分離金的化合物和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年4月19日提交的美國臨時申請第61/814,066號的優(yōu)先權(quán) 權(quán)益，通過參考并入其全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于從含金材料中分離和回收金的化合物和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 對于從含金材料中回收金的方法存在相當(dāng)?shù)年P(guān)注。除了與金作為昂貴金屬有關(guān)的 明顯經(jīng)濟(jì)刺激之外，環(huán)境動機(jī)要求從一些含金廢物（例如消費(fèi)電子產(chǎn)品）中提取金。
[0005]用于金回收的常見方法使用氰化物浸出工藝，其中高度毒性的無機(jī)氰化物將金 (〇)轉(zhuǎn)化為水溶性的Au(CN) 2_配位絡(luò)合物，隨后使用膠結(jié)、吸收或溶劑提取作為典型方法將 其分離。用于金回收的氰化物浸出工藝是不合需要的，因?yàn)榍杌锏呐既恍孤?dǎo)致環(huán)境污 染，氰化物不慎接觸執(zhí)行所述方法的人會引起不必要的人類健康關(guān)注。因此開發(fā)使用環(huán)境 友好的化學(xué)品回收金的方法不僅從綠色化學(xué)觀點(diǎn)來看是重要的，而且這樣的努力還為操作 者帶來健康益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在第一方面，提供用于從含金材料中分離金的第一方法。所述方法包括數(shù)個步驟。 第一步包括向所述含金材料中添加HX和酸以形成第一溶解的金溶液。所述HX是鹵化氫。 第二步包括向所述第一溶解的金溶液中添加堿以形成第二溶解的金溶液。第三步包括向所 述第二溶解的金溶液中添加環(huán)糊精以在所述第二溶解的金溶液中形成沉淀物。第四步包括 從所述第二溶解的金溶液中分離所述沉淀物。所述沉淀物包含以金-環(huán)糊精絡(luò)合物形式存 在的金。
[0007] 在第二方面，提供用于從含金材料中分離金的第二方法。所述方法包括數(shù)個步驟。 第一步是生成包含次溴酸鈉或次溴酸鉀的溶液。第二步是向所述含金材料中添加所述溶液 以形成第一溶解的金溶液。第三步是向所述第一溶解的金溶液中添加環(huán)糊精以在所述第一 溶解的金溶液中形成沉淀物。第四步是從所述第一溶解的金溶液中分離所述沉淀物。所述 沉淀物包含金-環(huán)糊精絡(luò)合物。
[0008] 在第三方面，提供用于從含金材料中分離金的第三方法。所述方法包括數(shù)個步驟。 第一步是向所述含金材料中添加包含1，3-二溴-5, 5-二甲基乙內(nèi)酰脲和HBr的水溶液以 形成第一溶解的金溶液。第二步包括向所述第一溶解的金溶液中添加堿以形成第二溶解的 金溶液。第三步是向所述第二溶解的金溶液中添加環(huán)糊精以在所述第二溶解的金溶液中形 成沉淀物。第四步是從所述第二溶解的金溶液中分離所述沉淀物。所述沉淀物包含金-環(huán) 糊精絡(luò)合物。
【附圖說明】
[0009] 圖1描述在水溶液中KAuBrjPa-⑶之間的自發(fā)性自組裝而提供a?Br的示意 圖。
[0010] 圖2A描述所公開的從含金材料中分離金的創(chuàng)新性方法的示意圖。
[0011] 圖2B說明從包含金屬混合物的含金材料中分離金的所公開方法的具體實(shí)施方 式。
[0012] 圖3A說明由含有KAuBrjP a -⑶的混合物形成和共沉淀a ? Br。如果向a-、 0 -或Y -CD的水溶液（26. 7mM，1. 5mL)中添加KAuX4(X = Cl或Br)的水溶液，則在1~2 分鐘內(nèi)從KAuBrjP a -⑶的組合專門地形成亮淺棕色懸浮液。
[0013] 圖3B描述pH對[AuBr4]的殘留濃度的影響。
