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 MỞ ĐẦU Ngày nay các thiết bị điện tử như ti vi, máy tính, tủ lạnh, máy in, điện thoại di động, …đã trở thành mặt hàng thiết yếu trong cuộc sống do những chức năng và tiện ích mà chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐẶNG THỊ HƯỜNG

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐẶNG THỊ HƯỜNG

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 Trường

Mã số: 60 44 41

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CHU XUÂN QUANG

Hà Nội – 2013

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆTÁI 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 phương pháp ước tính lượng 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

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 28

2.1 Mục tiêu và phương 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 Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu dự báo lượng chất thải điện tử 28

2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát 29

2.3 Phương 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 Phương 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

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Dự báo số lượng 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 lượng 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 lượng 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 lượng Cu trong nguyên liệu được sử dụng trong thực nghiệm 58

3.4 Kết quả thu hồi Cu bằng hệ dung dịch H2SO4 – H2O2 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

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

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

3.6 Số liệu điều tra số lƣợng máy giặt đƣợc đƣa vào sử dụng trong

3.7 Dữ liệu các mặt hàng điện tử đƣợc đƣợc đƣa vào sử dụng ở Hà

3.8 Các giả định đƣợc sử dụng để tính toán số lƣợng

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

3.16 Số liệu điều tra số lƣợng máy tính đƣợc đƣa vào sử dụng trong

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

3.22 Dữ liệu các mặt hàng điện tử đƣợc đƣa vào sử dụng ở Hải

3.23 Các giả định đƣợc sử dụng để tính toán lƣợng chất thải điện tử

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

2.2 Thiết bị hòa tách Cu quy mô phòng thí nghiệm 32

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

3.1 Đồ thị biểu diễn doanh số các mặt hàng điện tử đƣợc đƣa vào

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 lượng một số kim loại chủ yếu có trong các linh

3.11 Hiện tượng muối đồng kết tinh khi sử dụng H2O2 20% 63

3.12 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất hòa

3.17 Bã rắn mẫu có kích thước 0,5-1,0mm ở điều kiện tối ưu 72

3.18 Bã rắn và dung dịch sau khi hòa tan Cu bằng dung dịch A1 (hệ

H2SO4- H2O2 tái sử dụng)

74

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 OECD Organization for Economic

Co-operation and Development

3 PCB Polychlorinated biphenyl Polyclobiphenyl

4 TBBA Tetrabromobisphenol- A Tetrabrombisphenol-A

5 PBB

Polybrominated biphenyl Polybrombiphenyl

1

MỞ ĐẦU

Ngày nay các thiết bị điện tử như ti vi, máy tính, tủ lạnh, máy in, điện thoại

di động, …đã trở thành mặt hàng thiết yếu trong cuộc sống do những chức năng và tiện ích mà chúng mang lại, nhưng khi không còn được sử dụng nữa thì chính các loại máy móc hiện đại lại trở thành nguồn chất thải rất độc hại đối với môi trường, Loại chất thải này được gọi là chất thải điện tử (e-waste)

Chất thải điện tử được xếp vào loại các chất thải nguy hại do chúng có chứa khối lượng khá lớn các chất độc hại như chì, cadimi, thủy ngân, …cho nên nếu tiêu hủy hoặc tái chế không đúng cách, các chất này sẽ ngấm vào đất, vào mạch nước ngầm… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người

Tuy nhiên, chất thải điện tử không hoàn toàn là đồ bỏ đi độc hại mà trái lại, nếu được xử lý và khai thác đúng cách thì chất thải điện tử sẽ trở thành “dòng chất thải có khả năng tiềm tàng” và được ví như “mỏ vàng” vì chứa một lượng đáng kể các vật liệu quý có thể thu hồi đem lại nguồn lợi kinh tế cao như: vàng, bạc, đồng, platin, niken… Do đó, không xử lý chất thải điện tử đồng nghĩa với việc lãng phí một nguồn tài nguyên lớn

Tại Việt Nam, nguồn thải rác điện tử chủ yếu do doanh nghiệp điện tử trong nước nhập phế liệu từ nước ngoài về để tái chế hoặc do người dân sử dụng thải ra Đặc biệt trong những năm gần đây, do chính sách hội nhập kinh tế khu vực và thế giới và mức sống của người dân ngày càng được nâng cao chính vì vậy lượng chất thải điện tử đang gia tăng rất nhanh chóng Mặc dù mối nguy này đã được cảnh báo, nhưng đến nay việc quản lý và xử lý rác thải điện tử tại Việt Nam vẫn còn nhiều bất cập

Để có cái nhìn toàn diện hơn về tiềm năng và những nguy cơ đối với môi trường 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”

2

Chương 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 tài nguyên khoáng sản đô thị

1.1.1.Khái quát 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 người, 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 thuộc vào mỗi tổ chức hay quốc gia vùng lãnh thổ

Theo Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD 2001): Chất thải điện tử được định nghĩa là “những thiết bị sử dụng nguồn cung cấp điện đã đạt đến tuổi thọ thiết bị của chúng”

Theo Mạng lưới hành động Basel : “ Chất thải điện tử bao gồm một phạm vi rộng và đang gia tăng các thiết bị điện tử từ các thiết bị gia dụng lớn như tủ lạnh, điều hòa không khí, điện thoại, hệ thống thu phát âm thanh và các mặt hàng tiêu thụ điện đến các loại máy tính bị bỏ đi bởi người sử dụng chúng”[10]

Từ những định nghĩa trên có thể khái quát “Chất thải điện tử” là một thuật ngữ để chỉ các thiết bị điện, điện tử bị thải bỏ khi nó không còn đáp ứng được các yêu cầu của người sở hữu hiện tại hoặc đã đạt đến tuổi thọ của nó

Các thiết bị điện và điện tử được phân thành ba loại chính bao gồm : các thiết

bị điện gia dụng lớn, thiết bị công nghệ thông tin và viễn thông, thiết bị điện tiêu dùng Đại diện cho các thiết bị gia dụng lớn là tủ lạnh và máy giặt, máy tính để bàn

và máy tính cá nhân đại diện cho các thiết bị công nghệ thông tin và viễn thông,

trong khi ti vi đại diện cho nhóm các thiết bị điện tiêu dùng

Như vậy, các sản phẩm điện, điện tử bị thải bỏ có thể do các thiết bị này đã trở nên lỗi thời và người sử dụng muốn thay thế chúng bằng những thiết bị hiện đại hơn, hoặc do các thiết bị này đã gần hết tuổi thọ thiết bị, hoặc cũng có thể do các

3

thiết bị đã hư hỏng và người sử dụng cần vứt bỏ chúng Chính vì vậy rất nhiều sản phẩm trong số chất thải điện tử có thể được tái sử dụng (đem cho hoặc bán lại cho người khác sử dụng), được tân trang lại hoặc được đem tái chế Những phần còn lại thường được đem tiêu hủy hoặc được chôn lấp cùng với các loại rác thải khác

