NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BẢNG MẠCH ĐIỆN TỬ THU HỒI KIM LOẠI

Nguồn www.emeraldinsight.com Hình 2.5: Mô tả lớp vỏ bọc đồng Để gắn các thành phần vào bảng mạch và tạo mối dẫn truyền thì người ta thường sử dụng các hợp kim hàn.. Nguồn http://www.tho

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BẢNG MẠCH ĐIỆN TỬ

THU HỒI KIM LOẠI

THU HỒI KIM LOẠI

Tác giả TRẦN NGỌC THẢO PHAN VĂN TUẤN

Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng ngành

chúng em luôn nhận được sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình của gia đình, thầy cô và bạn bè

Đầu tiên chúng em xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến Ths Lê Thanh Lâm và K.S Nguyễn Hồng Nguyên Cám ơn thầy cô đã dành nhiều tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu và bổ ích cho chúng em suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Xin cám ơn các thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Nông lâm TPHCM lời cám ơn chân thành vì đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý giá và bổ ích trong quá trình học tập, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt bốn năm học tại trường

Xin gởi lời cám ơn trìu mến nhất tới các bạn DH09HH đã luôn sát cánh và chia

sẻ cùng chúng mình những lúc buồn vui trong học tập và cuộc sống, cám ơn vì đã cho chúng mình những phút giây thật đẹp của thời sinh viên

Cuối cùng, chúng em xin gởi lời cám ơn chân thành và lòng kính yêu vô hạn đến cha mẹ và những người thân trong gia đình Con luôn biết ơn công ơn sinh thành, dưỡng dục của cha mẹ, cám ơn mọi người luôn che chở, động viên, là chỗ dựa vững chắc cho con, giúp con vượt qua mọi thử thách trong cuộc sống để có được thành công ngày hôm nay

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 8/2013

Sinh viên thực hiện Trần Ngọc Thảo - Phan Văn Tuấn

hành tại phòng thí nghiệm bộ môn CÔNG NGHỆ HÓA HỌC, trường Đại Học Nông Lâm TPHCM, thời gian từ tháng 3 năm 2013 đến tháng 8 năm 2013

Từ nguồn mẫu chứa 30.85% kim loại chung và 14.765% đồng Đề tài được thực hiện qua 2 giai đoạn và thu được những kết quả như sau

Giai đoạn 1: Nghiên cứu loại bỏ nhựa để tăng hàm lượng của kim loại bằng hai

phương pháp

Phương pháp tuyển bằng ZnCl2 cho kết quả là khi không sử dụng chất hoạt động bề mặt thì hàm lượng kim loại và đồng tăng lên theo thứ tự 82% và 40%, tỷ lệ mất đi khoảng 10% kim loại và 9.6% đồng Còn khi sử dụng chất hoạt động bề mặt thì hàm lượng kim loại chỉ khoảng 62%, nhưng tỷ lệ kim loại mất đi ít, khoảng 4.5% Phương pháp tuyển bằng dòng nước được thực hiện trên thiết bị tự tạo cho thấy điều kiện tối ưu cho hoạt động của thiết bị là 15lít/phút và hồi lưu 1 lần, hàm lượng kim loại và đồng tăng lên theo thứ tự 75% và 32% với tỷ lệ mất là 11% và 20%

Khi so sánh hai phương pháp với nhau trên nhiều mặt thì ta chon phương pháp tuyển bằng dòng nước để tiến hành giai đoạn tiếp theo

Giai đoạn 2: Thu kim loại bằng cách đốt mẫu axetylen để loại bỏ nhựa Kết quả

cho thấy: Đốt 5 phút thì khả năng thu kim loai cao nhất với 55% kim loại và 76% đồng theo cơ sở nguyên liệu đem đốt

Vì vậy với quy trình có thể thu hồi 49% kim loại và 61% đồng hay với 1kg bảng mạch có thể thu được 150g kim loại trong đó có chứa 90g đồng

laboratory of Chemical Engineering department, HCMC Nông Lâm University from March 2013 to August 2013

