氰化电镀废液中金的回收
尽管世界各国都在积极开展无氰电镀的研究和实验、生产,但氰化物镀金以其无可替代的镀层光洁度和牢固度,仍然是镀金的最常用工艺之一。电镀液在工作了一段时间,杂质离子在镀液中积累到一定程度后,镀液就必须处理或回收。回收氰化镀金废液的主要目的是为了将金等贵金属提取出来,同时将氰化物处理成对环境没有危害的物质或重复使用这些含氰溶液。需要特别注意的是氰化镀金废液处理后的尾液必须达到含氰物和其他污染物排放标准时才能排放,同时在回收作业时应特别小心,防止中毒。
镀金废液的含金量依据镀金液的种类和镀金工艺的不同而有所区别。一般酸性镀金废液含金4~12g/L,中等酸性镀金废液含金4g/L,碱性镀金废液含金达20g/L.氰化镀金废液中金回收的常用方法主要有电解法、置换法和吸附法等。根据氰化镀金废液的种类和金含量可以选择单种方法处理,也可以采取几种方法联合处理。
(1)电解法
将氰化镀金废液置于一敞开式电解槽中,以不锈钢作为阳极,纯金薄片作为阴极,控制液温为70—90℃,通入直流电进行电解,槽电压约5~6V。在直流电的作用下,金离子迁移到阴极并在阴极上沉积析出。当槽中镀液经过定时取样分析,金含量降至规定浓度以下时,结束电解,再换上新的废镀液继续电解提金。当阴极析出金积累到一定数量后,取出阴极,洗涤后铸成金锭。
还可以用闭槽电解法对氰化镀金废液中的金进行回收。方法是采用一封闭的电解槽进行电解作业,氰化镀金废液在系统中循环,控制槽电压为2. 5V进行电解。当废镀液金含量低于规定浓度时,停止电解。然后出槽,洗净、铸锭。电解尾液经吸收槽处理达标后排放。闭槽电解的自动化程度较高,对环境比较友好,但一次性设备投入较大。
(2)置换法
氰化镀金废液中金通常以Au(CN)-2的形式存在。在废镀液中加入适当的还原剂,即可将Au(CN)-2中的金还原出来。根据镀液的种类和金含量,还原剂可以选用无机还原剂(如锌粉、铁粉、硫酸亚铁等)或有机还原剂(如草酸、水合肼、抗坏血酸、甲醛等)。无机还原剂价格比有机还原剂低,但处理废镀液以后,过量的无机还原剂必须设法除去。有机还原剂价格较高,但还原金氰配合物后的产物与金很容易分离。由于在回收过程中首先得到的是粗金,后续提纯在所难免,因此,实际操作中一般采用无机还原剂(特别是锌粉和铁粉)进行还原。将金置换成黑金粉沉入槽底。锌粉还原的反应方程式为
2KAu(CN)2+ Zn—K2Zn(CN)4+ 2Au
具体操作步骤如下。
对氰化镀金废液进行取样分析,确定其中的金含量。将废镀液置于塑料容器中,加入约1.5倍理论量的锌粉,搅拌。为加速置换过程,氰化镀金废液应适当稀释和酸化,控制pH=1~2。在酸化废镀液时易放出HCN气体,所以有关作业应在通风橱中进行。置换产物过滤后,分别浸入硝酸和盐酸以去除多余的锌粉和其他杂质,粗金用王水溶解后再用草酸还原提纯一次,所得金粉经洗涤、烘干、浇铸即得回收金。经过上述工艺所得回收金的纯度达到99. 9%以上。上述过程中所得滤液和滤渣经过化验金含量和游离氰含量,若低于规定值时可以排放,否则应进一步处理。
(3)活性炭吸附法
活性炭对金氰配合物具有较高的吸附能力,活性炭吸附法处理氰化镀金废液的作业过程包括吸附、解吸、活性炭的返洗再生和从返洗液中提金等步骤。
氰化镀金废液经化验金含量后,置于塑料容器中。加入适当粒度的活性炭,充分搅拌。将吸附混合物离心脱水,所得液体收集后集中处理。将所得湿固体加入到由10% NaCN和1% NaOH的混合液中,加热到80℃,充分搅拌下解吸金.过滤或离心脱水,所得滤液即为含金返洗液,将活性炭加入到去离子水中,充分搅拌,脱水,反复三次。所得滤液并入含金返洗液中,活性炭经干燥后可以重新使用。返洗液中金的含量已经大大提高。用电解或还原的方法将返洗液中的金提取出来。
用活性炭处理氰化镀金废液时,一般认为废液中Au(CN)2-祓活性炭吸附的过程是物理吸附过程。活性炭孔隙大小直接影响其活性的大小,炭的活性愈强对金的吸附能力愈大。常用活性炭的粒度为10~20目和20~40目两种。活性炭对金吸附容量可达29. 74g/kg,金的被吸附率达97%。南非专利认为,先用臭氧、空气或氧处理含氰废液,再用活性炭吸附可取得更好的效果。此外,解吸剂可选用能溶于水的醇类及其水溶液,也可选用能溶于强碱液的酮类及其水溶液。这类解吸剂的组成(体积分数)为:H2O (0~60%),CH3OH或CH3CH2OH (40%—100%),NaOH(不小于0. llg/L);或者CH30H (75%—100%),水(0~25%),NaOH(20. lg/L)。
(4)离子变换法
由于氰化镀金废液中金以Au(CN)-2_阴离子的形式存在,因此可以选用适当的阴离子交换树脂从氰化镀金废液中交换Au( CN)-2阴离子,再用适当的溶液将Au (CN)- 2阴离子从树脂上洗提下来。方法是将阴离子交换树脂(如国产717)装柱,先用去离子水试验柱的流速,控制适当流速后,将经过过滤的氰化镀金废液通过离子交换柱,定时检测流出液的金含量。当流出液的金含量超出规定标准时停止通入氰化镀金废液。用硫脲盐酸溶液或盐酸丙酮溶液反复洗提金,使树脂再生。洗提液金含量大大提高,用电解或还原的方法将洗提液中的金提取出来。
(5)溶剂萃取法
其基本原理是利用氰化镀金废液中的金氰配合物在某些有机溶剂中的溶解度大于在水相中的溶解度而将含金配合物萃取到有机相中进行富集,处理有机相得到粗金。试验表明,可用于萃取金的有机溶剂有许多,如乙酸乙酯、醚、二丁基卡必醇、甲基异丁基酮( MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、三辛基磷氧化物(TOPO)和三辛基甲基铵盐等都可以从含金溶液中萃取金。萃取作业时,氰化镀金废液的萃取次数一般控制在3~8次,如萃取剂选择适当,萃取回收率一般都能达到95%以上。用二丁基卡必醇萃取剂经过三次萃取,提取氰化镀金废液中金并制成高纯度金的具体操作步骤如下。
①将氰化镀金废液过滤后加入到塑料材质的萃取器中,按照金:二丁基卡必醇=1:3的比例加入二丁基卡必醇萃取剂,开动搅拌机搅拌萃取20min,停机静置30min,待分层。
②将含金的有机相转移到还原反应釜中,水相分离后转移到第二号萃取器中,加入相同量的二丁基卡必醇萃取剂萃取20min,静置30min,分离出水相和有机相。
③将含金的有机相转移合并到还原反应釜中,然后按照上述方法进行第三次萃取。合并有机相到还原反应釜中。经过三次萃取加热赶硝可以降低含金废王水的酸性和氧化性,降低后续还原过程中还原剂的消耗量。硫酸亚铁的还原能力较小,用硫酸亚铁处理含金废王水时,贵金属以外的其他金属很难被它还原,因而即使处理含贱金属很多的含金废液,其还原产出的金的品位也可达98%以上。但此法的还原反应比较缓慢,终点不易判断,而且金不易被还原彻底,因此尚需锌粉进一步处理尾液。
硫酸亚铁还原含金废王水的主要反应如下。
3FeSO4+ HAuCl4→HCl+FeCl3+ Fe2 (SO4)3+Au ↓
(2)亚硫酸钠还原法
将含金废王水过滤后,所得滤液加热煮沸,在此过程中可以适当滴加盐酸以利于氮氧化物的逸出。趁热抽入高位槽,在搅拌和加热条件下将过量20%的饱和亚硫酸钠溶液滴加到上述含金废王水中,加入少量聚乙烯醇(加入量约为0.3~30g/L)作凝聚剂,以利于漂浮金粉沉降。充分反应后静置。用倾析法分离沉淀下来的黑色金粉,用水洗净后铸锭得到粗金。
注意事项
在有条件和方便的情况下,直接将二氧化硫气体通入经过过滤和煮沸的含金废王水中,也可以将金氯配离子还原成单质金。为防止还原产物被王水重新溶解,含金废王水溶液在还原前应加热煮沸,赶尽其中游离硝酸和硝酸根。还原时适当加热溶液,以有利于产出大颗粒黄色海绵金。亚硫酸钠的加入量不宜过量太多,否则,含金废王水中的部分金将与过量的亚硫酸钠形成亚硫酸金配合物(无色透明溶液),影响金的回收率。亚硫酸钠还原含金废王水的主要反应如下。
Na2SO3+2HCI→SO2↑+2NaCl+ H20
3SO2+ 2HAuCI4+ 6H20→2Au↓+8HCI+3H2 S04
(3)锌粉置换法
与置换氰化镀金废液相似,锌也可将含金废王水中的金氯配离子还原为单质金。
将含金废王水过滤后,所得滤液加热煮沸,在此过程中可以适当滴加盐酸以利于氮氧化物的逸出。调节溶液的pH值为1~2,加入过量锌粉。充分反应后离心分离,所得金锌混合物用去离子水反复清洗到没有CI-为止。在搅拌下用硝酸溶煮,所得金粉的颜色为正常的金黄色,用水洗净后铸锭得到粗金。
注意事项
置换过程中控制pH值为1~2,能防止锌盐水解,有利于产物澄清和过滤。置换产出的金属沉淀物含有的过量锌粉,可用酸将其溶解。选用盐酸溶解时,沉淀中应不含有硝酸根。除银、铅、汞外,其余贱金属都易被盐酸溶解。选用硝酸溶解时,几乎能溶解所有普通金属杂质。为防止金重溶,要求沉淀中不含有氯离子。清洗用硝酸溶解的沉淀后,海绵金颜色鲜黄,团聚良好。另外,还可选用硫酸来溶解锌及其他杂质,沉淀金不易重溶,但钙、铅离子不能与沉淀分离,产品易呈黑色。
(4)亚硫酸氢钠法
将含金废王水过滤后,先用碱金属或碱土金属的氢氧化物(例如质量含量为25%—60%的NaOH或KOH)或碳酸盐的溶液调整含金废王水的pH值为2~4,并将其加热至50℃并维持一段时间,加入少量硬脂酸丁酯作凝聚剂。在搅拌下滴加NaHSO3饱和溶液沉淀金。所得金粉经洗涤后可以熔铸成粗金,含量约为98%。
注意事项
此法特别适于处理金含量少的废王水,因为它不需要进行赶硝处理。
从含金废王水中回收金,还可用草酸、甲酸以及水合肼等有机还原剂,此类还原剂的最大优点是不会引入新的杂质。各种回收金后的尾液是否回收完全,可用以下方法进行判断:按尾液颜色判断,若尾液无色,则金已基本沉淀提取完全;用氯化亚锡酸性溶液检查,有金时,由于生成胶体细粒金悬浮在溶液中,使溶液呈紫红色,否则,说明尾液中金已提取完全。
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