استخراج طلا از برد با تیزاب سلطانی
استخراج طلا از برد با تیزاب سلطانی و اهمیت بازیافت آن
یکی از روش های مدرن و ایمنتر در استخراج طلا از برد، استفاده از تیزاب سلطانی است که در مقایسه با فرآیندهای مبتنی بر سیانید، به ویژه در واحدهای کوچک و متوسط، مزایای قابل توجهی دارد. در این مقاله، فرآیند شیمیایی استخراج طلا از برد با تیزاب سلطانی بررسی شده و نحوه بازیابی این فلز ارزشمند از بردهای الکترونیکی مستعمل توضیح داده شده است.
حتما ویدیوی زیر را تماشا کنید!!!
طلا، عنصری کمیاب است و غلظت آن در پوسته زمین به تنها ۰.۰۰۵ ppm میرسد. این میزان پایین باعث ایجاد چالش هایی در پاسخ به تقاضای روزافزون برای این فلز ارزشمند شده است. به دلیل خاصیت سیدروفیلی (علاقه به ترکیب با سایر فلزات)، طلا اغلب به صورت ترکیب با فلزاتی مانند نقره، مس و سایر فلزات یافت میشود.
از نظر فیزیکی و شیمیایی، طلا دارای مقاومت بسیار بالا در برابر مواد شیمیایی و هدایت الکتریکی عالی است. این ویژگی ها باعث شدهاند که طلا در صنایع الکترونیکی کاربرد گستردهای پیدا کند و به عنوان پوشش اتصالات و مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرد.
همچنین کمیاب بودن و مقاومت بالای طلا در برابر مواد شیمیایی باعث شده است که این فلز بهعنوان یک ذخیره ارزشمند و ابزار سرمایه گذاری مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، در صنایع طلا و جواهرسازی، ضرب سکه، تزئینات، طلاکاری و صنایع لوکس نیز کاربرد فراوان دارد.
در چهار دهه اخیر، با توسعه فرآیندهای هیدرومتالورژی پیشرفته، میزان تولید جهانی طلا دو برابر شده است. با توجه به محدودیت منابع معدنی، افزایش تولید و نوسانات قیمت طلا، اهمیت بازیافت طلا از محصولات دست دوم و ضایعات الکترونیکی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. این رویکرد نه تنها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است، بلکه به حفاظت از منابع طبیعی و محیط زیست نیز کمک میکند.
چالش های اصلی در استخراج طلا
استخراج طلا همواره با موانع قابل توجهی همراه است و یکی از مهمترین این چالش ها، مقاومت شیمیایی بسیار بالای طلا در برابر مواد واکنشگر است. همین ویژگی که طلا را به فلزی پایدار و ارزشمند تبدیل کرده، در فرآیند های هیدرومتالورژی به یک نقطه ضعف تبدیل میشود. بسیاری از مواد قادر به حل کردن طلا نیستند و تنها ترکیبات محدود و ویژه ای میتوانند این فلز را در خود حل کنند.
از جمله این ترکیبات میتوان به سیانیدها، ترکیبات کلردار و ترکیبات گوگردی اشاره کرد؛ موادی که علاوه بر قدرت حل کنندگی بالا، ویژگی هایی نظیر خورندگی شدید و سمیت قابل توجه دارند. استفاده گسترده از این مواد در فرآیند استخراج، مشکلات جدی زیست محیطی ایجاد میکند؛ از جمله آلودگی آب و خاک، تهدید سلامت انسان و آسیب به اکوسیستمهای طبیعی. به همین دلیل، توسعه روشهای نوین استخراج بهسمت کاهش مصرف مواد شیمیایی خطرناک و جایگزینی آنها با ترکیبات کمخطرتر حرکت میکند.