From the sample contained 30.85% metal and 14.765% copper, Study was carried out go on two stages and obtained the following results:

Stage 1: Study remove plastic to increase the metal content of the two methods: The fist one is sink-foat, Using Zinc chloride liquid, when not using surface active agent, the metal and copper content are 82% and 40% in turn, the loss rate is about 10% mental and 9.6% copper When using surface-active substances, the metal content is about 62%, but the rate of metal loss less, about 4.5%

The second one is water method, we found that 15 litre per minute and one time replux are optimum condition for equipment to remove plactic, the content of metal and copper in the removed sample are 75% and 32% in turn, the loss rate are 11% metal and 20% copper

When comparing the two methods together on many fronts, we choose water methods to conduct the next stage

Stage 2: recovery metal by burning acetylene to remove nonemetal part The results showed that: Burning 5 minutes, then the possibility of the highest metal With 55% metal and 76% copperon the basis of material burned

So the process can recover 49% mental and 61% copper or 1 kilogram can recover 150gam metal in which contain 90gram copper

TÓM TẮT III  

ABSTRACT IV  

MỤC LỤC V DANH SÁCH CÁC HÌNH IX  

DANH SÁCH CÁC BẢNG XI  

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT XII  

Chương 1 MỞ ĐẦU 1  

1.1. Đặt vấn đề 1 

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 

1.2.1.  Đối tượng 2 

1.2.2.  Phạm vi nghiên cứu 2 

1.3. Mục tiêu của đề tài 2 

1.4. Nội dung nghiên cứu 3 

1.5. Phương pháp nghiên cứu 3 

1.6. Ý nghĩa đề tài 3 

1.6.1.  Ý nghĩa thực tiễn 3 

1.6.2.  Ý nghĩa môi trường 3 

1.6.3.  Ý nghĩa xã hội 4 

Chương 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5  

2.1. Giới thiệu chung về bảng mạch điện tử 5 

2.1.1.  Định nghĩa 5 

2.1.2.  Cấu tạo bảng mạch 5 

2.1.3.  Thành phần của bảng mạch 8 

2.2. Sơ lược về thuộc tính và ứng dụng của một số kim loại chính trong bảng mạch 9 

2.2.1.  Đồng 9 

2.2.2.  Chì 11 

2.2.3.  Thiếc 12 

2.2.4.  Sắt 13 

2.2.5.  Niken 13 

2.2.8.  Platin 15 

2.3. Tác động môi trường và sức khỏe của bảng mạch thải 15 

2.3.1.  Các chất nguy hại trong bảng mạch thải 15 

2.3.2.  Suy giảm sức khỏe và khả năng lao động của con người 17 

2.3.3.  Suy thoái chất lượng môi trường 18 

2.4. Tổng quan về các phương pháp tái chế PCB 18 

2.4.1.  Phương pháp cơ học 19 

2.4.2.  Phương pháp thủy luyện 21 

2.4.3.  Phương pháp nhiệt luyện 21 

2.4.4.  Phương pháp điện phân 28 

2.5. Các nghiên cứu thu hồi kim loại từ bảng mạch điện tử 29 

2.5.1.  Thu hồi đồng, chì và thiết bằng cách chiết tách và điện phân 29 

2.5.2.  Chiết Đồng từ bảng mạch điện tử bằng dung dịch kiềm Amoninac 31 

2.5.3.  Phát triển công nghệ tái chế chất thải điện tử và thiết bị điện tử 32

2.5.4.  Thu hồi kim loại quý với độ tinh khiết cao từ bảng mạch 33 

2.5.5.  Thu hồi thiết và đồng từ bảng mạch máy tính thải 35 

2.5.6.  Chiết đồng bằng vi sinh vật 36 

