Phân tích và thu hồi các kim loại vàng bạc trong phế liệu của công nghiệp điện tử

Kho¸ luËn tèt nghiÖp SVTH: NguyÔn Kh©m Kh«i Chuyªn ngµnh ho¸ ph©n tÝch 1 Trêng §¹i häc Vinh Khoa ho¸ häc ======== NguyÔn Kh©m KH«i Kho¸ luËn tèt nghiÖp ®¹i häc Ph©n tÝch vµ thu håi c¸c kim lo¹i vµng b¹c trong phÕ liÖu cña c«ng nghiÖp ®iÖn tö Chuyªn ngµnh: Ho¸ ph©n tÝch ====Vinh, 2006=== Kho¸ luËn tèt nghiÖp SVTH: NguyÔn Kh©m Kh«i Chuyªn ngµnh ho¸ ph©n tÝch 2 Trêng §¹i häc Vinh Khoa ho¸ häc ======== Ph©n tÝch vµ thu håi c¸c kim lo¹i vµng b¹c trong phÕ liÖu cña c«ng nghiÖp ®iÖn tö Kho¸ luËn tèt nghiÖp ®¹i häc Chuyªn ngµnh: Ho¸ ph©n tÝch Gi¸o viªn híng dÉn: Th.s. NguyÔn Quang TuÖ Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Kh©m Kh«i ====Vinh, 2006=== Khoá luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Trong quá trình su tầm và tiến hành nghiên cứu đề tài, Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, thạc sỹ Nguyễn Quang Tuệ, giảng viên Khoa hoá học Trờng Đại học Vinh cùng toàn thể các thầy, cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm khoa Hoá học đã hớng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt khoá luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ của gia đình và bạn bè trong quá trình tôi làm khoá luận. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhng do hạn chế về trình độ và kinh nghiệm nghiên cứu nên đề tài này chắc chắn không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Rất mong đợc thầy, cô và các bạn góp ý và giúp đỡ, để bản thân tiến bộ và làm tốt hơn ở những công trình sau. SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 3 Khoá luận tốt nghiệp mục lục Mở đầu .2 Phần I: Tổng quan .3 I.1. Hoá học của Bạc và một số hợp chất của Bạc .3 I.1.1. Giới thiệu chung về Bạc 3 I.1.2. Hoá học các hợp chất Bạc(I) .5 I.1.2.1. Quặng Agentit Ag 2 S 5 I.1.2.2. Bạc oxit Ag 2 O 5 I.1.2.3. Bạc hiđroxit AgOH .6 I.1.2.4. Bạc nitrat AgNO 3 6 I.1.2.5. Bạc halogenua AgX .7 I.1.3. Các hợp chất Bạc(II) và Bạc(III) .11 I.1.4. Khả năng tạo phức của Bạc(I) và của AgX .12 I.1.4.1. Khả năng tạo phức của Bạc(I) .13 I.1.4.2. Khả năng tạo phức với phối tử NH 3 , S 2 O 3 2- , CN - .14 I.1.4.3. Khả năng tạo phức của AgX trong dung dịch Hiđrohalogenua và muối Halogenua Bazơ 16 I.2. Giới thiệu chung về Vàng và hợp chất của Vàng .16 I.2.1. Hoá học các hợp chất của Vàng 18 I.2.2. Vàng oxit .18 I.2.3. Hợp chất của Vàng(I) halogenua và Vàng(I) xianua 19 I.2.4. Các hợp chất Vàng(III) .20 Phần II: Thực nghiệm 22 II.1. Một số qui trình điều chế kim loại quí 22 II.1.1. Qui trình nhiệt luyện 22 II.1.2. Qui trình thuỷ luyện .22 II.1.3. Qui trình điện phân 23 II.1.4. Qui trình thổi chì .23 SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 4 Khoá luận tốt nghiệp II.1.5. Phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử .23 II.2. Một số qui trình tách Vàng, Bac từ muối và hợp kim của chúng .24 II.2.1. Đi từ hợp kim có chứa đồng 24 II.2.2. Tách Vàng, Bạc từ hợp kim có chứa Au, Ag, Cu, Zn, Pb, Sn .25 II.2.3. Đi từ các muối Bạc halogenua .25 II.2.4. Đi từ muối Bạc nitrat .26 II.2.5. Đi từ hợp chất Xianua 26 II.2.6. Tách Bạc từ nớc thải công nghiệp phim ảnh .27 II.2.7. Tinh chế Vàng .28 II.