黄金回收技术科普：废旧电子产品中的贵金属如何被提取？

核心原理： 利用贵金属（金、银、钯、铂等）与其他金属（铜、铁、镍、铝、铅、锡等）在化学性质上的显著差异（如耐腐蚀性、溶解性、氧化还原电位），通过一系列物理和化学步骤将它们分离出来。

主要步骤与技术：

预处理与物理分拆：

• 目的： 去除有害物质（电池、电容、含汞/铅部件）、分类有价值的部件（含金量高的部件如CPU插槽、内存条金手指、连接器）、减小体积、初步富集贵金属。
• 方法：
  • 人工拆解： 手工拆下高价值部件（CPU、内存条、板卡）。
  • 机械处理： 使用破碎机、粉碎机将大块电子废料粉碎成小颗粒。
  • 分选：
    • 磁选： 用磁铁分离铁磁性金属（铁、钢）。
    • 涡电流分选： 利用交变磁场产生的涡流排斥力分离非铁金属（铜、铝）。
    • 静电分选： 利用不同材料导电性差异在静电场中分离（如分离塑料和金属）。
    • 密度分选（摇床/水选）： 利用密度差异分离不同材料（如金属颗粒与塑料）。
• 结果： 得到富含贵金属的物料（主要是细碎的电路板粉末，或分离出的特定含金部件）。

富集与分离： 这是提取的核心阶段，主要有两大类方法：

• 火法冶金：

  • 原理： 利用高温熔炼，使不同熔点和密度的金属分层分离。贵金属（金、银、钯、铂）密度高、熔点高，会富集在熔融金属的底部形成“贵铅”或“多尔合金”。
  • 过程：
    • 熔炼： 将预处理后的物料与熔剂（如苏打、硼砂、石灰）和还原剂（焦炭）一起在高温（1200°C以上）熔炉（如电弧炉、反射炉）中熔化。
    • 分层： 熔融物分层：顶层是熔渣（主要含硅酸盐、氧化物等杂质），中层是冰铜（主要含铜、镍、铁的硫化物），底层是贵金属富集的粗金属（贵铅/多尔合金）。
    • 缺点： 能耗高、产生大量有害气体（二噁英、呋喃、重金属蒸气）和废渣，需要昂贵的尾气处理系统，环保压力大。现代大型回收厂较少单独使用纯火法处理电子废料，常与湿法结合或用于处理特定中间产物。

• 湿法冶金： 这是目前从电子废料中回收贵金属最主流、应用最广泛的方法。

  • 原理： 利用化学试剂（酸、碱、氧化剂、还原剂、络合剂）在溶液中选择性地溶解目标金属，再通过置换、沉淀、萃取、电解等方法将其分离出来。
  • 核心步骤（针对金）：
    • 步骤1：脱除贱金属： 用酸（通常是硫酸、硝酸或两者的混合物）溶解掉电路板粉末中的大部分贱金属（铜、镍、锌、铁等）。铜是主要成分，溶解后形成硫酸铜等溶液，可回收利用。
      • Cu + 2H₂SO₄ -> CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O (浓硫酸加热)
      • 3Cu + 8HNO₃ -> 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (稀硝酸)
    • 步骤2：溶解贵金属 - 王水法（最经典）： 经过脱除贱金属后的残渣（主要含金、银、钯、铂及少量难溶杂质），用王水（浓盐酸HCl + 浓硝酸HNO₃，体积比3:1）处理。
      • 反应： 王水产生强氧化性的氯气、亚硝酰氯等，将金氧化成可溶性的氯金酸络合物。
      • Au + 4HCl + HNO₃ -> H[AuCl₄] + NO + 2H₂O (简化)
      • 银会形成难溶的氯化银沉淀（AgCl），钯、铂也会溶解形成相应络合物。
    • 步骤3：分离与还原金：
      • 过滤： 将王水溶解后的溶液过滤，除去不溶物（如氯化银AgCl、硅酸盐等）。
      • 还原金： 向含氯金酸的滤液中加入还原剂，将金离子还原成单质金粉沉淀下来。常用还原剂：
        • 亚硫酸钠： 2H[AuCl₄] + 3Na₂SO₃ + 3H₂O -> 2Au↓ + 3Na₂SO₄ + 8HCl (较常用，选择性好)
        • 草酸： 2H[AuCl₄] + 3H₂C₂O₄ -> 2Au↓ + 8HCl + 6CO₂ (反应剧烈需控制)
        • 二氧化硫： 通入SO₂气体。
        • 锌粉/铁粉： 也可还原，但可能引入杂质。
      • 沉淀与洗涤： 将还原得到的金粉过滤出来，用去离子水反复洗涤去除残留的酸和盐。
    • 步骤4：精炼： 得到的金粉纯度通常还不够高（99%左右），需要进一步提纯到99.9%甚至99.99%以上（高纯金）。
      • 电解精炼： 将粗金铸成阳极板，纯金片作阴极，以氯金酸溶液作电解液。通电后，阳极的粗金溶解，纯金在阴极析出，杂质留在阳极泥或电解液中。这是获得高纯金的标准方法。
      • 化学精炼（如Miller法）： 向熔融粗金中通入氯气，使杂质（银、铂族金属等）形成氯化物浮渣除去，金因不易氯化而得到提纯。

