廢線路板冶煉煙灰脫鉛渣中金的回收試驗研究

周立杰 ，劉風華 ，鄒結富 ，趙 海 ，賈 寧 ，施建龍

（1.中節能工程技術研究院有限公司，北京 100082；2.中節能（汕頭）再生資源技術有限公司，廣東 汕頭 515157）

我國是世界最大的電器電子產品生產國和消費國。據不完全統計，2017年我國電子垃圾總重量已達到720 t，預計2030年將增長到2 700萬t，線路板作為電器電子產品的基礎部件，約占WEEE總重的3.1%[1]。

1 t隨意收集的廢棄印刷電路板大約含有272 kg樹脂塑料，130 kg銅，數十千克鐵、錫和銻等金屬，約0.5 kg金和鈀。近些年，貴金屬在改進印刷線路板（PCB）的性能方面發揮著越來越關鍵的作用，促進了電子工業的迅速發展。Petter P M H等研究發現，平均每噸手機線路板含有380 kg Cu，0.3 kg Ag，0.9 kg Au和22 kg Ni[2]。Flandinet L等研究發現，線路板中，塑料和玻璃纖維等非金屬約占70%，銅占16%，焊料占4%，鐵占3%，鎳占2%，銀占0.05%，金占0.03%，鈀占0.01%[3]。廢棄線路板中金的平均品位在100 g/t左右，是難得的高品位富金資源[4]。

廢線路板火法冶煉過程中部分貴重金屬會進入煙灰中，本文以中節能（汕頭）再生資源技術有限公司頂吹熔池熔煉處置廢線路板產生的煙灰為研究對象，煙灰成分如表1所示。

表1 煙灰主要元素分析結果

由表1可以看出，煙灰中Zn、Pb、Cu含量較高，Au、Ag、Sn含量相對較少。煙灰經過硫酸化焙燒-水浸脫銅鋅-氯化脫鉛后，脫鉛渣的成分如表2所示。

表2 脫鉛渣成分

1 金的提取原理

在非氰提金工藝中，氯鹽（氯酸鈉-氯化鈉）浸出體系提金具有浸出率較高、速率較快等優勢，并且可改善勞動條件、減少勞動強度、減輕環境污染。另外，脫鉛渣呈酸性，與氯鹽體系提金達到良好浸出效果的環境一致。因此，本研究采用氯鹽體系對脫鉛渣中的金進行選擇性回收。

利用氯酸鈉將溶液中的鹽酸分解，產生具有極強的化學活性和氧化能力的新生態的氯，進一步將金氧化生成氯化物。在氯酸鈉、鹽酸等作用下，渣中的金溶解，生成可溶性的氯絡酸或氯絡酸鹽[5]。相關化學反應方程式如下：

整個氯鹽浸金過程是一個固-液多相反應。NaCl的加入可促進AuCl4-的形成，另外，因氯酸鈉溶解度大，提金過程中其有效利用率相比氯氣要高。因此，反應動力學上氯酸鈉浸金比氯氣更優越，反應速率更快。

Au-Cl-H2O體系的電位-pH圖如圖1所示。

圖1 Au-Cl-H2O體系的電位-pH圖（298.15 K）

由圖1可以看出，AuCl4-穩定區的存在說明氯化浸金理論上是可行的，試驗所用體系能夠有效地浸出金，Cl2是金能夠氯化溶解的氧化推動劑，故的穩定區與Cl-的部分穩定區重合。但穩定區面積相對較小，表明AuCl4-的穩定性相對較差，Au的穩定常數為1×1038，而的穩定常數僅為1×1026，需要嚴格控制操作條件[6-7]。

2 金的提取試驗研究

2.1 NaClO3濃度對浸出效果影響

本試驗采用NaClO3-NaCl-H2SO4體系，硫酸的作用有三個方面：一是與NaClO3作用產生氧化性極強的初生Cl-，將金氧化；二是抑制PbCl2生成，使脫鉛渣中未除凈的鉛盡可能少進入溶液，提高后期金產品的品位；三是其揮發性比鹽酸的揮發性小，可有效改善操作環境。

在NaCl濃度為60 g/L、浸出時間4 h、浸出溫度90℃、轉速200 r/min、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L的條件下，對NaClO3濃度進行單因素試驗研究，探討NaClO3濃度對浸出效果的影響。試驗結果如圖2所示。

圖2 NaClO3濃度對金浸出的影響

NaClO3浸金反應是放熱反應，加入NaClO3后，溶液溫度上升很快，因此NaClO3加入速度不宜過快，以防止反應過快發生溢釜。另外，NaClO3加入后迅速分解，產生具有刺激性氣味的淺黃色氣體（氯氣），故反應過程中采用分段加藥方式，減少氧化劑用量的同時可有效減少揮發氣體的溢出，改善操作環境。

