銀鈀合金靶材廢料的綜合回收研究

行衛(wèi)東，趙振華，王 杰，朱 劉

銀鈀合金靶材廢料的綜合回收研究

行衛(wèi)東，趙振華，王 杰，朱 劉

(廣東先導稀材股份有限公司 國家稀散金屬工程技術研究中心，廣東 清遠 511517)

采用硝酸浸出-選擇性分離鈀-沉淀分離銦-抗壞血酸還原銀的濕法工藝分離回收銀鈀合金靶材廢料中貴金屬銀鈀。結果表明，用4 mol/L硝酸，90℃加熱，120 min即可完全浸出所有金屬；浸出液采用理論量1.6倍的丁二酮肟可以完全沉淀分離99.9%以上的鈀；將濾液調節(jié)至pH=5，其中的銦、鐵、鎵等可被沉淀分離得到純凈的硝酸銀溶液；控制富銀液pH 8～10，用0.8倍銀質量的抗壞血酸可將銀完全還原，銀粉直收率大于96%。

有色金屬冶金；靶材廢料；銀鈀合金；選擇性沉淀鈀；還原銀粉

貴金屬銀鈀合金靶材因其優(yōu)異的性能，在電子元器件領域具有重要的應用[1-2]。在合金靶材生產過程中有大量廢料或切削料產生，其中含有豐富的稀貴金屬。根據(jù)目前半導體靶材濺射的工藝，一般靶材的利用率只有30%左右，剩余的殘靶只能經(jīng)過重新回收提純精煉后再利用。并且靶材生產加工過程中，涉及多個環(huán)境，會產生多種切削料、邊角料等貴金屬廢料。同時，此種廢料一般含有較高純度的單一金屬，避免了常規(guī)原礦冶煉精煉過程中涉及的其他鉑族金屬難分離的問題，在后續(xù)精煉提純過程中有很大的優(yōu)勢。近年來，隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，技術的不斷更新?lián)Q代，貴金屬銀、鈀純度要求越來越高，需求也日益增長。因此，為了提高稀貴金屬材料的利用率，節(jié)約成本，研究從銀鈀合金靶材廢料中高效回收稀貴金屬的工藝路線具有客觀的經(jīng)濟價值，也符合國家環(huán)境保護、二次資源充分利用的要求。

目前工業(yè)中從銀鈀合金中回收銀鈀的工藝方法主要有硝酸溶解-鹽酸沉銀-二氯二氨絡亞鈀法提純-水合肼還原工藝回收銀鈀、王水溶解-鈀絡合-氯化沉淀回收廢料中的鈀和熔煉電解銀-硝酸溶解-氯化銨沉鈀等[3-8]。然而針對銀鈀合金廢料硝酸浸出銀鈀液，在氯化沉銀過程中，因產生微米級氯化銀沉淀容易包覆或者裹挾其他貴金屬離子，從而造成其他貴金屬的分散而損失，且后期需要多次清洗、重新溶解等過程，都會產生大量廢水，造成環(huán)境壓力。電解回收銀過程中，也需要多次鑄造、電解陽極板，且銀電解不徹底，得到富含貴金屬陽極泥仍需進一步回收其中的貴金屬，過程繁瑣，回收時間長，設備要求高。

本文提出采用硝酸浸出，丁二酮肟分離鈀，沉淀分離銦鎵，抗壞血酸還原銀粉的工藝針對銀鈀合金靶材廢料中的貴金屬銀鈀進行分離回收，同時富集有價稀散金屬銦鎵。

1 實驗

1.1 材料及儀器

實驗所用的原料為某公司銀鈀銅鍺合金靶材生產加工中的切削料和邊角料約2 kg，含銀99%、鈀0.5%，其他雜質金屬主要為銦、銅、鍺、鎵等。主要試劑硝酸(68%)、碳酸鈉(99%)、丁二酮肟(DMG，99%)、鹽酸(35%)、氨水(14%)等均為市售分析純試劑，實驗用水為蒸餾水。主要使用的回收器材有玻璃器皿、加熱套、攪拌機、真空抽濾機、溫度計、干燥箱、pH計等。各元素濃度的測定使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES，德國斯派克ARCOS型)。

1.2 實驗原理及方法

1.2.1 靶材廢料預處理

銀鈀合金靶材廢料熔煉過程中采用氧化鋁坩堝，因而其切削料和邊角料等含有少量氧化鋁、氧化硅以及機加工過程中引入的加工用油等，直接浸出后會影響浸出液的過濾分離效率及得到銀粉的純度。因此，該合金廢料及邊角料先用稀氫氧化鈉溶液加熱，清洗除去表面殘留的機油、氧化鋁和氧化硅等雜質。用水洗凈后烘干備用。

1.2.2 浸出及分離

取一定量預處理后的銀鈀合金靶材廢料，用硝酸加熱浸出。浸出結束后，用真空抽濾機抽濾分離。向浸出液中添加丁二酮肟(10 g/L)選擇性沉淀鈀，根據(jù)鈀沉淀前后溶液中濃度的差異得到鈀的沉淀率。鈀鹽沉淀過濾得到的濾液為富銀液，用氨水調節(jié)溶液pH 4～8選擇性沉淀分離銦、鐵、鎵等金屬，并通過測定(高含量銀采用容量法測定)沉淀前后溶液中各金屬元素的濃度，根據(jù)其差異計算對應金屬沉淀率。向過濾得到的濾液中添加抗壞血酸，還原得到銀粉。富鈀渣用鹽酸-氯酸鈉浸出，鈀浸出液濃縮富集后待回收。流程如圖1所示。

圖1 從銀鈀合金靶材廢料中分離回收銀鈀的工藝流程

1.2.3 還原回收銀粉

雜質分離后的分離的硝酸銀液通過添加氨水調節(jié)溶液pH到8～10后過濾少量不溶物，濾液在常溫攪拌條件下緩慢添加還原劑抗壞血酸進行還原制備銀粉，還原制備的銀粉經(jīng)過體積比1.5～2倍純水洗滌3次后洗液接近中性后烘干，烘干后的銀粉在溫度900℃～1000℃中頻感應熔煉爐中進行熔煉，得到銀錠。

2 結果與討論

2.1 堿液洗滌預處理

取若干銀鈀合金靶材廢料置于燒杯中，按照液固比5:1加入50 g/L NaOH溶液進行預處理清洗。浸出溫度控制在90℃左右，浸出時間2 h。冷卻后過濾，用蒸餾水洗滌合金廢料至中性，得到的堿浸液成分如表1所列。堿浸液可循環(huán)使用，當金屬離子達到一定濃度時進行回收。

表1 NaOH溶液預處理銀鈀合金靶材廢料后液成分

Tab.1 Chemical composition of the solution of waste AgPd alloy targets scraps by pretrated by NaOH /(mg/L)

2.2 硝酸浸出過程

取一定量預處理后的合金廢料，以液固比3:1加入4 mol/L的HNO3溶液，在90℃浸出，考察不同浸出時間對物料中各金屬元素浸出率的影響，結果如圖2所示，最優(yōu)條件浸出后，濾液中金屬濃度列于表2 (銀濃度采用滴定法檢測)。

圖2 浸出時間對物料中金屬浸出率的影響

表2 硝酸浸出液中金屬元素濃度

Tab.2 Concentration of metal elements in the HNO3 leaching solution /(mg/L)