高 娜

(瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，四川 瀘州 646000)

廢電路板中含有金、鈀、銀等貴金屬，具有一定回收價(jià)值[1]。目前，從廢電路板中回收貴金屬的方法包括火法、濕法、機(jī)械破碎-物理分離法等[2-4]。與火法和機(jī)械破碎物理分選相比，濕法工藝因優(yōu)勢明顯，得到廣泛研究與應(yīng)用，但存在化學(xué)試劑消耗量高、廢渣量大等缺點(diǎn)[5-7]。控制電位氯化浸出法因具有工藝簡單、低成本等優(yōu)點(diǎn)越來越受到關(guān)注。試驗(yàn)研究了用控制電位氯化浸出法浸出廢電路板中的金，考察了各因素對(duì)金浸出的影響，并通過響應(yīng)曲面法確定了最佳工藝條件，以求為從廢電路板中高效提取貴金屬提供一種可參考的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料、試劑及儀器

廢電路板：廢電腦內(nèi)存條,用剪切式破碎機(jī)和沖擊式旋轉(zhuǎn)磨碎機(jī)兩級(jí)破碎篩分，再通過高壓靜電分選法進(jìn)行金屬富集，粒徑0.45 mm，主要成分見表1。

表1 廢電路板的主要化學(xué)成分 %

主要試劑：NaClO3，99.0%，阿拉丁試劑有限公司；H2SO4，98.0%，國藥集團(tuán)；NaCl，99.8%，國藥集團(tuán)；蒸餾水，上海優(yōu)普儀器設(shè)備有限公司。

主要儀器：電子天平，AL104型，上海精天電子儀器有限公司；磁力攪拌機(jī)，HJ-3型，金壇市盛藍(lán)儀器制造公司；氧化還原探頭，LE20型，梅特勒托利多集團(tuán)；pH計(jì)，S-3C型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；真空泵，SHZ-DⅢ型，上海丞明儀器設(shè)備有限公司；電感耦合等離子體光譜儀，ICP-AE型，美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 試驗(yàn)原理

控制電位氯化浸出法是利用不同元素的氧化還原電位差異達(dá)到浸出和分離金屬的目的。采用此法分離金屬通常需要添加氧化劑(如氯氣或氯酸鈉)來控制電位[8]。在系統(tǒng)控制的電位下，電位較正的元素基本不被氧化而留在渣中，而電位較負(fù)的元素首先被氧化進(jìn)入溶液[9]，從而實(shí)現(xiàn)不同金屬元素的選擇性浸出和分離。元素氧化和還原電位差異越大，浸出效果越好。氧化還原電位較低時(shí)賤金屬溶解浸出，氧化還原電位較高時(shí)貴金屬溶解浸出[10]。因此，控制電位氯化浸出法可用于分離貴賤金屬。部分貴賤金屬在Me-Cl-H2O體系中的氧化還原電位及吉布斯自由能見表2。

表2 部分貴賤金屬在Me-Cl-H2O體系中的氧化還原電位及吉布斯自由能

1.3 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取5 g廢電路板樣品置于200 mL燒杯中，加入50 mL硫酸溶液(浸出介質(zhì))，保持恒溫[15]。勻速攪拌加入氯酸鈉和氯化鈉，通過氧化還原探頭監(jiān)測電位，控制在1.1 V左右。試驗(yàn)結(jié)束后用電感耦合等離子體光譜儀測定浸出液和浸出渣中金含量，計(jì)算金浸出率。計(jì)算公式[16]為

式中：y—金浸出率，%；m—廢電路板樣品質(zhì)量，g；w—廢電路板樣品中金質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V—浸出液體積，V;ρ—浸出液中金質(zhì)量濃度，g/L。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 NaCl質(zhì)量濃度對(duì)金浸出率的影響

浸出溫度50 ℃，浸出時(shí)間 90 min，硫酸質(zhì)量濃度150 g/L，NaCl質(zhì)量濃度對(duì)金浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 NaCl質(zhì)量濃度對(duì)金浸出率的影響

由圖1看出：隨NaCl質(zhì)量濃度升高，金浸出率先升高后降低；NaCl質(zhì)量濃度升至16 g/L時(shí)，金浸出率達(dá)最大，為92.50%。這主要是因?yàn)榻鲞^程包括氯酸鈉氧化和氯化鈉配合物形成[17]。在電位1.1 V條件下，金被氯氣氧化，與氯離子形成配合物，在配合物形成過程中，隨氯離子濃度升高，配合反應(yīng)達(dá)到平衡，同時(shí)，溶液中更多氯離子的存在會(huì)促進(jìn)配合反應(yīng)正向進(jìn)行。[18]。

2.1.2 浸出溫度對(duì)金浸出率的影響

浸出時(shí)間90 min，NaCl質(zhì)量濃度16 g/L，硫酸質(zhì)量濃度150 g/L，浸出溫度對(duì)金浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 浸出溫度對(duì)金浸出率的影響

