廢舊電子芯片中貴金屬的再生利用研究

霍霞

摘 要：本文研究了通過硫酸、硫酸—雙氧水體系逐步分離，又以乙醇—溴化鉀—硫酸鉀體系進行萃取，從而對廢舊電子芯片中的貴金屬進行提煉。通過對所得含貴金屬溶液進行原子吸收光譜分析，并對溶液中電鍍出的金進行XRD分析，得出采用硫酸、硫酸雙氧水體系逐步添加的實驗方法可比傳統(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)境都帶來了巨大的影響[1-2]。在這種背景下，各國科技界和工業(yè)界都對廢舊電子芯片的資源化處理提出了極大的需求。目前國內(nèi)外對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現(xiàn)經(jīng)濟化和工業(yè)化，但達不到綠色化要求；脲硫法、多硫化物法和碘化法雖可以實現(xiàn)綠色化和工業(yè)化，但經(jīng)濟效益過低，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準，其投入的經(jīng)濟成本高、生產(chǎn)周期長，也難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此，同時具備經(jīng)濟化、工業(yè)化和綠色化的回收處理工藝仍是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。

本文采用機械破碎分離加上濕法化學分離的方法，對廢舊電子芯片中的貴金屬進行提煉、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行過多處理，就可以達到資源化再利用生產(chǎn)的需求。

2. 實驗方法

2.1 實驗流程及參數(shù)

實驗以廢棄電腦芯片中的金、銀、銅等金屬為主要研究對象。采用的化學試劑包括：王水（分析純）、硫酸（優(yōu)級純）、雙氧水混合酸（分析純）、高濃度強堿液（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行物理分離，再將電子芯片進行破碎。然后將電路板破碎成3mm以下顆粒，再采用行星球磨機XQM-L對芯片進行二次細破。然后，使用電化學工作站（CHI860D）對含貴金屬母液中的貴金屬進行電化學沉積處理，最后使用恒溫真空干燥箱DZF-6050對樣品進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，衍射波長為1.54056埃）對樣品進行物相結(jié)構(gòu)檢測，并通過Jade5軟件對樣品的物相進行分析。實驗流程為圖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)。用分液漏斗將有機相和鹽向進行分離，取出有機相含金溶液進行分析。

2.2 金膜制備

本文采用電化學工作站（CHI860D）對上述含金溶液進行電沉積獲得金膜。以銅片用作陰極，并用2mol/L鹽酸進行表面處理，用鉑片電極作為陽極。在pH=3.0左右的條件下，用電化學工作站掃出溶液中Au的沉降電位為-1.1V。最后選用電流時間曲線進行電鍍，并先設(shè)好沉降電位和電解時間。電鍍30分鐘后在銅表面開始出現(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—雙氧水體系對金屬混合物進行溶解。實驗中我們發(fā)現(xiàn)，采用雙氧水分批、并且同等時間加入反應(yīng)的方法，其總的反應(yīng)時間比同樣條件下傳統(tǒng)方法所用的反應(yīng)時間減少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98.35%。

3.2 XRD數(shù)據(jù)分析

在對后續(xù)含金溶液進行萃取時，加溴化鉀是由于溴離子能與三價金離子生成比更穩(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相分離。實驗最后，將經(jīng)過電鍍得到的Au膜用XRD進行物相分析，結(jié)果如圖2所示。圖譜中出現(xiàn)兩個峰位坐標分別位于43.45°和50.55°處。將所得數(shù)據(jù)導入Jade5.0軟件進行對比分析，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膜化學純度高、結(jié)晶度良好、缺陷少。

4. 結(jié)論

本文通過物理破碎加濕法化學的方法提取廢舊芯片中的Au。采用稀硫酸、硫酸—過氧化氫體系和乙醇—硫酸銨—溴化鉀萃取劑，逐步實現(xiàn)了含金溶液的提取和提純。硫酸—過氧化氫體系是以過氧化氫強氧化性對賤金屬進行氧化，并以硫酸具有酸性實現(xiàn)溶解和實現(xiàn)貴賤金屬分離。本文采用雙氧水分批，且同等時間加入反應(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，是因為溴化鉀中的溴酸金根比氯酸金根穩(wěn)定，且硫酸銨可實現(xiàn)鹽析反應(yīng)，而乙醇可產(chǎn)生相分離實現(xiàn)萃取。對萃取后的含金溶液采用電化學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目（貴州省再生資源利用工程研究中心，52020-2015-H-12），六盤水師范學院產(chǎn)學研基金（LPSSY201411）及華棟再生資源利用有限公司對本文的資助。