Способ извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава

 

Изобретение относится к области благородных металлов, преимущественно золота, и может быть использовано при электролитическом извлечении золота из скрапа электронных и электротехнических изделий с подложкой из меди или ее сплава. Способ заключается в том, что золотое покрытие подвергают электролитическому растворению в однокомпонентном электролите, содержащем серную кислоту концентрацией 93,5-95,5 мас. %, при исходном напряжении 3-4 В и комнатной температуре. Образующийся при электролизе осадок гидроксида трехвалентного золота отделяют от электролита центрифугированием и прокаливают при температуре 200-300^oС с получением металлического золота. Достигаемый результат заключается в получении металлического золота чистотой не менее 99,8 мас.% при извлечении золота 99,1-99,2%. 3 з.п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к области благородных металлов, преимущественно золота, и может быть использовано при электролитическом извлечении золота из скрапа электронных и электротехнических изделий.

При утилизации электронных и электротехнических изделий с выделением скрапа, содержащего золотые покрытия на основе меди или ее сплавов, возникает проблема селективного извлечения золота без разрушения основы и промежуточного слоя, обычно сопутствующего медной подложке, например никелевого, с получением в качестве конечного продукта высокочистого металлического золота.

Известен способ извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава (см. патент США 3788958, Н. кл. 204-146, 1974 г.), включающий проведение электролиза в электролите, содержащем, об. %: 75,0-93,5 H₂SO₄, 20,0-6,0 спирта и 5,0-0,5 ароматического нитроуглеродного соединения, с переводом золота из покрытия в раствор при температуре 20-60^oС и напряжении 4-12 В.

Недостатком этого способа является то, что в используемом многокомпонентном электролите золото находится в растворенном состоянии и извлечь его из электролита можно лишь путем дополнительной химической обработки. При этом некоторые металлы, обычно сопутствующие медной подложке, например никель, переходят в электролит, что отрицательно сказывается на чистоте извлекаемого золота. Кроме того, один из компонентов электролита (ароматическое нитроуглеродное соединение) является сильнодействующим ядовитым веществом.

Известен также способ извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава (см. патент США 4539087, Н. кл. 204-146, 205-717; 1985г.), включающий проведение электролиза в электролите, содержащем, об. %: 40-60 H₂SO₄, 30-60 H₃PO₄ и 20-30 органической кислоты, при значении тока, определяемом в процессе электролиза, а электролиз прекращают, когда значение тока становится меньше заранее определенного порога, который существенно (в 100 раз) ниже, чем значение тока в начале электролиза.

Недостатком этого способа является то, что золото находится в используемом многокомпонентном электролите в растворенном состоянии и извлечь его из электролита можно лишь путем дополнительной химической обработки. При этом некоторые металлы, обычно сопутствующие медной подложке в виде промежуточного слоя, например никелевого, переходят в многокомпонентный электролит, что отрицательно сказывается на чистоте извлекаемого золота.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи селективного электролитического извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава с техническим результатом - получением высокочистого металлического золота без дополнительной химической обработки электролита.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава, включающем растворение золотого покрытия электролизом в электролите, содержащем серную кислоту, и выделение золота из электролита, согласно изобретению электролиз ведут с использованием электролита из серной кислоты концентрацией 93,5-95,5 мас.% при исходном напряжении 3-4 В с образованием осадка гидроксида трехвалентного золота, который отделяют от электролита и прокаливают с получением металлического золота.

Технический результат достигается также тем, что электролиз ведут при комнатной температуре.

На достижение технического результата направлено то, что осадок гидроксида трехвалентного золота отделяют от электролита центрифугированием.

На достижение технического результата направлено также то, что прокаливание осадка гидроксида трехвалентного золота ведут при 200-300^oС.

