استخراج طلا با تیزاب سلطانی از بردهای الکترونیکی

استخراج طلا با تیزاب سلطانی یکی از راه هایی است که امروزه به استخراج با سیانیدها در واحدهای کوچک و متوسط ترجیح داده می شود. در این مقاله این فرآیند از نظر شیمیایی بررسی شده و نحوه استخراج طلا از بردهای الکترونیکی با تیزاب سلطانی شرح داده شده است.

مقدمه

طلا عنصری کمیاب با غلظت تنها 0.005 ppm در پوسته زمین است. این غلظت پایین مشکلات بسیاری را برای پاسخگویی به تقاضای روز افزون این فلز محبوب ایجاد کرده است. به دلیل خاصیت سیدروفیلی که دارد ، طلا غالبا با فلزاتی مانند نقره ، مس و سایر فلزات پیوند خورده است. طلا از مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و هدایت الکتریکی خوبی برخوردار است. این خواص برجسته باعث شده اند که این فلز در صنایع الکترونیکی کاربرد فراوان پیدا کند و به عنوان پوششی برای اتصالات الکترونیکی استفاده شود.

ازسویی کمیاب بودن و مقاومت در برابر مواد شیمیایی باعث شده اند که به عنوان پس انداز استفاده شود. به علاوه در ساخت طلا و جواهر ، سکه ، تزئینات ، طلاکاری و غیره به کار برده می شود.

در 4 دهه گذشته با توسعه فرآیندهای جدید هیدرومتالورژی میزان تولید طلا در جهان دو برابر شده است. منابع محدود جهت استخراج ، افزایش تولید و قیمت نکاتی هستند که اهمیت بازیافت طلا از محصولات دست دوم را افزایش می دهند.

موانع استخراج طلا

مقاومت شیمیایی بالا در برابر مواد شیمیایی به یک نقطه ضعف در فرآیندهای هیدرومتالورژی تبدیل شده است و یافتن ترکیباتی که به راحتی بتوانند طلا در خود حل کنند بسیار مشکل کرده است. ترکیباتی که توانایی حل کردن را دارند مانند سیانیدها و ترکیبات کلر و گوگرد عموما خورنده هستند و سمیت بالایی نیز دارند. از این رو در طول فرآیند با مشکلات زیست محیطی مواجه خواهیم شد. ترکیبات و روش های جدید استخراج سعی دارند تا بر مشکلات زیست محیطی ناشی از استفاده از این ترکیبات سمی غلبه کنند.

مشکلات زیست محیطی تنها دلیلی نیست که تمایل برای پیدا کردن فرآیندهای جایگزین را افزایش می دهد ، مشکلات دیگری نیز مانند هدر رفتن زیاد سنگ معدن در هنگام فرآیند وجود دارند.

جایگزین های سیانید در استخراج

به دلایلی که در بالا به آنها اشاره شد جایگزین هایی برای ترکیبات سیانیدی کشف شده اند که در ادامه به آنها خصوصا تیزاب سلطانی پرداخته شده است.

تیزاب سلطانی (Aqua Regia)

تیزاب سلطانی مخلوطی از اسید نیتریک و اسید کلریدریک غلیظ است . این ترکیب در دسته قوی ترین حلال های شیمیایی قرار دارد و به دلیل توانایی که در حل کردن طلا دارد به آن تیزاب سلطانی می گویند. هیچ کدام از این اسیدها به تنهایی توانایی حل کردن طلا را ندارند اما مخلوطی از ¼ اسید نیتریک و ¾ اسید کلریدریک می تواند این کار را انجام دهد.

اسید نیتریک ذرات بسیار کوچک طلا را اکسید کرده و یون های سه ظرفیتی طلا را تولید می کند. یو های حل شده طلا با یون های کلری که توسط اسید کلریدریک تامین می شوند واکنش داده و آنیون های تترا کلرو اورات را تشکیل می دهند.

این واکنش را می توان در معادله زیر مشاهده کرد :

Au + HNO₃ + 4HCl = AuCl₄^– + H⁺ + NO + 2H₂O

بسته به پارامترهای فرآیندی ، تیزاب سلطانی می تواند در طی چند ساعت به بازده 100% استخراج برسد. این مخلوط علاوه بر طلا توانایی جداسازی سایر فلزات خنثی مانند پلاتینیوم ، روتنیومو رادیوم را نیز داراست.

