貴金屬二次資源回收研究

李亞東，范興祥，徐 征，姚春玲，張金梁

（1.昆明冶金高等專科學(xué)校冶金與礦業(yè)學(xué)院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，云南昆明 650033；4.紅河學(xué)院 化學(xué)與資源工程學(xué)院，云南蒙自 661199）

1 貴金屬的定義

貴金屬主要是金、銀和鉑族金屬等8種金屬元素，貴金屬往往具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，使得貴金屬不易和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在貴金屬中最為人們所熟知的就是金，金作為貨幣的一般等價(jià)物是人們?nèi)粘Ｘ泿艃r(jià)值衡量的尺度。而在工業(yè)用途中也有著重要的作用。在工業(yè)中黃金可以用于太空飛船防紅外鍍膜層、焊接觸點(diǎn)材料等，白銀主要用于電工，如大工電閘觸電，而鉑主要用于熱電偶化學(xué)電極催化劑等方面，順鉑是目前已知最有效的抗癌藥物。貴金屬因?yàn)槠湎∮行?、難開采的特點(diǎn)導(dǎo)致貴金屬的應(yīng)用成本比較高，所以通過二次回收貴金屬，就可以有效地實(shí)現(xiàn)貴金屬的再流通，從而降低成本，節(jié)約資源，二次回收貴金屬是工業(yè)過程中必不可少的模塊。我國貴金屬儲量低，而且現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展又需要不斷開采貴金屬，使得我國現(xiàn)代貴金屬的資源更加缺乏。富含貴金屬的廢棄物種類繁多，諸如電路板、手機(jī)配件等，這就使得回收貴金屬成為彌補(bǔ)貴金屬不足的重要途徑。

2 回收貴金屬的意義

2.1 實(shí)現(xiàn)金屬礦產(chǎn)資源的有效利用

隨著人類文明的發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代人們意識到地球資源的開采是有上限的，在貴金屬難以人工合成的現(xiàn)代社會(huì)，節(jié)約資源成為了化工企業(yè)的追求之一。通過回收貴金屬就可以更加有效地實(shí)現(xiàn)貴金屬礦產(chǎn)資源的利用，就可以讓貴金屬充分發(fā)揮自身的作用。在現(xiàn)代社會(huì)通過回收就能實(shí)現(xiàn)貴金屬系統(tǒng)的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展?；て髽I(yè)都要專注于貴金屬的回收再利用，一方面是考慮到地球資源的有限性，一方面也是為了追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2.2 降低貴金屬相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能耗

冶金的能耗很高，原生金屬的生產(chǎn)目前還是以火法為主，這種方式對于能源的消耗是十分嚴(yán)重的。這就使得企業(yè)不僅經(jīng)濟(jì)方面的成本高，而且還可能造成污染和能源浪費(fèi)。企業(yè)發(fā)展追求的是利益的發(fā)展，這也就要企業(yè)能夠降低成本，實(shí)現(xiàn)金屬的利用和循環(huán)。從地球資源的角度出發(fā)，現(xiàn)代金屬的回收則會(huì)降低開采的總量，這就減少了其他資源的浪費(fèi)，地球的礦產(chǎn)資源、石油資源等都是難以再生的，在節(jié)約金屬的同時(shí)也需要節(jié)約其他資源，為地球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二次回收貴金屬有效地避免了這些缺點(diǎn)和問題，企業(yè)運(yùn)用更加低成本的方法就可以實(shí)現(xiàn)貴金屬的回收和循環(huán)，并且大幅降低生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的健康發(fā)展，也為地球的持續(xù)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

2.3 有效保護(hù)環(huán)境，減少污染

貴金屬的開采和冶煉非常消耗能源，而且隨著地球自然資源的日益匱乏，開采貴金屬就要消耗更多的人，能源不僅會(huì)增加投資成本，而且造成的污染也更加嚴(yán)重，所以通過貴金屬的二次回收利用就可以有效地降低成本，減少不必要的程序，實(shí)現(xiàn)資源的利用從而有效地降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的。回收貴金屬不僅可以使得金屬資源有效利用，也能夠有效減少其他方面的投入，實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的保護(hù)。在如今推行綠色可持續(xù)發(fā)展的理念下回收貴金屬就變得更加重要。