由圖2可知，反應前期隨著NaClO3濃度（40～100 g/L）增加，浸出率有明顯的上升趨勢而浸渣中金的品位呈下降趨勢；NaClO3濃度為100 g/L，浸出率達到93.53%，浸渣金品位為0.62 g/t；繼續增加NaClO3的濃度，浸出率的增加和浸渣金品位下降均變得緩慢。考慮綜合成本因素，選擇最佳NaClO3濃度為100 g/L。

2.2 NaCl濃度對浸出效果影響

在NaClO3濃度為100 g/L、浸出時間4 h、浸出溫度90℃、轉速200 r/min、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L的條件下，對NaCl濃度進行單因素試驗研究，探討NaCl濃度對浸出效果的影響。試驗結果如圖3所示。

圖3 NaCl濃度對金浸出的影響

從圖3可以看出，在一定濃度范圍內（20～60 g/L），隨著NaCl濃度增加，金浸出率增加、渣中金的品位降低；繼續增加NaCl濃度，金的浸出率及浸渣中金的品位的變化不大。NaCl濃度在20～60 g/L時，由于氯離子的濃度和總量較低，不足以絡合渣中全部的金，導致反應進行得不夠完全，因此加入氯化鈉浸出效果有明顯提高。NaCl濃度為20 g/L和60 g/L時，金浸出率分別為76.87%和93.81%，提高了16.94%；濃度超過60 g/L時，金的浸出率增加和浸渣金的品位下降并不明顯。所以，本試驗選擇NaCl最佳濃度為60 g/L。

2.3 浸出時間對浸出效果影響

在NaClO3濃度為100 g/L、NaCl濃度為60 g/L、浸出溫度90℃、轉速200 r/min、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L的條件下，對浸出時間進行單因素試驗研究，探討浸出時間對浸出效果的影響。試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對金浸出的影響

從圖4可以看出，隨著浸出時間延長，金的浸出率在2～5 h內上升較快，5 h后浸出率上升平緩。在2 h時浸出率為84.01%，浸渣中金的品位為1.52 g/t；反應時間5 h時，金的浸出率達到94.41%，浸渣中金品位下降至0.54 g/t；繼續延長浸出時間到6 h，浸出率為94.50%，浸渣中金品位為0.53 g/t，沒有明顯的變化。綜合考慮成本因素，選擇最佳浸出反應時間為5 h。

2.4 浸出溫度對浸出效果影響

浸出體系的溫度對浸出反應過程中顆粒表面物質的活性有直接影響，故提高溫度有利于提高浸出速度和浸出率。在NaClO3濃度為100 g/L、NaCl濃度為60 g/L、浸出時間5 h、轉速200 r/min、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L的條件下，對浸出時間進行單因素試驗研究，探討浸出時間對浸出效果的影響。試驗結果如圖5所示。

由圖5可以看出，在50～90℃范圍內，隨著溫度升高，金的浸出率呈升高趨勢，而浸渣中金的品位呈下降趨勢。這是因為從動力學的角度看，溶液溫度越高，粒子的運動速度越快，相互碰撞的概率越大，反應速度也越快，也就越有利于提高浸出率。考慮到實際生產過程中溫度超過90℃后，溶液蒸發量較大，操作環境惡化，因此選擇最佳浸出溫度為90℃。

圖5 浸出溫度對金浸出的影響

2.5 攪拌轉速對浸出效果影響

在NaClO3濃度為100 g/L、NaCl濃度為60 g/L、浸出時間5 h、浸出溫度90℃、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L的條件下，對浸出時間進行單因素試驗研究，探討考察浸出時間對浸出效果的影響。試驗結果如圖6所示。

圖6 攪拌轉速對金浸出的影響

由圖6看出，在100～300 r/min范圍內，隨著攪拌轉速的提高，金的浸出率呈升高趨勢而浸渣中金的品位呈下降趨勢。這是因為從動力學的角度看，攪拌轉速越高，固液傳質越充分，粒子的運動速度越快，相互碰撞的概率越大，反應速度也越快，也就越有利于提高浸出率。攪拌轉速從100 r/min升高至300 r/min，金的浸出率從77.98%提高至96.73%。攪拌轉速超過300 r/min后，繼續提高攪拌轉速，金的浸出率提高并不明顯。因此，選擇最佳攪拌轉速為300 r/min。

3 結論

針對中節能（汕頭）再生資源技術有限公司廢線路板熔池熔煉過程中產生的煙灰，本研究確定金的浸出最佳條件為：NaClO3濃度為100 g/L、NaCl濃度為60 g/L、浸出時間5 h、浸出溫度90℃、攪拌轉速300 r/min、液固比為5:1、硫酸濃度50 g/L，此條件下金的浸出率高達96.73%。