1.1.1.2 Đặc điểm của chất thải điện tử

Trong những năm gần đây, vấn đề chất thải điện tử đang trở thành mối hiểm họa mà nhiều nước phải đối đầu, nhất là các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam Theo UNEP, hai đặc điểm đặc trưng sau đây của chất thải điện tử khiến chúng phải được quản lý và xử lý đặc biệt:

 Chất thải điện tử là chất thải nguy hại: Chúng có chứa hơn 1000 các hợp chất khác nhau, trong số đó có nhiều chất độc hại gây ô nhiễm nghiêm trọng khi bị vứt bỏ

 Chất thải điện tử được tạo ra với một tốc độ đáng báo động do sự lỗi thời: Do tốc độ lỗi thời cực kỳ nhanh chóng nên lượng chất thải điện

tử được tạo ra cao hơn nhiều so với các mặt hàng tiêu dùng khác [14] Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng chất thải điện tử là

do tốc độ phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, các thiết bị điện tử mới thường đa dạng về mẫu mã, kiểu dáng đẹp hơn, nhiều chức năng hơn và giá cả phù hợp nên rất thu hút người tiêu dùng và những thiết bị sản xuất trước nhanh chóng trở nên lỗi thời Như vậy, chỉ sau một thời gian sử dụng, có khi chưa hết tuổi thọ thì những thiết bị cũ đã bị thay thế bằng những thiết bị mới và chúng trở thành rác thải điện tử Tuổi thọ của một chiếc máy tính đã giảm từ sáu năm xuống còn ba năm, còn điện thoại di động chỉ dưới hai năm Kết quả điều tra tại Mỹ cho thấy 50% máy tính bị thải bỏ vẫn sử dụng được nhưng 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 thuộc 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 thường, chất thải điện tử có chứa sắt và các kim loại

4

màu, nhựa, thủy tinh, gỗ, gốm sứ, cao su và một số các chất khác, Sắt và thép chiếm khoảng 50% khối lượng chất thải điện tử, tiếp theo là nhựa (21%), kim loại màu (13%), còn lại là các thành phần khác Kim loại màu bao gồm các kim loại như đồng, nhôm và các kim loại quý ví dụ như vàng, bạc, platin, paladi…Sự hiện diện của các nguyên tố như chì, thủy ngân, asen, cadimi, selen, Cr(VI) và các chất chống cháy trong chất thải điện tử gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng là nguyên nhân đưa chất thải điện tử được xếp vào loại chất thải nguy hại

Bảng 1.1: Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử [14]

Chất độc hại Nguồn gốc trong rác thải điện tử Tác hại đối với môi

Gây tổn thương lâu dài đến sức khỏe, gây ngộ độc sâu khi cháy

Polycloflocacbon

(CFC)

Trong bộ phận làm lạnh, bọt cách điện

Khi cháy gây nhiễm độc, chất phá hủy tầng ozon

Polyvinyclorua (PVC) Cáp cách điện Cháy ở nhiệt độ cao

sinh ra dioxin và furan

Kim loại nặng và các kim loại khác

5

As

Có trong đèn hình đời cũ và lượng nhỏ ở dạng gali asenua, bên trong các diot phát quang

Sừng hóa da, gây ung thư da

Be Bộ chỉnh lưu, bộ phận phát tia Ung thư phổi

Cd

Pin Ni-Cd sạc lại, lớp huỳnh quang (đèn hình CRT), mực máy

in và trống, máy photocopy (trong máy photo), trong bo mạch và chất bán dẫn

Loãng xương, thiếu máu, suy gan, suy thận

Cr(VI) Băng và đĩa ghi dữ liệu Độc cấp tính và mãn

em

Hg

Trong đèn hình màn hình LCD, pin kiềm và công tắc, trong vỏ máy

6

Bảng 1.2 Các thành phần có giá trị trong bản mạch điện tử

Thành phần có giá trị 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

Au Chủ yếu có trong bản mạch máy tính để kết nối các lớp

mạ

Al Tụ điện, thanh tản nhiệt

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 được coi là thành phần gia tăng nhanh nhất trong chất thải

đô thị trên toàn thế giới Ước tính rằng có khoảng 20-50 triệu tấn chất thải điện tử

được tạo ra trên toàn cầu mỗi năm, chiếm 5% tổng lượng chất thải rắn đô thị [17]

Ở các nước phát triển, lượng chất thải điện tử trung bình bằng 1% tổng lượng

chất thải rắn Trong khối liên minh châu Âu, mỗi năm có từ 5-7 triệu tấn chất thải

điện tử phát sinh, tức là khoảng 14-15kg chất thải điện tử/ đầu người/ năm và dự kiến tốc độ phát sinh chất thải là từ 3-5% mỗi năm [19] Tại Mỹ, lượng chất thải điện tử chiếm từ 1-3% tổng lượng chất thải đô thị phát sinh Theo Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), lượng chất thải điện tử phát sinh tại Mỹ vào năm 2005 là

2,5 triệu tấn, chiếm 1,4% tổng lượng chất thải [17]

Tại các nước đang phát triển, lượng chất thải điện tử chiếm khoảng từ 1% lượng chất thải rắn đô thị phát sinh Một báo cáo của Liên hợp quốc dự đoán rằng năm 2020, lượng chất thải điện tử từ máy tính cũ ở Trung Quốc sẽ tăng vọt tới 400% so với năm 2007 và tại Ấn Độ con số này lên tới 500% Ngoài ra, tại Ấn Độ, lượng chất thải điện tử từ điện thoại di động vào năm 2020 sẽ cao hơn khoảng 7 lần

0,01-so với mức năm 2007 và con số này là khoảng 18 lần tại Trung Quốc[15]

Những con số trên đã làm nổi bật nhu cầu cấp thiết cần giải quyết các vấn đề

về chất thải điện tử trên toàn thế giới, đặc biệt là tại các nước đang phát triển như

7

Ấn Độ, nơi mà việc quản lý, thu gom và tái chế chất thải điện tử vẫn chưa được kiểm soát đúng đắn

1.1.2.2 Thực trạng phát sinh chất thải điện tử ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, do sự gia tăng thu nhập của người dân Việt Nam

và sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, nhu cầu sử dụng các thiết bị điện tử tại Việt Nam ngày càng cao, kéo theo đó là sự gia tăng khối lượng lớn chất thải điện tử

Theo báo cáo của Viện khoa học và công nghệ môi trường- Đại học Bách khoa Hà Nội, hàng năm, tổng lượng chất thải điện và điện tử dân dụng phát sinh ở Việt Nam là khoảng 120.000 chiếc tivi, đầu máy video, radio cassette, máy giặt và

tủ lạnh Bên cạnh đó, có khoảng 300.000 bộ máy tính cũng bị thải bỏ hàng năm Điều tra tại một số cửa hàng inter-net cho thấy, có khoảng 50% đang sử dụng là máy mới và khoảng 50% là máy cũ cần thay thế gần như toàn bộ phụ tùng đó có thể được sử dụng lại ngay tại cửa hàng, 90% còn lại sẽ được vứt bỏ cùng với rác thải

sinh hoạt hoặc bán lại cho các cơ sở thu gom phế liệu [7]