3 貴金屬二次資源回收主要技術(shù)分析

3.1 火法處理技術(shù)

火法處理的基本原理是利用冶金爐高溫加熱，剝離非金屬，使貴金屬熔融于其他金屬熔煉物料或熔鹽中，再加以分離?；鸱ㄌ幚砭哂械淖畲髢?yōu)點(diǎn)就是操作簡單、回收率高。但是相對而言，火法處理技術(shù)更加消耗能源，對環(huán)境造成的污染也更大，火法容易產(chǎn)生有害氣體和固體廢棄物，而有害氣體的治理和廢棄物的處理也是火法技術(shù)中比較麻煩的環(huán)節(jié)，尤其是在當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的發(fā)展理念下，火法處理技術(shù)已經(jīng)逐漸被時(shí)代淘汰。

3.1.1 鉛捕集

鉛捕集是指以鉛為捕集劑，通過還原反應(yīng)捕集貴金屬，之后再將生成的粗鉛和貴金屬分離。粗鉛需要在灰吹爐或者轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行氧化反應(yīng)，或者可以將粗鉛進(jìn)行電熔，產(chǎn)生富含貴金屬的產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)貴金屬的回收。該法的缺點(diǎn)是處理時(shí)間長，且氧化物易發(fā)揮，而含鉛的氧化物對于工作人員的危害很大。

3.1.2 銅捕集

銅捕集法需要用銅作為捕集劑，將貴金屬廢料和銅或者銅氧化物和還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)貴金屬的分離。銅捕集法需要使用電爐在高溫下使其發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的熔煉渣中蘊(yùn)含豐富的貴金屬。銅捕集分離效果較好，貴金屬的損失率也低，但是處理周期長，而且試劑使用量大。貴金屬損失量也高，這就導(dǎo)致銅捕集成本更高，造成的污染也更嚴(yán)重。

3.2 濕法處理技術(shù)

濕法處理技術(shù)指的是運(yùn)用強(qiáng)酸等化學(xué)物品，對金屬物混合物進(jìn)行溶解，得到其中金屬與非金屬的溶解液，之后再采用化學(xué)方法將其還原成貴金屬。濕法處理技術(shù)要經(jīng)過浸出液的沉淀、置換、離子交換等從液相中分離金屬。濕法處理技術(shù)相對于火法處理技術(shù)來說生產(chǎn)工藝更加多樣化，同時(shí)不同的處理技術(shù)也具有不同的優(yōu)勢，濕法處理技術(shù)是當(dāng)今回收貴金屬的主要方法。

3.2.1 氧化還原法

氧化還原法是使用最為廣泛的貴金屬回收技術(shù)。氧化還原法主要通過強(qiáng)氧化劑輔助浸出金屬溶解液，再通過氧化還原反應(yīng)得到金屬。氧化還原法具有操作性簡單、周期短和能源消耗低的優(yōu)點(diǎn)。但是在回收貴金屬的過程中所產(chǎn)生的廢液，可能會(huì)造成更加嚴(yán)重的二次污染。

3.2.2 電解法

電解法是利用金屬電極電位的不同，實(shí)現(xiàn)電機(jī)分離，在還原劑的作用下使貴金屬重離子態(tài)還原成單質(zhì)態(tài)沉降下來，從而達(dá)到提純的目的。電解法相對于其他處理方法來說，回收率高，而且不會(huì)造成很高的污染，經(jīng)濟(jì)成本相對也低，是金屬回收中一種值得推廣的回收技術(shù)。

3.2.3 離子樹脂交換法

離子樹脂交換法是當(dāng)今回收重金屬的一項(xiàng)新技術(shù)。離子樹脂交換法最早用于水的凈化處理。通過溶液中貴金屬發(fā)生的離子反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了金屬的吸附。離子樹脂交換法可以通過多種樹脂的使用來實(shí)現(xiàn)離子反應(yīng)。諸如，陽離子反應(yīng)、陰離子反應(yīng)、螯合反應(yīng)，不同樹脂的使用效果也各不相同，需要結(jié)合溶液性質(zhì)、金屬性質(zhì)進(jìn)行選擇，該法具有回收率高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)

