废线路板冶炼烟灰脱铅渣中金的回收试验研究

2019-08-29周立杰刘风华邹结富施建龙

中国资源综合利用 2019年8期

周立杰，刘风华，邹结富，赵海，贾宁，施建龙

（1.中节能工程技术研究院有限公司，北京 100082；2.中节能（汕头）再生资源技术有限公司，广东汕头 515157）

我国是世界最大的电器电子产品生产国和消费国。据不完全统计，2017年我国电子垃圾总重量已达到720 t，预计2030年将增长到2 700万t，线路板作为电器电子产品的基础部件，约占WEEE总重的3.1%[1]。

1 t随意收集的废弃印刷电路板大约含有272 kg树脂塑料，130 kg铜，数十千克铁、锡和锑等金属，约0.5 kg金和钯。近些年，贵金属在改进印刷线路板（PCB）的性能方面发挥着越来越关键的作用，促进了电子工业的迅速发展。Petter P M H等研究发现，平均每吨手机线路板含有380 kg Cu，0.3 kg Ag，0.9 kg Au和22 kg Ni[2]。Flandinet L等研究发现，线路板中，塑料和玻璃纤维等非金属约占70%，铜占16%，焊料占4%，铁占3%，镍占2%，银占0.05%，金占0.03%，钯占0.01%[3]。废弃线路板中金的平均品位在100 g/t左右，是难得的高品位富金资源[4]。

废线路板火法冶炼过程中部分贵重金属会进入烟灰中，本文以中节能（汕头）再生资源技术有限公司顶吹熔池熔炼处置废线路板产生的烟灰为研究对象，烟灰成分如表1所示。

表1 烟灰主要元素分析结果

由表1可以看出，烟灰中Zn、Pb、Cu含量较高，Au、Ag、Sn含量相对较少。烟灰经过硫酸化焙烧-水浸脱铜锌-氯化脱铅后，脱铅渣的成分如表2所示。

表2 脱铅渣成分

1 金的提取原理

在非氰提金工艺中，氯盐（氯酸钠-氯化钠）浸出体系提金具有浸出率较高、速率较快等优势，并且可改善劳动条件、减少劳动强度、减轻环境污染。另外，脱铅渣呈酸性，与氯盐体系提金达到良好浸出效果的环境一致。因此，本研究采用氯盐体系对脱铅渣中的金进行选择性回收。

利用氯酸钠将溶液中的盐酸分解，产生具有极强的化学活性和氧化能力的新生态的氯，进一步将金氧化生成氯化物。在氯酸钠、盐酸等作用下，渣中的金溶解，生成可溶性的氯络酸或氯络酸盐[5]。相关化学反应方程式如下：

整个氯盐浸金过程是一个固-液多相反应。NaCl的加入可促进AuCl4-的形成，另外，因氯酸钠溶解度大，提金过程中其有效利用率相比氯气要高。因此，反应动力学上氯酸钠浸金比氯气更优越，反应速率更快。

Au-Cl-H2O体系的电位-pH图如图1所示。

图1 Au-Cl-H2O体系的电位-pH图（298.15 K）

由图1可以看出，AuCl4-稳定区的存在说明氯化浸金理论上是可行的，试验所用体系能够有效地浸出金，Cl2是金能够氯化溶解的氧化推动剂，故的稳定区与Cl-的部分稳定区重合。但稳定区面积相对较小，表明AuCl4-的稳定性相对较差，Au的稳定常数为1×1038，而的稳定常数仅为1×1026，需要严格控制操作条件[6-7]。

2 金的提取试验研究

2.1 NaClO3浓度对浸出效果影响

本试验采用NaClO3-NaCl-H2SO4体系，硫酸的作用有三个方面：一是与NaClO3作用产生氧化性极强的初生Cl-，将金氧化；二是抑制PbCl2生成，使脱铅渣中未除净的铅尽可能少进入溶液，提高后期金产品的品位；三是其挥发性比盐酸的挥发性小，可有效改善操作环境。

在NaCl浓度为60 g/L、浸出时间4 h、浸出温度90℃、转速200 r/min、液固比为5:1、硫酸浓度50 g/L的条件下，对NaClO3浓度进行单因素试验研究，探讨NaClO3浓度对浸出效果的影响。试验结果如图2所示。

图2 NaClO3浓度对金浸出的影响

NaClO3浸金反应是放热反应，加入NaClO3后，溶液温度上升很快，因此NaClO3加入速度不宜过快，以防止反应过快发生溢釜。另外，NaClO3加入后迅速分解，产生具有刺激性气味的浅黄色气体（氯气），故反应过程中采用分段加药方式，减少氧化剂用量的同时可有效减少挥发气体的溢出，改善操作环境。