[0014] 圖4描述從混合金屬混合物1 (紅色）和2 (藍(lán)色）選擇性沉淀和分離金。將分離 百分比定義為（Cb_Ca)/Cb，其中Cb和Ca分別是添加a -⑶前后各金屬的濃度。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 提供用于從含金材料中回收金的可靠方法。所述方法依賴于水溶液 中KAuBrJPa-環(huán)糊精（a-CD)的自組裝而形成共沉淀物，其是一種1:2絡(luò)合物 KAuBr4 ? (a-CD) 2 ( "a.Br"），單獨(dú)存在或存在于延伸的{[K(0H2) 6][AuBrJ(a-CD) 2}n (其 中n多1)鏈超結(jié)構(gòu)中（圖1)。a?Br的共沉淀對于金具有選擇性，即使在其他金屬（包 括其他平面正方形貴金屬）的存在下也是如此。如以下進(jìn)一步所述的，所述方法允許人們 從各種來源的含金材料中分離金。
[0016] 定義
[0017] 為了幫助理解本發(fā)明，以下定義數(shù)個術(shù)語。
[0018] 除非另外定義，本文使用的所有科技術(shù)語都具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解相同 的含義。雖然在實(shí)施或測試權(quán)利要求時可以使用與本文所述相似或等同的任何方法和材 料，但本文描述了示例性的方法和材料。
[0019] 此外，提及用不定冠詞"a"或"an"限定的元件不排除存在超過一個元件的可能 性，除非上下文清楚地要求存在一個且僅一個元件。因此不定冠詞"a"或"an"通常是指 "至少一個"。
[0020] 術(shù)語"約"是指統(tǒng)計學(xué)意義范圍的值，例如指定的濃度、長度、分子量、pH、時間、溫 度、壓力或體積。此類值或范圍可以在指定值或范圍的通常20%數(shù)量級內(nèi)，更通常在10% 數(shù)量級內(nèi)，甚至更通常在5%數(shù)量級內(nèi)。由"約"涵蓋的允許的變化取決于研究的具體體系。
[0021] 術(shù)語"包含"、"具有"、"包括"和"含有"解釋為開放式術(shù)語（即，是指"包括但不限 于"），除非另外指出。
[0022] 本文記載的數(shù)值范圍僅意圖用作單獨(dú)落在該范圍內(nèi)的每個分開的值的省略方法， 除非本文另外指出，包括限定范圍的端點(diǎn)邊界，且每個分開的值如同其在本文中被單獨(dú)記 載那樣包含在該說明書中。
[0023] 術(shù)語"礦石"是指來自地球的天然礦物材料的任何天然或加工形式。礦石的實(shí)例 包括從本領(lǐng)域已知的水道、堤道、礦山和其他地球結(jié)合資源獲得的礦脈和礦藏等。
[0024] 術(shù)語"金屬混合物"是指來自元素周期表的IA、IIA、IB~VIIIB族、鑭系元素和錒 系元素的兩種以上元素。金屬混合物的實(shí)例是Au和Pt。
[0025] 術(shù)語"人體成分"是指形成人體的一部分或者支持或加強(qiáng)人類生命形式的任何天 然組織、器官、附肢或其他物質(zhì)。人體成分的實(shí)例包括牙齒、骨骼、心臟、肌肉、關(guān)節(jié)、腿、胳 膊、手、手指、膝蓋、腳、等等。支持或加強(qiáng)人類生命形式的人體成分的實(shí)例包括生命支持系 統(tǒng)和設(shè)備，諸如診斷機(jī)器、醫(yī)療設(shè)備（例如，透析機(jī)）；醫(yī)學(xué)植入物（例如，起搏器），牙齒填 充物，牙釉質(zhì)或嵌體，假齒和人工關(guān)節(jié)、肢體或附屬物，等等。
[0026] 術(shù)語"消費(fèi)后產(chǎn)品"是指用于消費(fèi)、以貨易貨、交換或交易的任何人造產(chǎn)品。"消費(fèi) 后廣品"的實(shí)例包括珠寶物品、電子物品、貴金屬廣品、硬幣，等等。
[0027] 術(shù)語"珠寶物品"包括包含貴金屬作為一種組分的任何美感物品。珠寶物品的實(shí) 例包括戒指、手鐲和項(xiàng)鏈，等等。