2.5.7.  Thu hồi Vàng, Bạc, Đồng, Palladium 37 

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 40  

3.1. Đối tượng nghiên cứu 40 

3.1.1.  Thời gian và địa điểm nghiên cứu 40 

3.1.2.  Đối tượng nghiên cứu 40 

3.2. Thiết kế thí nghiệm 40 

3.2.1.  Quy trình thực hiện 40 

3.2.2.  Sơ đồ bố trí thí nghiệm 42 

3.3. Thí nghiệm 1: Xác định hàm lượng kim loại và đồng nguyên liệu 43 

3.3.1.  Mục đích 43 

3.3.2.  Nội dung 44 

3.3.3.  Hóa chất thiết bị 44 

3.4. Thí nghiệm 2: Tuyển tách nhựa để tăng hàm lượng kim loại 46 

3.4.1.  Mục đích 46 

3.4.2.  Nội dung nghiên cứu 47 

3.4.3.  Hóa chất và thiết bị nghiên cứu 47 

3.4.4.  Thí nghiệm 2.1 Tuyển tách bằng dung dịch ZnCl2 47 

3.4.5.  Thí nghiệm 2.2: Tuyển tách lôi kéo bằng dòng nước 48 

3.5. Thí nghiệm 3 Thí nghiệm đốt bằng khí Axetylen và Oxy 50 

3.5.1.  Mục đích 50 

3.5.2.  Nội dung 50 

3.5.3.  Hóa chất và thiết bị 50 

3.5.4.  Thí nghiệm 3.1 Khảo sát thời gian đốt 51 

3.5.5.  Thí nghiệm 3.2 Khảo sát khả năng làm tăng hàm lượng đồng 52 

3.6. Phương pháp phân tích 52 

3.6.1.  Phương pháp định lượng kim loại 52 

3.6.2.  Phương pháp định lượng đồng 54 

3.6.3.  Phương pháp tuyển bằng dòng nước 56 

3.6.4.  Phương pháp đốt bằng acetilen 59 

3.7. Phương pháp xử lý số liệu 60 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63 

4.1. Thí nghiệm 1: Xác định các thành phần cơ bản của mẫu 63 

4.1.1.  Thí nghiệm 1.1: định lượng đồng 63 

4.1.2.  Thí nghiệm 1.2.Phân tích hàm lượng kim loại 66 

4.1.3.  Kết luận thí nghiệm 1 67 

4.2. Thí nghiệm 2 67 

4.2.1.  Thí nghiệm 2.1.Tuyển tách bằng dung dich ZnCl2 67 

4.2.2.  Thí nghiệm 2.2 Tuyển tách lôi kéo bằng dòng nước 71 

4.2.3.  Kết luận thí nghiệm 2 81 

4.3. Thí nghiêm 3 Thí nghiệm đốt mẫu bằng khí Axetylen và Oxy 83 

4.3.1.  Thí nghiệm 3.1 khảo sát thời gian đốt 84 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93  

5.1. Kết luận 93 

5.2. Kiến nghị 93 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94  

Hình 2.1 Bảng mạch điện tử 5 

Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản của bảng mạch 6 

Hình 2.3 Cấu tạo lớp lõi 6 

Hình 2.4 Lớp đồng 6 

Hình 2.5 Mô tả lớp vỏ bọc đồng 7 

Hình 2.6 Các mối hàn và tụ điện 7 

Hình 2.7 Mô tả lớp hợp kim hàn trên bảng mạch 7 

Hình 2.8 Hệ thống hàn cắt kim loại bằng khí 23 

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí 24 

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ cắt khí 24 

Hình 2.11 Sơ đồ quá trình cắt kim loại 25 

Hình 2.12 Kỹ thuật cắt khí 26 

Hình 2.13 Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt 27 

Hình 2.14: đồ thị quá trình hòa tan của đồng trong axit nitric 30 

Hình 2.15 Đồ thị quá trình hòa tan của chì trong axit nitric 30 

Hình 2.16 Đồ thị quá trình hòa tan của thiết trong axit nitric 31 

Hình 2.17 Sơ đồ quy trình thu hồi kim loại quý do Young Jun Park 34 

Hình 2.18 Sơ đồ quy trình thu hồi Cu, Au, Ag, Pb 38 

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thu hồi kim loại từ bảng mạch 40 