Сущность изобретения заключается в следующем. При подаче напряжения на аноде начинается электрохимическое растворение золотого покрытия. При этом золото окисляется до одновалентного состояния, и в электролите возле анода образуется сульфат одновалентного золота. Одновременно на катоде начинается восстановление эквивалентного количества катионов водорода, присутствующих в электролите вследствие частичной диссоциации серной кислоты. Образующийся газообразный водород выделяется из электролита. Этот процесс можно изобразить в виде электрохимической реакции 2Au-2e=2H⁺2e, (1) что эквивалентно реакции После достижения возле анода определенной концентрации сульфата одновалентного золота начинает протекать окислительно-восстановительная реакция между концентрированной серной кислотой и сульфатом одновалентного золота. При этом золото окисляется до трехвалентного состояния, а сера, содержащаяся в серной кислоте, восстанавливается с шестивалентного до четырехвалентного состояния и образующаяся газообразная двуокись серы начинает выделяться из электролита. Этот процесс можно представить в виде химической реакции Далее при достижении определенной концентрации сульфат трехвалентного золота начинает взаимодействовать с водой, содержащейся в концентрированной серной кислоте, с образованием нерастворимого гидроксида трехвалентного золота. При этом электролит начинает темнеть. Этот процесс можно представить в виде химической реакции Суммируя реакции (2-4), получаем итоговую реакцию
Из этой реакции следует, что для окисления 1 г металлического золота с образованием гидроксида трехвалентного золота необходимо 0,091 г воды. Так как в 1 см³ серной кислоты концентрацией, например, 95 мас.%, содержится 0,092 г Н₂O, то использование в качестве электролита серной кислоты концентрацией 93,5-95,5 мас.% вполне обеспечивает протекание электрохимического снятия золотого покрытия.

Использование однокомпонентного электролита, из серной кислоты концентрацией 93,5-95,5 мас.% обеспечивает селективное анодное растворение золотого покрытия и образование мелкодисперсного осадка гидроксида трехвалентного золота. При концентрации серной кислоты менее 93,5 мас.% имеет место побочный электролиз воды, в результате чего понижается выход целевого продукта по току.

Осуществление электролиза при напряжении 3-4 В обеспечивает селективное и интенсивное анодное растворение золота. При напряжении более 4 В происходит частичное анодное растворение металлической основы и припоя. При напряжении менее 3 В резко уменьшается величина тока, что приводит к увеличению продолжительности снятия золотого покрытия.

Осуществление электролиза при комнатной температуре обеспечивает более благоприятные условия проведения процесса, а также уменьшает вероятность анодного растворения металлической основы и припоя.

Применение центрифугирования обеспечивает практически полное отделение осадка гидроксида золота от электролита. Первая промывка осадка водой также осуществляется посредством центрифугирования.

Прокаливание промытого гидроксида золота при температуре 200-300^oС обеспечивает получение металлического золота. При температуре менее 200^oС получаемое золото может содержать примесь оксида одновалентного золота. Температура выше 300^oС не целесообразна по причине избыточной энергоемкости процесса.

Осуществление электролиза с последующей прокалкой гидроксида золота в соответствии с вышеуказанными условиями процесса позволяет селективно извлекать золото из золотых покрытий на подложках из меди или медных сплавов с получением металлического золота высокой чистоты.

Указанные выше особенности и преимущества заявленного изобретения могут быть более наглядно пояснены нижеследующими примерами.

Во всех примерах электролиз осуществляют в электролитической ячейке, корпус которой представляет собой стеклянный стакан емкостью 0,7 л. В качестве катода использована полоска листового молибдена толщиной 0,3 мм и шириной 50 мм в виде разомкнутого кольца, которое вставлено в корпус стакана. Благодаря значительной упругости молибденовое кольцо плотно прилегает к его стенкам. Посредством медного токоподвода молибденовое кольцо подсоединено к отрицательному полюсу источника постоянного тока. В качестве анодной корзины, в которую загружают изделия с золотым покрытием, использован перфорированный фторопластовый стаканчик диаметром 4,5 см и высотой 5,0 см. Для осуществления электрического контакта фторопластовый стаканчик содержит центральный медный электрод и тонкие полоски из металлического свинца, закрепленные на внутренней стенке стаканчика. Медный электрод подсоединен к положительному полюсу источника тока. Перед электролизом в корпус заливают 0,5 л серной кислоты заданной концентрации и погружают в нее анодную корзину. Исходное напряжение 3-4 В устанавливают при разомкнутой цепи. При замыкании цепи напряжение на клеммах резко падает, а ток достигает максимального значения. По мере растворения золотого покрытия величина тока уменьшается, а напряжение возрастает. При полном снятии золотого покрытия величина напряжения превышает исходное на 0,3-0,6 В, а величина тока уменьшается в 10-15 раз.

