硫脲法浸出廢棄電腦線路板中金的研究

黃祥浩，柯昌美，楊金堂，陳 梅，柯海波，于錦昭

（武漢科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，湖北武漢430081）

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，電子廢棄物的數(shù)量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，全世界每小時有4 000 t電子廢棄物產(chǎn)生，每年電子設(shè)備的廢料產(chǎn)生量高達2 000萬～5 000萬t，并保持每年3%～8%的速度增長［1］。電子廢棄物中除含有鎘、汞、鉛等重金屬和其他有毒有害物質(zhì)外，還含有金、銀、鉑等貴金屬資源［2］。瑞典的Ronnskar冶煉廠分析了個人計算機（PC）中使用的印刷線路板的元素組成，結(jié)果表明印刷線路板中普遍含有稀貴金屬金、銀、鈀等，其中金含量達到80 g/t，高于一般金礦的金品位［3-4］。因此回收電子廢棄物中的金不僅可以緩解環(huán)境壓力，而且具有重要的經(jīng)濟價值。

回收貴金屬常見的試劑包括氰化物、鹵化物、硫脲和硫代硫酸鹽。氰化物作為金的浸取劑已經(jīng)在采礦業(yè)中被使用了一個多世紀［5］，這主要是由于氰化法具有工藝成熟、簡單穩(wěn)定且試劑成本低［6］等特點，但是氰化物有劇毒且會造成嚴重的環(huán)境污染，該方法已逐漸被取代。硫脲法具有浸出劑毒性小、環(huán)境友好、浸出速度快［7-9］等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前景的非氰提金法。筆者用硫脲法提取廢棄電腦線路板中的金，主要研究了硫脲質(zhì)量濃度、反應(yīng)時間、溶液pH、反應(yīng)溫度、Fe3+質(zhì)量分數(shù)等對金浸出率的影響，旨在確定最佳的浸金參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

純硫脲［SC（NH2）2］是無色晶體，易溶于水，在堿性溶液中不穩(wěn)定，易分解為硫化物和氨基氰［10］，主要反應(yīng)為 SC（NH2）2+2NaOH→Na2S+CNNH2+2H2O，因此硫脲浸金需在酸性溶液中進行。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，需要選擇合適的氧化劑，通常為Fe3+。當以Fe3+為氧化劑時，金與硫脲反應(yīng)形成可溶性絡(luò)合離子，主要反應(yīng):

1.2 實驗試劑及儀器

試劑:硫脲、硫酸鐵、濃硝酸、濃硫酸等均為分析純，實驗用水為去離子水。

儀器:TAS-986型原子吸收分光光度計，PHS-25型實驗室PH計，101-1ES型電熱鼓風干燥箱，SX2-12-10型馬弗爐，HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.3 實驗方法

實驗原料為廢舊電腦主板，手工拆除線路板上的電容、電感等元器件后，破碎成約為16 mm2的碎塊，放入馬弗爐中，在450℃灼燒3 h，灼燒后的固態(tài)產(chǎn)物用稀硝酸預(yù)處理，以除去以銅為主的賤金屬，過濾后的濾渣作為后續(xù)的實驗原料。經(jīng)原子吸收分光光度計檢測，原料中的金含量為102 g/t。

稱取一定量處理后的固體于反應(yīng)器中，取固液比（質(zhì)量體積比，g/mL）為1∶5加入去離子水，采用質(zhì)量分數(shù)為10%的硫酸溶液調(diào)節(jié)溶液pH，隨后依次加入一定量的硫酸鐵和硫脲，恒溫攪拌反應(yīng)一定時間，將反應(yīng)液過濾、洗滌、定容。采用原子吸收分光光度計測定溶液中金的含量。

2 實驗結(jié)果與討論

固定條件:反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時間為1 h，F(xiàn)e3+質(zhì)量分數(shù)為0.45%，溶液pH為1.5，硫脲質(zhì)量濃度為12 g/L。改變其中一個條件，固定其他條件，考察各因素對金浸出率的影響，結(jié)果見圖1～圖5。圖1為硫脲質(zhì)量濃度對金浸出率的影響。由圖1可知，隨著硫脲質(zhì)量濃度增加金的浸出率逐漸增大，當硫脲質(zhì)量濃度為12 g/L時金的浸出率達到最大（90.93%），繼續(xù)增加硫脲的質(zhì)量濃度金的浸出率略有下降。這可能是由于，硫脲質(zhì)量濃度過高，被氧化生成的二硫甲脒的量增加，使得與金絡(luò)合的游離硫脲的量減少，同時二硫甲脒分解產(chǎn)生的單質(zhì)硫在金表面形成穩(wěn)定的膜阻止金的溶解。因此，適宜的硫脲質(zhì)量濃度為12 g/L。

