收光譜；萃取

Abstract： In the present paper， the authors employ H2SO4 acid and H2O2 blend solution and C2H5OH-KBr-K2SO4 extraction solution to gradually departure the noble metal from electronic chips. The authors use atom absorption spectrum and XRD method to analyze the extracted noble metal solution using the above method. It is concluded that using H2SO4 acid and H2O2 blend system method is a 40% higher efficient compared with the traditional method.

Key words： Electronic chips； Recycling； noble metals； Atomic absorption spectrum； Extraction

1. 緒論

大數(shù)據(jù)時(shí)代隨著電子科技的迅猛發(fā)展，廢舊電子芯片給全球的生產(chǎn)生活及生態(tài)環(huán)境都帶來(lái)了巨大的影響[1-2]。在這種背景下，各國(guó)科技界和工業(yè)界都對(duì)廢舊電子芯片的資源化處理提出了極大的需求。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其處理方法大致可分為：熱處理法[3-4]、物理法[5-6]、濕法[7]、生物法[8-9]和超臨界水氧化法[10]等等。其中，濕法中的氰化法可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化和工業(yè)化，但達(dá)不到綠色化要求；脲硫法、多硫化物法和碘化法雖可以實(shí)現(xiàn)綠色化和工業(yè)化，但經(jīng)濟(jì)效益過(guò)低，生產(chǎn)成本較高，而超臨界水氧化法和生物法是一種極高的綠色標(biāo)準(zhǔn)，其投入的經(jīng)濟(jì)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，也難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此，同時(shí)具備經(jīng)濟(jì)化、工業(yè)化和綠色化的回收處理工藝仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。

本文采用機(jī)械破碎分離加上濕法化學(xué)分離的方法，對(duì)廢舊電子芯片中的貴金屬進(jìn)行提煉、提純，是一種既具有金屬回收效率高，又具有金屬回收純度高的方法，回收后的金屬不必進(jìn)行過(guò)多處理，就可以達(dá)到資源化再利用生產(chǎn)的需求。

2. 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)流程及參數(shù)

實(shí)驗(yàn)以廢棄電腦芯片中的金、銀、銅等金屬為主要研究對(duì)象。采用的化學(xué)試劑包括：王水（分析純）、硫酸（優(yōu)級(jí)純）、雙氧水混合酸（分析純）、高濃度強(qiáng)堿液（分析純）、不同濃度酸（分析純）和不同濃度的鹽液（分析純）。先將芯片的引腳與芯片及散熱銅板進(jìn)行物理分離，再將電子芯片進(jìn)行破碎。然后將電路板破碎成3mm以下顆粒，再采用行星球磨機(jī)XQM-L對(duì)芯片進(jìn)行二次細(xì)破。然后，使用電化學(xué)工作站（CHI860D）對(duì)含貴金屬母液中的貴金屬進(jìn)行電化學(xué)沉積處理，最后使用恒溫真空干燥箱DZF-6050對(duì)樣品進(jìn)行干燥以便去除樣品中的水分，獲得最終樣品。用原子吸收光譜測(cè)定溶液中貴金屬元素的含量，用TD-3500X射線衍射儀（銅靶，衍射波長(zhǎng)為1.54056埃）對(duì)樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)檢測(cè)，并通過(guò)Jade5軟件對(duì)樣品的物相進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)流程為圖1所示：

將上述流程圖中趕硝處理后的含金、鉑等貴金屬的溶液用一定量氫氧化鈉（分析純）及無(wú)水乙醇調(diào)節(jié)溶液pH=3.0左右，再向溶液中加入溴化鉀，使溶液由原來(lái)淡黃色變?yōu)槌赛S色，再加硫酸銨攪拌使之完全溶解，使溶液變回原淡黃色。靜置后出現(xiàn)鹽析反應(yīng)。用分液漏斗將有機(jī)相和鹽向進(jìn)行分離，取出有機(jī)相含金溶液進(jìn)行分析。