Theo một nghiên cứu của Công ty Môi trường Đô thị (URENCO) ở Hà Nội, với việc điều tra hơn 400 hộ gia đình, 400 văn phòng và 400 cơ sở sửa chữa, tái chế trên bảy tỉnh thành, đã ghi nhận một sự gia tăng đáng kể về số lượng rác công nghệ

cao trong các năm từ 2002 đến 2006 (xem bảng) [3]

8

Bảng 1.3:Số lượng thiết bị điện tử thải bỏ tại Việt Nam (chiếc)

Năm TV Tủ lạnh Máy giặt Điều hòa

Một nguồn dữ liệu khác dựa trên kim ngạch nhập khẩu thiết bị điện tử cho thấy lượng chất thải điện tử tại Việt Nam trong những năm gần đây tăng vọt Theo

số liệu của ngành thống kê, kim ngạch nhập khẩu máy tính và linh kiện điện tử vào năm 2000 đạt 892 triệu đô-la Mỹ, đến năm 2004 con số này tăng đến 1,3 tỷ đô-la

và hai năm gần đây tăng vọt lên 3,7 tỷ đô-la vào năm 2008 và 3,9 tỷ đô-la vào năm

2009 Tương ứng với sự gia tăng của lượng máy nhập khẩu là sự gia tăng của lượng máy bị thải bỏ Theo một ước tính của ngành môi trường, lượng rác thải điện thoại trong nước mỗi năm khoảng 400 tấn, ẩn chứa bên trong đó là các chất độc hại chưa qua xử lý như chì, thuỷ ngân…

Như vậy theo những dữ liệu trên, mặc dù Việt Nam là một quốc gia đang phát triển nhưng lượng chất thải điện tử gia tăng không nhỏ Do đó, chúng ta cần có biện pháp quản lý và xử lý thích hợp nguồn rác thải đặc biệt này để tránh nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cũng như tận dụng được giá trị của chúng

9

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 lượng 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 lượng khổng lồ chất thải điện tử được tạo ra hàng năm, mặt

khác chúng có chứa một lượng lớn các kim loại có giá trị nên việc tái chế chất thải

điện tử không những làm giảm bớt tác động tiêu cực tới môi trường mà còn đem lại

lợi ích kinh tế và góp phần tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên Một chuyên gia

làm việc tại Trường đại học của Liên hợp quốc (UNU) cho rằng, lượng kim loại quý

hiếm được thu hồi từ thiết bị điện tử phế thải lớn hơn nhiều so với việc khai thác

mỏ Mỗi tấn phế thải linh kiện chứa lượng vàng nhiều gấp 17 lần so với một tấn

quặng kim loại quý này và đối với kim loại đồng con số này là 40 lần Lượng vàng

trong 41 điện thoại di động tương đương với lượng vàng có trong 1 tấn quặng vàng

[7] Như vậy, nếu lượng kim loại trong chất thải điện tử được thu hồi, rõ ràng,

chúng ta sẽ giảm được một lượng lớn các kim loại khai thác từ quặng tự nhiên Mặt

khác, tái chế chất thải điện tử còn giúp tiết kiệm năng lượng sản xuất Chi phí năng

lượng cho việc tái chế chất thải điện tử để thu hồi kim loại thấp hơn đáng kể so với

chi phí năng lượng khai thác từ quặng tương ứng Ví dụ, tái chế để thu hồi Al cần

năng lượng ít hơn 95% so với việc sản xuất Al từ quặng hay tái chế thép tiết kiệm

60% năng lượng Cuối cùng, việc khai thác kim loại quý hiếm trong chất thải điện

tử ít vất vả hơn nhiều so với việc khai thác từ quặng Trong khi để khai thác được

5gram vàng ở mỏ có tỷ trọng khai thác cao như mỏ Kalgold ở Nam Phi người ta

phải thiết kế hầm lò, đào bới vận chuyển 1 tấn đất đá thì hãng tái chế Umicore tại

Brussel có hàng triệu tấm vi mạch máy tính và người ta có thể thu hồi được 250gr

vàng từ 1 tấn tấm vi mạch này, cao gấp 50 lần so với mỏ Kalgold Như vậy, có thể

coi chất thải điện tử là “mỏ khoáng sản đô thị” và chúng cần được xử lý một cách

đúng đắn để có thể phát huy giá trị của chúng

là một ví dụ điển hình về tác hại của chất thải điện tử tới môi trường Tại đây, do việc chất đống và đốt các phế thải điện tử để lọc ra những phần có giá trị đã làm cho nguồn nước và không khí bị ô nhiễm , đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng Theo điều tra, tỷ lệ nhiễm chì trong máu của trẻ em lên tới 70% Như vậy, nếu chất thải điện tử không được xử lý đúng cách, các chất độc có thể nhanh chóng lan vào nước, không khí, đất và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cũng như xâm nhập vào cơ thể gây nguy hại cho sức khỏe con người Do đó, việc tái chế theo công nghệ phù hợp không chỉ giảm tác hại xấu đến môi trường mà còn góp phần khai thác được giá trị của chất thải điện tử,

1.2.Tình hình tái chế chất thải điện tử tại Việt Nam

Theo báo cáo của Viện khoa học và công nghệ Môi trường- Đại học Bách Khoa Hà Nội, ở Việt Nam không có chuyện vứt các thiết bị cũ, hỏng ra đường mà thường được người sử dụng bán lại cho các cửa hàng sửa chữa hay những người mua ve chai Các sản phẩm này sau đó được người ta bóc tách thủ công để thu gom linh kiện hoặc lấy kim loại, vỏ máy đem bán cho các cơ sở tái chế Tuy nhiên, việc tái chế chất thải điện tử còn ở mức hạn chế cả về số lượng được tái chế và chất lượng tái chế [7] Theo kết quả điều tra của A.Terazono (Viện Nghiên cứu môi trường Nhật Bản) cho thấy tại thành phố Hồ Chí Minh lượng chất thải điện - điện tử phát sinh vào khoảng 6.140 tấn/năm nhưng tái chế chỉ đạt khoảng 98 tấn/năm và hoàn toàn bằng phương pháp thủ công [21] Để thu hồi chì, người ta đập vỡ các thiết bị, làm chảy các mối hàn chì để tháo rời các chip máy tính đem bán lại Chì được gom lại, nung nóng trên chảo, từ đó làm bay các hơi kim loại độc như chì, cadimi, thủy ngân… và giải phóng chúng vào không khí dưới dạng hơi sương độc

11

hại Sau khi các “chip” được lấy ra, chì được “tự do” chảy xuống đất [1] Như vậy,

rõ ràng dựa trên những dữ liệu về tình hình phát sinh chất thải đã đề cập ở trên thì tại Việt Nam, lượng chất thải điện tử phát sinh khá lớn và tăng nhanh theo mỗi năm, nhưng tình hình tái chế vẫn còn nhiều bất cập Do vậy việc đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển công nghệ tái chế chất thải điện tử là rất cần thiết để tránh được nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và đem lại nguồn lợi cho con người

