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绿色化学法回收电子废弃物中的铜和金

2019-05-05    来源:    
在地球矿产资源日趋耗竭的情况下,将电子抛弃物作为二次资源收回再使用具有重要的现实含义。扼要介绍现在四种收回电子抛弃物中铜和金的绿色化学办法,并对其间涉及到的化学原理以及工艺特色作了较为具体的阐明。



 



  跟着电子工业技术的迅猛开展及电子产品需求商场的不断胀大,电子产品的数量也迅速添加。据2010年联合国环境规划署发布的陈述,我国已成为国际第二大电子废物出产国,每年出产超越230万吨电子废物,仅次于美国的300万吨。



 



  到2020年,我国的废旧电脑将比2007年翻一番到两番,抛弃手机将添加7倍。据估计,现在全国际70%的电子废物被运往我国进行处理。因为电子抛弃物中含有很多的重金属(如、铅、镉等)、及卤素阻燃剂,依照《巴塞尔条约》附录中的规则,被列为危险废物。



 



  换一个视点来看,电子抛弃物又不是一种简略的普通抛弃物,而是一个含有金、银、铂、铑等贵金属及铜、铁、镍等根本金属的资源富团体。据统计[2],1吨随意收集的电子板卡中含有约272 kg的塑料、130 kg铜、0.45 kg金、41 kg铁、30 kg铅、20 kg锡、18 kg镍和10 kg锑。因而,在地球矿产资源日趋耗竭的情况下,将电子抛弃物作为二次资源收回再使用具有重要的现实含义。



 



  电子抛弃物中金属收回的工艺流程如图1所示。其工艺可分为前处理及后续处理2个阶段。前处理指机械处理办法,后续处理包含火法冶金、湿法冶金和生物办法等。收回的含义在于削减污染,节约能源。绿色化学是规划和研讨没有或尽可能小的环境副作用的、并在技术上、经济上可行的化学进程。因而,本文拟从可持续开展的视点动身,侧重介绍电子抛弃物的后续处理进程,即绿色化学法收回电子抛弃物中的铜和金。



 



  1 铜收回



 



  铜作为印刷线路板中含量最高的根本金属,其收回遭到人们广泛的重视。现在化学法收回铜常用的办法有硝酸-硫酸法和-氯化铵法。虽然这些办法对铜的收回率较高,并且试剂报价便宜,但因为在收回铜进程中会发作氮氧化物和气,易构成二次污染。以下介绍两种绿色化学办法收回铜,即法[3]和法[4]。



 



  1.1 法



 



  的学名是过氧化氢,呈弱酸性。中学实验室常用过氧化氢制取氧气。它的分子是由2个氢原子和2个氧原子构成的,化学式为H2O2。从化学式可看出分子中比水分子多一个氧原子,具有很强的氧化性。发作氧化反响后生成的是无任何毒害、无任何污染的水,不会构成二次污染。法收回铜的首要成分为H2SO4和H2O2。



 



  1.1.1 法溶铜原理



 



  硫酸-溶液通过氧化复原反响收回电子抛弃物中的铜。过氧化氢在酸性条件下有很强的氧化性,易分化出原子态氧,将铜氧化成氧化铜。



 



  H2O2→H2O+[O] (1)



 



  Cu+[O]→CuO (2)



 



  CuO+H2SO4→CuSO4+H2O (3)



 



  总的反响式为:



 



  H2O2+Cu+H2SO4→CuSO4+2H2O (4)



 



  由方程式(4)能够看出,溶铜进程中,和硫酸不断耗费,生成蓝色的硫酸铜水溶液。硫酸-溶液组成十分简略,反响后的产品只要硫酸铜。反响液通过收回铜处理后能够得到纯度很高的硫酸铜晶体,整个工艺进程中无废水排放,对环境友好。



 



  纯洁的硫酸-溶液是安稳的,但当溶液中重金属离子铜的浓度逐步增大时,将加快分化,构成用量的增大,提高了该工艺的出产成本。因而,处理溶液的安稳性是决议该法开展前途的要害。



 



  1.2 法



 