圖1 硫脲質(zhì)量濃度對金浸出率的影響

圖2為反應(yīng)時間對金浸出率的影響。由圖2可知，硫脲與金的絡(luò)合速度相對較快，反應(yīng)20 min就達到了較高的浸出率（67.43%），隨著反應(yīng)時間繼續(xù)增加金的浸出率先增加后減少，在60 min時達到最大值。浸出時間過短，Au沒有完全氧化成Au+，使溶液中Au（SCN2H4）的量減少，從而導(dǎo)致金的浸出率較低。浸出時間過長時，溶液中的Fe3+與硫脲緩慢反應(yīng)，產(chǎn)生的鈍化硫?qū)σ讶芙獾慕鹩形阶饔?，從而?dǎo)致金的浸出率下降。適宜的反應(yīng)時間為60 min。

圖2 反應(yīng)時間對金浸出率的影響

圖3 反應(yīng)溫度對金浸出率的影響

圖3為反應(yīng)溫度對金浸出率的影響。溫度對于硫脲浸金的影響在于硫脲的熱穩(wěn)定性較差，同時金的氧化與絡(luò)合也需要在一定溫度下才能進行。由圖3可知，反應(yīng)溫度為10℃時金的浸出率較低，主要原因是低溫條件下氧化劑Fe3+和絡(luò)合劑硫脲的活性不強；隨著反應(yīng)溫度升高到20℃金的浸出率明顯升高，當反應(yīng)溫度達到40℃之后金的浸出率開始逐漸下降。升高溫度可以提高硫脲的擴散速度，但是隨著溶液溫度的升高硫脲的分解明顯。適宜的反應(yīng)溫度為30℃。

圖4為Fe3+質(zhì)量分數(shù)對金浸出率的影響。由圖4可知，當Fe3+質(zhì)量分數(shù)由0.15%增加到0.45%時金的浸出率逐漸增加，主要是因為Fe3+質(zhì)量分數(shù)增大，被氧化的金的量增加，浸出率隨之上升；繼續(xù)增加Fe3+質(zhì)量分數(shù)金的浸出率反而下降，主要是因為當溶液中Fe3+超過一定限度時，不但能使Au氧化，還能將硫脲氧化成S2-、S、二硫甲脒等物質(zhì)，使體系中硫脲的含量減少，金浸出率隨之下降。適宜的Fe3+質(zhì)量分數(shù)為0.45%。

圖4 Fe3+質(zhì)量分數(shù)對金浸出率的影響

圖5為溶液pH對金浸出率的影響。硫酸既是一種調(diào)節(jié)酸，又是一種保護酸，不僅能起配位作用，而且對硫脲的分解起抑制作用［12］，所以選擇稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH。由圖5可知，pH小于1時金的浸出率不高；pH為1～2時可以獲得較高的金浸出率；pH大于2后金的浸出率開始急劇下降。這主要是由于溶液pH小于1時，硫脲的酸性分解加劇，同時氧化劑將硫脲氧化成二硫甲脒等，大量消耗硫脲，從而導(dǎo)致金浸出率過低；溶液pH過高，使得硫脲不穩(wěn)定分解，F(xiàn)e3+會以氫氧化鐵的形式沉淀，從而導(dǎo)致金的浸出率急劇下降。適宜的溶液pH為1.5。

圖5 溶液pH對金浸出率的影響

3 結(jié)論

采用硫脲能夠有效地浸出廢棄電腦線路板中的金。硫脲浸金適宜條件:硫脲質(zhì)量濃度為12 g/L、反應(yīng)時間為60min、反應(yīng)溫度為30℃、Fe3+質(zhì)量分數(shù)為0.45%、溶液pH為1.5，此條件下金的浸出率達到90.93%。硫脲是一種很不穩(wěn)定的物質(zhì)，容易被氧化為二硫甲脒，進而被氧化成硫單質(zhì)，硫脲用量過多會降低金的浸出率。為減少硫脲的過多消耗及強化金的浸出，自催化生成二硫甲脒但不被二次氧化、新型溫和氧化劑的開發(fā)以及加入新型添加劑抑制硫脲的分解等，將是今后的研究熱點。