从旧手机里提取黄金:只要5美元成本,这种新型聚合物就能回收64美元的黄金
来源 公众号“DeepTech深科技”
撰文 都保杰、靖海
图|聚合物(COP-180)创造了从废弃电路板中提取黄金的新突破(图片来源:Yeongran Hong)
智能时代,电子设备已成为我们生活不可或缺的一部分。联合国最新发布的《2020 年全球电子废物监测》报告显示,2019 年,全球共产生了惊人的 5360 万吨电子垃圾,平均每人 7.3 千克,5 年内增长了 21%。
印制电路板就是电子垃圾中最常见的器件,每年约产生 5000 万吨,年增长率为 8.8%,其中部分的“高值板”比矿山中的矿石含有更丰富的贵金属。
报告指出,2019 年全球电子废弃物中的原材料价值约为 570 亿美元,其中铁、铜、铝和黄金对这一价值的贡献最大,按 17.4% 的官方统计的回收率算,全球电子垃圾每年可回收价值约 100 亿美元、超过 400 万吨的各类原材料,同时可减少原材料开采生产造成的 1500 万吨二氧化碳排放量,加强回收利用率是开矿冶金的很好补足。
而据业内人士称,一吨旧手机(大约 6000 部)中含有价值 1.5 万美元的金属,约包含 3.5 千克银、340 克金、130 克钯、130 千克铜,而在自然金矿开采中,每吨金精矿含金量不小于 100 克即为一级品,这每年 5000 多万吨的电子垃圾总量中,名副其实地暗藏着一个“大金矿”。
图|从电子产品中分解出来的电路板(来源:Friends of the Earth)
图|广东贵屿一家小作坊在拆解电路板(来源:ChinaDaily)
我国广东省的贵屿镇就曾是一个典型的电子垃圾污染案例,在 2017 年该镇转型之前,曾经是全球最大的“电子垃圾村”。当地处理电子垃圾最常见的方式,就是利用王水进行溶解,或着将电子垃圾直接焚烧。在这种操作工程中,工作人员很容易吸入、或者由皮肤渗入大量有害气体、液体,而排放出的废液、废水也会进一步污染环境。
由于常年用不规范的方法在电子垃圾中淘金,贵屿 80% 的儿童血液中铅含量超标,其中 70% 处于铅中毒的程度。而据研究报告估算,每年在全球无证监管的电子废物流动中,约有 50 吨汞和 7.1 万吨溴化氢塑料大量排放到自然环境中,造成严重的环境和健康威胁。为了电子垃圾这座金矿,无数像贵屿一样的地方曾经付出过、或者正在付出着惨痛的环境与健康代价。
而在发部分达国家,尽管相关立法相对到位,产业发展也相对完善,但对于黄金回收来说,由于缺乏高选择性、高产量、不含剧毒氰化物的回收过程,还是有 80% 的电子垃圾最后只能填埋了事。
因此,发展高效、低成本、高选择性的电子垃圾贵金属回收方式,既有着重要的经济意义,更有着重大的环境和健康意义。
例如,火法冶金需要先进的焚烧炉,还需要严格的污染排放控制。而湿法冶金则是利用化学物质溶解电子垃圾,再从溶液中分离贵金属。湿法冶金的工艺更加精确、更容易控制、也更有预测性的,自上世纪 80 年代中期开始便逐渐取代火法冶金。但对于黄金回收来说,湿法冶金仍有一个致命的弊端:依赖于剧毒的氰化物。
除了上述两种方法,还有一种叫做生物冶金的新型回收技术,但还处于研究的早期阶段。
因此,找到在湿法冶金的过程中可以有选择性地高效回收黄金的非氰化物,一直是研究的重点。而之前找到的大多数吸附剂,基本都只能在只含有金元素、或者只含有少量其它金属元素的溶液中回收金元素,根本无法投入实际应用。
在最近的实验中,韩国科学技术院的科研人员报告了一种高度多孔且性质稳定的卟啉(porphyrin)聚合物 COP-180,表现出了前所未有的优良性能。
在之前的研究中,研究人员就发现卟啉对于贵金属有很好的亲和性和选择性。因此,理论上,如果制成永久性的多孔网状聚合物,卟啉应该可以用来吸附金原子。
通过将卟啉与吩嗪结合,他们赋予了卟啉以鲁棒性和抗氧化性。由此形成的共价有机聚合物——COP-180,理论上每一个分子都可以吸附 1 个贵金属原子。换句话说,如果实验的结果符合理论预期的话,每克 COP-180 应该可以从湿法冶金的电路板浸出液中吸附 0.173 克的黄金。
图|COP-180 的合成(来源:Hong 2020,PNAS)
实验的结果令研究人员大喜过望。
参考:
https://www.pnas.org/content/117/28/16174
http://www.xinhuanet.com/fortune/2020-01/15/c_1125462535.htm
https://globalewaste.org/
http://www.nbd.com.cn/articles/2017-12-31/1177806.html
Rao MD, Singh KK, Morrison CA, Love JB. Challenges and opportunities in the recovery of gold from electronic waste. RSC Adv 2020;10:4300–9. doi:10.1039/c9ra07607g.
电子垃圾的回收和利用技术现状[J].世界有色金属,2018(6):209-211.
本文转载自公众号“DeepTech 深科技”
(ID:deeptechchina)
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