1.3 Các phương pháp ước tính lượng chất thải điện tử phát sinh [19]

Để đánh giá được tác động tiêu cực của chất thải điện tử tới môi trường và có

cơ sở để xây dựng các kế hoạch quản lý và xử lý chất thải điện tử trong tương lai cần dự báo được lượng chất thải điện tử phát sinh một cách tin cậy Về cơ bản trên thế giới, có 5 phương pháp được sử dụng để ước tính lượng chất thải điện tử Tuy nhiên, tùy từng điều kiện của mỗi nước mà áp dụng phương pháp cho phù hợp

1.3.1.Phương pháp bậc thời gian (time step method)

Việc tính toán lượng chất thải điện tử dựa trên dữ liệu thiết bị gia dụng và công nghiệp cùng với dữ liệu bán sản phẩm Tiềm năng chất thải điện tử trong giai đoạn thu thập tại thời điểm t được tính toán dựa trên chênh lệch lượng thiết bị gia dụng và công nghiệp trong suốt giai đoạn tiêu thụ giữa hai điểm trong thời gian t, cộng với doanh số bán hàng trong thời gian này và trừ đi lượng chất thải phát sinh hàng năm được tạo ra trong thời điểm t-1

Phương trình toán học của phương pháp bậc thời gian được biểu diễn như sau: Lượng chất thải phát sinh tại thời điểm (t) =[hàng hóa(t1) – hàng hóa (t)]gia dụng + + [hàng hóa(t1) – hàng hóa (t)]công nghiệp + doanh số bán hàng (n) - lượng chất thải hàng năm (n)

Với n=t1+1 đến t-1 và t1 <t

Hàng hóa gia dụng = Số hộ gia đình *mật độ hộ gia đình /100

= dân số/số người bình quân trong một gia đình * mức độ tập trung hộ gia đình/100

Hàng hóa công nghiệp = Số nơi làm việc * mật độ công nghiệp/100

12

= Số lượng nhân viên/ số lượng người sử dụng mỗi thiết bị Yêu cầu về dữ liệu

1 Thông tin về doanh số bán sản phẩm trong nước, điều này có thể thu được từ

dữ liệu thống kê sản xuất, nhập khẩu và xuất khẩu

2 Mức tồn đọng thiết bị có thể xác định được theo mức bão hòa xác định sẵn trong hộ gia đình

3 Khó xác định được mức độ tồn đọng hàng hóa công nghiệp và đòi hỏi các giả định

Những hạn chế của phương pháp

1 Mức độ bão hòa hộ gia đình được xác định dựa trên mức độ hàng tồn kho được xác định trước

2 Lượng hàng tồn kho trong công nghiệp được giả định trong tính toán

3 Giả thiết rằng tất cả các rác thải điện tử phát sinh được thu gom và vận chuyển đến các công ty xử lý và tái chế

Những ưu điểm của phương pháp

1 Tính toán dễ dàng

2 Phương pháp đưa ra kết quả đáng tin cậy trong thị trường bão hòa

1.3.2.Phương pháp cung của thị trường(market supply method)

Tính toán lượng chất thải điện tử dựa vào dữ liệu bán sản phẩm cùng với tuổi thọ đặc trưng Tiềm năng chất thải trong giai đoạn thu thập tại thời điểm t được tính trên cơ sở dữ liệu bán hàng và thông tin về các mô hình tiêu thụ Việc vứt bỏ được xem như là trái ngược với sự mua lại các thiết bị nhưng với sự trì hoãn nhất định về mặt thời gian trong quá trình tiếp theo

Phương trình toán học của phương pháp được mô tả như sau:

Lượng chất thải điện tử phát sinh tại thời điểm t = doanh số bán (t-dN) + tái sử dụng (t-dS)

Trong đó: dN: Tuổi thọ trung bình của một mặt hàng mới

dS: Tuổi thọ trung bình của một mặt hàng đã qua sử dụng

13

a Những yêu cầu về dữ liệu

1 Thông tin về doanh số bán hàng trong nước cần thiết cho việc tính toán có thể thu được từ số liệu thống kê về sản xuất và xuất khẩu

2 Tuổi thọ trung bình của hàng mới và mặt hàng đã qua sử dụng, Tuổi thọ trung bình của mặt hàng mới và mặt hàng đã qua sử dụng là khác nhau

b Hạn chế của phương pháp

1 Giá trị tuổi thọ trung bình của một mặt hàng là chủ quan vì trong hầu hết các nước phát triển các thiết bị điện và điện tử thường được thay thế và vứt bỏ trước khi nó đạt đến tuổi thọ thiết bị

2 Chất thải điện tử thường được lưu trữ trong một năm

3 Giả thiết rằng tất cả các thiết bị điện tử sản xuất trong cùng một năm sẽ bị loại

bỏ sau khi đạt đến tuổi thọ trung bình của thiết bị

4 Giả định tuổi thọ trung bình của mặt hàng điện tử không thay đổi nhiều lắm trong khi thực tế tuổi thọ này có thể trở nên thấp hơn trong tương lai Do đó, phương pháp này không phải là đặc biệt hữu dụng trong việc tính toán chất thải điện tử ở những thị trường năng động nơi mà công nghệ và cuộc sống thay đổi nhanh chóng

c Ưu điểm của phương pháp

1 Dữ liệu cần thiết không cần quá rộng

2 Tính toán được thực hiện rất dễ dàng bằng cách sử dụng phương trình đơn giản

3 Dữ liệu bán sản phẩm điện tử có nguồn gốc từ các số liệu thống kê chính thức từ các viện nghiên cứu thị trường hoặc từ các tổ chức thương mại có chất lượng cao và có sẵn cho một lượng lớn các sản phẩm

1.3.3.Phương pháp Carnegie Mellon

Phương pháp này là một biến thể của phương pháp cung của thị trường, trong đó, lượng chất thải điện tử được tính toán từ dữ liệu bán sản phẩm điện tử, các giả định về tuổi thọ thiết bị đặc trưng, tái chế và lưu trữ Mô hình này xem xét hành

vi của người tiêu dùng khi họ xử lý các thiết bị điện, điện tử đã hết tuổi thọ thiết bị

14

Tại thời điểm mà các thiết bị trở nên lỗi thời có bốn tùy chọn cho chủ sở hữu như tái sử dụng, lưu trữ, tái chế và chôn lấp

Các thuật toán cho ứng dụng được đưa ra như sau:

• Cho D(Y,K) biểu thị doanh số tiêu thụ các thiết bị điện tử trong nước đối với năm (Y) và mặt hàng (K)

• I1, I2…IN biểu thị các mặt hàng điện tử và L1, L2…LN là tuổi thọ trung bình tương ứng của các mặt hàng điện tử; Lr và Ls tương ứng là tuổi thọ trung bình của các mặt hàng điện tử được tái sử dụng và lưu trữ

