废旧电子芯片中贵金属的再生利用研究
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摘 要：本文研究了通过硫酸、硫酸―双氧水体系逐步分离，又以乙醇―溴化钾―硫酸钾体系进行萃取，从而对废旧电子芯片中的贵金属进行提炼。通过对所得含贵金属溶液进行原子吸收光谱分析，并对溶液中电镀出的金进行XRD分析，得出采用硫酸、硫酸双氧水体系逐步添加的实验方法可比传统方法提高40%的提炼效率。
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. 绪论
大数据时代随着电子科技的迅猛发展，废旧电子芯片给全球的生产生活及生态环境都带来了巨大的影响[1-2]。在这种背景下，各国科技界和工业界都对废旧电子芯片的资源化处理提出了极大的需求。目前国内外对其处理方法大致可分为：热处理法[3-4]、物理法[5-6]、湿法[7]、生物法[8-9]和超临界水氧化法[10]等等。其中，湿法中的氰化法可实现经济化和工业化，但达不到绿色化要求；脲硫法、多硫化物法和碘化法虽可以实现绿色化和工业化，但经济效益过低，生产成本较高，而超临界水氧化法和生物法是一种极高的绿色标准，其投入的经济成本高、生产周期长，也难以实现工业化生产。因此，同时具备经济化、工业化和绿色化的回收处理工艺仍是一项具有挑战性的工作。
本文采用机械破碎分离加上湿法化学分离的方法，对废旧电子芯片中的贵金属进行提炼、提纯，是一种既具有金属回收效率高，又具有金属回收纯度高的方法，回收后的金属不必进行过多处理，就可以达到资源化再利用生产的需求。
2. 实验方法
2.1 实验流程及参数
实验以废弃电脑芯片中的金、银、铜等金属为主要研究对象。采用的化学试剂包括：王水（分析纯）、硫酸（优级纯）、双氧水混合酸（分析纯）、高浓度强碱液（分析纯）、不同浓度酸（分析纯）和不同浓度的盐液（分析纯）。先将芯片的引脚与芯片及散热铜板进行物理分离，再将电子芯片进行破碎。然后将电路板破碎成3mm以下颗粒，再采用行星球磨机XQM-L对芯片进行二次细破。然后，使用电化学工作站（CHI860D）对含贵金属母液中的贵金属进行电化学沉积处理，最后使用恒温真空干燥箱DZF-6050对样品进行干燥以便去除样品中的水分，获得最终样品。用原子吸收光谱测定溶液中贵金属元素的含量，用TD-3500X射线衍射仪（铜靶，衍射波长为1.54056埃）对样品进行物相结构检测，并通过Jade5软件对样品的物相进行分析。实验流程为图1所示：
将上述流程图中赶硝处理后的含金、铂等贵金属的溶液用一定量氢氧化钠（分析纯）及无水乙醇调节溶液pH=3.0左右，再向溶液中加入溴化钾，使溶液由原来淡黄色变为橙黄色，再加硫酸铵搅拌使之完全溶解，使溶液变回原淡黄色。静置后出现盐析反应。用分液漏斗将有机相和盐向进行分离，取出有机相含金溶液进行分析。
2.2 金膜制备
本文采用电化学工作站（CHI860D）对上述含金溶液进行电沉积获得金膜。以铜片用作阴极，并用2mol/L盐酸进行表面处理，用铂片电极作为阳极。在pH=3.0左右的条件下，用电化学工作站扫出溶液中Au的沉降电位为-1.1V。最后选用电流时间曲线进行电镀，并先设好沉降电位和电解时间。电镀30分钟后在铜表面开始出现金黄色物质，且两电极有少量气泡出现。
3. 数据分析与讨论
3.1 原子光谱结果分析
本文用硫酸―双氧水体系对金属混合物进行溶解。实验中我们发现，采用双氧水分批、并且同等时间加入反应的方法，其总的反应时间比同样条件下传统方法所用的反应时间减少60分钟[11]，由此所产生的反应效率将提高40%。将硫酸―双氧水体系处理得到的溶液，进行原子光谱法分析后得到其铜及其它金属浓度为表1所示。由表1可算出该法处理回收CPU中铜的回收率可达98.35%。
3.2 XRD数据分析
在对后续含金溶液进行萃取时，加溴化钾是由于溴离子能与三价金离子生成比更稳定的从而提高萃取率，加硫酸铵是使体系产生盐析反应让其他金属离子以盐的形式与有机相分离。实验最后，将经过电镀得到的Au膜用XRD进行物相分析，结果如图2所示。图谱中出现两个峰位坐标分别位于43.45°和50.55°处。将所得数据导入Jade5.0软件进行对比分析，得出位于43.45o处的衍射峰，是Au的210晶面衍射峰，表明了Au的存在，且Au210晶面衍射峰的半峰宽为2.04o，表明所沉积的Au膜化学纯度高、结晶度良好、缺陷少。
4. 结论
本文通过物理破碎加湿法化学的方法提取废旧芯片中的Au。采用稀硫酸、硫酸―过氧化氢体系和乙醇―硫酸铵―溴化钾萃取剂，逐步实现了含金溶液的提取和提纯。硫酸―过氧化氢体系是以过氧化氢强氧化性对贱金属进行氧化，并以硫酸具有酸性实现溶解和实现贵贱金属分离。本文采用双氧水分批，且同等时间加入反应的方法，可使反应效率提高40%。采用乙醇―硫酸铵―溴化钾体系萃取金，是因为溴化钾中的溴酸金根比氯酸金根稳定，且硫酸铵可实现盐析反应，而乙醇可产生相分离实现萃取。对萃取后的含金溶液采用电化学工作站电镀可得高纯的Au膜，且其结晶度良好、缺陷较少。
参考文献：
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致谢：
感谢贵州省省市共建科技项目（贵州省再生资源利用工程研究中心，52020-2015-H-12），六盘水师范学院产学研基金（LPSSY201411）及华栋再生资源利用有限公司对本文的资助。