تیزاب سلطانی به دلیل قابلیت خورندگی بالا و ناپایداری شیمیایی که دارد جایگزین مناسبی برای ترکیبات سیانیدی است ، اما همین خواص باعث شده اند که از این ترکیب فقط در فرآیندهای با مقیاس کوچک و یا متوسط مورد استفاده قرار گیرد. یکی دیگر از مشکلات این روش تشکیل شدن AgCl است که باعث می شود نقره موجود در اکثر منابع طلا از بین برود. از دیگر ترکیبات و روش هایی که به منظور حل کردن طلا می توان استفاده کرد عبارتند از : کلریناسیون ، برم و ید ، تیوسیانات ، تیوسولفات ، استخراج با تیواوره ، استخراج زیستی.

امروزه استخراج طلا توسط تیزاب سلطانی در بازیافت بردهای الکترونیکی و استخراج طلای موجود در آنها مورد توجه قرار گرفته است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت :

ضایعات بردهای الکترونیکی

بردهای الکترونیکی که عموما نقش بخش فرمان و کنترل دستگاههای الکترونیکی را دارند، به صورت میانگین تنها در حدود 3% از وزن کل دستگاه های الکترونیکی را تشکیل می دهند. اما به دلیل مواد ارزشمندی که در ساخت آن به کار رفته است از محبوب ترین ضایعات الکترونیکی به شمار می روند.

اجزای بردهای الکترونیکی

بردهای معمولی عموما شامل رزین های اپوکسی، فایبر گلاس و مس هستند. همچنین برای بالاتر بردن خواص ضد آتش برد به رزین آن برومین افزوده می شود. بردهای رسانا دارای مقدار توجهی فلز نیز هستند. بر طبق تحقیقات صورت گرفته بردهای الکترونیکی چاپی شامل 40% فلز، 30% رزین اپوکسی و 30% سرامیک هستند، اما در کل میزان این مواد به نوع و عملکرد مدارها نیز بستگی دارند.

فلزات معمول استفاده شده در این بردها عبارتند از مس، آهن، قلع، سرب، روی، طلا، نقره و پالادیوم. مس و دیگر فلزهای گرانبهای موجود در این بردها را بازیافت می کنند. در واقع مس از این نظر جذاب ترین فلز است، چرا که می توان آن را به عنوان فلز خام ثانویه مورد استفاده قرار داد. اجزای غیر فلزی بردها شامل رزین های ترموست. و مواد افزایش استحکام مدار هستند که برای بازیافت و بازیابی بسیار دشوار هستند. در عمل بازیابی این مواد تنها باعث بوجود آمدن آلودگی و هدر رفتن منابع خواهد شد. 

بازیافت بردهای الکترونیکی

بردهای چاپ شده در اکثر لوازم الکترونیکی کاربرد دارند اما کاربرد آنها عمر مشخصی دارد و پس از آن کارایی برد کاهش پیدا می کند. برای بردهایی که عملکرد خود را از دست داده اند، بازیافت بهترین کار ممکن است. بازیافت ضایعات بردهای الکترونیکی شامل سه مرحله اساسی پیش آماده سازی، بازیافت فیزیکی و بازیافت شیمیایی است. در مرحله پیش آماده سازی قطعات قابل استفاده و سمی توسط خردکردن/جداسازی از بردها جدا می شوند و پس از آن تحت عملیات بازیافت فیزیکی قرار می گیرند. در انتها، مواد پس از انجام فرآیندهای پیرولیز و گسیفیکیشن بازیابی خواهند شد.

بازیافت فیزیکی

در طول فرآیندهای ریز کردن و جداسازی، ضایعات بردهای الکترونیکی به قطعات کوچک و ریزی تیدیل خواهند شد که می توان با استفاده از فرآیندهای فیزیکی و یا شیمیایی عمل بازیافت را انجام داد. در جداسازی فیزیکی برای جدا کردن فلزات حساس به مغناطیس آهن از فلزات بدون آهن و سایر اجزا توسط جداکننده های مغناطیسی از یکدیگر جدا می شوند. روش های جداسازی گردابه ای جاری و جداسازی الکترواستاتیک کرونا که  بر اساس هدایت الکتریکی مواد عمل می کنند، برای جداسازی فلزات غیر آهنی از مواد نارسانا استفاده می شود. روش جداسازی گردابه ای جاری همچنین برای جداسازی فلزات از مواد غیر فلزی هنگامی که تقریبا فلزات 28% وزن مدار را تشکیل داده باشند، مورد استفاده قرار می گیرد. غیر از آن از روش هایی که بر اساس دانسیته جداسازی را انجام می دهند مانند روش (Sink – float separation) برای جداسازی فلزات از اجزای غیر فلزی استفاده می شود.

