Учебный корпус №2 Важность извлечения драгоценных металлов из старой техники Секция



Дата14.04.2017
Размер1.24 Mb.
Просмотров328
Скачиваний0
ТипРеферат

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ ШКОЛА № 1329

Учебный корпус № 2


Важность извлечения драгоценных металлов из старой техники

Секция: экология

Автор работы: Шептяков Иван Дмитриевич,

11 класс, школа №1329


Научный руководитель: Мещерякова Людмила Михайловна,

к.п.н, учитель химии

Скрябина Алёна Юрьевна,

учитель химии


Москва 2017
Содержание:

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Глава 1. Литературный обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    1. Ситуация в мире . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    2. Электронный мусор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    3. «Производители» электронного мусора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    4. «Мусорные города» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    5. Ситуация в России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    6. Положительные аспекты электронного мусора . . . . . . . . . . . . . . . 9

    7. Содержание драгоценных металлов в электронике . . . . . . . . . . . 10

    1. Получение. Методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

      1. С помощью электролиза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

      2. Травление в царской водке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

      3. Травление в азотной кислоте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

      4. С использованием перекиси водорода и соляной кислоты 14

    2. Сплавление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Глава 2. Экспериментальная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

  1. Эксперимент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

    1. Первый этап. Сборка деталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    2. Второй этап. Отсоединение контактов . . . . . . . . . . . . . . . 16

    3. Третий этап. Аффинаж золота в смеси HCl и H2O2 . . . . . 17

Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Источники информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Введение

Проблема переработки мусора остается на сегодняшний день проблемой всех стран, даже развитых. Полная переработка ТБО не налажена сегодня ни в одной стране (исключением может, наверное, являться только Германия). В особенности это связано с отработанной электронной техникой, так как это достаточно трудоемкий процесс, а приборы по переработке электроники на данный момент пока не изобретены (существуют лишь единичные экспериментальные экземпляры).


Актуальность проблемы

Проблема мусора на сегодняшний день является настолько явной, что даже не требует конкретных подтверждений. Об этом говорят СМИ по всему миру, а также написано в школьных учебниках (учебники по немецкому языку "Мозаика" 7,8 классы), даже мы сами являемся прекрасным примером подтверждения: выбрасывая каждую неделю не один мешок мусора. Что касается электроники, то вряд ли кто-то из нас утилизирует старую технику в соответствии с нормативными документами. Безусловно, шаги к решению данной проблемы делаются, и даже в России, которая в плане экологии отстает от своих европейских соседей.


Экологический аспект проблемы

Проблема, связанная с электронным мусором, является в первую очередь экологической проблемой. В любой электронике используется ряд веществ, многие из которых являются опасными для окружающей среды: соединения 6-ти валентного хрома, сурьмы, кадмия, брома и свинца, который до 2005 года составлял до 20% от общей массы прибора, а также мышьяк и ртуть, содержащиеся как правило в экранах[1]. (Наглядный пример: установлено, что один выброшенный телевизор загрязняет около 100 м2 в течении 50ти лет)[2].




Экономические аспекты проблемы

Эту проблему также можно назвать и экономической. Как было сказано уже выше, до автоматизации процесс переработки старой электроники ещё не доведён, а потому считается с экономической точки зрения убыточным. Но насколько выделение ценных металлов из "мусора" является убыточным, я хочу определить самостоятельно в ходе моего эксперимента.

Во вторых, уже давно установлено, что минеральные ресурсы Земли исчерпаемы, поэтому человечество ищет альтернативные источники сырья. В данной ситуации извлечение из отработанной техники цветных и драгоценных металлов, возможно, является удачным решением.
Цели и задачи проекта

Мною была выдвинута гипотеза об экологической и экономической целесообразности выделения драгоценных металлов из старой техники.

Может ли это предприятие окупить себя - я попробую выяснить самостоятельно.

1. Таким образом, целью работы является определение выгодности добычи драгоценных металлов (в частности - золота) из электронной техники.

А для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать источники, связанные со способами получения драгоценных металлов

- попытаться получить эти металлы и оценить выгодность данного процесса

2. Ещё одной целью моего проекта является привлечение внимания общественности к проблеме электронного мусора. Его переработка не только необходима для сохранения и восстановления положительной экологической ситуации в мире, но также, возможно, является экономически выгодным предприятием. А как известно, большинство экологических мероприятий и программ не имеют должного материального обеспечения, что является довольно весомым фактором торможения экологического движения в целом. В данном контексте переработка электроники и выделение драгметаллов может стать в том числе финансовой поддержкой для экологических программ.



Глава 1. Литературный обзор
1.1. Ситуация в мире

По данным информационной службы Euronews за один год в мире производится около 50 млн. тонн мусора [2]. Прогнозируется рост этого числа.