由圖2看出：隨浸出溫度升高，金浸出率先升高后降低；溫度升至50 ℃時(shí)，金浸出率達(dá)最大，為94.04%。這是因?yàn)榉磻?yīng)體系沒有密封，浸出溫度過高，氯氣從反應(yīng)系統(tǒng)中逸出的可能性增大，造成氧化劑損失[19]。

2.1.3 浸出時(shí)間對(duì)金浸出率的影響

浸出溫度50 ℃，NaCl質(zhì)量濃度16 g/L，硫酸質(zhì)量濃度150 g/L，浸出時(shí)間對(duì)金浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸出時(shí)間對(duì)金浸出率的影響

由圖3看出：金浸出率隨反應(yīng)進(jìn)行先升高后緩慢降低；反應(yīng)90 min時(shí)，金浸出率達(dá)最大，為93.42%。

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化工藝參數(shù)

響應(yīng)曲面法是一種用于優(yōu)化反應(yīng)過程的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)采用響應(yīng)曲面法和中心復(fù)合設(shè)計(jì)對(duì)浸出工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在分析單因素對(duì)金浸出率影響基礎(chǔ)上，通過中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，選擇浸出溫度、浸出時(shí)間和NaCl質(zhì)量濃度為優(yōu)化因素，利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)3因素2水平的響應(yīng)面進(jìn)行分析。優(yōu)化因素及水平見表3，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4，方差分析結(jié)果見表5。

表3 響應(yīng)曲面法優(yōu)化因素及水平

表4 響應(yīng)曲面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 方差分析結(jié)果

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表4數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到二階非線性回歸方程：

y=92.52+0.83A-0.37B+1.52C-

0.22AB-0.29AC+0.14BC-

2.65A2-0.70B2-1.69C2。

由回歸方程可知，一次項(xiàng)的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值順序?yàn)镹aCl質(zhì)量濃度>浸出溫度>浸出時(shí)間，表明對(duì)金浸出率影響最大的因素是NaCl質(zhì)量濃度。

由表5看出：F=6.51，P<0.01，表明模型達(dá)到極顯著水平；失擬項(xiàng)P<0.000 1，失擬項(xiàng)不顯著。根據(jù)計(jì)算得出：模型標(biāo)準(zhǔn)方差為2.11，表明擬合的回歸方程較為準(zhǔn)確；該模型的決策系數(shù)為0.914 2，說明該模型具有良好的預(yù)測能力；信噪比大于4，說明模型具有良好的擬合和預(yù)測效果。

3個(gè)因素兩兩相互作用對(duì)金浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4～6所示。由圖4看出：在浸出時(shí)間90 min、NaCl質(zhì)量濃度16 g/L條件下，浸出溫度從40 ℃升至50 ℃，金浸出率從90.15%升至94.16%。由圖5看出：在浸出溫度50 ℃、浸出時(shí)間90 min條件下，NaCl質(zhì)量濃度從14 g/L升至16 g/L，金浸出率從87.64%升至92.80%。由圖6看出：浸出溫度和NaCl質(zhì)量濃度分別為50 ℃ 和16 g/L時(shí)，浸出時(shí)間從60 min延長至90 min，金浸出率從90.75%升至93.42%。上述結(jié)果說明，兩兩因素交互作用對(duì)金浸出率的影響結(jié)果與單因素試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

圖4 浸出溫度與時(shí)間相互作用對(duì)金浸出率的影響

圖5 浸出溫度與NaCl質(zhì)量濃度相互作用對(duì)金浸出率的影響

圖6 浸出時(shí)間與NaCl質(zhì)量濃度相互作用對(duì)金浸出率的影響

通過軟件Design-Expert的參數(shù)優(yōu)化，對(duì)回歸模型求解方程，得到最優(yōu)理論試驗(yàn)條件為：浸出時(shí)間82.66 min，溫度51.47 ℃，NaCl質(zhì)量濃度16.86 g/L，計(jì)算得出此條件下的金浸出率理論預(yù)測值為94.60%。

根據(jù)上述理論參數(shù)優(yōu)化方案，確定實(shí)際優(yōu)化條件方案為：浸出時(shí)間80 min，溫度50 ℃，NaCl質(zhì)量濃度17 g/L，在此條件下進(jìn)行浸出試驗(yàn)，得到金浸出率為94.55%，與理論預(yù)測值94.60%僅相差0.05%，表明用響應(yīng)曲面法優(yōu)化工藝參數(shù)可靠實(shí)用。

3 結(jié)論

在電位1.1 V條件下，可采用控制電位氯化浸出法從廢電路板中浸出金。采用響應(yīng)曲面法對(duì)單因素試驗(yàn)確定的優(yōu)化試驗(yàn)條件進(jìn)一步優(yōu)化，確定了最佳試驗(yàn)條件為：浸出溫度50 ℃，NaCl質(zhì)量濃度17 g/L，浸出時(shí)間80 min，在該條件下，金浸出率達(dá)94.55%，實(shí)際試驗(yàn)值與理論預(yù)測值僅相差0.05%，表明用響應(yīng)曲面法優(yōu)化從電路板浸出金工藝參數(shù)可靠實(shí)用。但受目前試驗(yàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)規(guī)模限制，此優(yōu)化方法仍有待進(jìn)一步完善和優(yōu)化。