用图表形式以日本为例 来说说贵金属回收工艺

简介

贵金属是金、银和铂族金属(铂、钯、铑、铱、钌和锇)的总称。这些金属的特点是具有美丽的金属光泽,化学稳定性好,光泽持久,产量少,价格高。由于这些特性,它们自古以来就被用作珠宝和实物资产。然而,最近,贵金属越来越多地用于各种工业领域,因为它们独特的物理和化学性质从工业观点来看受到重视。

例如,金因其在大气中的化学稳定性、优异的延展性和导电性而被用作电子工业中键合线和电触点的材料。此外,在医学领域,胶体金颗粒(细金颗粒)被用作试剂,以掺入体外诊断剂和检测试剂盒中。

铂的催化作用使其可用作汽车尾气净化的催化剂和燃料电池的电极催化剂。它还用于许多医疗应用:奥沙利铂和顺铂等抗癌药物、起搏器电极、导管标记和脑动脉瘤的止血/修复材料。

在化学、玻璃制造和航空航天等许多其他工业领域以及氢能和物联网等先进技术中,贵金属被大量用于材料开发。
制造和使用贵金属产品会产生制造时产生的加工废料和废料。这些被称为“含贵金属的废物”(以下简称“废物”),作为“城市矿山”或“贵重物品”处理,并进行评估、回收和提炼,再循环成产品。

含有贵金属的废物的形式在很大程度上取决于产生废物的产品的材料、结构和制造工艺。贵金属价格昂贵,因此人们努力减少使用贵金属或替代替代材料,含贵金属废物中贵金属的浓度普遍逐年下降。随着贵金属越来越多地用于以前没有处理过的产品,例如含氟产品和新的半导体产品,除了使用现有的回收利用之外,开发和应用适应特定废物的新回收技术变得很重要。

贵金属回收概述

1. 贵金属的供需情况
我们将以黄金作为贵金属的代表性例子来描述供需情况。
图 1 显示了 2018 年按应用分类的全球黄金需求。珠宝应用居首位。黄金因其稀缺性而成为财富、美丽和权力的象征,继续被广泛处理。二是投资申请。与银行票据或债券等纸质资产相比,黄金具有普遍价值并且涉及较低的信用风险(对发行实体失去信心的风险,从而发行的票据和债券变得毫无价值)并且可以长期持有资产保护。
图 2 显示了 2019 年日本国内对黄金的需求,按用途分类。在日本,作为工业材料的电子和电镀等行业对黄金的需求比珠宝和投资更为密集。这是因为日本是生产电气设备和精密机械的国家,这些产品中使用了黄金。

图 1:按应用划分的黄金需求
(总计:2018 年 3,979 吨,全球需求)
图 2:按应用划分的黄金需求
(总计:2019 年 84 吨,日本国内需求)
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图 3 显示了 2012 年至 2019 年 8 年期间日本按应用分类的黄金需求趋势。尽管在 2012 年之后的几年中出现了相当大的下降,但 2019 年黄金需求逐渐恢复到 84 吨,其中 91% 2012 年的需求量。近年来,工业应用对黄金的需求呈增加趋势,但每种产品的黄金使用量正在减少。这可能是因为减少黄金的使用并转向替代材料以降低制造成本。

工业应用百分比:电子、牙科/医疗保健和电镀对黄金的需求除以黄金需求所得的值

图 4 显示了 2019 年日本不同黄金供应来源的百分比。再制造黄金占年供应量的 32%(162 吨),新生产的黄金占供应的大部分。
图 5 显示了主要国家黄金储备的百分比。澳大利亚排名第一,其次是南非、俄罗斯、美国等。这四大国家占全球储量的 44%。
日本每年生产 7 吨黄金。7吨的大部分是在鹿儿岛县的菱狩矿山生产的。该矿的黄金估计储量为 250 吨这意味着仅靠国内新产黄金是无法满足全部国内需求的。国内产业离不开进口黄金。尽管如此,应该指出的是,在城市矿山中已经积累了相当数量的黄金。据估计,城市矿山中存在 6,800 吨黄金。对应80年的国内黄金需求。因此,应制定贵金属回收计划,以回收城市矿山中的贵金属,以确保日本黄金资源的稳定供应。

图 4:黄金不同供应来源的百分比
(总计:2019 年为 162 吨,日本)5)
图 5:主要国家黄金储量
(总计:54 千吨)7)
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综上所述,黄金主要用于珠宝和投资,工业领域也对黄金有大量需求,尤其是在日本。贵金属的高价将进一步鼓励行业减少使用此类金属,并积极转向替代材料以降低生产成本。尽管如此,由于正在制造使用贵金属材料特性的新产品,因此对贵金属的需求可能不会大幅下降。供给方面,仅靠国内新增贵金属产量并不能满足全部国内需求。从外国进口是不可避免的,但日本的城市矿山中积累的黄金数量要多得多。
为此,需要有包括黄金在内的贵金属的回收工艺,这些工艺复杂且经过优化,能够以经济的方式回收和提炼这些金属。

