硫脲法浸出廢棄電腦線路板中金的研究

黃祥浩，柯昌美，楊金堂，陳 梅，柯海波，于錦昭

（武漢科技大學化學與化工學院，湖北武漢430081）

隨著科學技術的高速發展和電子產品的更新換代，電子廢棄物的數量急劇增加。據統計，全世界每小時有4 000 t電子廢棄物產生，每年電子設備的廢料產生量高達2 000萬～5 000萬t，并保持每年3%～8%的速度增長［1］。電子廢棄物中除含有鎘、汞、鉛等重金屬和其他有毒有害物質外，還含有金、銀、鉑等貴金屬資源［2］。瑞典的Ronnskar冶煉廠分析了個人計算機（PC）中使用的印刷線路板的元素組成，結果表明印刷線路板中普遍含有稀貴金屬金、銀、鈀等，其中金含量達到80 g/t，高于一般金礦的金品位［3-4］。因此回收電子廢棄物中的金不僅可以緩解環境壓力，而且具有重要的經濟價值。

回收貴金屬常見的試劑包括氰化物、鹵化物、硫脲和硫代硫酸鹽。氰化物作為金的浸取劑已經在采礦業中被使用了一個多世紀［5］，這主要是由于氰化法具有工藝成熟、簡單穩定且試劑成本低［6］等特點，但是氰化物有劇毒且會造成嚴重的環境污染，該方法已逐漸被取代。硫脲法具有浸出劑毒性小、環境友好、浸出速度快［7-9］等優點，是一種很有發展前景的非氰提金法。筆者用硫脲法提取廢棄電腦線路板中的金，主要研究了硫脲質量濃度、反應時間、溶液pH、反應溫度、Fe3+質量分數等對金浸出率的影響，旨在確定最佳的浸金參數。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

純硫脲［SC（NH2）2］是無色晶體，易溶于水，在堿性溶液中不穩定，易分解為硫化物和氨基氰［10］，主要反應為 SC（NH2）2+2NaOH→Na2S+CNNH2+2H2O，因此硫脲浸金需在酸性溶液中進行。硫脲在酸性溶液中易被氧化成二硫甲脒，所以要使金被氧化溶解又不氧化硫脲，需要選擇合適的氧化劑，通常為Fe3+。當以Fe3+為氧化劑時，金與硫脲反應形成可溶性絡合離子，主要反應:

1.2 實驗試劑及儀器

試劑:硫脲、硫酸鐵、濃硝酸、濃硫酸等均為分析純，實驗用水為去離子水。

儀器:TAS-986型原子吸收分光光度計，PHS-25型實驗室PH計，101-1ES型電熱鼓風干燥箱，SX2-12-10型馬弗爐，HH-2數顯恒溫水浴鍋。

1.3 實驗方法

實驗原料為廢舊電腦主板，手工拆除線路板上的電容、電感等元器件后，破碎成約為16 mm2的碎塊，放入馬弗爐中，在450℃灼燒3 h，灼燒后的固態產物用稀硝酸預處理，以除去以銅為主的賤金屬，過濾后的濾渣作為后續的實驗原料。經原子吸收分光光度計檢測，原料中的金含量為102 g/t。

稱取一定量處理后的固體于反應器中，取固液比（質量體積比，g/mL）為1∶5加入去離子水，采用質量分數為10%的硫酸溶液調節溶液pH，隨后依次加入一定量的硫酸鐵和硫脲，恒溫攪拌反應一定時間，將反應液過濾、洗滌、定容。采用原子吸收分光光度計測定溶液中金的含量。