با این حال، مسائل زیست محیطی تنها بخشی از مشکلات موجود در این حوزه هستند. در بسیاری از روش های سنتی و صنعتی استخراج طلا، میزان قابل توجهی از سنگ معدن و مواد اولیه در فرآیند هدر میرود؛ موضوعی که علاوه بر افزایش هزینه نهایی، بهرهوری عملیات را نیز کاهش میدهد. همین عوامل باعث شدهاند که تلاشهای گستردهای برای یافتن فرآیندهای جایگزین، بهینهتر و سازگار با محیط زیست صورت گیرد؛ فرآیندهایی که علاوه بر حفظ بازده استخراج، کمترین اثر مخرب را بر محیط و منابع طبیعی داشته باشند.
جایگزین های سیانید در فرآیند استخراج طلا از برد
با توجه به مشکلات زیست محیطی و ایمنی ناشی از استفاده گسترده از سیانید در استخراج طلا، در سال های اخیر تلاشهای بسیاری برای یافتن جایگزینهای کارآمد آغاز شده است. روش های مختلفی برای کاهش وابستگی به ترکیبات سیانیدی معرفی شدهاند که یکی از مهمترین و کارآمدترین آنها تیزاب سلطانی است. در ادامه، این ترکیب و سایر جایگزین ها را بررسی میکنیم.
تیزاب سلطانی (Aqua Regia)
تیزاب سلطانی مخلوطی بسیار قوی متشکل از اسید نیتریک و اسید کلریدریک غلیظ است و به دلیل توانایی کم نظیر آن در حل کردن طلا، به این نام مشهور شده است. نکته قابل توجه این است که هیچ کدام از این دو اسید به تنهایی قادر به حل کردن طلا نیستند؛ اما ترکیب آنها در نسبت معمول یک چهارم اسید نیتریک به سه چهارم اسید کلریدریک امکان انحلال طلا را فراهم میکند.
در این فرآیند، اسید نیتریک ابتدا طلا را اکسید کرده و آن را به یون های سهظرفیتی تبدیل میکند. سپس یون های کلرید حاصل از اسید کلریدریک با یون های طلا واکنش داده و کمپلکس پایدار تتراکلرو اورات را تشکیل میدهند. معادله شیمیایی این واکنش به شکل زیر است:
Au + HNO₃ + 4HCl → AuCl₄⁻ + H⁺ + NO + 2H₂O
در شرایط مناسب و با کنترل دقیق پارامترهای فرآیند، این مخلوط میتواند طی چند ساعت بازدهی نزدیک به ۱۰۰ درصد را در حل کردن طلا ارائه دهد. علاوه بر طلا، تیزاب سلطانی قادر است برخی فلزات خنثی و گران بها مانند پلاتین، روتنیوم و رودیوم را نیز حل کند.
با وجود این مزایا، تیزاب سلطانی به دلیل خورندگی بسیار بالا، ناپایداری شیمیایی و تولید بخارات خطرناک تنها در واحدهایی با مقیاس کوچک و متوسط کاربرد دارد. یکی دیگر از چالشهای این روش تشکیل رسوب کلرید نقره (AgCl) است که باعث میشود بخش قابل توجهی از نقره موجود در مواد اولیه از دست برود.
سایر روش های جایگزین حل کردن طلا
به جز تیزاب سلطانی، ترکیبات و روشهای دیگری نیز برای حل کردن یا استخراج طلا مورد استفاده قرار میگیرند که هرکدام ویژگی های خاص خود را دارند. برخی از شناخته شده ترین این جایگزین ها عبارتند از:
کلریناسیون (Chlorination)
استفاده از برم یا ید
تیوسیاناتها
تیوسولفات
تیواوره (Thiourea)
استخراج زیستی (Bioleaching)
اگرچه این روشها هنوز در بسیاری از صنایع در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارند، اما هدف اصلی آنها ارائه راهکاری با سمیت کمتر، پایداری بیشتر و آلودگی زیست محیطی پایینتر است.
در سال های اخیر، استفاده از تیزاب سلطانی در بازیافت بردهای الکترونیکی به طور ویژه مورد توجه قرار گرفته است؛ زیرا طلا در این قطعات به صورت لایه های نازک و خالص وجود دارد و انحلال آنها با این ترکیب بسیار کارآمد است. در بخش بعدی به جزئیات این فرآیند خواهیم پرداخت.