После электролиза анодную корзину извлекают из электролита и многократным погружением в сосуд с водой отмывают ее и находящиеся в ней изделия от осевших на них мелкодисперсных частиц гидроксида золота. Затем эти частицы отфильтровывают и сушат с получением продукта 1. Для извлечения осадка гидроксида золота электролит подвергают центрифугированию при скорости 3000 об/мин в течение 15 мин. После декантации электролита осадок гидроксида золота промывают водой и сушат с получением продукта 2. Продукты 1 и 2 объединяют и прокаливают с получением металлического золота.

Пример 1.

Осуществляют извлечение золота из золотого покрытия на латунных деталях разъемов электронных плат. В этих деталях золото нанесено на промежуточный никелевый слой. Общий вес деталей 16,6 г при содержании золота 1,2 мас.%. В качестве электролита используют серную кислоту концентрацией 95,5 мас.%. Электролиз проводят при комнатной температуре и исходном напряжении 3 В. После замыкания цепи величина тока составляет 0,7 А, а напряжение резко падает до 2,4 В. На катоде сразу же начинает выделяться водород. На аноде газовыделение сначала отсутствует, затем через 1 мин после начала электролиза начинается интенсивное выделение SO₂ и окрашивание электролита вблизи анода в темный цвет. Процесс электролиза завершают при прекращении газовыделения на аноде. При этом ток снижается до 0,05 А, а напряжение возрастает до 3,4 В. Электролит становится черным. Продолжительность электролиза составила 45 мин. Выделенный гидроксид золота прокаливают при температуре 250^oС. Вес полученного металлического золота равен 0,198 г, чистота - 99,8% при содержании примесей мас.%: Cu - 0,1; Ni - 0,03; Pb - 0,01; Sn - 0,03. Извлечение золота - 99,2%. На поверхности промытых и высушенных деталей полностью отсутствуют следы золотого покрытия и коррозии.

Пример 2.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что исходное напряжение составляет 4 В, а общий вес латунных деталей равен 18,2 г. После замыкания цепи величина тока составляет 1 А, а напряжения - 3,5 В. Продолжительность электролиза до прекращения выделения SO₂ составила 29 мин, при этом ток достиг значения 0,07 А, а напряжение - 4,5 В. Выделенный гидроксид золота прокаливают при температуре 300^oС. Вес полученного металлического золота равен 0,217 г, чистота - 99,8% при содержании примесей, мас.%: Сu - 0,1; Ni - 0,06; Pb - 0,01; Sn - 0,03. Извлечение золота - 99,2%. На поверхности промытых и высушенных деталей полностью отсутствуют следы золотого покрытия и коррозии.

Пример 3.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что регенерацию ведут из золотого покрытия на медных коаксиальных разъемах общим весом 17,4 г при содержании золота 1 мас. %. В качестве электролита используют серную кислоту концентрацией 93,5 мас. %. После замыкания цепи величина тока составляет 0,75 А, а напряжения - 2,3 В. Продолжительность электролиза до прекращения выделения SO₂ составила 30 мин, при этом ток достиг значения 0,05 А, а напряжение - 3,4 В. Выделенный гидроксид золота прокаливают при температуре 200^oС. Вес полученного металлического золота равен 0,173 г, чистота - 99,9% при содержании примесей, мас. %: Сu - 0,006; Pb - 0,01; Sn - 0,01. Извлечение золота - 99,3%. На поверхности промытых и высушенных деталей полностью отсутствуют следы золотого покрытия и коррозии.

В примерах 4-7 извлечение золота из золотого покрытия осуществляют при запредельных значениях параметров процесса.

Пример 4.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что исходное напряжение составляет 2,5 В. Общий вес латунных деталей равен 17,5 г. После замыкания цепи величина тока составляет 0,35 А, а напряжения - 2,4 В. Продолжительность электролиза до прекращения выделения SO₂ составила 68 мин, при этом ток достиг значения 0,05 А, а напряжение - 2,9 В. Выделенный гидроксид золота прокаливают при температуре 300^oС. Вес полученного металлического золота равен 0,208 г, чистота - 99,9% при содержании примесей, мас.%: Cu - 0,03; Ni - 0,01; Pb - 0,006; Sn - 0,03. Извлечение золота - 98,9%. На поверхности промытых и высушенных деталей наблюдаются микроследы золотого покрытия.

Пример 5.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что исходное напряжение составляет 4,5 В. Общий вес латунных деталей равен 17,1 г. После замыкания цепи величина тока составляет 1,5 А, а напряжения - 3,9 В. Продолжительность электролиза до прекращения выделения SO₂ составила 18 мин, при этом ток достиг значения 0,1 А, а напряжение - 5,1 В. Вес полученного металлического золота составляет 0,204 г, чистота - 99,1% при содержании примесей, мас.%: Cu - 0,4; Ni - 0,1; Pb - 0,1; Sn - 0,3. Извлечение золота равно 99,1%. На поверхности промытых и высушенных деталей отсутствуют следы золотого покрытия, но наблюдаются микроследы коррозии.

Пример 6.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 3. Отличие заключается в том, что в качестве электролита используют серную кислоту концентрацией 90 мас.%. Вес медных коаксиальных разъемов равен 17,0 г. После замыкания цепи величина тока составляет 0,85 А, а напряжения - 2,7 В. При этом на катоде и аноде одновременно начинается сильное газовыделение, что объясняется протеканием электролиза воды. При достижении значения тока 0,1 А (напряжение 3,5 В) электролиз был прекращен. Продолжительность электролиза составила 50 мин. Вес полученного золота равен 0,167 г, чистота - 97,4% при содержании примесей, мас.%: Cu - 1,25; Pb - 0,3; Sn - 1,0. Извлечение золота равно 95,7%. На поверхности промытых и высушенных деталей наблюдаются следы золотого покрытия и коррозии.

Пример 7.

Осуществляют извлечение золота в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что температура электролита равна 45^oС. Общий вес латунных деталей равен 17,6 г. После замыкания цепи величина тока составляет 1,1 А, а напряжения - 2,2 В. Продолжительность электролиза до прекращения выделения SO₂ составила 15 мин, при этом ток достиг значения 0,05 А, а напряжение - 3,3 В. Вес полученного металлического золота равен 0,210 г, чистота - 99,1% при содержании примесей, мас.%: Сu - 0,3; Ni - 0,1; Pb - 0,1; Sn - 0,3. Извлечение золота равно 99,1%. На поверхности промытых и высушенных деталей наблюдаются следы коррозии.

Из вышеприведенных примеров видно, что заявляемый способ позволяет осуществить селективное электрохимическое извлечение золота из скрапа электронных и электротехнических изделий без разрушения основы из меди или ее сплавов с получением в электролите без его дополнительной химической обработки гидроксида золота, после прокалки которого получают металлическое золото чистотой не менее 99,8 мас.% при его извлечении 99,1-99,2%.

Формула изобретения

1. Способ извлечения золота из золотого покрытия на подложке из меди или ее сплава, включающий растворение золотого покрытия электролизом в электролите, содержащем серную кислоту, и выделение золота из электролита, отличающийся тем, что электролиз ведут с использованием электролита из серной кислоты концентрацией 93,5-95,5 мас.% при исходном напряжении 3-4 В с образованием осадка гидроксида трехвалентного золота, который отделяют от электролита и прокаливают с получением металлического золота.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролиз ведут при комнатной температуре.

3. Способ по пп.1 или 2, отличающийся тем, что осадок гидроксида трехвалентного золота отделяют от электролита центрифугированием.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что прокаливание осадка ведут при температуре 200-300^oС.