[0028] 術(shù)語"電子物品"是指包含至少一個電路以用于傳導(dǎo)電子流動的產(chǎn)品。電子物品 的實(shí)例包括計算機(jī)、監(jiān)視器、電源、放大器、前置放大器、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換 器、電話，等等。
[0029] 術(shù)語"貴金屬產(chǎn)品"包括貴金屬的部分純化形式或純化形式，例如金、鉑、鈀和銀。 貴金屬產(chǎn)品的實(shí)例包括金、銀、鉑的粉末、錠或條，等等。如本文所用，"部分純化形式"是指 具有至少約10%~約75%的純形式的貴金屬的形式。如本文所用，"純化形式"是指具有大 于約75%的純形式的貴金屬的形式。
[0030] 術(shù)語"硬幣"是指可用作貨幣、收藏品等用途的由純金屬、混合金屬或金屬合金組 成的任何壓制物品。如本文所用，"純金屬"是指至少95%以上純度的單一金屬。如本文所 用，"混合金屬"是指兩種以上金屬。如本文所用，"金屬合金"是指金屬與至少一種其他元 素的混合物或固溶液。
[0031] 從含金材料中選擇性分離金
[0032] 基于a-⑶和KAuBr4之間a?Br的選擇性共沉淀開發(fā)了從含金材料中分離和回 收金的方法。參見圖2A，將含金材料201與鹵化氫（"HX") 202和酸203組合，以形成第一 溶解的金溶液204。鹵化氫202可以是具有式HX的任何化合物，其中X是鹵素之一：氟、氯、 溴、碘和砹。在所述方法的一個方面，鹵化氫202可以包括兩種以上本文公開的前述具有式 HX的化合物的混合物。酸203可以包括任何強(qiáng)酸，例如任何前述鹵化氫、HN03、H2S04,等等。 第一溶解的金溶液204的pH可以小于約pH4,更通常小于約pH2。含金材料201中的金 與鹵化氫202和酸203反應(yīng)，形成產(chǎn)物HAuX4。
[0033] 參見圖2A，向第一溶解的金溶液204中添加堿205而形成第二溶解的金溶液206。 堿205的實(shí)例包括強(qiáng)堿，例如IA和IIA族金屬的氫氧化物（例如，LiOH、NaOH、KOH、CsOH、 RbOH、Ca(OH)2、Ba(0H) 2，等等）。在第二溶解溶液206中的堿205的目的是調(diào)整第二溶解溶 液206的最終pH;優(yōu)選的是，第二溶解溶液206的最終pH為約pH2~約pH7。作為向第 二溶解溶液206中添加堿205的結(jié)果，產(chǎn)物HAuXjf變?yōu)辂}形式，[Ym+] [AuX4 ]"，其中m是1 或2,這分別取決于所述堿是IA族金屬還是IIA族金屬。
[0034] 參見圖2A，向第二溶解的金溶液206中添加環(huán)糊精（"⑶")207以形成沉淀物208。 優(yōu)選的環(huán)糊精207包括a-環(huán)糊精、0 _環(huán)糊精和y_環(huán)糊精。沉淀物208包括金與環(huán)糊精 的絡(luò)合物（"金-環(huán)糊精絡(luò)合物")。更具體而言在一些方面，沉淀物208包括金-環(huán)糊精絡(luò) 合物，例如KAuBr4 ? (a-CD) 2 ( "a?Br"），該絡(luò)合物單獨(dú)存在或存在于延伸的{[K(0H2) 6]
[AuBrJ(a-⑶)Jn中，其中n等于或大于1 (圖1)。
[0035] 參見圖2A，從第二溶解的金溶液206中分離沉淀物208?？梢允褂萌魏畏蛛x手段 來獲得沉淀物208,包括過濾、離心和本領(lǐng)域已知的其他分離方法。
[0036] 在應(yīng)用圖2A方法的一些方面，不是所有的含金材料201都溶解于第一溶解的金溶 液204或第二溶解的金溶液206中的一種中。結(jié)果，含金材料201的一些固體殘留物（無 論是否包含金）可能繼續(xù)存在。在此類方面中，期望包含過濾步驟以在隨后處理第一溶解 的金溶液204或第二溶解的