• Xác định phần trăm các mặt hàng điện tử qua các cách lựa chọn kết thúc thời hạn

sử dụng khác nhau, Các biến trong hình 1 được định nghĩa dưới đây:

- P1, P2, P3, P4 tương ứng là phần trăm tái sử dụng, lưu trữ, tái chế và chôn lấp các mặt hàng điện tử cũ

- P5, P6, P7 tương ứng là phần trăm lưu trữ, tái chế và chôn lấp các mặt hàng điện tử đã qua tái sử dụng

- P8, P9 tương ứng là phần trăm tái chế và chôn lấp các mặt hàng điện tử đã từng đã qua lưu trữ

• Tính O(Y,K) = các mặt hàng cũ của loại K trong năm Y từ các phương trình sau:

• RU(Y,K)=P1 x O(Y,K): Tỷ lệ tái sử dụng

ST = P2 xOY + P1xP5xOY-Lr : Tỷ lệ lưu trữ

RC = P3 x OY + P2xP8 xOY-Ls + P1xP6xOY-Lr + P1xP5xP8x OY-Ls-Lr : Tỷ lệ tái chế

LA= P4 xOY +P1xP7xOY- Lr + P2xP9 xOY-Ls + P1xP5xP9 xOY-Lr-Ls : Tỷ lệ chôn lấp

2 Mô hình này cũng đòi hỏi một sự bao quát đầy đủ doanh số bán hàng càng sớm càng tốt trong chuỗi giá trị thương mại của chất thải điện tử

b Ưu điểm của phương pháp

1 Mô hình này cho phép một thiết bị được mua, tái sử dụng, lưu trữ, và cuối cùng

là tái chế và chôn lấp đại diện cho dòng chảy vật chất chính xác hơn

Chôn lấp (P 9 )

Chôn lấp(P4 )

Tái chế (P 8 ) Chôn lấp (P 9 )

16

2 Phương pháp này rất lý tưởng cho việc kiểm tra một cách bao quát hơn đối với các sản phẩm riêng biệt Do lượng dữ liệu đầu vào lớn hơn nên việc tính lượng chất thải điện tử phát sinh chính xác hơn

1.3.4.Phương pháp gần đúng 1

Phương pháp gần đúng 1 tính toán chất thải điện tử dựa trên dữ liệu hàng tồn kho và tuổi thọ trung bình Phương pháp này cũng được gọi là phương pháp “tiêu thụ và sử dụng” Phương pháp trên đã được sử dụng để tính lượng chất thải điện tử

ở Hà Lan

Phương trình toán học của phương pháp này được biểu diễn như sau:

Lượng chất thải điện tử phát sinh (t) = [hàng (t) gia dụng + hàng công nghiệp (t)]/tuổi thọ trung bình

Hàng hóa gia dụng = Số hộ gia đình *mật độ hộ gia đình /100

= dân số/số người bình quân trong một gia đình * mức độ tập trung hộ gia đình/100

Hàng hóa công nghiệp = Số nơi làm việc * mật độ công nghiệp/10

= Số lượng nhân viên/ số lượng người sử dụng mỗi thiết bị * mức độ bão hòa công nghiệp *100

Các dữ liệu đầu vào cần thiết để tính toán là dữ liệu hàng tồn kho và các giả định về tuổi thọ trung bình của thiết bị

a Hạn chế của phương pháp:

1 Tuổi thọ của thiết bị được giả định là hằng số

2 Phương pháp này thích hợp để tính toán lượng chất thải điện tử trong thị trường quá bão hòa không có độ lệch lớn so với tuổi thọ trung bình giả định,

b Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi dữ liệu hàng hóa đáng tin cậy là có sẵn đối với các thiết bị

17

1.3.5.Phương pháp gần đúng 2

Dữ liệu thống kê được sử dụng để tính lượng chất thải điện tử trong một năm

cụ thể với giả định thị trường bão hòa Phương pháp này dựa trên giả định cứ một thiết bị mới được bán ra thì một thiết bị cũ bị thải bỏ Phương trình toán học của

phương pháp này được mô tả như sau:

Lượng chất thải phát sinh (t) = doanh số bán (t)

a Hạn chế của phương pháp

1 Phương pháp này chỉ phù hợp với những thị trường cực kỳ bão hòa nơi mà việc mua một sản phẩm mới dẫn đến một số lượng tương tự sản phẩm cũ trở thành rác thải Vì vậy phương pháp này có ứng dụng hạn chế trong các thị trường năng động và đang phát triển do trong những thị trường này một phần lớn doanh số để làm tăng lượng hàng tồn kho mà không đóng góp vào lượng chất thải ban đầu

2 Phương pháp này là không phù hợp nếu lưu trữ tạm thời hoặc tái sử dụng các thiết bị cũ đóng một vai trò quan trọng trong hành vi của người tiêu dùng

b Ưu điểm của phương pháp

1 Phương pháp này là thích hợp để tiến hành đánh giá sơ bộ

2 Sử dụng khi dữ liệu đầu vào rất hạn chế

3 Không đòi hỏi dữ liệu trong quá khứ, chỉ yêu cầu doanh số bán hàng trong một thời gian cụ thể

1.4 Công nghệ tái chế bản mạch điện tử thải bỏ và thu hồi kim loại

Những năm trước đây, tại các quốc gia phát triển, chất thải điện tử thường được xử lý như những chất thải thông thường khác bởi hai phương pháp chủ yếu là chôn lấp và đốt [12] Tuy nhiên, từ những năm 90 của thế kỷ trước và những năm đầu của thế kỷ này, do việc nhận thức được mối nguy hại và khả năng thu hồi những nguồn tài nguyên không tái tạo của chất thải điện tử mà tại nhiều quốc gia phát triển và đang phát triển đã bắt đầu việc tái chế loại chất thải này như một yêu cầu bắt buộc

18

Tái chế chất thải điện tử có thể chia thành ba bước chính: (1) tháo dời: tháo dời một cách chọn lọc, phân tách các thành phần có giá trị và độc hại để xử lý đặc biệt; (2) làm giàu: sử dụng quá trình cơ học và quá trình luyện kim để làm giàu những vật liệu mong muốn, tức là chuẩn bị vật liệu cho quá trình tinh chế; (3) tinh chế là bước cuối cùng, các vật liệu đã được làm giàu được xử lý lại hoặc được làm sạch bằng các quá trình tinh luyện [17] Quá trình tháo dỡ và cơ học chủ yếu được

sử dụng cho giai đoạn cho giai đoạn tiền xử lý, làm nâng cao hàm lượng vật liệu Ở giai đoạn tinh chế cuối cùng, kim loại được nấu nóng chảy hoặc hòa tan sử dụng các quá trình hỏa luyện hoặc thủy luyện để loại bỏ tạp chất [2]