به طور کل می توان گفت که روش های فیزیکی بسیار کارآمد، بدون ایجاد آلودگی محیطی، نیاز به سرمایه کم و دارای هزینه های عملیاتی و انرژی کمی هستند.

بازیافت شیمیایی

روش های شیمیایی معمول شامل پیرولیز (Pyrolysis) و گسیفیکیشن (Gasification) هستند. پیرولیز در واقع بخش های آلی را جدا می کند. فرآیند جداسازی و بازیابی بخش های آلی، فلزی و فایبر گلاس در روش پیرولیز بسیار راحتتر انجام می شوند. یکی از اجزای اصلی مدارهای چاپی رزین ها هستند، که از نفت خام تولید می شوند و در صورت گرما دیدن شکسته شده و به محصولات شیمیایی تبدیل خواهند شد. این روش یک جایگزین مناسب از نظر اقتصادی و محیط زیستی برای بازیافت بردهای الکترونیکی است.

روش های فیزیکی و شیمیایی که در بالا ذکر شدند، قطعات فلزی را اجزای غیر فلزی جدا می سازند. برای بازیافت قطعات غیر فلزی نیز روش هایی وجود دارند که اساس آنها بر اضافه کردن یک ماده جدید جهت یکپارچه سازی مواد است. رزین پلی استر غیر اشباع از جمله موادی است که برای این کار مورد استفاده قرار می گیرد.

 استخراج طلا با تیزاب سلطانی از بردهای الکترونیکی

این نوع استخراج به دلیل بازده بالا و خطرات کمی که در مقایسه با استخراج بر پایه سیانیدها دارد ، برای بازیافت بردهای الکترونیکی و جداسازی طلای موجود در آنها مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه به نحوه اجرای این کار می پردازیم :

استخراج طلا از مدارهای چاپی با تیزاب سلطانی

این کار دارای سه مرحله است :

مرحله اول :

در این مرحله ابتدا چیپ های کامپیوتری با استفاده از شستشو از مدارهای چاپی جدا می شوند. این شستشو در سیستم های اسید نیتریک انجام می شود . در این مرحله عواملی که تاثیر گذارند عبارتند از دما ، تراکم پالپ ، غلظت اسید و زمان ماندگاری. آشفتگی محلول به صورت طبیعی از انتشار بخارات اکسید نیتروژن اتفاق می افتد. این گازها باعث کف کردن و فوران محلول می شوند.

بادی توجه داشت که واکنش صورت گرفته در این مرحله گرمازاست و همچنان که گفته شد گاز تولید می کند ، از همین رو فرآیند را باید با دقت و در مقادیر کم انجام داد. پس از این مراحل با استفاده از فیلتر جامدات جدا می شوند.

مرحله دوم :

در این مرحله تیزاب سلطانی (¼ اسید نیتریک و ¾ اسید کلریدریک) به جامدات موجود افزوده می شود. مخلوط حرارت داده می شود و توسط یک همزن (شیشه ای) همزده می شود. این کار باعث می شود تا طلا از سایر مواد طبق واکنش زیر جدا شود.

Au + HNO3 + 4HCl = AuCl4- + H+ + NO + 2H2O

محلول حاصل از این مرحله طلا را در خود دارد و باید آن را از محلول جدا کرد. برای این کار ابتدا با استفاده از مقداری اوره اسید خنثی می شود. سپس سدیم متا بی سولفیت که ماده ای سفید و پودری است به محلول اضافه می شود ، این ماده باعث می شود که طلا دوباره به شکل عنصری خود درآید و رسوب کند. رسوب بدست آمده خالص نیست و دارای ناخالصی هاییست که معمولا با استفاده از حرارت بالا از طلا جدا می شوند.