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 42 

Hình 3.3 Cân 4 số Sartorius TE214S 53 

Hình 3.4 Máy sấy Memmer UNB400 của Đức 53 

Hình 3.5 Máy UV-vis 55 

Hình 3.6 Thiết bị tuyển bảng mạch bằng nước 58 

Hình 3.7 Bộ cắt hàn bằng khí 59 

Hình 3.8 Chén gang 59 

Hình 4.1: Dãy chuẩn đồng 63 

Hình 4.2: Đồ thị đường chuẩn đồng 64 

Hình 4.3 Mẫu được ngâm trong axit 65 

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của xà phòng đến khối lượng mẫu sau tuyển 68 

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của xà phòng đến hàm lượng kim loại 68 

Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng của xà phòng đến tỷ lệ loại và đồng bị mất 69

Hình 4.9a Mẫu thu được ở các lưu lượng khác nhau 72 

Hình 4.9b Mẫu thu được ở các lưu lượng khác nhau 72 

Hình 4.10 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến lượng mẫu thu được 73 

Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưỡng của lưu lượng đến hàm lượng kim loại 73 

Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến tỷ lệ kim loại bị mất 74 

Hình 4.13 Mẫu thu được sau khi hồi lưu 77 

Hình 4.14 Đồ thị ảnh hưởng của số lần hồi lưu đến mẫu thu được 78 

Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng số lần hồi lưu đến lượng kim loại trong mẫu 78 

Hình 4.16 Đồ thị ảnh hưởng của số lần hồi lưu đến tỷ lệ kim loại mất đi 79 

Hình 4.17 Hai thành phần của hỗn hợp sau khi đốt-nấu chảy 84 

Hình 4.18 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đốt đến lượng mẫu còn lại 86 

Hình 4.19 Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt đến lượng kim loại trong các phần 86 

Hình 4.20 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đốt đến lượng đồng trong các phần 86 

Hình 4.21 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đốt dến tỷ lệ kim loại thu được 87 

Hình 4.22 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đốt đến tỷ lệ đồng thu được 87 

Hình 4.23 Phần kim loại dễ tan chảy 90 

Hình 4.24 Phần kim loại khó tan chảy 90 

 

 

Bảng 2.2: Các tác nhân thường được sử dụng 21 

Bảng 2.3: Hàm lượng đồng và thiếc được chiết ra theo thời gian ứng với từng axit 35  Bảng 2.4: Điện thế dùng để điện phân cho từng kim loại 39 

Bảng 3.1: Bảng dự kiến kết quả cho đường chuẩn 45 

Bảng 3.2: Dự kiến kết quả cho hàm lượng đồng 46 

Bảng 3.3: Dự kết quả cho hàm lượng kim loại trong mẫu 46 

Bảng 3.5: Dự kiến kết quả cho quá trình tuyển bằng dòng nước 49 

Bảng 3.6: Dự kiến kết quả cho quá trình hồi lưu 50 

Bảng 3.7: Bảng số liệu dự kiến cho quá trình đốt 51 

Bảng 3.8: Bảng số liệu dự kiến cho thí nghiệm làm tăng hàm lượng đồng 52 

Bảng 4.1: Mật độ quang ứng với các nồng độ của dãy chuẩn 63 

Bảng 4.2: Hàm lượng đồng trong mẫu 65 

Bảng 4.3: Hàm lượng kim loại trong nguyên liệu 66 

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của xà phòng đến lượng và thành phần mẫu 67 

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của xà phòng đến lượng kim loại và đồng mất 68 

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của lưu lượng nước đến hàm lượng kim loại thu được 72 

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của lưu lượng đến lượng kim loại và đồng bị mất 72 

Bảng 4.8: Ảnh hưởng của số lần hồi lưu đến các thành phần mẫu thu được 77 

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của số lần hồi lưu đến tỷ lệ kim loại và đồng mất đi 78 