3.2.4 氰化法

氫化法的應(yīng)用主要在于炭漿法的使用，在炭漿法中需要在氰化礦漿中加入活性炭，可以吸附溶解金。該法本質(zhì)上屬于物理吸附法，同時(shí)也對活性炭提出了更高的要求。這種方法雖然具有回收率高、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也具備成本高，準(zhǔn)備階段復(fù)雜的缺點(diǎn)。

3.3 微生物處理法

微生物處理法是現(xiàn)代貴金屬回收專業(yè)中出現(xiàn)的新型技術(shù)。微生物處理法運(yùn)用微生物如藻類、酵母菌、霉菌等生物對溶液中的金屬離子進(jìn)行吸附，通過吸附實(shí)現(xiàn)貴金屬的回收。它的原理是基于金屬離子與微生物細(xì)胞表面官能團(tuán)之間的反應(yīng)。微生物對金屬離子的吸附也分為物理和化學(xué)兩種方式。

3.3.1 靜電相互作用

微生物細(xì)胞表面載有靜電離子，它可以與溶液中的金屬離子發(fā)生靜電反應(yīng)，從而達(dá)到吸附的作用，通過增加微生物表面離子結(jié)合位點(diǎn)的方式可以提高微生物回收貴金屬的效率。

3.3.2 離子交換

微生物利用細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞離子與溶液中的金屬離子的交換，從而降低溶液中的金屬離子濃度，實(shí)現(xiàn)貴金屬離子的收集，用于離子交換的微生物通常是酵母菌和霉菌。

3.3.3 氧化還原

在微生物中有一部分細(xì)菌具有氧化還原的功能。具有氧化還原功能的細(xì)菌可以和金屬溶液發(fā)生反應(yīng)，將金屬離子還原成為顆粒沉淀物，在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，一些菌種可以有效地將銀離子還原成銀。

3.3.4 表面絡(luò)合

微生物的細(xì)胞壁主要由甘露聚糖、葡聚糖、蛋白質(zhì)和甲殼質(zhì)組成，這些組成中的磷?；?、羥基、羧基、硫酸酯基、氨基和酰胺基等基團(tuán)可以與金屬離子配位絡(luò)合，從而完成金屬的吸附。微生物回收貴金屬更加環(huán)保，但是當(dāng)前技術(shù)還不發(fā)達(dá)，需要更多的探索。

4 貴金屬資源回收展望

在現(xiàn)代綠色發(fā)展的前提下，工業(yè)企業(yè)需要更高水平地利用資源，保護(hù)環(huán)境，尋找更加環(huán)保和高效的金屬回收方法。以后的貴金屬回收需要重視以下幾點(diǎn)：

1）降低成本的同時(shí)保護(hù)環(huán)境。在現(xiàn)行重金屬回收方法中企業(yè)會(huì)選擇更加低成本的處理方法，但是也需要重視環(huán)境的保護(hù)。在當(dāng)今環(huán)境情況越來越嚴(yán)峻的今天，企業(yè)必須在發(fā)展技術(shù)的同時(shí)保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2）提升回收率。在當(dāng)今技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，一些方法確實(shí)在研究中獲得了很高的回收率，但是現(xiàn)行企業(yè)發(fā)展出于經(jīng)濟(jì)效益等方面的考慮，并沒有在實(shí)踐中大規(guī)模實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這就使得貴金屬的回收沒有實(shí)現(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)化。

3）物料綜合利用。在二次回收貴金屬的過程中會(huì)產(chǎn)生一些其他的廢料，這些廢料中蘊(yùn)含的資源如何實(shí)現(xiàn)二次利用是現(xiàn)代企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，通過廢料的回收使用不僅能夠節(jié)約資源，也能夠降低資源成本。

5 結(jié)束語

貴金屬的二次回收和利用是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的重要領(lǐng)域，在礦產(chǎn)資源越來越稀缺的今天，稀缺的貴金屬必須得到充分利用。國家發(fā)展要重視貴金屬的回收與使用，同時(shí)也要響應(yīng)環(huán)境保護(hù)的需求，通過多樣化的回收方式降低污染，提升回收率。通過多樣化的手段實(shí)現(xiàn)回收效率的提升，真正做到貴金屬的充分利用。