1.4.1.Phương pháp phân loại và xử lý cơ học

Bước đầu tiên trong tái chế chất thải điện tử là quá trình phân loại Đây là một khâu quan trọng vì nó làm tăng hiệu quả xử lý ở các giai đoạn tiếp theo Tùy thuộc vào mục đích thu hồi vật liệu người ta có cách phân loại khác nhau, có thể tách riêng phần có chứa kim loại quý và phần không chứa kim loại quý theo tên linh kiện hay bằng đầu dò màu, hoặc đơn giản chỉ là tách riêng phần nhựa với phần kim loại…

Sau khi phân loại, chất thải sẽ được xử lý cơ học Các công nghệ dùng để phân loại, xử lý cơ học chất thải bao gồm: cắt, nghiền, sàng, tuyển từ, tuyển khí nén… Máy cắt và búa thường được sử dụng để giảm kích thước hạt và để giải phóng kim loại (phần thô) và tiếp theo vật liệu được đem nghiền để giảm kích thước hạt hơn nữa Ở máy nghiền có một cái lưới cố định để kiểm soát kích thước hạt Thiết bị tách từ tính được sử dụng để tách sắt, trong khi thiết bị tách chuyển động xoáy được sử dụng để tách các kim loại màu Hệ thống tách không khí được sử dụng để tách các phần nhẹ như giấy, nhãn, màng mỏng Nhựa được phân tách bằng cách sử dụng một số kỹ thuật như tách ống điện Trong kỹ thuật tách ống điện, nhựa dẻo được tách ra dựa trên hiện tượng truyền điện tích bề mặt Các loại nhựa khác nhau được trộn lẫn và liên kết với nhau trong một trống quay để truyền điện tích Các hạt mang điện tích âm được kéo về điện cực dương và ngược lại các hạt

- Tuyển trọng lực ướt (hay còn có thể gọi là phương pháp tuyển nổi): đây là phương pháp phân tách được sử dụng trong môi trường lỏng, một loại dung dịch đặc biệt (dung môi nặng) được sử dụng để làm nổi và tách thành phần có trọng lượng riêng nhẹ hơn ra khỏi thành phần có trọng lượng riêng lớn hơn (ví dụ như nhựa ra khỏi kim loại, nhựa ra khỏi nhựa, thậm trí kim loại ra khỏi kim loại) Đối với phương pháp này để tăng hiệu quả người ta có thể kết hợp sử dụng dung môi với sục khí để tạo ra những bọt khí có kích thước nhỏ trong lòng chất lỏng, trong quá trình đi từ dưới lên trên bề mặt những bọt khí sẽ kết dính những vật liệu nhẹ và kéo nổi lên trên bề mặt và được tách ra khỏi thành phần nặng hơn

- Phương pháp tuyển trọng lực khô: về nguyên tắc phương pháp này cũng dựa trên sự khác nhau về trọng lượng riêng nhưng được tiến hành trong điều kiện khô, và nhân tố được sử dụng trong quá trình tách là dòng khí được cấp bởi quạt, hay máy nén khí tùy thuộc vào vật liệu cần tách [7]

Nhược điểm của phương pháp xử lý cơ học là cần diện tích nhà xưởng lớn

và thường gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn cho môi trường xung quanh

1.4.2.Phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp nhiệt luyện để đốt cháy các chất hữu cơ giữ lại các kim loại hoặc nấu chảy các kim loại, chuyển các oxit khó chảy, gốm, các kim loại dễ cháy thành xỉ Công nghệ này thu được hợp kim và loại hầu hết các kim loại dễ chuyển thành các oxit ra theo xỉ và khói lò Đốt là quá trình oxy hóa chất thải ở nhiệt độ cao Theo các tài liệu kỹ thuật thì khi thiết kế lò đốt chất thải phải đảm bảo 4 yêu cầu cơ bản: cung cấp đủ oxy cho quá trình nhiệt phân bằng cách đưa vào buồng đốt một lượng không khí dư; khí dư sinh ra trong quá trình cháy phải được duy trì lâu

20

trong lò đốt đủ để đốt cháy hoàn toàn (thông thường ít nhất là 4 giây); nhiệt độ phải

đủ cao (thông thường cao hơn 1,0000C); yêu cầu trộn lẫn tốt các khí cháy – xoáy [8]

Sau đây là quá trình tái chế đồng bằng phương pháp nhiệt luyện gồm 5 bước như sau [16]:

Bước 1: Phần chất thải điện tử có chứa Cu được đưa vào một lò đốt, sắt vụn

và nhựa được sử dụng để khử Cu tạo thành “đồng đen” Đồng đen chứa 70-85% Cu, Các phản ứng sau đây xảy ra trong lò đốt, Sn, Pb và Zn cũng bị khử ở dạng khí

Fe + Cu2O  FeO + 2Cu

2Zn + C  2 Zn (khí) +CO2

Bước 2: Đồng đen được đưa vào lò thổi và được chuyển hóa thành oxit bằng cách sử dụng không khí hoặc oxy để tạo ra đồng gỉ chứa 95% đồng tinh khiết Sn,

Pb và Zn bị loại bỏ, trong khi Fe bị thải ra ở dạng xỉ

Bước 3: Đồng gỉ và đồng vụn được nấu chảy và bị khử bởi than cốc hoặc gỗ hoặc nhựa thải trong một lò anot Các kim loại khác mà không phải là kim loại quý

bị oxi hóa và bị loại bỏ ra khỏi đồng gỉ Lưu huỳnh cũng bị loại bỏ khỏi lò anot, Sau đây là phản ứng khử xảy ra trong lò anot

2CuO + C  2 Cu + CO2

Bước 4: Đồng thu hồi trên sẽ tinh khiết hơn khi được đem điện phân với chất điện giải là H2SO4 với một số nguyên tố khác như Ni, Zn, Fe Đồng tinh khiết 99,99% bám trên các thanh catot

Bước 5: Những sản phẩm phụ của quá trình thu hồi Cu và xỉ được tái sử dụng để làm mái lợp, hoặc làm lớp nền cho đường sắt Bùn lỏng anot từ quá trình điện phân được sử dụng để thu hồi kim loại quý Toàn bộ quá trình thu hồi Cu thứ cấp chỉ sử dụng bằng 1/6 năng lượng để sản xuất Cu từ quặng thiên nhiên

Sơ đồ quá trình thu hồi Cu thứ cấp

21

Hình 1.2 Thu hồi đồng bằng phương pháp nhiệt luyện

Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất thu hồi thấp và gây ô nhiễm không khí do sự có mặt của chất chậm cháy halogen (HFR) trong chất thải điện tử có thể dẫn đến sự hình th ành hợp chất dioxin nếu không có sự thiết lập chế độ đốt và biện pháp xử lý đặc biệt Bên cạnh đó các lò đốt truyền thống thường được thiết kế để xử

lý tập trung trong ngành mỏ hoặc là các phế liệu chỉ chứa đồng nên việc sử dụng chúng để xử lý chất thải điện tử gặp khó khăn Còn với các lò đốt công nghệ cao thì đòi hỏi vốn đầu tư và vốn vận hành lớn