Bảng 4.10: So sánh những ưu điểm của 2 phương pháp tách cơ học 83 

Bảng 4.11a: Ảnh hưởng của thời gian đến thành phần mẫu thu được 84 

Bảng 4.11b: Ảnh hưởng của thời gian đến thành phần mẫu thu được 85 

Bảng 4.12: Ảnh hưởng của thời gian đốt đến tỷ lệ thu hồi kim loại và đồng 85 

Bảng 4.13: Các thành phần sau khi nhiệt luyện 90 

 

AAS Atomic Absorption Spectrophotometric

CTDT chất thải điện tử

DDC Dietylethyl dithiocacbamate

PC personal computer

PCB printed circuit board

TCVN tiêu chuẩn Việt Nam

1 Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật, sự phát triển kinh tế - xã hội

và hội nhập kinh tế quốc tế, sản phẩm thiết bị điện, điện tử ngày càng gia tăng về số lượng, đa dạng về chủng loại và tuổi thọ ngày càng giảm là một thách thức lớn đối với môi trường về lượng chất thải này được thải bỏ sau sử dụng Bảng mạch in (PCB) là một bộ phận quan trọng của thiết bị điện, điện tử và thành phần của nó rất đa dạng, chứa nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường khi thải bỏ

Ước tính khoảng 50.000 tấn bảng mạch điện tử được sản xuất mỗi năm ở Anh

và chỉ 15% được thu hồi, còn lại 85% được chôn lấp Ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa

có số liệu cụ thể về lượng rác thải bảng mạch Tuy nhiên chỉ riêng lượng điện thoại thải bỏ năm 2009 có khoảng 400 tấn Cùng với sự phát triển của công nghệ ngày càng nhanh dẫn đến tuổi thọ trung bình của các thiết bị điện tử ngày càng ngắn, lượng rác thải điện tử nói chung và rác thải bảng mạch nói riêng ngày càng tăng nhanh.[11] Theo ước tính chứa khoảng 10% đồng và nhiều kim loại có giá trị khác Năm

2008, một lượng vàng, bạc, đồng, paladin và coban trị giá 3,78 tỷ USD đã được dùng

để làm máy tính đặc biệt là PCB Điều đó cũng chỉ ra rằng, nếu thu hồi kim loại trong

đó thì sẽ tiết kiệm được tài nguyên và có giá trị kinh tế Vì vậy, bản mạch in điện tử thải không những cần được xem xét, đánh giá như một tác nhân gây hại cho môi trường khi thải bỏ không phù hợp, mà còn có thể được xem xét như một nguồn tài nguyên "thứ cấp" quan trọng của những loại nguyên liệu không tái tạo bởi có hàm lượng cao và giá trị kinh tế của nó Việc nghiên cứu thu hồi Cu từ bảng mạch điện tử thải có ý nghĩa thực tiễn rất lớn cả về môi trường, xã hội và kinh tế, vừa giảm thiểu chất thải phát sinh, tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo, vừa đem lại lợi ích kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững

Trước đây việc thu hồi kim loại dựa trên các phương pháp đơn lẻ như cơ học, thủy luyện và nhiệt luyện Tuy nhiên khi sử dụng các phương pháp này người ta nhận thấy mỗi phương pháp điều có những ưu và nhược điểm khác nhau như: Phương pháp

cơ học thì đơn giản, dễ thực hiện nhưng hiệu suất thu hồi không cao và lẫn nhiều tạp chất Phương pháp nhiệt luyện cũng đơn giản, dễ thực hiện, kim loại thu được lẫn ít tạp chất nhưng lại tạo lượng lớn khí thải độc hại Phương pháp thủy luyện thì hiệu suất thu hồi cao nhưng lại sử dụng và thải ra nhiều hóa chất độc hại gây ảnh hưởng con người và môi trường Trong những năm gần đây, việc kết hợp nhiều phương pháp khác nhau nhằm tăng hiệu suất thu hồi kim loại đồng thời giảm lượng chất thải gây ô nhiễm môi trường đã và đang được chú ý nghiên cứu và phát triển Chính vì vậy, trong

luận văn này chúng tôi đi sâu vào tìm hiểu và nghiên cứu “Thu hồi kim loại từ bảng mạch điện tử thải bỏ dựa trên sự kết hợp các phương pháp cơ học và nhiệt luyện”