• 其他湿法技术（研究热点与改进方向）：

  • 硫脲法： 使用硫脲在酸性条件下溶解金，形成稳定的络合物。优点：无毒、溶解速度快、选择性好。缺点：硫脲易氧化分解、成本较高、回收过程相对复杂。Au + CS(NH₂)₂ + Fe³⁺ -> [Au(CS(NH₂)₂)₂]⁺ + Fe²⁺
  • 硫代硫酸盐法： 使用硫代硫酸钠在铜离子催化下溶解金。优点：无毒、环保、成本低。缺点：反应条件控制严格（pH、温度、铜离子浓度）、稳定性相对差、回收金较困难。2Au + 4S₂O₃²⁻ + ½O₂ + H₂O -> 2[Au(S₂O₃)₂]³⁻ + 2OH⁻
  • 碘化物法： 使用碘和碘化钾溶解金。优点：溶解速度快、选择性好、可回收碘。缺点：碘易挥发损失、成本较高、对设备有腐蚀性。2Au + I₂ + 2KI -> 2K[AuI₂]
  • 生物浸出法： 利用某些微生物（如氧化亚铁硫杆菌）或其代谢产物溶解金。优点：环保、能耗低。缺点：浸出速度极慢、效率低、大规模应用困难，仍处于实验室研究阶段。
  • 溶剂萃取： 在溶解贵金属后，使用特定的有机溶剂选择性萃取目标金属（如金），再反萃得到纯溶液进行还原。用于复杂体系中贵金属的高效分离。

银、钯、铂的回收：

• 银： 在王水溶解前，常先通过硝酸溶解（银溶于硝酸，金不溶）或在王水处理时形成的氯化银沉淀中回收。氯化银可用氨水溶解形成银氨络合物，再用甲醛或葡萄糖还原，或熔炼成粗银再电解精炼。
• 钯、铂： 在王水溶解液中，金、钯、铂均溶解。可通过选择性沉淀（如用氯化铵沉淀铂为氯铂酸铵）、溶剂萃取或离子交换等方法将它们彼此分离，再分别还原精炼。

关键挑战与环保考量：

成分复杂： 电子废料种类繁多，成分差异巨大，需要灵活调整工艺参数。 微量分散： 贵金属含量虽比矿石高，但绝对量仍然很低（如1吨手机约含150克金），需要高效富集。 有害物质： 电子废料含铅、汞、镉、溴化阻燃剂等有毒有害物质，处理不当会造成严重环境污染。预处理和废气、废水、废渣的处理至关重要。 二次污染： 湿法冶金使用的强酸、强氧化剂、氰化物（传统方法，现多被淘汰）等，以及产生的废气（NOx, Cl₂）、废水（含重金属、酸）、废渣（含难溶物、污泥）必须严格处理达标排放。 经济性： 回收成本（设备、能耗、人工、环保）需要与回收的贵金属价值平衡。规模化和自动化是降低成本的关键。 技术发展： 持续研发更环保（无毒/低毒试剂如硫脲、硫代硫酸盐）、更高效（选择性溶解、快速分离）、更低能耗（如生物法）的回收技术是趋势。

总结：

现代黄金回收技术（尤其是从电子废料中）主要依靠湿法冶金，特别是王水溶解-还原的经典流程。核心在于通过预处理物理分选富集，再选择性溶解贱金属，然后用强氧化剂（王水等）溶解贵金属，最后通过还原、精炼得到高纯度金。整个过程伴随着复杂的化学分离和严格的环保处理要求。随着环保压力增大和技术进步，无毒或低毒的替代浸金试剂（硫脲、硫代硫酸盐等） 以及更高效的分离技术（溶剂萃取） 是重要的研究方向。

重要提示： 这些过程涉及危险化学品和高温高压操作，绝对不适用于家庭或非专业环境尝试！ 专业的贵金属回收需要具备相应资质、专业设备和严格的安全环保措施。