Nghiên cứu đánh giá tiềm năng tái chế chất thải điện tử và thu hồi kim loại có giá trị từ bản mạch điện tử thải bỏ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ HƢỜNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TÁI CHẾ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ THU HỒI KIM LOẠI CÓ GIÁ TRỊ TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ HƢỜNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TÁI CHẾ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ THU HỒI KIM LOẠI CÓ GIÁ TRỊ TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. CHU XUÂN QUANG Hà Nội – 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ 2 1.1.Chất thải điện tử - nguồn tài nguyên khoáng sản đô thị 2 1.1.1.Khái quát về chất thải điện tử 2 1.1.2. Thực trạng phát sinh chất thải điện tử 6 1.1.3.Hiệu quả kinh tế - môi trường của quá trình tái chế chất thải điện tử 9 1.2.Tình hình tái chế chất thải điện tử tại Việt Nam 10 1.3. Các phƣơng pháp ƣớc tính lƣợng chất thải điện tử phát sinh 11 1.3.1.Phương pháp bậc thời gian (time step method) 11 1.3.2.Phương pháp cung của thị trường(market supply method) 12 1.3.3.Phương pháp Carnegie Mellon 13 1.3.4.Phương pháp gần đúng 1 16 1.3.5.Phương pháp gần đúng 2 17 1.4. Công nghệ tái chế bản mạch điện tử thải bỏ và thu hồi kim loại 17 1.4.1.Phương pháp phân loại và xử lý cơ học 18 1.4.2.Phương pháp nhiệt luyện 19 1.4.3. Phương pháp thủy luyện 21 1.4.4. Phương pháp điện phân 22 1.4.5. Các phương pháp khác 23 1.5. Khái quát về bản mạch điện tử 25 1.6.Tính chất hóa học của Cu 26 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 28 2.1. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu 28 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 28 2.1.2.Phương pháp nghiên cứu 28 2.1.3.Nội dung nghiên cứu 28 2.2. Phƣơng pháp thu thập và phân tích dữ liệu dự báo lƣợng chất thải điện tử 28 2.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát 29 2.3. Phƣơng pháp thực nghiệm 30 2.3.1.Hóa chất và thiết bị 30 2.3.2.Mô hình thiết bị thu hồi kim loại 30 2.4. Phƣơng pháp phân tích Cu sử dụng trong thực nghiệm 33 2.5. Qui trình tách và xác định thành phần mẫu bản mạch điện tử 33 2.6.Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm 35 2.6.1.Nguyên liệu để xác định thành phần kim loại trong bản mạch điện tử 35 2.6.2.Nguyên liệu sử dụng cho thiết bị thu hồi Cu 35 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1. Dự báo số lƣợng chất thải điện tử phát sinh tại Hà Nội và Hải Phòng 37 3.1.1. Kết quả điều tra thông tin về một số thiết bị điện tử tại Hà Nội 37 3.1.2. Dự báo số lƣợng chất thải điện tử tại Hà Nội 42 3.1.3 Kết quả điều tra một số thông tin về thiết bị điện tử ở Hải Phòng 46 3.1.4. Dự báo số lƣợng chất thải điện tử tại Hải Phòng 51 3.2. Thành phần vật chất của bản mạch điện tử của máy tính 54 3.2.1. Thành phần khối lượng các linh kiện trên bản mạch điện tử của máy tính 54 3.2.2. Khảo sát thành phần kim loại trên bản mạch điện tử 55 3.3. Hàm lƣợng Cu trong nguyên liệu đƣợc sử dụng trong thực nghiệm 58 3.4. Kết quả thu hồi Cu bằng hệ dung dịch H 2 SO 4 – H 2 O 2 59 3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu quả hòa tách Cu 59 3.4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng H 2 O 2 đến hiệu quả hòa tách Cu 61 3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt tới tới khả năng hòa tan Cu 63 3.4.5.