2.2 金膜制備

本文采用電化學(xué)工作站（CHI860D）對(duì)上述含金溶液進(jìn)行電沉積獲得金膜。以銅片用作陰極，并用2mol/L鹽酸進(jìn)行表面處理，用鉑片電極作為陽(yáng)極。在pH=3.0左右的條件下，用電化學(xué)工作站掃出溶液中Au的沉降電位為-1.1V。最后選用電流時(shí)間曲線進(jìn)行電鍍，并先設(shè)好沉降電位和電解時(shí)間。電鍍30分鐘后在銅表面開(kāi)始出現(xiàn)金黃色物質(zhì)，且兩電極有少量氣泡出現(xiàn)。

3. 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 原子光譜結(jié)果分析

本文用硫酸—雙氧水體系對(duì)金屬混合物進(jìn)行溶解。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，采用雙氧水分批、并且同等時(shí)間加入反應(yīng)的方法，其總的反應(yīng)時(shí)間比同樣條件下傳統(tǒng)方法所用的反應(yīng)時(shí)間減少60分鐘[11]，由此所產(chǎn)生的反應(yīng)效率將提高40%。將硫酸—雙氧水體系處理得到的溶液，進(jìn)行原子光譜法分析后得到其銅及其它金屬濃度為表1所示。由表1可算出該法處理回收CPU中銅的回收率可達(dá)98.35%。

3.2 XRD數(shù)據(jù)分析

在對(duì)后續(xù)含金溶液進(jìn)行萃取時(shí)，加溴化鉀是由于溴離子能與三價(jià)金離子生成比更穩(wěn)定的從而提高萃取率，加硫酸銨是使體系產(chǎn)生鹽析反應(yīng)讓其他金屬離子以鹽的形式與有機(jī)相分離。實(shí)驗(yàn)最后，將經(jīng)過(guò)電鍍得到的Au膜用XRD進(jìn)行物相分析，結(jié)果如圖2所示。圖譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰位坐標(biāo)分別位于43.45°和50.55°處。將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Jade5.0軟件進(jìn)行對(duì)比分析，得出位于43.45o處的衍射峰，是Au的210晶面衍射峰，表明了Au的存在，且Au210晶面衍射峰的半峰寬為2.04o，表明所沉積的Au膜化學(xué)純度高、結(jié)晶度良好、缺陷少。

4. 結(jié)論

本文通過(guò)物理破碎加濕法化學(xué)的方法提取廢舊芯片中的Au。采用稀硫酸、硫酸—過(guò)氧化氫體系和乙醇—硫酸銨—溴化鉀萃取劑，逐步實(shí)現(xiàn)了含金溶液的提取和提純。硫酸—過(guò)氧化氫體系是以過(guò)氧化氫強(qiáng)氧化性對(duì)賤金屬進(jìn)行氧化，并以硫酸具有酸性實(shí)現(xiàn)溶解和實(shí)現(xiàn)貴賤金屬分離。本文采用雙氧水分批，且同等時(shí)間加入反應(yīng)的方法，可使反應(yīng)效率提高40%。采用乙醇—硫酸銨—溴化鉀體系萃取金，是因?yàn)殇寤浿械匿逅峤鸶嚷人峤鸶€(wěn)定，且硫酸銨可實(shí)現(xiàn)鹽析反應(yīng)，而乙醇可產(chǎn)生相分離實(shí)現(xiàn)萃取。對(duì)萃取后的含金溶液采用電化學(xué)工作站電鍍可得高純的Au膜，且其結(jié)晶度良好、缺陷較少。

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致謝：

感謝貴州省省市共建科技項(xiàng)目（貴州省再生資源利用工程研究中心，52020-2015-H-12），六盤(pán)水師范學(xué)院產(chǎn)學(xué)研基金（LPSSY201411）及華棟再生資源利用有限公司對(duì)本文的資助。