2. 贵金属回收流程 回收的
贵金属废物有固体或液体两种形式。例如,生产废料(来自电子基板和集成电路等)、汽车尾气催化剂和牙科材料都是固体形式。电镀废料、蚀刻废料和催化废料为液体形式。
已在制造过程中使用并粘附贵金属的组件和夹具(例如防粘板和金属掩模)作为固体形式废物交付。这些组件和夹具可以在附着的贵金属分离后重新使用。在将组件和夹具返回给相关客户之前,使用化学品分离贵金属并进行适当清洁。
图 6 说明了贵金属回收的典型流程。

图 6:贵金属回收流程

首先,将产生的废物从客户处收集和运输(并根据需要进行中间处理),然后运输给金属回收运营商。需要注意的是,废物必须妥善包装,并遵守适用的法律法规。例如,吸湿性废物在运输过程中吸收水分可能会增加重量,因此应将此类废物密封在防水袋中以防止它们吸收水分。消防法适用于指定为危险材料的废物。一次可以运输的此类废物的数量需要限制在规定的数量内。
对收集的废物进行称重或计数,以确保与为客户保留的重量或数量没有差异。他们还进行了X射线检查和pH测试,以在与客户提供的相关信息进行核对时检查它们是否没有意外成分。进行这项工作是为了安全地完成评估、回收和精炼过程中的下游操作。
在这些操作中接受的废物然后经过评估所含贵金属量的过程。正确评估贵金属的最重要因素是贵金属的“均质化”和“高精度测定”。
以下是对废物评估流程的一般描述。首先,废物均质化。为此,可以采用酸或碱熔融(液化)、粉碎和/或溶解熔融。如果废物含有可能抑制均质化的物质,则必须对其进行预先处理。例如,如果废料中含有芯片上的切削油和印刷电路板中的树脂,会对它们的熔化和粉碎产生不利影响,则应通过烘烤来消除这些有机物质。为了促进均质化,还进行了其他处理:通过湿法处理去除贱金属和通过凝聚处理分离分散液中的贵金属颗粒。均质化之后是适当的取样。样品用于分析贵金属。分析贵金属必须高度准确。进行化学重量分析与仪器分析相结合,以实现高度准确的测定。化学重量分析是一种在化学反应过程中从样品中分离出贵金属并直接测量其重量的分析方法。Cupellation是一种黄金纯度测定方法,也是一种化学重量分析。另一方面,仪器分析是通过将已知浓度的参考物质和分析样品的输出值与使用分析仪器获得的发光强度和吸光度的输出值进行比较来确定分析结果的方法。田中贵金属工业根据分析对象使用相关的分析仪器:
在这些测定中获得的分析结果被转换为所需的基质,以确定废物中所含的贵金属的量。客户会收到这些金额的通知。在客户批准数量后,对废物进行回收和精炼过程。在回收和精炼过程中,溶液、粉末和铸锭经过湿法和干法工艺,将贵金属提炼到适合产品的纯度。这些过程因废物的形式而异,将在下一节中描述。
在回收和精炼过程中产生的贵金属块会根据客户的要求返还给客户。提供三种可能性:退回原状金属、退回与回收金属等值的金额或退回由回收金属制成的产品。

3. 回收和精炼工艺
贵金属的回收和精炼可采用湿法处理和干法处理。前一种处理方法如下所述,因为它们是普遍应用的。
回收和精炼过程中的湿法处理大致分为三个阶段:“液化”、“回收”和“精炼”。
第一阶段:在废物评估过程中,液化与液化处理部分重叠。在回收和精炼过程中,液化是将粉末或锭中所含的贵金属溶解在化学试剂中使其离子化的过程。根据贵金属的类型/组成,从硝酸、王水(盐酸+硝酸)和含氰液体中选择合适的化学试剂(表1)。强氧化剂用于溶解化学稳定材料的贵金属。根据需要,将其他金属添加到废料中以调整其成分,使其更易于溶解在化学试剂中。

第二阶段:回收是从杂质中粗略分离贵金属的过程,作为精炼的初步处理。具体而言,应用了几种分离技术,例如吸附、胶结、沉淀和电解萃取。应根据溶解废物液体中贵金属的浓度和类型选择合适的技术(表 2)。

第三阶段:精炼是将回收过程中粗略分离的贵金属提纯到适合作为产品原料的水平的过程。分离技术的例子是沉淀分离、电解精炼和用溶剂萃取。为分离和消除材料中的杂质,应正确识别其种类和浓度,了解化学药剂用量、反应温度、反应时间等控制因素对贵金属纯度的影响。
贵金属的回收和精炼过程需要将其损失降至最低。设计这些过程应基于多种分离技术的组合。例如,对含有高浓度贵金属的溶解废物的液体进行还原处理以沉淀以将它们与杂质分离。如果减少贵金属的总量以提高收率,由于杂质也会减少并进入所得材料,因此会降低所得贵金属的纯度。为此,应控制还原剂的加入量,使液体中残留一定量的贵金属。剩余的贵金属通过吸附操作回收。
基于这些技术的湿法处理有几个问题需要解决。涉及的主要问题之一是贵金属回收后的废水处理。由于使用强氧化剂来溶解贵金属,因此在排水过程中残留氧化剂的可能性可能是一个问题。
有问题的化学试剂之一是硝酸。该剂用于制备溶解银和金的王水。它没有完全溶解,在贵金属回收后以硝酸离子的形式保留在出水中。《水污染防治法》规定了排放标准。
贵金属制造/回收行业排放的硝酸离子在2019年7月至2022年6月暂不超过2,800mg/L的硝酸盐-氮浓度。未来将执行更严格的标准(100mg/L)所有行业。应采用不排放硝酸的工业工艺。

贵金属回收过程(示例)
我们在下面介绍贵金属回收过程和相关问题的示例。

1. 复合材料
复合材料是由至少两个不同的金属片组成的材料。
这些金属片通过轧制和烧结牢固地结合在一起,形成金属的扩散相。这种结合结构比电镀更能抵抗剥离力。
通常,贵金属由于其耐腐蚀性能被用于电子部件的端子上。为了节约使用这种昂贵的金属,人们发明了一种解决方案:贵金属仅用于需要这种金属的零件,而在其余零件上用铜和锡等替代金属代替。如图 7 所示的复合材料已被制造为电子零件的材料。这种复合材料部分由贵金属组成。图 7 中所示的大部分复合材料是由铜或锡等贱金属组成的。贵金属部分只占很小的比例。如果这些废料在前面提到的使用化学试剂的评估过程中液化,则会产生大量的低浓度贵金属液体。贵金属可以通过吸附或电解处理从这种含有低浓度贵金属的液体中回收。然而,处理如此大量的液体需要很长时间,而且经济性和环境友好性较差。因此,应在化学溶解过程之前完成贱金属的初步分离。

解决这个问题的方法是利用电离趋势。表 3 显示了主要金属的标准电极电位。较高的电位对应于较高的特性或较低的腐蚀敏感性。贵金属(也称为“贵金属”)比铜和锡贵。当两种异相金属相互接触时,可能会发生双金属腐蚀(电化腐蚀)。这是当两种异相金属在电解液存在下相互接触时,碱基会选择性腐蚀的现象。同样的现象也会发生在由结合的异相金属片组成的复合材料中。这种现象和贵重特性被用来消除贱金属。

表 3:主要金属的标准电极电位

本文从贵金属的供需、贵金属回收流程及回收精炼过程等方面对贵金属回收进行了描述。新生产的国内黄金并不能满足国内对这种贵金属的全部需求。这使得从城市矿山中回收和提炼贵金属变得至关重要。比以往任何时候都更需要开发回收和精炼贵金属成本更低且对环境友好的回收工艺。
最近,还有人担心使用较少量的贵金属的趋势和含贵金属废物的复杂材料组成可能会增加现有回收过程中的处理成本。未来要解决的一个问题将是加强分离和去除污染物和杂质的预处理技术,以构建更有效的回收系统。
贵金属对人类非常有用,在用于各种领域和环境的同时,仍将是社会资源的重要组成部分。作为从事贵金属回收业务的公司,我们希望通过日常的研究活动,找到在处理不同形式的废料时在安全、质量、环境影响和经济方面都表现出色的回收工艺。

贵金属回收的工艺就说到这里了,我公司是专业的贵金属回收公司。深耕于行业发展近二十年。公司总部位于湖南娄底市。现我公司在全国开设了代理回收点,能为顾客提供快捷的回收服务。服务于全国各大中小型工厂,事业单位,以及私营企业。我公司对所有回收的产品进行分类处理,不能再次销售利用的产品进行再次加工生产成为原材料。我们是终端回收企业。本公司回收价格高,诚信经营,信守承诺!资金雄厚,手续齐全。是您可信赖的合作伙伴。可同单位签订长期回收承包合同、招标投标回收

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