Ảnh hưởng của hàm lượng Cu trong nguyên liệu tới khả năng hòa tách Cu……………………………………………………………………………………… 65 3.4.6. Ảnh hưởng của điều kiện thiết bị đến hiệu quả hòa tách Cu 69 3.4.7. Ảnh hưởng của Cu 2+ tới khả năng hòa tách Cu 71 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử 4 1.2 Các thành phần có giá trị trong bản mạch điện tử 6 1.3 Số lƣợng thiết bị điện tử thải bỏ tại Việt Nam (chiếc) 8 3.1 Số liệu điều tra số lƣợng máy tính mới đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 (chiếc) 37 3.2 Số liệu điều tra số lƣợng laptop đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 (chiếc) 38 3.3 Số liệu điều tra số lƣợng tivi màu đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 (chiếc) 38 3.4 Số liệu điều tra lƣợng tivi màn hình tinh thể lỏng đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012(chiếc) 39 3.5 Số liệu điều tra số lƣợng tủ lạnh đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012(chiếc) 39 3.6 Số liệu điều tra số lƣợng máy giặt đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 (chiếc) 40 3.7 Dữ liệu các mặt hàng điện tử đƣợc đƣợc đƣa vào sử dụng ở Hà Nội giai đoạn 1997- 2012 (chiếc) 40 3.8 Các giả định đƣợc sử dụng để tính toán số lƣợng thiết bị điện tử thải bỏ 42 3.9 Dự báo số lƣợng máy tính thải bỏ (chiếc) 43 3.10 Dự báo số lƣợng tivi màu thải bỏ (chiếc) 43 3.11 Dự báo số lƣợng tủ lạnh thải bỏ(chiếc) 43 3.12 Dự báo số lƣợng máy giặt thải bỏ (chiếc) 44 3.13 So sánh số lƣợng các thiết bị điện tử bị thải bỏ năm 2013(chiếc) 44 3.14 So sánh lƣợng chất thải điện tử phát sinh từ các loại thiết bị năm 2014 45 3.15 Dự báo số lƣợng chất thải điện tử phát sinh từ 4 loại thiết bị điện tử (chiếc) 45 3.16 Số liệu điều tra số lƣợng máy tính đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi nămgiai đoạn 1997-2012(chiếc) 47 3.17 Số liệu điều tra số lƣợng laptop đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012(chiếc) 47 3.18 Số liệu điều tra số lƣợng tivi màu đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 (chiếc) 48 3.19 Số liệu điều tra số lƣợng tivi màn hình tinh thể lỏng đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 48 3.20 Số liệu điều tra lƣợng tủ lạnh đƣợc mua mỗi năm giai đoạn 1997-2012 49 3.21 Số liệu điều tra số lƣợng máy giặt đƣợc đƣa vào sử dụng trong mỗi năm giai đoạn 1997-2012 49 3.22 Dữ liệu các mặt hàng điện tử đƣợc đƣa vào sử dụng ở Hải Phòng giai đoạn 1997- 2012(chiếc) 50 3.23 Các giả định đƣợc sử dụng để tính toán lƣợng chất thải điện tử tại Hải Phòng 52 3.24 Dự báo số lƣợng máy tính thải bỏ tại Hải Phòng(chiếc) 52 3.25 Dự báo số lƣợng tivi màu thải bỏ tại Hải Phòng (chiếc) 52 3.26 Dự báo số lƣợng tủ lạnh thải bỏ tại Hải Phòng(chiếc) 53 3.27 Dự báo số lƣợng máy giặt thải bỏ tại Hải Phòng(chiếc) 53 3.28 So sánh số lƣợng các thiết bị điện tử thải bỏ trong 2 năm 2013&2014 tại Hải Phòng 53 3.29 Dự báo số lƣợng 4 loại thiết bị điện tử thải bỏ tại Hải Phòng (chiếc) 54 3.30 Thành phần khối lƣợng các linh kiện của bản mạch vi tính 54 3.31 Thành phần kim loại (mg/kg linh kiện)trong các linh kiện 56 3.32 So sánh thành phần % kim loại có trong các linh kiện trên bản mạch điện tử thải bỏ 57 3.33 Ảnh hƣởng của nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách Cu 60 3.34 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng H 2 O 2 đến hiệu suất hòa tách Cu 62 3.35 Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất hòa tách Cu 64 3.36 Hiệu quả hòa tách đồng từ mẫu có kích thƣớc hạt 1-1,5mm 65 3.37 So sánh kết quả hòa tách Cu giữa 2 mẫu nguyên liệu 67 3.38 Ảnh hƣởng của điều kiện thiết bị đến hiệu suất hòa tách Cu 69 3.39 Hiệu quả hòa tách Cu ở điều kiện tối ƣu 71 3.40 Kết quả hòa tách