  酸性溶液因具有溶铜速度快,安稳、易操控及简单再生等长处,遍及使用于现在的印刷线路板(PCB)的蚀刻工序中。酸性溶液的首要组成为HCl和CuCl2。



 



  1.2.1 法溶铜原理



 



  铜原子的最外两层的电子结构为3s23p63d104s1,10个d电子中有一个比较简单激发到最外层,因而铜的价态首要是+2和+1。当具有孤对电子的Cl-与具有空轨迹的Cu2+或Cu+相遇时,构成配位数不等的络离子。



 



  Cu2+在水溶液中构成[Cu(H2O)4]2+,当参加时,溶液由蓝变绿,最终构成黄色或棕黄色的溶液。这是因为Cl-逐步替代了[Cu(H2O)4]2+中的H2O而构成黄色的[CuCl4]2-的成果。[Cu(H2O)4]2+与[CuCl4]2-并存时溶液呈绿色。



 



  [CuCl4]2-的络合反响为:



 



  Cu2++4Cl-→[CuCl4]2- (5)



 



  当酸性溶液与单质铜触摸时会发作如下反响:



 



  Cu+[CuCl4]2-→2[CuCl2]- (6)



 



  反响式(6)表明酸性溶液收回铜的进程,即单质Cu与Cu2+生成两个Cu+的进程。反响中生成的CuCl堆积与HCl反响生成[CuCl2]-而溶解,致使溶铜反响顺利进行。明显,酸性法收回电子抛弃物中铜的净成果是将单质铜氧化为Cu+而溶解到酸性溶液中。



 



  1.2.2 酸性溶液的再生和铜收回



 



  跟着溶铜反响的进行,酸性溶液中Cu2+浓度不断减小,当Cu2+耗费至必定程度后,酸性溶液溶铜才能将无法满意出产要求而需求再生。酸性溶液再生是在保持溶液中其他成分不变的前提下,使溶液中的Cu+氧化为Cu2+。



 



  电化学再生法是一种在线的再生办法,能够在阳极完成酸性溶液再生的一起,还可在阴极堆积收回铜,使溶铜进程中添加的铜得以收回。电化学再生又称为电解再生,其根本原理为:在电解池的阳极区,Cu+发作氧化反响生成Cu2+;在电解池的阴极区,Cu2+发作复原反响生成Cu。其电极反响式为:



 



  阳极区:4Cl-+2[CuCl2]--2e→2[CuCl4]2- (7)



 



    阴极区:[CuCl4]2-+2e→Cu+4Cl- (8)



 



    该再生办法不参加任何氧化剂,几乎不排出任何废液、废气,为绿色环保工艺,契合循环经济的要求。产出的金属铜,为PCB厂商添加额定的供应收入,对赢利日益变薄的印制板制造业来说,这是一份不菲的经济奉献。



 



  2 金收回



 



  金作为印刷线路板中含量最高的贵金属,其收回价值严重。化学上,金是一种过渡金属,在溶解后能够构成单价及三价正离子。金化学性质安稳,与大部分氧化物都不会发作化学反响。因而,溶金的进程中一般不只需求氧化剂,并且还需求适宜的络合剂。现在收回金常用的试剂是和。氧化性强,腐蚀性强,且溶解金属进程中有氮氧化合物的生成,易构成二次污染;而的毒性大,反响时间长。硫代硫酸盐法[5]和碘化法[6]是现在收回金的两种首要绿色化学办法。



 



  2.1 硫代硫酸盐法



 



  硫代硫酸盐法因无毒、在碱性介质中溶金,被国内外认为是最具有使用远景的无毒提金办法。硫代硫酸盐是含有S2O32-基团的化合物,可看作是硫酸盐中一个氧原子被硫原子替代的产品。硫代硫酸盐与酸作用时构成的硫代硫酸当即分化为硫和,后者又当即分化为二氧化硫和水。



 



  3 结语



 



  跟着现代社会的开展,对金属的需求量越来越大,而矿产资源却在不断的削减,二次资源的收回使用变得越来越重要。选用绿色化学办法收回电子抛弃物中的金属,不只为国家带来了必定的经济利益,一起也维护了咱们的生存环境。
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