ضایعات بردهای الکترونیکی و اهمیت بازیافت آنها
بردهای الکترونیکی، که نقش مغز فرمان و کنترل اکثر تجهیزات دیجیتال را بر عهده دارند، اگرچه تنها حدود سه درصد از وزن کل دستگاه های الکترونیکی را شامل میشوند، اما به دلیل وجود فلزات با ارزش در ساختارشان، از مهم ترین و اقتصادی ترین انواع ضایعات الکترونیکی محسوب میشوند.
ترکیبات و ساختار بردهای الکترونیکی
بردهای معمولی از ترکیبی از رزینهای اپوکسی، فایبرگلاس و لایههایی از مس ساخته میشوند. برای افزایش مقاومت حرارتی و جلوگیری از اشتعال، ترکیبات برومینه نیز به رزین افزوده میشود. بررسیهای انجامشده نشان میدهد که یک برد چاپی استاندارد به طور میانگین شامل ۴۰ درصد فلز، ۳۰ درصد رزین اپوکسی و ۳۰ درصد مواد سرامیکی است. با این حال نوع برد و کاربرد آن میتواند این نسبتها را تغییر دهد.
فلزات ارزشمندی مانند مس، آهن، قلع، سرب، روی، طلا، نقره و پالادیوم در ساخت بردها نقش دارند. از میان آنها مس بیشترین سهم و بیشترین ارزش بازیافتی را دارد؛ زیرا میتوان آن را بهعنوان یک فلز ثانویه با کیفیت بالا در صنایع مختلف به کار برد. در مقابل، مواد غیر فلزی شامل رزینهای ترموست و افزودنیهای تقویتکننده، بازیافت دشواری دارند و فرآیند بازیابی آنها معمولاً هزینهبر بوده و آلودگی زیستمحیطی ایجاد میکند.
ضرورت و فرآیند بازیافت ضایعات بردهای الکترونیکی
بردهای الکترونیکی پس از گذر از چرخه عمر خود، کارایی اولیه را از دست میدهند و بهترین گزینه برای مدیریت این ضایعات ارزشمند، بازیافت است. فرآیند بازیافت بردها – مانند برد مخابراتی – شامل سه مرحله اساسی است:
۱. پیش آماده سازی:
در این بخش، قطعات قابل استفاده، قطعات خطرناک و مواد ارزشمند از طریق جداسازی یا خردایش اولیه از بردها جدا میشوند.
۲. بازیافت فیزیکی:
در مرحله فیزیکی، ضایعات خرد شده و به ذرات کوچک تبدیل میشوند. سپس بر اساس ویژگیهای فیزیکی مانند مغناطیسی بودن، رسانایی الکتریکی یا چگالی، اجزا از یکدیگر تفکیک میشوند.
برخی از فناوریهای رایج در این مرحله شامل موارد زیر هستند:
جداکننده های مغناطیسی: برای جداسازی آهن و فلزات فرو.
جداسازی گردابهای (Eddy Current): مناسب برای تفکیک فلزات غیرآهنی از مواد نارسانا.
جداسازی الکترواستاتیک کرونا: مبنی بر تفاوت هدایت الکتریکی مواد.
روش سینک–فلوات (Sink–Float): جداسازی بر پایه اختلاف دانسیته اجزا.
این روشها از نظر هزینه، انرژی مصرفی و آلودگی زیستمحیطی بسیار مقرونبهصرفه هستند و در واحدهای کوچک و متوسط بازیافت کاربرد گستردهای دارند.
۳. بازیافت شیمیایی:
بخش شیمیایی اغلب شامل فرآیندهای پیرولیز (Pyrolysis) و گسیفیکیشن (Gasification) است.
در روش پیرولیز، رزینها و ترکیبات آلی در اثر گرما تجزیه شده و به مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل میشوند. همزمان فلزات و فایبرگلاس نیز از این فرآیند جدا و قابل بازیابی میشوند. از آنجا که رزین ها منشأ نفتی دارند، تجزیه حرارتی آنها در این روش امکان بازگشت به چرخه تولید مواد شیمیایی را فراهم میکند.
این روش در مقایسه با روشهای سنتی، مزیتهای اقتصادی و زیستمحیطی قابل توجهی دارد.
برای بخشهای غیر فلزی باقیمانده نیز روشهایی با افزودن مواد جدید انجام میشود. استفاده از رزین پلیاستر غیراشباع یکی از راهکارهای رایج جهت یکپارچهسازی و بازیافت ترکیبات غیر فلزی است.
استخراج طلا از بردهای الکترونیکی با استفاده از تیزاب سلطانی
استخراج طلا از بردهای الکترونیکی یکی از روشهای پرکاربرد در صنعت بازیافت ضایعات الکترونیک است و به دلیل بازده مناسب و خطرات کمتر نسبت به فرآیندهای مبتنی بر سیانید، طرفداران زیادی پیدا کرده است. تیزاب سلطانی که یکی از قویترین حلالهای شناختهشده برای فلزات گرانبهاست، میتواند طلا را با راندمان بالا در مقیاسهای کوچک و نیمهصنعتی حل و از سایر مواد جدا کند. فرآیند بازیافت طلا از مدارهای چاپی با این روش در سه گام اصلی انجام میشود که در ادامه به تشریح آن پرداخته میشود.
مرحله اول: جداسازی اولیه و آماده سازی بردها
در نخستین مرحله، قطعات الکترونیکی لحیمشده مانند چیپها، آیسیها و المانهای ریز با استفاده از اسید نیتریک از روی برد جدا میشوند. اسید نیتریک قادر است اتصالات لحیمی و فلزات پایه موجود در بردهای کامپیوتری را تجزیه کرده و سطح کار را برای حلسازی طلا آماده کند. میزان موفقیت این مرحله به عواملی همچون دما، غلظت اسید، نسبت جامد به مایع و زمان ماند مواد در محلول وابسته است.
در طول واکنش، گازهای اکسید نیتروژن آزاد میشود که همین موضوع سبب ایجاد کف، افزایش حجم محلول و بالا رفتن دما میگردد. به دلیل گرمازا بودن این واکنشها، رعایت ایمنی، کنترل حجم مواد و کار در مقادیر کم ضرورت دارد. پس از پایان واکنش، مواد جامد باقی مانده که حاوی طلا و سایر فلزات گران بها هستند، از طریق فیلتراسیون جمع آوری میشوند.
مرحله دوم: حلسازی طلا با تیزاب سلطانی
در مرحله بعد، مخلوط تیزاب سلطانی شامل یکچهارم اسید نیتریک و سهچهارم اسید کلریدریک به جامدات مرحله قبل افزوده میشود. این ترکیب هنگام حرارت دیدن و همزدن یکنواخت، طلا را به صورت کامل در خود حل کرده و آن را از سایر مواد غیرمحلول جدا میکند. واکنش شیمیایی زیر، نحوه تبدیل طلا به کمپلکس تتراکلرو اورات را نشان میدهد:
Au + HNO₃ + 4HCl → AuCl₄⁻ + H⁺ + NO + 2H₂O
محلول حاصل از این مرحله حاوی یونهای طلا است و باید بهدرستی از حالت محلول خارج شود. برای این کار ابتدا مقدار دقیقی اوره به محلول افزوده میشود تا اسید اضافی خنثی گردد و واکنشهای جانبی متوقف شود. سپس سدیم متابیسولفیت که پودری سفیدرنگ است به محلول اضافه میشود تا طلا مجدداً به شکل فلزی کاهش یافته و به صورت رسوب قهوه ای یا مشکیرنگ ته نشین شود. رسوب طلای به دست آمده معمولاً ناخالصی هایی دارد که با ذوب در دمای بالا یا پالایش های تکمیلی برطرف میشوند و طلا به شکل خالصتری قابل جداسازی خواهد بود.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.