Cu bằng hệ H 2 SO 4 – H 2 O 2 tái sử dụng 73 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Các tỷ lệ xử lý chất thải điện tử giả định 15 1.2 Thu hồi Cu bằng phƣơng pháp nhiệt luyện 21 1.3 Sơ đồ quá trình hoà tan chọn loc và điện phân thu hồi Cu, Pb, Sn. 24 1.4 Cấu tạo của bản mạch điện tử máy tính 25 1.5 Cấu tạo của bản mạch một lớp 26 2.1 Sơ đồ thiết bị hòa tách Cu 28 2.2 Thiết bị hòa tách Cu quy mô phòng thí nghiệm 32 2.3 Bản mạch máy tính đem bóc tách 34 2.4 Sơ đồ tách và phân loại bản mạch máy tính 34 2.5 Mẫu bản mạch thải loại sử dụng trong các thí nghiệm 35 2.6 Hình ảnh mẫu bản mạch thu đƣợc sau khi tiền xử lý bằng phƣơng pháp cơ học và rây 36 3.1 Đồ thị biểu diễn doanh số các mặt hàng điện tử đƣợc đƣa vào sử dụng tại Hà Nội 41 3.2 So sánh số lƣợng các thiết bị điện, điện tử thải bỏ năm 2013 44 3.3 So sánh số lƣợng các thiết bị điện, điện tử thải bỏ tử năm 2014 45 3.4 So sánh lƣợng 4 loại thiết bị điện tử thải bỏ năm 2013&2014 46 3.5 Đồ thị biểu diễn số lƣợng các mặt hàng điện tử đƣợc đƣa vào sử dụng tại Hải Phòng giai đoạn 1997-2010 51 3.6 So sánh số lƣợng thiết bị điện, điện tử thải bỏ năm 2013&2014 54 3.7 So sánh khối lƣợng các thành phần trên bản mạch máy tính 55 3.8 So sánh hàm lƣợng một số kim loại chủ yếu có trong các linh kiện 58 3.9 Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách Cu 61 3.10 Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng H 2 O 2 đến hiệu suất hòa tách Cu 62 3.11 Hiện tƣợng muối đồng kết tinh khi sử dụng H 2 O 2 20% 63 3.12 Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất hòa tách Cu 64 3.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả hòa tách Cu từ mẫu có kích thƣớc hạt 1-1,5mm 66 3.14 So sánh hiệu quả hòa tách Cu giữa 2 mẫu nguyên liệu 68 3.15 Ảnh hƣởng của điều kiện thiết bị đến hiệu suất hòa tách Cu 70 3.16 Hiệu quả thu hồi Cu ở điều kiện tối ƣu (H 2 SO 4 2,5M và H 2 O 2 15%) 72 3.17 Bã rắn mẫu có kích thƣớc 0,5-1,0mm ở điều kiện tối ƣu 72 3.18 Bã rắn và dung dịch sau khi hòa tan Cu bằng dung dịch A 1 (hệ H 2 SO 4 - H 2 O 2 tái sử dụng) 74 3.19 Tinh thể CuSO 4 thu đƣợc 74 [...]... trƣờng của chất thải điện tử và góp phần nghiên cứu tìm ra giải pháp hiệu quả trong việc tái chế chất thải điện tử tại Việt Nam, trong luận văn này, chúng tôi đi sâu vào Nghiên cứu đánh giá tiềm năng tái chế chất thải điện tử và thu hồi kim loại có giá trị từ bản mạch điện tử thải bỏ 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ 1.1 .Chất thải điện tử - nguồn... lƣợng lớn các kim loại khai thác từ quặng tự nhiên Mặt khác, tái chế chất thải điện tử còn giúp tiết kiệm năng lƣợng sản xuất Chi phí năng lƣợng cho việc tái chế chất thải điện tử để thu hồi kim loại thấp hơn đáng kể so với chi phí năng lƣợng khai thác từ quặng tƣơng ứng Ví dụ, tái chế để thu hồi Al cần năng lƣợng ít hơn 95% so với việc sản xuất Al từ quặng hay tái chế thép tiết kiệm 60% năng lƣợng Cuối... tính và mãn tính Gây dị ứng Tuy nhiên, nhìn nhận chất thải điện tử theo khía cạnh tích cực thì chúng không hoàn toàn chỉ là loại rác thải độc hại Nếu chất thải điện tử đƣợc xử lý đúng cách thì nó còn đem lại nguồn lợi cho con ngƣời do có chứa những thành phần có giá trị sử dụng cao đó là các kim loại màu và các kim loại quý 5 Bảng 1.2 Các thành phần có giá trị trong bản mạch điện tử Thành phần có giá trị. .. hòa tan, kết tủa và điện phân đƣợc sử dụng để thu hồi kim loại từ chất thải có chứa kẽm và chì Sau khi hòa tách với HCl, kim loại chì và ZnCO3 đƣợc thu hồi; còn sau khi hòa tách với H2SO4 thì kim