Рисунок 1. Морфологический состав ТБО.

Организация StEP Initiative в 2013 году опубликовала [9] интерактивную карту [10], которая отображает количество электронного мусора на душу населения. Специалисты предположили увеличение отходов до 65,4 миллиона тонн в год до 2017 года.

Пока этот прогноз не подтверждается. ООН представила свои данные: к 2018 году планируется засорение планеты 48 миллионами тонн нового мусора. Несмотря на то, что данные разнятся, одно можно сказать однозначно: число это бесспорно велико и существенно угрожает экологии всей планеты.






Рисунок 2. Инвестиции Мирового банка в управлении ТБО.

1.2. Электронный мусор

На данный момент, как сообщает статья "Что делать с электронным мусором" автора Якова Шпунта, на электронику приходится около 2% от ТБО (твердые бытовые отходы), а в развитых странах - до 5% (США) [1], [рисунок 1]. Процент кажется небольшим, но на деле это составляет от 400 до 500 тысяч тонн в год.

По версии же доклада ООН от 2014 года масса выброшенных электронных отходов, к которым относятся устройства с электрическим шнуром, а так же и аккумуляторы, составляет 41,8 миллионов тонн [7]. Из них 18,8 миллионов тонн приходится на бытовую технику.

Только 20% (по другим данным - 16%) [7] от этого колоссального числа перерабатывается, все же остальные 80% - просто захораниваются (данные организации SVTC) [1].


1.3. "Производители" электронного мусора

На сегодняшний день самым главным производителем электронного мусора является США (данные организации StEP Initiative, а так же доклада ООН от 19 апреля 2014 года) [7], [Рисунок 3].

В Европе в среднем на одного человека приходится примерно 14 кг выброшенной техники в год. В Германии число электронного мусора за последние годы возросло в три раза ("Deutsche Welle" - статья " Экологическая утилизация электронного мусора") [3] По расчёту выброшенной техники на душу населения лидирует Норвегия: каждый житель этой страны каждый год выбрасывает около 28 килограммов.

Срок эксплуатации электронной техники постоянно снижается. Если раньше он составлял около 6 лет, то сейчас (особенно в развитых странах) редко доходит до двух лет.






Рисунок 3. Крупнейшие страны-производители мусора.

Что касается самой переработки техники, то пока образцом в этом направлении являются страны Скандинавии, Германия, а также 19 из 50 штатов Америки. В Германии принят закон об обязанности фирмы-производителя электроники бесплатно утилизировать собственную продукцию. [3]

По данным Гринпис, от 75 до 80% электронного мусора в мире не перерабатывается, и около половины от всего объема электронного мусора Европы и Америки вывозится в страны третьего мира (Гана, Нигерия, Индия, Китай) [12] [рисунок 2], несмотря на то, что в 1989 году по результатам Базельской конференции был запрещен вывоз мусора за границу государства [1].

1.4. "Мусорные города"

В мире существуют целые "мусорные города". Один из таких - китайский город Гуийю (Guiyu) [11]. По данным на 2013 год, это крупнейшее на планете место концентрации отходов, в первую очередь электронной промышленности [12],[25].http://newsinphoto.ru/wp-content/uploads/2010/11/%d0%91%d0%b5%d0%b7-%d0%b8%d0%bc%d0%b5%d0%bd%d0%b8-93.jpg

В городе проживает 150 тысяч человек, и действует 5,5 тысяч предприятий, как правило, семейных мастерских, которые занимаются выделением и переплавкой ценных металлов[7]. Около сотни грузовиков, загруженных электроникой, проходит через город каждый день. В год число переработанных компьютеров, мобильных телефонов и других устройств доходит до 600 тысяч кг[13].

Большая часть (почти 80%) использованной электроники поступает в город из других стран, в том числе из США.

В год, согласно информации на официальном сайте города, в городскую казну поступает около 75 миллионов долларов от перерабатывающих предприятий. Не удивительно, ведь переработка электронных отходов здесь обходиться гораздо дешевле, чем в развитых странах, где компании должны придерживаться строгих правил и законов связанных как с экологией, так и со здравоохранением [7].http://newsinphoto.ru/wp-content/uploads/2010/11/%d0%91%d0%b5%d0%b7-%d0%b8%d0%bc%d0%b5%d0%bd%d0%b8-43.jpg

Отходы, в частности, зола от сгорания угля и необходимые для выделения благородных металлов кислоты сливаются в городские каналы, отравляя родники, подземные воды и почву вокруг.