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị. 30 II.3.1. Hoá chất .30 II.3.2. Pha chế hoá chất 30 II.3.3. Dụng cụ và thiết bị .31 II.4. Định tính Au, Ag, Cu trong hợp kim 31 II.5. định lợng Au, Ag, Cu trong hợp kim .35 II.5.1. Tách Bạc từ hợp kim làm chân điện tử 35 II.5.2. Tách Vàng từ lợng chất rắn 39 II.5.3. Khả năng tách 40 Phần III: Kết quả và thảo luận .41 III.1. Kết quả .41 III.1.1. Kết quả thu đợc khi tách bạc từ hợp kim làm chân điện tử 41 III.1.2. Kết quả thu đợc khi tách bạc, vàng từ hợp kim làm chân chíp máy vi tính .42 III.2. Thảo luận .42 Phần IV: Tổng kết 43 Tài liệu tham khảo 44 SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 5 Khoá luận tốt nghiệp Mở đầu Cùng với nguyên tố platin, vàng, bạc là các kim loại quý hiếm nhờ tính bền vững, không bị phá hủy trong nhiều môi trờng của nó, chúng giữ đợc màu sắc sáng bóng lâu dài, chính vì vậy từ xa xa, chúng đã đợc loài ngời dùng làm đồ trang sức, mỹ nghệ, làm vật trao đổi có giá trị cao. Trong đời sống các quốc gia trên thế giới, dùng vàng, bạc bảo đảm tiền tệ quốc gia Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật đòi hỏi tính bền vững, lâu dài nên ngoài việc sử dụng vàng bạc làm đồ trang sức, mỹ nghệ thì vàng bạc còn đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ hiện đại, nhất là những ngành có thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao, độ tin cậy, độ bền vững, độ an toàn cao. Một trong số đó là ngành kỹ thuật điện, điện tử, vi điện tử, điện hóa Trong những năm gần đây với sự phát triển không ngừng và có tính nhảy vọt của các ngành điện tử, vì vậy hàng năm trên thế giới tiêu thụ một lợng vàng, bạc rất đáng kể cho kỷ thuật điện tử, vi điện tử làm cho trữ lợng vàng trên thế giới giảm đi, do đó việc thu hồi vàng, bạc từ phế liệu điện tử là việc làm cần thiết và đợc nhiều ngời quan tâm. Không phải vì tính thiết thực về kinh tế của nó mà còn với mục đích bảo vệ môi trờng và chống lại sự lãng phí. Trong phạm vi đề tài, vì điều kiện có hạn nên chúng tôi sử dụng một số phơng pháp thích hợp để thu hồi vàng, bạc từ phế liệu điện tử nh máy tính, tivi, đài radio Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành nh thông tin, điện tử, vi điện tử thì nhu cầu sử dụng vàng, bạc trong kỷ thuật sản xuất đang cao, nên sự thu hồi vàng, bạc từ phế liệu điện tử càng cần thiết, thiết thực. SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 6 Khoá luận tốt nghiệp Phần I: Tổng quan I.1. Hóa học của bạc và một số hợp chất của nó I.1.1. Giới thiệu chung về bạc - Tên gọi theo latinh: Argentum - Ký hiệu hóa học: Ag - Cấu hình electron hóa trị: [Kr]4d 10 5s 1 (Z = 47) - Khối lợng nguyên tử: 107,868 Bạc là nguyên tố thuộc chu kỳ 5, phân nhóm phụ nhóm I (Nhóm IB) Bạc là một trong những kim loại quý đợc biết đến từ thời thợng cổ (cách đây hơn 6000 năm). Bạc tinh khiết có màu trắng bạc, tơng đối mềm, dễ dát mỏng và kéo sợi, có khả năng phản xạ ánh sáng tốt, kết tinh dạng hình lập ph- ơng và hình tám mặt, khối lợng riêng là 10,49 g/cm 3 , nhiệt nóng chảy khoảng 960,5 0 C, nhiệt độ sôi 2152 0 C. Bạc hoàn toàn trơ đối với nớc, khi nóng chảy bạc hấp thụ ôxi trong không khí, khi