1.4.3 Phương pháp thủy luyện [6,11,20]

Trong hai thập kỷ qua, phần lớn các hoạt động thu hồi kim loại từ chất thải điện tử tập trung vào kỹ thuật thuật thủy luyện Quá trình thủy luyện bao gồm hòa tách kim loại vào dung dịch bằng các tác nhân hóa học Dung dịch được phân tách

Lò chuyển đổi

Điện phân

Catot Cu: 99,99% Cu

22

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 được hầu hết các kim loại trong dung dịch, Đây chính là công nghệ xử lý hóa – lý

Kết tủa, trung hòa: dựa trên phản ứng tạo sản phẩm kết tủa lắng giữa chất bẩn và hóa chất để tách kết tủa ra khỏi dung dịch Quá trình này thường được ứng dụng để tách các kim loại nặng trong chất thải lỏng ở dạng hydroxyt kết tủa hoặc muối không tan

Oxy hóa - khử: là quá trình sử dụng các tác nhân oxy hóa - khử để tiến hành phản ứng oxy hóa - khử, chuyển chất thải độc hại thành không độc hại hoặc ít độc hại hơn

Có nhiều quy trình thủy luyện khác nhau được khảo sát để thu hồi đồng, chì, thiếc từ các vật liệu thải như tro xỉ, bụi, phế liệu, v,v…Chirstian và Joseph đã nghiên cứu thu hồi kẽm, chì, nhôm, crôm, niken, thiếc từ chất thải Nhóm tác giả này đã sử dụng axit hòa tách và tiếp theo ô xy hóa hóa học hoặc điện hóa với tác nhân ô xy hóa như không khí, ôxy, H2O2 hoặc KHS2O8 với sự kết tủa của kim loại dạng hydroxyt Liên tiếp các bước hòa tách với axít hydrochloric hoặc sulfuric, hòa tan, kết tủa và điện phân được 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 được thu hồi; còn sau khi hòa tách với H2SO4 thì kim loại kẽm và PbSO4 được thu hồi [18]

1.4.4 Phương pháp điện phân

Điện phân là một trong những phương pháp tách kim loại thường được dùng

do có ưu điểm là có tính chọn lọc cao, kim loại thu được có độ tinh khiết cao Các thế điện cực của chì, thiếc, đồng là -0,13; -0,14 và 0,34 vol nên các lớp hợp kim hàn có thể được hòa tan và tách ra khỏi đồng bằng điện phân

Nhóm tác giả người Hàn Quốc đã tiến hành điện phân trong một số môi trường

và thu được một số kết quả

Quá trình điện phân được tiến hành trong môi trường axit sunfuric, 500g bản mạch có kích thước xấp xỉ 5,1 cm chiều dài và 2,55 cm chiều rộng được cho thùng điện phân làm bằng thép không rỉ có màn chắn trong môi trường axit sunfuric loãng

23

nồng độ 1M, natri sunfat bổ sung có nồng độ 0,25M, Sức điện động 0,1; 0,5; 1,2V được sử dụng giữa anot và catot ( thế anot đối cực là một điện cực calomen bão hòa) việc lấy mẫu được tiến hành sau 15 hoặc 30 phút

Tốc độ hoà tan của chì cao hơn khi sức điện động của bình là 1V so với các sức điện động thấp hơn (0,1 và 0,5V), tại sức điện động bình là 4V, chì và thiếc hoà tan tốt hơn tại sức điện động bình là 1V Sự hoà tan chì và thiếc không cải thiện đáng

kể tại sức điện động bình điện phân là 2V khi so sánh vơi sức điện động là 1V Nhược điểm của phương pháp này là sự nhiễm bẩn của Cr và Ni, khả năng tách chì

và thiếc thấp không phù hợp với điều kiện kinh tế [12]

Điện phân hoà tan trong môi trường kiềm: Do chì sunfat không tạo thành trong dung dịch kiềm và bị lắng xuống mà chì sẽ hòa tan dễ dàng trong dung dịch NaOH hơn Dung dich được dùng là NaOH 1M Anot làm bằng thép mềm và có sđđ bình điện phân là 0,5; 0,7; 1,0; 2,0 và 2,3V được cung cấp giữa anot cà catot Lượng đồng hòa tan rất ít trong quá trình điện phân

Nhược điểm của các phương pháp thuỷ luyện và điện phân là phải xử lý các hóa chất ví dụ axit dư sau quá trình ngâm mẫu hoặc dung dịch sau điện phân Một

số dung dịch điện phân như dung dịch CN- rất độc với môi trường Một số dung dịch điện hóa có tính ăn mòn cao như H2SO4 gây tốn kém về mặt kinh tế khi đầu tư các loại điện cực [13]

1.4.5 Các phương pháp khác [9]

Mỗi phương pháp đã nêu đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó

trong thực tế, để đạt hiệu quả tái chế cao người ta thường kết hợp các phương pháp với nhau Nhóm các nhà nghiên cứu của Đại học Newcastle, UK đã nghiên cứu quá trình kết hợp hoà tan chọn lọc và điện phân để thu hồi Cu, Pb, Sn từ bản mạch điện

tử

24

Hình 1.3: Sơ đồ quá trình hoà tan chọn loc và điện phân thu hồi Cu, Pb, Sn

Bản mạch được nghiền nhỏ và hoà tan trong dung dịch nghiên cứu, Dung dịch hoà tan được chọn là axit HNO3 với nồng độ trong khoảng từ 1 – 6M, Cu, Pb trong bản mạch sẽ được hoà tan còn Sn được kết tủa dưới dạng axit metastannic

H2SnO3 khi sử dụng axit ở nồng độ trên 4M Phần dung dịch chứa Cu, Pb được tiến hành điện phân để thu đồng, chì kim loại Phần kết tủa của thiếc được hoà tan trong môi trường axit HCl loãng, dung dịch sau hoà tan tiếp tục được cho qua bình điện phân để tách thiếc kim loại Trong các thí nghiện này, axit HNO3 và HCl được thu

Hòa tan với dung dịch HCl 1,5M

H 2 SnO 3 +6HCl→H 2 SnCl 6 +3H 2 O Điện phân Cu

Anot: Điện phân PbO 2

Pb(II)+2H 2 O→PbO 2 +4H+ +2e-

Thu hồi HNO 3

Điện phân Sn Sn(IV) +4e-→Sn Thu hồi HCl

H 2 SnO 3

25

hồi tái sử dụng Nghiên cứu này đạt được hiệu quả thu hồi kim loại cao nhưng chi phí đầu tư cho thiết bị và điện cực thì rất tốn kém, Sơ đồ nguyên lý quy trình thực nghiệm được mô tả trong hình 1.3

1.5 Khái quát về bản mạch điện tử

Bản mạch đóng vai trò là trung gian để kết nối hoặc giao tiếp giữa các thiết

bị điện tử với nhau Có rất nhiều các thiết bị gắn trên bo mạch chủ theo cách trực tiếp có mặt trên nó, thông qua các kết nối cắm vào hoặc dây dẫn liên kết

Hình 1.4: Cấu tạo của bản mạch điện tử máy tính

Thông thường thì một bản mạch sẽ có hai mặt: Mặt chứa các mạch dẫn điện

ở một mặt, mặt còn lại để các linh kiện điện tử gắn trên chúng qua các chân linh kiện bằng kim loại đâm xuyên qua các lỗ của bản mạch để được hàn định vị vào mạch điện Thế hệ bản mạch tiếp theo thì ở cả hai mặt của chúng đều có các mạch điện, linh kiện khi này có thể được sắp xếp ở trên một mặt của bản mạch hoặc cả trên hai mặt của bản mạch, các mạch dẫn điện còn được chứa ở giữa các lớp của bản mạch chứ không đơn thuần là chỉ có hai mặt tiếp xúc với không khí

Cấu tạo bản mạch bao gồm một tấm bản thành phần chủ yếu là nhựa cứng trên đó được phủ đồng và gắn các thành phần khác Có một vài chất cách điện khác nhau mà có thể được chọn để cung cấp cho cách ly các giá trị khác nhau tùy thuộc

26

vào yêu cầu của mạch Phần bản mạch bao gồm các tấm đồng được dát mỏng và các tấm sợi thủy tinh với lớp phủ bên ngoài bằng hợp kim hàn (37% chì, 63% thiếc) độ dày khoảng 0,0005 inch để chống axit và dễ hàn Hình 1.5 mô tả cấu tạo của một bản mạch điện tử

Hình 1.5: Cấu tạo của bản mạch một lớp

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các thiết bị điện tử ngày càng

có nhiều chức năng, đồng thời bo mạch chủ cũng được phát triển, có thể gồm từ 3 cho đến 5 lớp, và thậm chí chúng còn có số lớp dẫn tín hiệu nhiều hơn nữa - như là

có đến 7 lớp

1.6.Tính chất hóa học của Cu [4]

Đồng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt cao (trong số đa các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫn điện cao hơn), tỷ khối 8,920kg/m3, độ cứng 3,0

Về mặt hóa học đồng là kim loại kém hoạt động hóa học Ở nhiệt độ thường

và trong không khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng(I) oxit Oxit này được tạo nên bởi phản ứng:

2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2↓

Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O

Nhiệt độ thường đồng không tác dụng với flo bởi màng CuF2 được tạo nên rất bền sẽ bảo vệ đồng, Với clo đồng tác dụng khi đun nóng tạo nên muối CuCl2

Đồng tan trong axit nitric và axit sunfuric đặc:

3Cu + 8HNO3 (l) = 3Cu(NO3)2 + 2 NO  + 4H2O

Cu + 2H2SO4 (đ) = CuSO4 + SO2  + 2 H2O

27

Khi có mặt của oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch H2SO4 và dung dịch NH3 đặc

2Cu + 2H2SO4 + O2 = 2 CuSO4 + 2 H2O

2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O = 2{Cu(NH3)4}(OH)2

Đồng có phản ứng hóa học với muối của kim loại đứng sau Cu trong dãy điện hóa nhƣ Fe3+, Pb…

Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4

28

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Ước tính lượng chất thải điện tử hiện tại và trong tương lại ở 02 tỉnh thành phố lớn của miền Bắc là Hà Nội và Hải Phòng

- Nghiên cứu phát triển công nghệ (thiết kế, chế tạo thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm) thu hồi Cu kim loại từ bản mạch điện tử thải bỏ phù hợp với điều kiện kinh

tế, kỹ thuật của Việt Nam

2.1.2.Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường nhằm thu thập số liệu cho việc tính

toán lượng chất thải

- Sử dụng phương pháp Carnegie Mellon để phân tích số liệu điều tra

- Phương pháp thực nghiệm nhằm đưa ra phương án công nghệ tối ưu để thu hồi kim loại

- Nghiên cứu trên mô hình thu hồi Cu ở quy mô phòng thí nghiệm

2.1.3.Nội dung nghiên cứu

- Ước tính lượng chất thải điện tử ở Hà Nội và Hải phòng sử dụng phương pháp

Carnegie Mellon

- Tìm hiểu phân loại các thành phần của bản mạch máy tính thải bỏ

- Khảo sát hiệu quả hòa tách Cu ở các điều kiện khác nhau sử dụng hệ (H2SO4 +

H2O2)trong thiết bị thử nghiệm

- Kết tinh dung dịch muối CuSO4 thu được

2.2 Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu dự báo lượng chất thải điện tử

Chất thải điện tử ngày một gia tăng ở Việt Nam, tuy nhiên để tái chế chất thải điện tử hiệu quả đòi hỏi phải thiết lập cơ sở hạ tầng phù hợp Các yếu tố tác động đến cơ sở hạ tầng tái chế là lượng chất thải trong dòng chất thải, các công nghệ tái chế có hiệu quả sự quản lý của chính quyền, giá trị kinh tế của các sản

29

phẩm đã hết thời gian sử dụng (Kang và Schoenung, 2005) Bởi vậy, điều cấp bách đặt ra là ước lượng một cách đáng tin cậy khối lượng chất thải điện tử phát sinh trong tương lai ở Việt Nam để có thể sử dụng trong việc lên kế hoạch và xây dụng

cơ sở hạ tầng tái chế phù hợp Do đó, trong khuôn khổ của luận văn này chúng tôi

đã cố gắng khảo sát, nghiên cứu để đưa ra một ước tính cụ thể về lượng chất thải điện tử hiện tại và trong tương lai tập trung vào một số thiết bị điện tử như tivi, tủ lạnh, máy giặt ở 02 tỉnh thành phố lớn của miền Bắc là Hà Nội và Hải phòng

2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát

Tiến hành khảo sát ngẫu nhiên các hộ gia đình đang sinh sống tại 02 tỉnh, thành phố Hà Nội và Hải Phòng một số thông tin: số thiết bị điện tử hiện có, năm được mua (cho, tặng), cách thức xử lý sau khi không sử dụng thiết bị như đem cho người khác, lưu lại, đem bán phế liệu hay vứt bỏ, thời hạn sử dụng thiết bị…đối với

6 loại thiết bị: Máy tính để bàn, máy tính xách tay, tivi màu, tivi LCD, tủ lạnh, máy

giặt,

2.2.2.Phương pháp phân tích dữ liệu

Thị trường điện tử Việt Nam không phải là thị trường bão hòa, do đó để ước tính một cách đáng tin cậy lượng chất thải điện tử phát sinh trong tương lai cần sử

dụng phương pháp Carnegie Mellon

RC = P3 x OY + P2xP8 xOY-Ls + P1xP6xOY-Lr + P1xP5xP8x OY-Ls-Lr : Tỷ lệ tái chế

LA= P4 xOY +P1xP7xOY- Lr + P2xP9 xOY-Ls + P1xP5xP9 xOY-Lr-Ls : Tỷ lệ chôn lấp