Согласно исследованиям университета из соседнего города Шантоу (Shantou), в Гуийю самый высокий в мире уровень содержания канцерогенных веществ. Дети в Гуийю страдают от свинцового загрязнения, количество раковых заболеваний лёгких на порядок выше, чем в соседних регионах, а также высок процент выкидышей[13]. За счёт вот таких жертв и живёт китайский город.

1.5. Ситуация в России

Проблема переработки техники остро стоит и в России. С одной стороны, существует ряд законов, четко регламентирующих процесс сбора и переработки отходов[6, 5].

С другой стороны, данный закон плохо соблюдается из-за отсутствия у населения должного экологического сознания, а также из-за плохой инфраструктуры по сбору, сортировке и переработке мусора.

Несмотря на то, что в целом переработка электронного мусора в России обходится дешевле, чем в Европе и США [1], выгоднее заплатить штраф и продолжить выбрасывать старое оборудование.

Тем не менее, первые шаги в нашей стране уже сделаны. В Москве (наряду с 12 официальными мусорными свалками) построен завод по переработке мусора (служба новостей НТВ новости) [4]. Компания "Медиамаркт" организовала программу по сбору и утилизации старой техники. Наша школа №1329 проводит плановую утилизацию отработанной в школе техники, сдавая её в специализирующиеся по утилизации компании. Также в России и Москве существует ряд частных предприятий, занимающихся переработкой электроники.
1.6. Положительные аспекты электронного мусора

Ежегодно тысячи тонн электронного мусора отправляются на свалки отравлять окружающую среду. Но наряду с ядовитыми веществами во всех электронных устройствах есть драгоценные металлы. Начиная от электронных плат и заканчивая SIM-картами - золото, серебро и даже платина содержатся повсеместно. Это связано с низким сопротивлением данных металлов и с неподверженностью к коррозии. К примеру, в год электронная промышленность тратит около 270 тонн чистого золота! Правда, это количество на единицу техники очень мало, но всё же оно присутствует. И чем старше техника, тем оно выше. По разным оценкам, средняя стоимость материалов, из которых изготовлена выброшенная на свалки электроника, составляет около 50 миллиардов долларов. Это равно двум годовым доходам среднестатистической африканской страны [23].



1.7. Содержание драгоценных металлов в электронном мусоре

Так где же все-таки содержатся драгоценные металлы в нашей электронике?

Золото содержится повсеместно. Особенно его много в советской радиотехнике. Встречается этот металл даже на SIM-картах, в виде очень тонкого слоя. Золота немало и в современных компьютерах: элементах материнской платы: разъёмах IDE, слотах PCI Express, PCI, AGP, ISA и других портах, а так же в перемычках, в процессоре и слотах DIMM (SIMM на старых материнских платах) [23].http://www.studfiles.ru/html/2706/35/html_nys_w0ktvp.elzi/htmlconvd-pemxz0_html_4630afdd.jpg

Все эти разъёмы часто покрывают очень тонким слоем золота, толщиной всего в несколько микрон.

Небольшой список золотосодержащих деталей компьютера:


  • Микросхемы. Позолоченные выходы микросхем содержат различное количество данного металла. В пластмассовых деталях содержание золота достаточно мало, всего 0,5-1,2%; керамические же детали могут содержать уже до 5% золота.

  • Платы. Основное количество золота в компьютере содержится в материнской плате и в разъемах. С учетом того, что компьютеры дешевеют, а золото на рынке дорожает, есть некоторый смысл в его добыче из компьютера. К тому же, многие выбрасывают компьютеры, не догадываясь о том, что в нем есть этот ценный металл.

  • Полупроводники и разъемы. В них этого металла содержится не много, но в компьютерах присутствует не один разъем.

  • Резисторы. В резисторах золото встречается, но редко. Обычно его место занимает серебро и платина [15],[20],[22],[24].

Что касается серебра, то его можно найти в реле в чистом виде (до 999 пробы). Серебряные провода находятся под алюминиевым корпусом, откуда их можно легко извлечь с помощью кусачек. Только найти такие реле в последние годы становится всё труднее и дороже, так как произведены они в основном в советский период.

1.8. Получение. Методы

Люди уже довольно давно обратили внимание на то, что старая электронная техника является не только бытовым отходом, но и источником заработка, а именно: содержит драгоценные металлы.

Активнее всего в России исследовали получение драгоценных металлов во времена перестройки. Существовали проблемы с работой и заработком, а деньги, как оказалось, валялись прямо под ногами: в каждой электронной аппаратуре, сделанной в СССР, всегда содержалось довольно большое количество золота и серебра (по сравнению с сегодняшней).

Цель нашего проекта заключается немного в ином, нежели заработок, а потому приступим к наиболее распространённым и проверенным временем способам добычи драгоценных металлов из отработанной техники.