để nguội ôxi sẽ thoát ra. Nếu để trong môi trờng có H 2 S thì Ag sẽ bị phủ bởi một lớp Ag 2 S mất độ sáng trắng. Bạc dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Trong tự nhiên bạc chiếm khoảng 2.10 -6 % khối lợng vỏ trái đất, có thể tồn tại dạng tự do, trong thực tế ta thờng gặp dạng Ag 2 S (Khoáng chất Agentit) lẫn với quặng Sunfua của chì (PbS); Hàm lợng Ag trong Ag 2 S khoảng 87,1%, ngoài ra nó còn có trong các loại quặng khác nhng với hàm lợng Ag thấp hơn nh haumatit (Ag 2 Se); Prustit (Ag 2 AsS 3 ). Trên thế giới, bạc đợc sản xuất nhiều ở các nớc Mehico, Mỹ, Peru, Ôxtraylia, Canada Bạc là kim loại kém hoạt động, nó không phản ứng với Ôxi ngay cả trong nhiệt độ cao nhng lại bị xỉn đen trong không khí có chứa H 2 S. 4Ag + 2H 2 S + O 2 = 2Ag 2 S + 2H 2 O Đây là nguyên nhân làm cho các dụng cụ bằng bạc xám đen sau một thời gian bị xỉn đen. SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 7 Khoá luận tốt nghiệp Bạc không tác dụng với các axit không có tính Ôxi hóa nh HCl, H 2 SO 4 loãng, CH 3 COOH. (trừ HCOOH). Không phản ứng với kiềm ngay cả khi nung chảy kiềm ở nhiệt độ cao. Đối với các axit có tính Ôxi hóa mạnh nh HNO 3 , H 2 SO 4 đặc, nóng, nớc c- ờng thủy (hỗn hợp của HCl + HNO 3 theo tỷ lệ 3:1) thì bạc tạo thành AgCl. Để hòa tan bạc tốt nhất là dùng HNO 3 chuyển bạc thành muối Bạc Nitrat (AgNO 3 ) Ag + 2HNO 3 AgNO 3 + NO 2 + H 2 O Bạc có bậc Ôxi hóa +1; +2; +3 trong đó bậc Ôxi hóa +1 là bền và đặc tr- ng nhất đối với bạc, điều này đợc giải thích bằng năng lợng ion hóa thứ I của bạc tơng đối bé (I 1 = 7,57 eV) và một phần liên quan đến độ bền tơng đối của cấu hình electron 4d 10 vì cấu trúc này đã đợc hình thành từ nguyên tố đứng trớc nó trong bảng hệ thống tuần hoàn (của Mendeleep) là nguyên tố Pd (4d 10 5S 0 ). Bạc đợc ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống, trớc đây bạc chỉ đợc dùng làm đồ trang sức, mỹ nghệ, làm vật trao đổi, mua bán, dùng làm dụng cụ ăn uống(cho vua chúa, tầng lớp quý tộc). Ngày nay ngoài những ứng dụng trên, bạc còn đợc ứng dụng vào một số ngành khoa học kỹ thuật, y tế. Trong kỹ thuật: Bạc thờng đợc dùng để mạ lên các vật dụng kim loại, các dụng cụ phòng thí nghiệm, y khoa, nha khoa, các linh kiện điện tử, cơ điện, hàng khôngcần độ chính xác cao. Bạc thờng đợc dùng để mã, bảo vệ các mạch dẫn, hay các chân điện tử, bởi Ag kém hoạt động không bị oxi hóa bởi ôxi, không tan trong các axit không có tính oxi hóa, dẫn điện tốt, chịu nhiệt tốt nên có độ chính xác cao, bền, lâu dài. Trong đời sống: Bạc phản quang rất tốt nên các hợp chất của bạc đóng vai trò quan trọng trong các vật liệu cảm quang, phản kim, dùng tráng gơng, đ- ợc ứng dụng trong phòng thí nghiệm. Hợp chất AgNO 3 là một thuốc thủ quan trọng trong phòng thí nghiệm. Trong y khoa với liều lợng thích hợp nó đợc dùng để làm thuốc tra mắt, thuốn viêm họng, bệnh co thắt. SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 8 (Au, Ag) Hợp kim HNO 3 đ t 0 Rắn không tan Dung dịch A dd FeSO 4 AgCl Dung dịch B + Zn H + , t 0 Ag + Na 2 B 4 O 7 Nung ở t 0 cao Ag tinh khiết Nước cường thuỷ Dung dịch C Dung dịch D Chất rắn + Na 2 B 4 O 7 Nung ở t 0 cao Au tk Khoá luận tốt nghiệp Trên thế giới hàng năm sử dụng đến hàng ngàn tấn Ag cho các ngành kỹ thuật điện tử, phim ảnh, làm cho trữ lợng Ag trên thế giới ngày càng giảm sút nên ngời ta đang tìm cách thay thế Ag trong các ngành kỹ thuật. Ngoài ra còn tìm phơng pháp thu hồi và tái sử dụng lại các nguyên tố đó. I.1.2. Hoá học các hợp chất Ag (I) Nh đã nói ở trên trạng thái oxi hóa +1 là đặc trng nhất đối với Ag trong tự nhiên Ag(I) tồn tại trong quặng hoặc muối nh Ag 2 S, Ag 2 O, AgNO 3 , AgX (X là halozen nh : Cl, Br, I); AgOH. I.1.2.1. Quặng Agentit (Ag 2 S) Trong tự nhiên tồn tại dới dạng Agentit Ag 2 S có màu đen, có tích số tan rất bé T Ag 2 S = 6,3.10 -50 ; T nc = 825 0 C. Ag 2 S đợc tạo thành khi cho H 2 S tác dụng với Ag có hơi ẩm và không khí hay cho H 2 S hoặc dung dịch Na 2 S tác dụng với dung dịch muối bạc (I) 4Ag + 2H 2 S + O 2 = 2Ag 2 S + H 2 O 2AgNO 3 + Na 2 S = Ag 2 S + 2NaNO 3 Khi nung nóng trong không khí tạo ra Ag và SO 2 , khi tác dụng với HNO 3 tạo ra AgNO 3 Ag 2 S + O 2 = 2Ag + SO 2 3Ag 2 S + 8HNO 3 = 6AgNO 3 + 2NO + 3S + 4H 2 O I.1.2.2. Bạc ôxit (Ag 2 O) Là chất rắn màu nâu đen có kiến trúc lập phơng tâm khối. Bạc ôxit đợc tạo thành khi nung nóng Ag ở 300 0 C dới áp suất cao của khí quyển ôxi theo phơng trình phản ứng: 4Ag + O 2 = 2Ag 2 O Bạc ôxit (Ag 2 O) phân hủy thành nguyên tố ở 200 0 C. Trong thực tế nó đ- ợc điều chế bằng cách cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối AgNO 3 : 2AgNO 3 + 2 NaOH = Ag 2 O + 2NaNO 3 + H 2 O SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 9 Khoá luận tốt nghiệp Dới 100 0 C thì Ag 2 O bền (nên có thể sấy khô ở 80 0 C). Trong dung dịch NH 3 thì Ag 2 O tan tốt nhờ sự tạo thành phức: Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O = 2[Ag(NH 3 )]OH I.1.2.3. Bạc Hiđrôxit (AgOH) AgOH là Hiđrôxit không bền, không tách ra đợc ở dạng tự do vì ngay khi đợc tạo thành đã phân hủy. Trong nớc tuy Ag 2 O ít tan nhng có tác dụng một phần với nớc làm cho dung dịch có tính kiềm. Ag 2 O + H 2 O 2AgOH 2Ag + + OH - Thực tế muối AgNO 3 không bị thủy phân điều đó chứng tỏ AgOH là chất kiềm mạnh. Ngời ta sử dụng tính chất này để điều chế Hđrôxit của kim loại bằng cách tác dụng của huyền phù Ag 2 O trong nớc với Clorua kim loại. Ag 2 O + H 2 O + 2RbCl = 2RbOH + 2AgCl I.1.2.4. Muối bạc Nitrat (AgNO 3 ) AgNO 3 là muối bạc (I) thông dụng nhất, kết tinh dạng tinh thể lập phơng không màu nóng chảy ở 209,7 0 C. Đợc điều chế bằng cách hòa tan Ag kim loại trong HNO 3 và kết tinh từ dung dịch nớc. Ag + 2HNO 3 = AgNO 3 + NO 2 + H 2 O AgNO 3 phân hủy nhiệt ở khoảng gần 300 0 C ở áp suất cao. AgNO 3 Ag + 1/2O 2 + NO 2 Dới tác dụng của ánh sáng ở điều kiện thờng nếu có mặt của hợp chất hữu cơ (hay chất khử khác) thì AgNO 3 bị phân hủy thành Ag vì vậy nếu AgNO 3 dây ra tay, quần áo sẽ để lại các vết đen. Vì vậy để bảo quản AgNO 3 ngời ta sử dụng bình có màu sẫm và có nút màu nhám. Đặc trng của AgNO 3 là phản ứng với Halozen (X) tạo thành các kết tủa AgX ít tan: AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3 Phản ứng này đợc sử dụng trong hóa học nhằm định tính và định lợng bạc trong các dung dịch chứa bạc. SVTH: Nguyễn Khâm Khôi Chuyên ngành hoá phân tích 10