由图2可知，反应前期随着NaClO3浓度（40～100 g/L）增加，浸出率有明显的上升趋势而浸渣中金的品位呈下降趋势；NaClO3浓度为100 g/L，浸出率达到93.53%，浸渣金品位为0.62 g/t；继续增加NaClO3的浓度，浸出率的增加和浸渣金品位下降均变得缓慢。考虑综合成本因素，选择最佳NaClO3浓度为100 g/L。

2.2 NaCl浓度对浸出效果影响

在NaClO3浓度为100 g/L、浸出时间4 h、浸出温度90℃、转速200 r/min、液固比为5:1、硫酸浓度50 g/L的条件下，对NaCl浓度进行单因素试验研究，探讨NaCl浓度对浸出效果的影响。试验结果如图3所示。

图3 NaCl浓度对金浸出的影响

从图3可以看出，在一定浓度范围内（20～60 g/L），随着NaCl浓度增加，金浸出率增加、渣中金的品位降低；继续增加NaCl浓度，金的浸出率及浸渣中金的品位的变化不大。NaCl浓度在20～60 g/L时，由于氯离子的浓度和总量较低，不足以络合渣中全部的金，导致反应进行得不够完全，因此加入氯化钠浸出效果有明显提高。NaCl浓度为20 g/L和60 g/L时，金浸出率分别为76.87%和93.81%，提高了16.94%；浓度超过60 g/L时，金的浸出率增加和浸渣金的品位下降并不明显。所以，本试验选择NaCl最佳浓度为60 g/L。

2.3 浸出时间对浸出效果影响

在NaClO3浓度为100 g/L、NaCl浓度为60 g/L、浸出温度90℃、转速200 r/min、液固比为5:1、硫酸浓度50 g/L的条件下，对浸出时间进行单因素试验研究，探讨浸出时间对浸出效果的影响。试验结果如图4所示。

图4 浸出时间对金浸出的影响

从图4可以看出，随着浸出时间延长，金的浸出率在2～5 h内上升较快，5 h后浸出率上升平缓。在2 h时浸出率为84.01%，浸渣中金的品位为1.52 g/t；反应时间5 h时，金的浸出率达到94.41%，浸渣中金品位下降至0.54 g/t；继续延长浸出时间到6 h，浸出率为94.50%，浸渣中金品位为0.53 g/t，没有明显的变化。综合考虑成本因素，选择最佳浸出反应时间为5 h。

2.4 浸出温度对浸出效果影响

浸出体系的温度对浸出反应过程中颗粒表面物质的活性有直接影响，故提高温度有利于提高浸出速度和浸出率。在NaClO3浓度为100 g/L、NaCl浓度为60 g/L、浸出时间5 h、转速200 r/min、液固比为5:1、硫酸浓度50 g/L的条件下，对浸出时间进行单因素试验研究，探讨浸出时间对浸出效果的影响。试验结果如图5所示。

由图5可以看出，在50～90℃范围内，随着温度升高，金的浸出率呈升高趋势，而浸渣中金的品位呈下降趋势。这是因为从动力学的角度看，溶液温度越高，粒子的运动速度越快，相互碰撞的概率越大，反应速度也越快，也就越有利于提高浸出率。考虑到实际生产过程中温度超过90℃后，溶液蒸发量较大，操作环境恶化，因此选择最佳浸出温度为90℃。

图5 浸出温度对金浸出的影响

2.5 搅拌转速对浸出效果影响

在NaClO3浓度为100 g/L、NaCl浓度为60 g/L、浸出时间5 h、浸出温度90℃、液固比为5:1、硫酸浓度50 g/L的条件下，对浸出时间进行单因素试验研究，探讨考察浸出时间对浸出效果的影响。试验结果如图6所示。

图6 搅拌转速对金浸出的影响

由图6看出，在100～300 r/min范围内，随着搅拌转速的提高，金的浸出率呈升高趋势而浸渣中金的品位呈下降趋势。这是因为从动力学的角度看，搅拌转速越高，固液传质越充分，粒子的运动速度越快，相互碰撞的概率越大，反应速度也越快，也就越有利于提高浸出率。搅拌转速从100 r/min升高至300 r/min，金的浸出率从77.98%提高至96.73%。搅拌转速超过300 r/min后，继续提高搅拌转速，金的浸出率提高并不明显。因此，选择最佳搅拌转速为300 r/min。