Мы остановились на наиболее проверенных, четырёх. Также мы сузились до получения только золота, так как это наиболее рентабельно.
1.8.1 С помощью электролиза

На сегодняшний день самым эффективным способом получения золота является электролиз растворов его солей. Но трудность заключается в том, что в микросхемах содержится не только золото, но и ряд других металлов, которые также будут осаждаться на катоде, и в следствии этого, золото будет сильно загрязнено.

Всё же существует метод получения золота с медных контактов. Но он не является только электролитическим. Медь - это неактивный металл, плохо растворяющийся в кислотах. Для снятия золота с медных контактов (мы рассмотрели сплав из меди и железа) потребуются: 95% концентрированная серная кислота, катод, изготовленный из свинца, анод - из меди.

Контакты (сырьё) подключаются к аноду, который делается в форме корзинки. Пропуская через ячейку электрический ток медь (а так же и железо) на аноде (и на контактах) растворяется и осаждается на катоде из свинца. Золото, уже не связанное с медью, формирует осадок на дне ячейки.

Получившуюся смесь металлов нужно растворить в азотной кислоте. Все металлы, кроме золота, растворяются. Золото выпадает в осадок.

1) Cu0 → Cu2+

2) Fe0 → Fe2+

3) Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Главный недостаток данного способа заключается в цене оборудования, необходимого для электролиза, средняя цена на который варьируется в пределах 2000 евро, (знаю это, благодаря личному опыту), поэтому мы сразу отвергли этот вариант. [21]

Травление

Следующие опыты основаны на химическом свойстве инертности золота. Золото практически не реагирует (или плохо реагирует) с другими веществами, а потому, когда в смеси из различных частей микросхем все остальные металлы и неметаллы растворятся, золото остаётся чистым, и его нужно только собрать и сплавить.



1.8.2. Травление в царской водке

Царская водка - это один из самых сильных окислителей. Состоит он из смеси двух концентрированных кислот: азотной и соляной, взятых в соотношении 1:3:

HNO3 + 3HCl = Cl2 + NOCl + 2H2O.

В результате реакции металлического золота с царской водкой образуется комплексное соединение — тетрахлораурат водорода:

Au + HNO3 + 4 HCl = HAuCl4 + NO + 2 H2O.

Далее нужно выпаривать азотную кислоту. Нагревание нужно производить медленно и осторожно. Раствор упаривается до консистенции влажных солей. Нельзя доводить до кипения, так как в этом случае возможно выпадение золота в виде осадка уже на этой стадии. При выпаривании следует добавить к раствору небольшое количество серной кислоты, не более 50 мл на литр. Это поможет осадить свинец и серебро.

После добавляем к раствору соляную кислоту до исходного объема и снова упариваем до загустения. Процесс повторяется трижды. Следом за этим жидкость разбавляется в 2 раза холодной водой и оставляется в холоде на сутки. При этом оставшийся в растворе хлорид серебра должен выпасть в осадок. После этого проводится фильтрация раствора.

Осаждение золота из раствора может производиться с помощью различных реактивов (перекись водорода, щавелевая кислота, сульфит или пиросульфит натрия), но обычно используется железный купорос — сульфат двухвалентного железа FeSO4*7H2O Данная реакция представлена ниже:

HAuCl4 + 3FeSO4 *7H2O = Fe2(SO4)3 + FeCl3 + HCl + 7H2O + Au.

Железного купороса нужно брать не менее 13 г. на 1 г. предполагаемого конечного продукта. Достаточно развести сульфат железа теплой водой с небольшим количеством соляной кислоты и добавить в имеющийся раствор. При этом жидкость сразу должна помутнеть. Если этого не происходит, и особенно если начинается шипение, это значит, что азотная кислота выпарена не до конца. В этом случае можно повторить процесс выпаривания, а можно просто добавить немного больше сульфата железа (его хорошо использовать для нейтрализации азотной кислоты).

Через сутки процесс осаждения завершается. Если при добавлении в раствор крупинки железного купороса не возникает помутнения, значит осаждение золота завершилось. Если муть появляется, нужно продолжать осаждение сульфатом железа.

В последнюю очередь, после фильтрации всего раствора получившийся осадок золота следует промыть соляной кислотой для очистки от солей железа, а потом - раствором аммиака (нашатырным спиртом) для удаления остатков меди.

При данном методе можно получить золото 999 пробы, или в 24 карата [17],[26].

1.8.3. Травление в азотной кислоте

Это, пожалуй, самый простой из всех способов. Азотная кислота - одна из самых сильных кислот. Поместив золотосодержащие элементы в алюминиевую посуду с концентрированной кислотой и ускорив процесс путём подогрева до 60-70oC, золото отслаивается от частей микросхемы в виде очень мелких чешуек (выпадает в осадок). Медь и железо переходят в раствор, золото с кислотой не реагирует:

1) Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

2) Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

3) Au + HNO3

Через некоторое время получившийся раствор нужно слить, предварительно профильтровав [16],[26]. В итоге мы получаем золотосодержащий осадок, к сожалению, не чистый. Далее можно провести аффинаж (повышение пробы) получившегося металла.



1.8.4. Растворение в H2O2 и HCl

Метод четвертый. Его опубликовал инженер и химик Джозеф Мурчинсон (Josehf Murchison) на сайте Instructables [18]. Согласно этому способу, золото помещается в смесь соляной кислоты и перекиси водорода, взятых в соотношении 2:1, примерно на неделю. В процессе реакции пероксида водорода с соляной кислотой образуется хлор, который окисляет медь.

Cu + 2H2O2 + 6HCl = H2[CuCl4] + 4H2O + Cl2

Каждый день раствор нужно немного помешивать. В конце концов на дне образуется золотой осадок. Его нужно отфильтровать из получившегося раствора [16],[18],[Журнал "National Geographik Россия"].

В итоге получается золото, содержащее различные примеси, а так же во втором и третьем способах - с потерей до 10%. Далее можно прибегнуть к аффинажу золота (повышение пробы), путём повторных опусканий золотого порошка в азотную кислоту. При этом потери золота, естественно, увеличиваются.

1.9. Сплавление

Заключительным этапом является сплавление "золотого порошка". Золото плавится при температуре 1064 oC, а потому для этого потребуется тигль (огне- и температуростойкая керамическая ёмкость), горелка (или муфельная печь), тетракарбонат натрия (бура) - для лучшего растекания золота по тиглю и понижения температуры плавления. В итоге получается небольшой кусочек золота [16].

Хочу заметить, что, к сожалению, наша школа не располагает таким оборудованием как муфельная печь, из чего можно сделать вывод, что полученное золото не получится сплавить. (Поэтому мы выберем другой способ хранения добытого в результате эксперимента золота).

Получившееся золото может оказаться не жёлтого цвета, и будет представлять собой сплав различных металлов. Например, 5% палладия превратит обычное золото в белое. Если в процессе извлечения золота используются элементы, содержащие серебро, может получиться зеленое золото. Для этого достаточно, чтобы оно содержало 30% примесей серебра. Синее золото получается в результате добавления в него железа [16].



Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Эксперимент

Для второй части проекта было решено провести два вида эксперимента: 2 эксперимента по методике Джозефа Мурчинсона, которая была описана в первой части исследовательского проекта (аффинаж золота в смеси HCl и H2O2) и серию экспериментов с царской водкой.


2.1.1. Первый этап. Сборка деталей

Для того, чтобы получать золото, мне потребовалось некоторое количество электронных плат. В этом мне помог наш учитель информатики Александр Илларионович, который предоставил в моё распоряжение три старых жёстких диска и две платы из-под клавиатуры. Ещё одна плата из-под электронной книги была взята из дома. Итого: 6 плат.img_3374


2.1.2. Второй этап. Отсоединение контактов

Далее следовало отсоединить золотосодержащие части плат от незолотосодержащих. Золото нанесено тонким слоем только на контакты. В эксперименте нами использовались два типа золотосодержащих контактов: на металлический и на пластиковой основе. Вес моих деталей составил 12,8 грамм.img_3390




I. Аффинаж золота в смеси HCl и H2O2. Эксперимент 1

Для первого эксперимента было взято 3 грамма золотосодержащих контактов на металлической основе. Они были помещены в раствор HCl и H2O2, взятых в соотношении 3:1. Для ускорения хода эксперимента была взята концентрированная перекись водорода (33 - 30%), и ёмкость с контактами некоторое время подогревалась. Реакция шла бурно, но как только она утихала, добавлялось ещё некоторое количество концентрированного пероксида водорода, вследствие чего золото перешло в раствор, а не выпало чистым осадком, как это заранее предполагалось. img_4931

Au(на контактах) + H2O2 (конц.) + 3HCl H[AuCl4] + H2O + Cl2img_4948

Объяснение этому есть несколько.

1. Одно из них: при взаимодействии соляной кислоты с пероксидом водорода на промежуточной стадии образуется хлорноватистая кислота (HOCl).

1) H2O2(aq.) + HCl(aq.) H2O + HOCl(aq.)

2) HOCl(aq.) + HCl(aq.) H2O + Cl2

Подвергаясь воздействию большого количества HOCl и Cl2 золото переходит в тетрахлораурат водорода.

2. Но хлорноватистая кислота является не сильным окислителем, а потому так же есть и второе объяснение произошедшего: при реакции пероксида водорода с соляной кислотой на конечном этапе образуется молекулярный хлор. А чем концентрированнее пероксид водорода, тем быстрее и больше выделяется хлора. Нагревание ускоряет реакцию. При большом количестве хлора, а так же присутствии HCl золото окисляется до H[AuCl4]. img_4947

2Au + 3Cl2 + 2HCl = 2H[AuCl4]

Результат второго эксперимента можно назвать неудачным - золота, выпавшего в осадок, добыть так и не удалось. Тем не менее, в ходе эксперимента было установлено, что золото окисляется не только царской водкой, но и пероксидом водорода в присутствии соляной кислоты, а именно - атомарным хлором, который выделяется в результате данного процесса.
II. Аффинаж золота в смеси HCl и H2O2. Эксперимент 2

Для второго эксперимента было взято 11,25 граммов (или же 0,397 унции, как показано на фотографии) контактов с золотым напылением на пластмассовой основе. Они были помещены на 2 дня в приготовленный раствор соляной кислоты и перекиси водорода, в этот раз разбавленной.безымянныйimg_4946

Au(на контактах) + H2O2 (разб.) + 3HCl Au↓ + 2H2O + Cl2

После двух дней аффинажа золото отделилось от пластиковой основы и выпало в осадок. Пластик при этом не растворился. Полученные тонкие чешуйки золота очень хрупки и легки, а потому для хранения они были помещены в водный раствор.



III. Аффинаж золота в царской водке. Эксперимент 3

Для проведения эксперимента была приготовлена царская водка (HCl и HNO3 кислоты, взятые в соотношении 3:1). Далее в ёмкость были помещены позолоченные контакты на металлической основе. Золото перешло в раствор. Медь, железо (а так же, возможно, и другие металлы) тоже.

1) Au + HNO3 + 4HCl H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O

2) Cu0 -2ē → Cu+2

3) Fe0 -3ē → Fe+3

Далее нам захотелось не следовать изученной методике, а попробовать вывести свой собственный способ осаждения золота из полученного раствора. (По методике после перехода в раствор золото нужно было сразу же осадить сульфитом натрия Na2SO3 или сульфатом железа FeSO4).

Для начала было решено избавится от соляной кислоты при помощи AgNO3. В полученный раствор порционно добавлялось некоторое количество раствора нитрата серебра и проводилась фильтрация осадка, до тех пор, пока осадок не перестал выпадать.

1) HNO3 + HCl + AgNO3(aq) 2HNO3 + AgCl↓

Далее нагреванием была упарена азотная кислота.

2) 4HNO3 4NO2↑ + 2H2O + O2

После того, как из раствора была удалена соляная и азотная кислоты, осаждение золота было решено проводить с помощью железного купороса - FeSO4. Так же, железный купорос помог бы избавиться от небольшой части азотной кислоты, которая осталась после упаривания. Было добавлено большое количество водного раствора сульфата железа, но золото в осадок не выпало. Причиной тому служит, возможно, тот факт, что осаждение проводилось не в сильнокислой среде. В методике золото получают из раствора царской водки путём осаждения сильными восстановителями (Na2SO3 или FeSO4) в твердом состоянии, а не водным раствором. Теоретически, данные соли восстанавливают не только золото, но и другие металлы, находящиеся в растворе, которые сразу же переходят обратно в раствор, так как находятся в сильнокислой среде. Золото же - инертный металл, а потому выпадает в осадок.

После неудачного осаждения сульфатом железа мы решили осадить гидратом аммиака (NH3·H2О). При этом выпал осадок соединений железа в большом количестве, благодаря чему раствор из прозрачного стал бурым.

Затем полученный раствор был отфильтрован до прозрачного состояния и упарен, после чего приобрёл желтоватый цвет.

На этом этапе мы решили завершить наш опыт. Делался он не столько с целью получить золото, сколько изучить его свойства и свойства взятых нами веществ. В ходе эксперимента было установлено, что золото из царской водки следует осаждать не раствором восстановителя, а непосредственно твёрдым веществом - порошком. Так же восстановление чистого золота необходимо проводить в сильнокислой среде, чтобы не восстанавливать вместе и другие металлы. На основе полученных знаний была проведена вторая серия опытов аффинажа золота в царской водке.


В предыдущих трёх опыта аффинажа золота исходным сырьём были взяты контакты от старых компьютерных плат. Но золото находится не только в компьютерах. Его свойства применяются во всей электронной технике. А потому в следующих двух опытах золото получалось не только с контактов на металлической основе, но и непосредственно с электронных плат мобильных телефонов, компьютерных мышей, клавиатур. Всего 28 наименований. Вся эта электронная техника была получена в ходе проведённого в рамках школы 1329 сбора старой электроники. Из-за нехватки времени были разобраны не все единицы техники. При разборке электронная техника разделялась на составные части: электронные платы отделялись от пластикового корпуса, где это было возможно - отделялись сами контакты на металлической основе. img_5388
IV. Аффинаж золота в царской водке. Эксперимент 4

Вторая серия опытов по аффинажу золота в царской водке была разделена на две части. В первой в смеси соляной и азотной кислот растворяли 22,06 г позолоченных контактов на металлической основе, во второй - 95,58г электронных плат. При этом золото и другие металлы переходили в раствор. Металлический контакты полностью растворялись. Металл, нанесённый на электронные платы - так же. Пластиковая основа электронных плат не растворялась. Раствор приобрёл тёмно-бурую окраску.

1) Au + HNO3 + 4HCl H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O

2) Cu0 -2ē → Cu+2

3) Fe0 -3ē → Fe+3

После этого первый раствор с растворенными металлами и нерастворёнными кусочками пластмассы был дважды отфильтрован. Был получен чистый раствор. Он был слит вместе со вторым раствором. После этого было проведено осаждение 75 граммами сульфита натрия, так как он, по отношению к сульфату железа, является более сильным восстановителем.

4) 2H[AuCl4] + 3Na2SO3 + 3H2O 2Au↓ + 3Na2SO4 + 8HClimg_5323

После осаждения сразу же выпал беловатый осадок. Утверждать, что это чистое золото, мы не можем. Для этого необходимо полученный осадок отфильтровать и сплавить, а потом провести аффинаж полученного слиточка в азотной кислоте. К сожалению, возможности школьной лаборатории ограничены: в её распоряжении нет муфельной печи, которая необходима для плавки золота, поэтому данный эксперимент был завершён на данном этапе. И всё же есть основания утверждать, что белый осадок на дне стакана с раствором - золото. Осаждение проводилось согласно установленным ранее условиям, а именно: в сильнокислой среде и порошковым сульфитом натрия, а потому другие металлы не могут выпасть в осадок, так как сразу перейдут в раствор.

Полученная смесь веществ была оставлена на неделю. За это время на дне стакана выросли кристаллы необычной кубической формы, что было для нас довольно неожиданным. В дальнейшем мы планируем изучить свойства данных кристаллов и попробовать определить их химическую формулу.

Выводы


  • В ходе проделанной работы и изученной литературы были установлены детали с наибольшим содержанием золота.

  • На основании найденных методик были выбраны оптимальные методы извлечения золота из неработающей электронной техники.

  • Данными методами было получено золото (в виде золотых чешуек, а так же коллоидное золото).

  • Из-за небольшого количества извлечённого золота, а так же из-за отсутствия технического оборудования рассчитать экономическую выгоду не удалось.

  • Была обозначена перспективная возможность переработки электронного мусора.


Заключение
На сегодняшний день проблема переработки мусора остаётся нерешённой до конца. Особенно остро стоит вопрос с переработкой электронного мусора. Правительства многих стран уже приняли меры на высшем уровне: варианты решения данного вопроса прописаны в законодательстве стран Европы, некоторых штатах США, России. К сожалению, у нас данные законы не работают в полной мере из-за неналаженности всей системы сортировки, сбора и переработки в целом, а так же из-за незаинтересованности большей части населения в данном виде деятельности.

В ходе исследования были изучены литературные источники и проведён эксперимент по извлечению золота из деталей старого компьютера. В ходе применения одной из наиболее эффективных и экологически безопасных методик, на взгляд автора, из 12,8 граммов золотосодержащих деталей было получено 0,68 граммов золота (именно настолько увеличилась масса пробирки с водой после того, как туда было помещено золото. К сожалению, эта цифра довольно неточная, так как с золотом туда могло попасть и некоторое количество раствора) Таким образом, была доказана дальнейшая целесообразность и выгодность переработки электронного мусора не только с точки зрения экологии, но и с экономической точки зрения.

На мой взгляд, на данную проблему стоит обратить большее внимание общественности, ведь рассмотренные в работе способы получения драгметаллов могут послужить основой для переработки миллионов тонн мусора, что позволит не только улучшить экологическую обстановку, но и привлечь внимание промышленности к данной проблеме.