loại kẽm và PbSO4 đƣợc thu hồi [18] 1.4.4 Phương pháp điện phân Điện phân là một trong những phƣơng pháp tách kim loại thƣờng đƣợc dùng do có ƣu điểm là có tính chọn lọc cao, kim loại thu đƣợc có độ tinh khiết... dụng đƣợc giá trị của chúng 8 1.1.3.Hiệu quả kinh tế - môi trường của quá trình tái chế chất thải điện tử 1.1.3.1 Tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên Sự gia tăng nhanh chóng lƣợng chất thải điện tử kéo theo sự ra đời của một ngành kinh doanh đầy tiềm năng đó là tái chế chất thải điện tử Tái chế chất thải điện tử bao gồm việc tháo dỡ và phá hủy các thiết bị để thu hồi các vật liệu mới Do có một khối... về chất thải điện tử 1.1.1.1 Định nghĩa và phân loại chất thải điện tử Do sự phát triển của khoa học công nghệ, các thiết bị điện, điện tử ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống con ngƣời, từ đó phát sinh một loại chất thải rắn mới gọi là chất thải điện tử Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất thải điện tử tùy thu c vào mỗi tổ chức hay quốc gia vùng lãnh thổ Theo Tổ chức hợp tác và. .. công nghệ tái chế chất thải điện tử là rất cần thiết để tránh đƣợc nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng và đem lại nguồn lợi cho con ngƣời 1.3 Các phƣơng pháp ƣớc tính lƣợng chất thải điện tử phát sinh [19] Để đánh giá đƣợc tác động tiêu cực của chất thải điện tử tới môi trƣờng và có cơ sở để xây dựng các kế hoạch quản lý và xử lý chất thải điện tử trong tƣơng lai cần dự báo đƣợc lƣợng chất thải điện tử phát... Nguồn gốc trong rác thải điện tử Cu Dẫn điện trong các loại cáp, cuộn cảm, bản mạch Ag Tụ điện, thiết bị chuyển mạch, pin, điện trở Al Chủ yếu có trong bản mạch máy tính để kết nối các lớp mạ Tụ điện, thanh tản nhiệt Fe Khung thép, vỏ máy, … Zn Pin sạc, hợp kim Au 1.1.2 Thực trạng phát sinh chất thải điện tử 1.1.2.1 Thực trạng phát sinh chất thải điện tử trên thế giới Chất thải điện tử đƣợc coi là thành... lớn các hoạt động thu hồi kim loại từ chất thải điện tử tập trung vào kỹ thu t thu t thủy luyện Quá trình thủy luyện bao gồm hòa tách kim loại vào dung dịch bằng các tác nhân hóa học Dung dịch đƣợc phân tách 21 và tinh chế bằng các quá trình kết tủa tạp chất, trích lý, hấp phụ và trao đổi ion để tách ra và cô đặc kim loại muốn thu hồi [2] Công nghệ thủy luyện giữ đƣợc hầu hết các kim loại trong dung... tính bị thải bỏ vẫn sử dụng đƣợc nhƣng chúng đã bị thay thế bởi những máy tính hiện đại hơn [17] Thành phần chất thải điện tử rất đa dạng và khác nhau tùy thu c vào từng loại thiết bị Nó chứa hơn một nghìn chất khác nhau bao gồm cả chất nguy hại và chất không nguy hại Thông thƣờng, chất thải điện tử có chứa sắt và các kim loại 3 màu, nhựa, thủy tinh, gỗ, gốm sứ, cao su và một số các chất khác, Sắt và thép . sâu vào Nghiên cứu đánh giá tiềm năng tái chế chất thải điện tử và thu hồi kim loại có giá trị từ bản mạch điện tử thải bỏ . 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI. HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ HƢỜNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TÁI CHẾ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ THU HỒI KIM LOẠI CÓ GIÁ TRỊ TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng . TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ HƢỜNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TÁI CHẾ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ THU HỒI KIM LOẠI CÓ GIÁ TRỊ TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ THẢI BỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC