【說明】貴金屬回收過程

簡介

貴金屬是指黃金、白銀和鉑族金屬（鉑、鈀、銠、銥、釕和鋨）的統稱。它們具有美麗的金屬光澤，化學性質穩定，不易失去光澤，且稀有昂貴。₍₁₎由於這些特性，貴金屬自古以來就被用作珠寶和實體資產。然而，近年來，貴金屬獨特的物理和化學性質在工業領域也變得日益重要，並被應用於各個領域。
例如，金在大氣中化學性質穩定，具有優異的延展性和導電性，因此在電子工業中被用作接合線材料和電氣接點材料。在醫療領域，膠體金顆粒（即金的細小顆粒）被用作體外診斷藥和檢測試劑盒中的試劑_（2）。
鉑金用於汽車廢氣淨化觸媒和燃料電池電極觸媒等觸媒應用，但它在醫療領域也有許多應用，包括抗癌藥物（如奧沙利鉑和順鉑）、起搏器電極、導管標記物以及用於腦動脈瘤栓塞和假體治療的材料_（2）。
它們也被廣泛應用於其他領域，包括化學工業、玻璃工業和航空航天工業，而利用貴金屬進行的材料開發正在氫能和物聯網等尖端技術領域積極進行。
這些貴金屬產品的製造和使用會產生加工廢料和廢棄舊產品。這些被稱為含貴金屬廢料（以下簡稱廢料），被視為“都市礦山”或“有價值材料”，經過評估、回收和提煉等工序後，被回收製成新產品。
廢棄物的形態很大程度取決於其來源產品的原料、結構和製造過程。由於貴金屬價格昂貴，人們正努力減少貴金屬的使用，並用替代材料取代貴金屬，以降低製造成本，廢棄物中貴金屬的濃度總體呈現逐年下降的趨勢。此外，貴金屬越來越多地被用於以前從未處理過的產品中，例如含氟產品和新型半導體產品，因此，不僅要利用現有的回收工藝，還要開發和應用適用於每種廢棄物的回收技術。
本文將首先概述貴金屬回收，然後介紹近年來廢棄物數量不斷增加的情況以及各類物品回收所面臨的挑戰。

貴金屬回收概述

(1)貴金屬的供求

以貴金屬的代表黃金為例說明其需求和供給。
首先，圖1顯示了世界各用途對黃金的需求 (2018年) 。最大的需求是珠寶首飾。作為黃金稀少、財富、美麗、權力的象徵，至今仍被廣泛使用。其次是投資需求。與紙幣和債券等紙質資產不同，黃金具有普遍價值，因此信用風險 (發行者的信用下降，價值消失的風險) 較低，並被保留用於長期財產保護₍₄₎。
另一方面，日本對黃金不同用途的需求 (2019年) 如圖2所示。在日本，黃金作為電子和電鍍等工業材料的需求大於珠寶和投資。這是因為日本是一個生產大量電器，精密機械等的國家，黃金用於這些產品。

其次，日本對不同用途黃金的需求變化(2012~2019年8年，日本)如圖3所示。從2012年開始，黃金需求量大減但逐步回升，2019年比2012年增長91%，當年黃金需求量為84 t.。工業用的需求量近年來有增加的趨勢，但是每種產品的黃金使用量在減少₍₆₎。其背景被認為是為了削減制造成本而削減黃金的使用量和向替代材料的轉換。

※工業用途的比例:電子、牙科、醫療及電鍍的需求量除以金的需求量得到的值

圖 4 顯示了日本黃金供應商的組成（2019 年）。每年 162 噸的黃金供應量中，32% 為再生黃金，而其中大部分由新開採的黃金滿足。
圖 5 顯示了各國的黃金產量。澳洲的黃金儲量位居世界第一，其次是南非、俄羅斯和美國，這四個國家的黃金儲量佔世界總儲量的 44%。
相較之下，日本的年黃金產量約為7噸，其中大部分來自菱芻礦₍₈₎。該礦的儲量估計為250噸₍₉₎。因此，僅靠新開採的黃金難以滿足國內需求，日本必須依賴進口。然而，日本在都市礦山中累積了約6800噸黃金₍₁₀₎，相當於日本80年的黃金需求量。因此，為了確保黃金資源的穩定供應，對於黃金儲量有限的日本而言，發展都市礦山貴金屬的回收至關重要。

總而言之，黃金需求主要集中在珠寶和投資領域，但也存在工業用途，尤其是在日本。然而，由於貴金屬價格高昂，為了降低成本，減少貴金屬使用並轉向替代材料的努力可能會積極推進。同時，利用貴金屬獨特材料特性的新產品正在不斷湧現，因此需求大幅下降的可能性不大。在供應方面，日本國內黃金產量無法滿足需求，只好依賴進口。此外，日本都市礦山的黃金儲量遠超需求。因此，為了確保國內黃金供應穩定，開發都市礦山是一項挑戰，同時還需要改進和優化包括黃金在內的貴金屬回收工藝，以經濟高效地回收和提煉貴金屬。

（2）貴金屬回收過程

貴金屬回收包括固態和液態產品。 固體的例子包括生產廢料（電子基板與積體電路等）、汽車廢氣觸媒及牙科材料。 液體包括電鍍廢液、蝕刻廢液和觸媒廢液。 在固體產品中，襯板和金屬遮罩等產品是將貴金屬附著於製造過程中零件和夾具表面的產品。
這些零件和夾具可透過剝離貴金屬來重複使用，因此會用化學藥劑分離、妥善清潔後返回顧客。
主貴金屬回收的流動方式可參考圖6說明。
首先，產生的廢棄物由客戶收集並運輸（如有需要需進行中間處理），並由貴金屬回收企業收集。 收集和運輸舊物品時，需注意的事項包括舊物品的包裝狀況及是否符合相關法律法規。
例如，吸濕性舊產品在運輸過程中可能吸收水分並增加重量，因此必須採取防水袋密封舊物品以防止水分吸收等措施。 關於相關法律和規定，例如，如果舊物品屬於危險物品，則適用《消防法》，因此必須限制一次可運輸的數量。
收集的舊物品會被稱重或檢查，以確保收到時重量與數量無差異。 此外，還會進行X光測量和pH值檢查，以檢查是否將意外成分與顧客事先提供的舊產品資訊混合。 此項工作旨在確保後續評估、回收及提煉流程安全進行。
上述工作中接受的衰變產物會進入評估所含貴金屬含量的過程。 為了正確評估貴金屬，對舊產品進行「均質化」與「高精度分析」非常重要。 我會解釋舊產品評估的流程。 首先，舊產品會被處理成均勻狀態。 具體來說，它包括酸和鹼的溶解（液化）、研磨的細粉化，以及熔化的熔化。 此時若有干擾均質化的原因，必要時會進行預處理。 例如，如果舊產品含有切割油附著在切割基板或樹脂上，則無法充分溶解或研磨，因此有機成分會透過燒製去除。 此外，基礎金屬會透過濕法處理去除，並利用絮凝分離分散溶液中的貴金屬顆粒，以便均勻化。 均質化後，會進行適當的取樣以取得樣品並分析貴金屬。 貴金屬的分析需要高度的精確度。 因此，結合化學重量分析與機器分析以達成高精度分析。 在這裡，化學重量分析是一種分析方法，利用化學反應分離樣品中的貴金屬並直接稱重。 用於純度金分析的灰吹法也是一種化學重量分析。 另一方面，機器分析是一種將參考材料（已知濃度）和分析樣品的輸出值，與使用分析設備所需的光強和吸收等輸出值比較的方法。 我們會根據分析對象使用分析儀器，如ICP發射光譜儀、X射線螢光儀器、原子吸收光度計及螢光放電質譜儀。
死亡產品中所含貴金屬的含量，是透過計算貴金屬分析值並經上述分析轉換為母體來決定的。 這個數值會回報給客戶，經過核准後，進入回收與提煉流程。
回收提煉過程提煉評估過程中溶解的貴金屬、粉末及錠，經濕法與乾法處理，達到產品原料的純度。 此過程依舊產品形式而異，細節將於下一節說明。
回收提煉貴金屬條會依顧客要求歸還。 具體來說，有一種流程，例如將物品以實體物品形式退回、以現金退還，或是商業化後再退回。

（3）回收和提煉過程

貴金屬的回收和提煉有濕法和乾法兩種工藝，但由於濕法工藝較為普遍，我們將在這裡討論濕法工藝。
回收和提煉過程的濕式加工大致可分為三個階段：液化、回收和提煉。
第一階段「液化」與評估流程中的廢棄物液化過程重疊，但其具體步驟是利用化學試劑溶解並電離粉末或錠塊中所含的貴金屬。所用化學試劑包括硝酸、王水（鹽酸+硝酸）、鹽酸、硫酸等酸類以及含氰化物的液體，因此選擇取決於貴金屬的種類和成分（表1）。由於貴金屬化學性質穩定，因此需要使用強氧化劑才能溶解。在某些情況下，也會在原料中添加其他金屬以調整其成分，使其更容易溶解於化學試劑中。

第二階段「回收」是「提煉」的預處理步驟，旨在將貴金屬與雜質粗略分離。具體而言，所採用的分離技術包括吸附、置換、沉澱和電解等。所使用的處理技術取決於液體中貴金屬的濃度和種類（表2）。

第三階段「提煉」是將粗糙分離的貴金屬與原料回收純度提升的過程。 混凝土分離技術包括沉降分離、電解提煉、溶劑萃取等。 為了正確分離和去除雜質，必須妥善管理原料中雜質的種類與濃度，並了解化學劑量、反應溫度和時間等控制因素如何影響貴金屬的純度。
由於貴金屬的回收與提煉過程要求貴金屬流失量盡可能接近零，因此該工藝設計結合多種分離技術。 例如，含有高濃度貴金屬的液體，透過還原操作沉澱貴金屬，將其與雜質分離。 若所有貴金屬都被還原以增加良品率，雜質也會被還原並混合，降低所獲得貴金屬的純度。 因此，必須控制還原劑的輸入量，並保留部分貴金屬在液體中。 剩餘的貴金屬則透過吸附操作回收。
濕法處理使用此方法，但仍存在一些挑戰。 其中一個主要問題是貴金屬回收後液的廢水處理。 會使用強氧化劑溶解貴金屬，這在排水過程中會殘留，成為問題。
例如，硝酸是一種有問題的化學物質。 硝酸用於王水的製備中，以溶解銀和金，但它不會完全分解，會以硝酸鹽離子的形式留在回收後液中。 硝酸鹽離子依據《水污染控制法》排放，並由貴金屬製造與回收產業排放
硝酸鹽離子暫定為2,800 mg/L作為硝酸鹽氮濃度（2019/7~2022/6）。 未來必須將統一廢水標準降至100 mg/L，因此需要不排水硝酸的製程_（12）。​

貴金屬回收過程範例

我們將介紹一個貴金屬回收過程的實例以及與該回收相關的挑戰。

（1）覆層材料

覆層材料是由兩種或多種異質金屬粘合在一起製成的材料。
透過軋製和燒結工藝，異質金屬之間的連接處形成一種相，其中每種金屬都擴散到該相中，從而使其牢固結合，因此與電鍍製成的連接處相比，它們更不容易剝落。
利用貴金屬的耐腐蝕性，貴金屬製品被用於電子元件的端子。然而，由於貴金屬成本高昂，通常僅在必要時使用，其餘部分則用銅或錫等其他金屬替代。這就形成了單面為貴金屬的覆層材料。換句話說，如圖7所示的覆層材料被製造為電子元件材料。這些產品大多由銅、錫等賤金屬組成，貴金屬含量僅佔總量的幾個百分點。在上述評估過程中，當使用化學試劑液化這些產品時，會產生大量貴金屬濃度較低的溶液。雖然可以使用吸附或電解法從這些溶液中回收貴金屬，但所需的大量液體需要進行處理，這使得該過程耗時且成本高昂。因此，在用化學試劑溶解賤金屬之前，將其分離作為預處理步驟就顯得尤為重要。

解決此問題的一種方法是利用電離傾向。表3列出了主要金屬的標準電極電位。電位越高，金屬越“貴”，即越不易腐蝕。顧名思義，貴金屬比銅、錫等金屬更「貴」。然而，當不同金屬接觸時，會發生一種稱為電偶腐蝕的現象。在這種現像中，當連接的異種金屬存在於電解液中時，異質金屬會選擇性地被腐蝕。這種現像也會發生在異種金屬連接的覆層材料中。利用這種現像以及貴金屬的「貴」特性，可以去除基體金屬。

(2)MEA

MEA是膜電極組件的簡稱，是燃料電池的組成部分。 MEA的一般結構如圖8₍₁₄₎所示。 MEA由質子交換膜和碳顆粒構成，碳顆粒上堆疊鉑顆粒。氫氣被供應到陽極側，氫離子（質子）在觸媒催化劑上分離，產生電子。氫離子穿過質子交換膜，在陰極側與氧氣反應，生成水，然後排出。由於燃料電池只排放水，近年來作為清潔能源裝置備受關注。由於MEA含有鉑，因此自然需要進行回收回收，而如何溶解鉑是目前面臨的挑戰。

結束語

本文從三個面向闡述了貴金屬回收：貴金屬的供需關係、貴金屬回收流程以及回收和提煉過程。在日本，黃金新產量遠低於需求，因此必須從都市礦山回收提煉貴金屬。然而，回收不僅需要提煉加工成本，還需要開發環境友善回收工藝，這方面的需求也將日益增長。
近年來，由於產品中貴金屬含量不斷降低以及廢棄物成分日益複雜，人們開始擔憂現有的回收流程會增加處理成本。我們認為，未來面臨的挑戰在於透過加強預處理技術來分離和去除有害物質及雜質，從而建構更有效率的回收系統。
貴金屬對人類極為有益，將繼續成為社會不可或缺的一部分，並在各種場合和情況下廣泛應用。身為一名從事貴金屬回收的人員，我決心每天努力工作，力求實現安全、品質、環境和經濟效益俱佳的回收流程，無論廢棄物的形式如何。

參考文獻

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