通过相重构和逐步回收的方法，从废芯片中协同回收了金、钯、银、铜和硅

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：The gold, palladium, silver, copper, and silicon were synergistically recovered from the waste chips through the methods of phase reconstruction and stepwise recovery

选择性浸出与综合回收电子废弃物中贵金属及硅元素的方法研究。

　　在当今快速发展的电子工业背景下，电子设备的更新换代速度不断加快，导致电子废弃物的产生量逐年上升。据相关数据显示，电子废弃物的年增长率约为3%至5%，但目前仅有不到20%的电子废弃物被回收利用。电子废弃物中，废芯片作为重要的组成部分，其数量也在迅速增加。如果废芯片得不到合理的处理，不仅会造成严重的环境污染，还可能导致宝贵资源的浪费。废芯片之所以具有较高的回收价值，是因为其内部含有丰富的贵金属成分。然而，由于废芯片通常与其他电子废弃物一起进行回收，这会降低贵金属的浓度，并增加回收过程的复杂性与难度。

针对上述问题，研究者们提出了多种回收方法，包括物理方法、生物湿法冶金、火法冶金和湿法冶金等。其中，湿法冶金因其操作简便、控制容易、选择性高和经济性好，成为废芯片中贵金属回收的主要手段之一。在湿法冶金过程中，常用的浸出剂包括王水和硝酸，这些酸性物质能够有效溶解金、铂、银和铜等金属。然而，使用无机酸进行浸出的过程中，会释放出一定量的有毒气体，如氮氧化物，从而对环境造成污染。因此，近年来越来越多的研究致力于寻找更环保的浸出剂，以减少有害气体的排放。

在这些研究中，一些学者尝试使用有机酸或特定的化合物作为替代。例如，Jadhao等人使用甲烷磺酸作为浸出剂，实现了铜、锌和镍的高回收率，分别为100%、100%和90%。Zhang等人则使用谷胱甘肽、甘氨酰甘氨酸和甘氨酰-L-谷氨酰胺作为浸出剂，分别获得了95.4%、92.5%和87.4%的铜回收率。这些实验表明，不同浸出剂的化学性质对金属的溶解效果有着显著影响。此外，Ding等人使用了纯无机盐溶液Al(NO3)3·9H2O和NaCl作为浸出剂，实现了金和钯的完全溶解。这些方法虽然在一定程度上提高了贵金属的回收效率，但所获得的产物往往是混合物，需要进一步的分离和提纯。

为了实现更高效的金属分离和回收，研究者们开始关注单一目标元素的定向回收技术。这种技术不仅能够提高回收效率，还能减少对环境的污染。在本研究中，我们提出了一种综合的废芯片回收工艺，旨在实现对金、铂、银、铜和硅的高效提取。首先，通过焙烧处理，将废芯片表面的晶状硅转化为二氧化硅，从而暴露金属，为后续的提取提供便利。其次，使用硫酸铁对铜进行选择性浸出，并通过抗坏血酸将铜还原为纳米铜粉，以提高其纯度和回收率。接着，使用高浓度的硝酸铈（IV）对浸出后的银进行选择性提取，并将其回收为氯化银。然后，将浸出后的残渣浸入盐酸中，并缓慢加入硝酸铈（IV）溶液，以提取金和钯。最后，将最终的残渣回收为晶状硅和二氧化硅。

整个回收过程通过多步骤的化学反应和物理处理，实现了对废芯片中所有有价值元素的高效提取和回收。这一方法不仅提高了资源的利用率，还减少了对环境的污染，对于半导体行业的可持续发展具有重要意义。在实验过程中，我们采用了多种分析手段，包括电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MSMS），以准确测量废芯片中各种金属的含量。这些分析结果表明，废芯片中金、铂、银和铜的含量分别为76.35克/吨、98.67克/吨、0.67%和31.63%。这些数据为我们进一步优化回收工艺提供了依据。

此外，本研究还对硝酸铈（IV）在湿法冶金中的应用进行了深入探讨。硝酸铈（IV）的氧化还原电位在硝酸体系中为1.61伏，远高于王水和硝酸的氧化还原电位。这使得硝酸铈（IV）在某些情况下能够替代王水和硝酸，实现对金和银的高效氧化。通过这种方式，可以有效避免有毒气体的产生，提高回收过程的环保性。同时，硝酸铈（IV）在浸出过程中表现出良好的选择性，能够有效地分离和回收目标金属。

在实验方法方面，我们采用了一系列的步骤，包括焙烧、浸出、还原和沉淀等。首先，通过控制焙烧温度和时间，将废芯片表面的晶状硅转化为二氧化硅。这一过程不仅提高了金属的暴露程度，还增加了后续浸出的效率。接着，使用硫酸铁对铜进行选择性浸出，并通过抗坏血酸将铜还原为纳米铜粉。这一方法不仅提高了铜的回收率，还确保了其纯度达到99.97%。随后，使用硝酸铈（IV）对银进行选择性浸出，并将其回收为氯化银。这一过程的回收率高达98.95%。

为了进一步提高金和钯的回收效率，我们将浸出后的残渣浸入盐酸中，并缓慢加入硝酸铈（IV）溶液，以实现对金和钯的高效提取。这一过程的回收率分别为99.52%和98.53%。最终，将残渣回收为晶状硅和二氧化硅，其中二氧化硅的含量达到99.73%。整个回收过程通过多种步骤的协同作用，实现了对废芯片中所有有价值元素的高效提取和回收。

在实验过程中，我们还对多种试剂的使用进行了研究。例如，铁硫酸、聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、硝酸铈（IV）和盐酸等试剂在不同步骤中发挥了重要作用。铁硫酸用于铜的浸出，聚乙烯吡咯烷酮用于提高浸出效率，抗坏血酸用于铜的还原，硝酸铈（IV）用于银和金、钯的浸出，盐酸用于残渣的处理。这些试剂的选择和使用不仅提高了回收效率，还确保了回收过程的环保性。

通过本研究的实验和分析，我们发现使用硝酸铈（IV）作为浸出剂能够有效提高银、金和钯的回收率，同时减少对环境的污染。这一方法为废芯片的回收提供了新的思路和方向。此外，通过选择性浸出和还原，我们能够实现对不同金属的高效分离和回收，为电子废弃物的处理提供了可行的解决方案。

综上所述，本研究提出了一种综合的废芯片回收工艺，通过多步骤的化学反应和物理处理，实现了对金、铂、银、铜和硅的高效提取和回收。这一方法不仅提高了资源的利用率，还减少了对环境的污染，对于半导体行业的可持续发展具有重要意义。同时，本研究还为废芯片的回收提供了新的思路和方向，为电子废弃物的处理提供了可行的解决方案。