Источники информации:
[1] Яков Шпунт "Что делать с электронным мусором", 2 февраля 2010 года, журнал "Intelligent enterprise" №1 (211), январь 2010 год

http://www.iemag.ru/analitics/detail.php?ID=19988

[2] Euronews Terra viva, репортаж " E-recycling: when electronic gadgets die"

https://www.youtube.com/watch?v=31BT8-EjPVA

[3] Владимир Фрадкин "Экологичная утилизация электронного мусора", (отраслевой ресурс ТБО) Источник: Deutsche Welle

http://www.solidwaste.ru/publ/view/180.html

[4] НТВ репортаж Владимира Кобякова "Добыча золота из бытовой техники"

http://www.youtube.com/watch?v=GBhA20JMpYc

[5] Федеральный закон от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха"

http://vyvoz-othodov.ru/sites/default/files/pictures/docs/2.rtf

[6] Андрей Якимчук (генеральный директор группы компаний "Эко-система") "Бизнес намерен инвертировать в развитие мусоропереработки", 03.02.2015, Российская Бизнес-газета - Промышленное обозрение №983 (4)

http://www.rg.ru/2015/02/03/musor.html

[7] Иван Сычев "За 2014 год на свалки выбросили 41,8 миллионов тонн электронного мусора. В 2018 году выбросят 48 миллионов тонн" 20 апреля 2015 года, новостной сайт "Geektimes"

https://geektimes.ru/post/249272/

[8] Baldé, C.P., Wang, F., Kuehr, R., Huisman, J. (2015), The global e-waste monitor – 2014, United Nations University, IAS – SCYCLE, Bonn, Germany

http://i.unu.edu/media/unu.edu/news/52624/UNU-1stGlobal-E-Waste-Monitor-2014-small.pdf

[9] Автор: Marks, Редактор Habrahabr, Geektimes, "«Электронный мусор» на душу населения — интерактивная карта демонстрирует реальное положение вещей по каждой стране", 16 декабря 2013, новостной сайт Хабрахабр

http://habrahabr.ru/post/206236/


[10] Источник: United Nations University / Step Initiative

http://www.step-initiative.org/step-e-waste-world-map.html

[11] Книга рекордов Гиннеса 2013 года, стр 037. ISBN 9781904994879

[12] Greenpece "Guiyu: An E-Waste Nightmare"

http://www.greenpeace.org/eastasia/campaigns/toxics/problems/e-waste/guiyu/

[13] Новостной сайт "NewsInPhoto", "Город электронного мусора в Китае", 30 ноября 2010 год

http://newsinphoto.ru/puteshestviya/gorod-elektronnogo-musora-v-kitae/

[14] Статья "Выделение драгоценных металлов (драгметаллов) из радиодеталей", 21.11.10, Информационная торговая система ЭлектроТехИнфо

http://www.eti.su/articles/elektrokomponenti/elektrokomponenti_207.html

[15] Компания " Gold&Silver" Научный центр "Академия благородных металлов"

http://pokupka-radiolom.ru/useful-information/articles/radiodetali/3401/

[16] Проект: "GrammZolota.ru" 2014-2015 г.

http://grammzolota.ru/dobycha/mikroshem-poluchit-izvlech-soderzhanie.html

[17]http://grammzolota.ru/dobycha/vyidelenie-osazhdenie-rastvorenie-tsarskoy-vodke.html

[18] Josehf Murchison " Gold Recovery" website " Instructables"

http://www.instructables.com/id/Gold-recovery/

[19] Анатолий Ализар "Извлекаем золото из старой электроники", 20 ноября 2013 новостной сайт "Geektimes"

https://geektimes.ru/post/258242/

[20] Патлах В. В. "Энциклопедия технологий и методик" 1993-2007г.

http://patlah.ru/etm/etm-01/dom-promsl/uvelir/zoloto%20othod/zoloto%20othod-07.htm

[21]http://patlah.ru/etm/etm-01/dom-promsl/uvelir/zoloto%20othod/zoloto%20othod-08a.htm

[22] Александр Борисов "Как получить золото из радиодеталей", 28 декабря 2009,

сайт "Полезные самоделки"

http://www.freeseller.ru/2558-kak-poluchit-zoloto-iz-radiodetalejj.html


[23] Central Intelligence Agency (CIA) USA

https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/fields/2056.html

[24] В. П. Антонов. Справочник: Содержание драгоценных металлов в электронной технике. Часть 6 книга 1 "Вычислительная и бытовая техника" - Москва, 2011 год. 274 с.

[25] Euronews Terra viva hi-tech - Thousands of lives at risk from e-waste recycling

https://www.youtube.com/watch?v=V5z06K1hDsI

[26] ChemPort.Ru, MMII-MMXVI Бусев А. И., Иванов В. М., Аналитическая химия золота, М., 1973; Малышев В. М., Румянцев Д. В., Золото. М., 1979; Паддефет Р., Химия золота, пер. с англ., М., 1982; Благородные металл.. Справочник, под ред. Е. М. Савицкого, М., 1984; М., 1987. © B. C. Стрижко, М. А. Меретуков.



http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_1297.html

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал