貴金屬二次資源回收研究

李亞東，范興祥，徐 征，姚春玲，張金梁

（1.昆明冶金高等專科學校冶金與礦業(yè)學院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點實驗室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應用技術協同創(chuàng)新中心，云南昆明 650033；4.紅河學院 化學與資源工程學院，云南蒙自 661199）

1 貴金屬的定義

貴金屬主要是金、銀和鉑族金屬等8種金屬元素，貴金屬往往具有較強的化學穩(wěn)定性，使得貴金屬不易和其他物質發(fā)生化學反應。在貴金屬中最為人們所熟知的就是金，金作為貨幣的一般等價物是人們日常貨幣價值衡量的尺度。而在工業(yè)用途中也有著重要的作用。在工業(yè)中黃金可以用于太空飛船防紅外鍍膜層、焊接觸點材料等，白銀主要用于電工，如大工電閘觸電，而鉑主要用于熱電偶化學電極催化劑等方面，順鉑是目前已知最有效的抗癌藥物。貴金屬因為其稀有性、難開采的特點導致貴金屬的應用成本比較高，所以通過二次回收貴金屬，就可以有效地實現貴金屬的再流通，從而降低成本，節(jié)約資源，二次回收貴金屬是工業(yè)過程中必不可少的模塊。我國貴金屬儲量低，而且現代工業(yè)發(fā)展又需要不斷開采貴金屬，使得我國現代貴金屬的資源更加缺乏。富含貴金屬的廢棄物種類繁多，諸如電路板、手機配件等，這就使得回收貴金屬成為彌補貴金屬不足的重要途徑。

2 回收貴金屬的意義

2.1 實現金屬礦產資源的有效利用

隨著人類文明的發(fā)展與進步，現代人們意識到地球資源的開采是有上限的，在貴金屬難以人工合成的現代社會，節(jié)約資源成為了化工企業(yè)的追求之一。通過回收貴金屬就可以更加有效地實現貴金屬礦產資源的利用，就可以讓貴金屬充分發(fā)揮自身的作用。在現代社會通過回收就能實現貴金屬系統(tǒng)的循環(huán)，實現綠色可持續(xù)發(fā)展。化工企業(yè)都要專注于貴金屬的回收再利用，一方面是考慮到地球資源的有限性，一方面也是為了追求經濟效益的最大化。

2.2 降低貴金屬相關產業(yè)生產能耗

冶金的能耗很高，原生金屬的生產目前還是以火法為主，這種方式對于能源的消耗是十分嚴重的。這就使得企業(yè)不僅經濟方面的成本高，而且還可能造成污染和能源浪費。企業(yè)發(fā)展追求的是利益的發(fā)展，這也就要企業(yè)能夠降低成本，實現金屬的利用和循環(huán)。從地球資源的角度出發(fā)，現代金屬的回收則會降低開采的總量，這就減少了其他資源的浪費，地球的礦產資源、石油資源等都是難以再生的，在節(jié)約金屬的同時也需要節(jié)約其他資源，為地球經濟可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。二次回收貴金屬有效地避免了這些缺點和問題，企業(yè)運用更加低成本的方法就可以實現貴金屬的回收和循環(huán)，并且大幅降低生產能耗，實現企業(yè)的健康發(fā)展，也為地球的持續(xù)發(fā)展作出了貢獻。

2.3 有效保護環(huán)境，減少污染

貴金屬的開采和冶煉非常消耗能源，而且隨著地球自然資源的日益匱乏，開采貴金屬就要消耗更多的人，能源不僅會增加投資成本，而且造成的污染也更加嚴重，所以通過貴金屬的二次回收利用就可以有效地降低成本，減少不必要的程序，實現資源的利用從而有效地降低能源消耗，實現保護環(huán)境的目的。回收貴金屬不僅可以使得金屬資源有效利用，也能夠有效減少其他方面的投入，實現綠色經濟發(fā)展，實現環(huán)境的保護。在如今推行綠色可持續(xù)發(fā)展的理念下回收貴金屬就變得更加重要。

3 貴金屬二次資源回收主要技術分析

3.1 火法處理技術

火法處理的基本原理是利用冶金爐高溫加熱，剝離非金屬，使貴金屬熔融于其他金屬熔煉物料或熔鹽中，再加以分離。火法處理具有的最大優(yōu)點就是操作簡單、回收率高。但是相對而言，火法處理技術更加消耗能源，對環(huán)境造成的污染也更大，火法容易產生有害氣體和固體廢棄物，而有害氣體的治理和廢棄物的處理也是火法技術中比較麻煩的環(huán)節(jié)，尤其是在當今環(huán)境保護的發(fā)展理念下，火法處理技術已經逐漸被時代淘汰。

3.1.1 鉛捕集

鉛捕集是指以鉛為捕集劑，通過還原反應捕集貴金屬，之后再將生成的粗鉛和貴金屬分離。粗鉛需要在灰吹爐或者轉爐中進行氧化反應，或者可以將粗鉛進行電熔，產生富含貴金屬的產物，從而實現貴金屬的回收。該法的缺點是處理時間長，且氧化物易發(fā)揮，而含鉛的氧化物對于工作人員的危害很大。

3.1.2 銅捕集

銅捕集法需要用銅作為捕集劑，將貴金屬廢料和銅或者銅氧化物和還原劑進行還原反應，從而實現貴金屬的分離。銅捕集法需要使用電爐在高溫下使其發(fā)生氧化還原反應，產生的熔煉渣中蘊含豐富的貴金屬。銅捕集分離效果較好，貴金屬的損失率也低，但是處理周期長，而且試劑使用量大。貴金屬損失量也高，這就導致銅捕集成本更高，造成的污染也更嚴重。

