Учёные из Томского политехнического университета совместно с китайскими коллегами разработали инновационный способ извлечения золота из отходов — старой электроники и бытовой техники. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Advanced Materials.
Метод основан на использовании особых молекул — ковалентных органических каркасов (COF-структур), которые подобны химическим «губкам». Учёные подобрали для них оптимальный химический состав, позволяющий им избирательно «улавливать» атомы золота. Затем под воздействием света золото восстанавливается до состояния чистого металла. Эксперименты показали, что новая технология позволяет извлечь до 99,2% драгметалла даже из сырья с большим количеством примесей.
Проблема утилизации электронных отходов становится всё более актуальной. Старые компьютеры, телефоны и прочая бытовая техника содержат в себе большое количество золота и серебра. По оценкам исследователей, в 1 т электронных отходов (в частности, в печатных платах, контактах, микросхемах) может содержаться в десять раз больше золота, чем в 1 т руды, из которой его добывают.
RT собрал подборку наиболее эффективных способов извлечения драгметаллов из электронных отходов.
Пирометаллургия — традиционный способ добычи сырья из отходов техники. Этот метод основан на переплавке электронного лома в печах при высоких температурах (от 800 до 1800 °C — в зависимости от технологии) с использованием различных восстановителей. В качестве неметаллических восстановителей применяют оксид углерода, водород и другие соединения, а в качестве металлических — алюминий, магний и прочие металлы. После плавки полученный расплав разделяется на металлическую фазу и шлак.
Стоит отметить, что переплавка эффективна для переработки больших объёмов отходов, но энергозатратна, а также сильно загрязняет окружающую среду. Более того, золото и серебро после плавки часто требуют дополнительной очистки, поскольку сам процесс не обеспечивает высокой чистоты.
Один из наиболее распространённых современных способов извлечения золота — это гидрометаллургия. При этом методе измельчённые платы и микросхемы обрабатывают различными химическими растворами (реагентами), переводя металлы в растворимую форму. После этого металлы выделяют из раствора посредством сорбентов или химического осаждения.
Гидрометаллургические процессы протекают при относительно низких температурах (как правило, менее 100 °C), что значительно снижает энергозатраты по сравнению с переплавкой. Кроме того, этот метод позволяет добиться высокого процента извлечения: в частности, эффективность получения золота может превышать 99%.
Также гидрометаллургия позволяет извлекать металлы из твёрдого сырья с низкими концентрациями — ещё одно значимое преимущество этого способа.
Среди экологически безопасных методов извлечения драгметаллов выделяют биометаллургию. Это процессы, при которых различные виды бактерий окисляют соединения металлов и переводят их в раствор. Затем из него извлекаются металлы химическими или электрохимическими методами.
«Разгадать древний геологический код»: российские учёные разработали методику поиска «невидимых» залежей золота
Несмотря на то что биометаллургия ещё находится на стадии активных исследований и пока обеспечивает достаточно невысокий процент извлечения (например, золото — около 30%), она уже демонстрирует свои преимущества: меньший расход реагентов, снижение энергопотребления и более щадящее воздействие на окружающую среду делают её перспективным направлением развития современной металлургии.
Электрохимический метод основан на электролизе и используется как для извлечения металла из растворов после процессов гидрометаллургии, так и для очистки уже выделенного металла.
В процессе электролиза через раствор или расплав с металлом пропускают постоянный электрический ток в специальных аппаратах — электролизёрах. В результате металлы осаждаются на катоде практически в чистом виде. Например, этот метод позволяет получать золото чистотой выше 90%.
Ещё один инновационный приём для извлечения металлов из растворов — сульфидизация. Этот способ, как и электролиз, часто применяется после гидрометаллургического выщелачивания.
Суть метода в том, что металл соединяют с серосодержащими соединениями, такими как сероводород или сульфид натрия, переводя его в форму малорастворимого сульфида. В таком виде металл легко отделяется от раствора фильтрацией или осаждением.
Помимо перечисленных способов, для извлечения драгоценных металлов из электронных отходов применяются и другие дополнительные технологии. К примеру, гидрометаллургический метод ионного обмена, при котором ионообменные смолы избирательно захватывают ионы металлов из раствора.
Ещё одним перспективным направлением считается плазменная металлургия. В рамках этого метода отходы обрабатывают высокотемпературной плазмой, разрушая их на сложные материалы и извлекая содержащиеся в них металлы.