2 實驗結果與討論

固定條件:反應溫度為30℃，反應時間為1 h，Fe3+質量分數為0.45%，溶液pH為1.5，硫脲質量濃度為12 g/L。改變其中一個條件，固定其他條件，考察各因素對金浸出率的影響，結果見圖1～圖5。圖1為硫脲質量濃度對金浸出率的影響。由圖1可知，隨著硫脲質量濃度增加金的浸出率逐漸增大，當硫脲質量濃度為12 g/L時金的浸出率達到最大（90.93%），繼續增加硫脲的質量濃度金的浸出率略有下降。這可能是由于，硫脲質量濃度過高，被氧化生成的二硫甲脒的量增加，使得與金絡合的游離硫脲的量減少，同時二硫甲脒分解產生的單質硫在金表面形成穩定的膜阻止金的溶解。因此，適宜的硫脲質量濃度為12 g/L。

圖1 硫脲質量濃度對金浸出率的影響

圖2為反應時間對金浸出率的影響。由圖2可知，硫脲與金的絡合速度相對較快，反應20 min就達到了較高的浸出率（67.43%），隨著反應時間繼續增加金的浸出率先增加后減少，在60 min時達到最大值。浸出時間過短，Au沒有完全氧化成Au+，使溶液中Au（SCN2H4）的量減少，從而導致金的浸出率較低。浸出時間過長時，溶液中的Fe3+與硫脲緩慢反應，產生的鈍化硫對已溶解的金有吸附作用，從而導致金的浸出率下降。適宜的反應時間為60 min。

圖2 反應時間對金浸出率的影響

圖3 反應溫度對金浸出率的影響

圖3為反應溫度對金浸出率的影響。溫度對于硫脲浸金的影響在于硫脲的熱穩定性較差，同時金的氧化與絡合也需要在一定溫度下才能進行。由圖3可知，反應溫度為10℃時金的浸出率較低，主要原因是低溫條件下氧化劑Fe3+和絡合劑硫脲的活性不強；隨著反應溫度升高到20℃金的浸出率明顯升高，當反應溫度達到40℃之后金的浸出率開始逐漸下降。升高溫度可以提高硫脲的擴散速度，但是隨著溶液溫度的升高硫脲的分解明顯。適宜的反應溫度為30℃。

圖4為Fe3+質量分數對金浸出率的影響。由圖4可知，當Fe3+質量分數由0.15%增加到0.45%時金的浸出率逐漸增加，主要是因為Fe3+質量分數增大，被氧化的金的量增加，浸出率隨之上升；繼續增加Fe3+質量分數金的浸出率反而下降，主要是因為當溶液中Fe3+超過一定限度時，不但能使Au氧化，還能將硫脲氧化成S2-、S、二硫甲脒等物質，使體系中硫脲的含量減少，金浸出率隨之下降。適宜的Fe3+質量分數為0.45%。

圖4 Fe3+質量分數對金浸出率的影響

圖5為溶液pH對金浸出率的影響。硫酸既是一種調節酸，又是一種保護酸，不僅能起配位作用，而且對硫脲的分解起抑制作用［12］，所以選擇稀硫酸調節溶液pH。由圖5可知，pH小于1時金的浸出率不高；pH為1～2時可以獲得較高的金浸出率；pH大于2后金的浸出率開始急劇下降。這主要是由于溶液pH小于1時，硫脲的酸性分解加劇，同時氧化劑將硫脲氧化成二硫甲脒等，大量消耗硫脲，從而導致金浸出率過低；溶液pH過高，使得硫脲不穩定分解，Fe3+會以氫氧化鐵的形式沉淀，從而導致金的浸出率急劇下降。適宜的溶液pH為1.5。

圖5 溶液pH對金浸出率的影響

3 結論

采用硫脲能夠有效地浸出廢棄電腦線路板中的金。硫脲浸金適宜條件:硫脲質量濃度為12 g/L、反應時間為60min、反應溫度為30℃、Fe3+質量分數為0.45%、溶液pH為1.5，此條件下金的浸出率達到90.93%。硫脲是一種很不穩定的物質，容易被氧化為二硫甲脒，進而被氧化成硫單質，硫脲用量過多會降低金的浸出率。為減少硫脲的過多消耗及強化金的浸出，自催化生成二硫甲脒但不被二次氧化、新型溫和氧化劑的開發以及加入新型添加劑抑制硫脲的分解等，將是今后的研究熱點。