3.2 濕法處理技術

濕法處理技術指的是運用強酸等化學物品，對金屬物混合物進行溶解，得到其中金屬與非金屬的溶解液，之后再采用化學方法將其還原成貴金屬。濕法處理技術要經過浸出液的沉淀、置換、離子交換等從液相中分離金屬。濕法處理技術相對于火法處理技術來說生產工藝更加多樣化，同時不同的處理技術也具有不同的優(yōu)勢，濕法處理技術是當今回收貴金屬的主要方法。

3.2.1 氧化還原法

氧化還原法是使用最為廣泛的貴金屬回收技術。氧化還原法主要通過強氧化劑輔助浸出金屬溶解液，再通過氧化還原反應得到金屬。氧化還原法具有操作性簡單、周期短和能源消耗低的優(yōu)點。但是在回收貴金屬的過程中所產生的廢液，可能會造成更加嚴重的二次污染。

3.2.2 電解法

電解法是利用金屬電極電位的不同，實現電機分離，在還原劑的作用下使貴金屬重離子態(tài)還原成單質態(tài)沉降下來，從而達到提純的目的。電解法相對于其他處理方法來說，回收率高，而且不會造成很高的污染，經濟成本相對也低，是金屬回收中一種值得推廣的回收技術。

3.2.3 離子樹脂交換法

離子樹脂交換法是當今回收重金屬的一項新技術。離子樹脂交換法最早用于水的凈化處理。通過溶液中貴金屬發(fā)生的離子反應，從而實現了金屬的吸附。離子樹脂交換法可以通過多種樹脂的使用來實現離子反應。諸如，陽離子反應、陰離子反應、螯合反應，不同樹脂的使用效果也各不相同，需要結合溶液性質、金屬性質進行選擇，該法具有回收率高、化學穩(wěn)定性強、可重復利用等優(yōu)點

3.2.4 氰化法

氫化法的應用主要在于炭漿法的使用，在炭漿法中需要在氰化礦漿中加入活性炭，可以吸附溶解金。該法本質上屬于物理吸附法，同時也對活性炭提出了更高的要求。這種方法雖然具有回收率高、環(huán)保的優(yōu)點，但是同時也具備成本高，準備階段復雜的缺點。

3.3 微生物處理法

微生物處理法是現代貴金屬回收專業(yè)中出現的新型技術。微生物處理法運用微生物如藻類、酵母菌、霉菌等生物對溶液中的金屬離子進行吸附，通過吸附實現貴金屬的回收。它的原理是基于金屬離子與微生物細胞表面官能團之間的反應。微生物對金屬離子的吸附也分為物理和化學兩種方式。

3.3.1 靜電相互作用

微生物細胞表面載有靜電離子，它可以與溶液中的金屬離子發(fā)生靜電反應，從而達到吸附的作用，通過增加微生物表面離子結合位點的方式可以提高微生物回收貴金屬的效率。

3.3.2 離子交換

微生物利用細胞內的結構可以實現細胞離子與溶液中的金屬離子的交換，從而降低溶液中的金屬離子濃度，實現貴金屬離子的收集，用于離子交換的微生物通常是酵母菌和霉菌。

3.3.3 氧化還原

在微生物中有一部分細菌具有氧化還原的功能。具有氧化還原功能的細菌可以和金屬溶液發(fā)生反應，將金屬離子還原成為顆粒沉淀物，在實踐經驗中，一些菌種可以有效地將銀離子還原成銀。

3.3.4 表面絡合

微生物的細胞壁主要由甘露聚糖、葡聚糖、蛋白質和甲殼質組成，這些組成中的磷酰基、羥基、羧基、硫酸酯基、氨基和酰胺基等基團可以與金屬離子配位絡合，從而完成金屬的吸附。微生物回收貴金屬更加環(huán)保，但是當前技術還不發(fā)達，需要更多的探索。

4 貴金屬資源回收展望

在現代綠色發(fā)展的前提下，工業(yè)企業(yè)需要更高水平地利用資源，保護環(huán)境，尋找更加環(huán)保和高效的金屬回收方法。以后的貴金屬回收需要重視以下幾點：

1）降低成本的同時保護環(huán)境。在現行重金屬回收方法中企業(yè)會選擇更加低成本的處理方法，但是也需要重視環(huán)境的保護。在當今環(huán)境情況越來越嚴峻的今天，企業(yè)必須在發(fā)展技術的同時保護環(huán)境，實現可持續(xù)發(fā)展。

2）提升回收率。在當今技術發(fā)展領域，一些方法確實在研究中獲得了很高的回收率，但是現行企業(yè)發(fā)展出于經濟效益等方面的考慮，并沒有在實踐中大規(guī)模實現應用，這就使得貴金屬的回收沒有實現高效率的轉化。

3）物料綜合利用。在二次回收貴金屬的過程中會產生一些其他的廢料，這些廢料中蘊含的資源如何實現二次利用是現代企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，通過廢料的回收使用不僅能夠節(jié)約資源，也能夠降低資源成本。

5 結束語

貴金屬的二次回收和利用是現代科學發(fā)展的重要領域，在礦產資源越來越稀缺的今天，稀缺的貴金屬必須得到充分利用。國家發(fā)展要重視貴金屬的回收與使用，同時也要響應環(huán)境保護的需求，通過多樣化的回收方式降低污染，提升回收率。通過多樣化的手段實現回收效率的提升，真正做到貴金屬的充分利用。