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Đối tượng

Bảng mạch điện tử (PCB) phế thải từ nhiều thiết bị khác nhau như máy tính, tivi, radio, đồ chơi trẻ em… được thu gom từ các vựa ve chai gần trường Đại Học Nông Lâm TPHCM vào ngày 25-3-2013

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

 Thời gian nghiên cứu từ thánh 3 đến tháng 8 năm 2013

 Thu hồi kim loại dựa trên kết hợp hai phương pháp cơ học và nhiệt luyện

 Khảo sát đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả thu hồi kim loại

- Phương pháp cơ học: Chế tạo thiết bị khảo sát lưu lượng nước, chất hoạt động bề mặt

- Phương pháp nhiệt luyện: Thời gian đốt

1.3 Mục tiêu của đề tài

 Mục tiêu chính: Thu kim loại từ PCB phế thải

- Cơ học: Làm tăng hàm lượng kim bằng cách loại bỏ nhựa

- Đốt: Loại bỏ nhựa và thu kim loại

 Mục tiêu phụ: Thu hồi đồng

1.4 Nội dung nghiên cứu

Tiến hành khảo sát:

 Hàm lượng kim loại và hàm lượng đồng có trong nguyên liệu đầu vào

 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến khả năng loại nhựa của dung dịch kẽm clorua bão hòa

 Ảnh hưởng của lưu lượng nước và số lần hồi lưu đến khả năng loại nhựa của thiết bị tuyển tách

 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đốt đến lượng kim loại thu được

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Xác định hàm lượng kim loại dựa trên phương pháp khối lượng Theo nghiên cứu Nghiên cứu Thu hồi đồng, chì và thiết bằng cách chiết tách và điện phân Nghiên cứu được thực hiện năm 2002 do hai nhà nghiên cứu Andrea Mecucci

và Keith Scott thuộc trường đại học Newcastle nước Anh

 Xác định hàm lượng đồng trong mẫu theo TCVN 2313-78

 Phương pháp cơ học: Dựa trên nghiên cứu

- Tổng hợp các công nghệ trong tái chế bảng mạch – nghiên cứu của Johan Sohaili, Shantha Kumari Muniyandi and Siti Suhaila Mohamad năm

1.6.2 Ý nghĩa môi trường

Tránh được việc xử lý bảng mạch gây ô nhiễm môi trường

Giảm gánh nặng ô nhiễm môi trường do rác thải điện tử gây ra

Giảm phụ thuộc của con người vào tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt

1.6.3 Ý nghĩa xã hội

Tạo việc làm cho người lao động

Giảm bệnh tật do ô nhiễm các chất độc hại có trong bảng mạch, nâng cao chất lượng cuộc sống

2 Chương 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu chung về bảng mạch điện tử

2.1.1 Định nghĩa [25]

Bảng mạch điện tử trong tiếng anh là motherboard hay main board, logic board, systemboard gọi chung là printed circuit board (PCB) dùng để hỗ trợ kết nối điện tử và linh kiện điện tử bằng cách sử dụng con đường dẫn, hoặc dấu vết, khắc từ tấm đồng tráng lên một chất nền không dẫn điện

Hình dưới cấu tạo cơ bản của một bảng mạch:

Nguồn http://cerncourier.com

Hình 2.2: Cấu tạo cơ bản của bảng mạch

Với bảng mạch nhiều lớp (một bảng mạch với 2 lớp đồng) một mảnh nhựa tổng hợp được đặt giữa tạo thành lõi cách điện, có chất dính bổ sung sẽ dính chặt 2 lớp đồng bên trên và bên dưới vào Hình dưới là hình ảnh các lớp nhựa:

Nguồn http://www-panda.gsi.de

Hình 2.3: Cấu tạo lớp lõi

Lá đồng là một tấm bảng mỏng được đặt trên bề mặt nhựa và được bám chắc vào bằng chất dính

Nguồn http://www-panda.gsi.de

Hình 2.4: Lớp đồng

Để bảo vệ đồng chống lại các tác động của môi trường, người ta phủ lên lá đồng một lớp bọc đồng mỏng bằng thuỷ tinh có tác dụng bao bọc và bảo vệ lớp đồng bên trong

Nguồn www.emeraldinsight.com

Hình 2.5: Mô tả lớp vỏ bọc đồng

Để gắn các thành phần vào bảng mạch và tạo mối dẫn truyền thì người ta thường sử dụng các hợp kim hàn Trên hình 3 ta thấy trên bảng mạch có vô số các mối hàn được tạo bởi các hợp kim hàn gồm (40% chì, 60% thiếc) màu sáng bạc Hình bên dưới chỉ ra vị trí của các hợp kim này

Nguồn http://www.thomasnet.com

Hình 2.6: Các mối hàn và tụ điện

Nguồn www.emeraldinsight.com

Hình 2.7: Mô tả lớp hợp kim hàn trên bảng mạch

Trên đây chỉ là hình ảnh cấu tạo của một bảng mạch cơ bản, ngoài ra còn có một số thành phần khác như màng che phủ mối hàn, các rãnh và các bờ gồ ghề trên bảng mạch để gắn các thiết bị

2.1.3 Thành phần của bảng mạch [11]

Trong bảng mạch có thể chia ra làm 2 thành phần chính sau: Thành phần nhựa

(nonmetal-NM) và kim loại (metal-M)

Nhựa cấu tạo nên tấm bảng chiếm xấp xỉ 70% khối lượng của toàn mạch, được

tạo ra từ hỗn hợp những hợp chất bao gồm chất độn, nhựa cứng, chất chống cháy các

chất màu, chất xúc tác … Thành phần cụ thể như sau:

Trong bảng mạch chứa khoảng gần 28% kim loại trong đó có những kim loại

không chứa sắt như Cu, Al, Sn… Độ thuần khiết của các kim loại này cao hơn 10 lần

thành phần của chúng trong các quặng khoáng vật thu được từ tự nhiên Các thành

phần chủ yếu của bảng mạch điện tử bao gồm các xấp xỉ như sau:

Bảng 2.1: Thành phần kim loại trong bảng mạch điện tử

nguồn: A Scoping Study End-of-Life Printed Circuit Boards

Thành phần kim loại Phần trăm khối lượng

Đồng 16

Niken 2 Bạc 0.05 Vàng 0.03 Platin 0.01 Các kim loại khác ở lượng

Lưu ý là thành phần các kim loại trên chỉ có tính chất tương đối do tính chất

phức tạp của nguồn gốc bảng mạch Ví dụ như từ máy tính, ti vi, điện thoại di động

hay các thiết bị khác hoặc của các hãng sản xuất ra sản phẩm khác nhau, chúng thay

đổi theo năm và có xu hướng ít đi do công nghệ sản xuất phát triển giúp tiết kiệm

nguyên liệu hay yêu cầu bảo vệ môi trường

2.2 Sơ lược về thuộc tính và ứng dụng của một số kim loại chính trong bảng mạch

 Tính chất vật lý của đồng [2]

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 8920kg/m3, độ cứng 3.0

Trạng thái vật chất: rắn

Điểm nóng chảy: 1357.6K (1984.3F)

Điểm sôi: 2840K (4653F)

Nhiệt bay hơi: 300.3kJ/mol

Nhiệt nóng chảy: 13.06kJ/mol

Áp suất hơi: 0.505Pa tại 1358K

Thế điện cực / = + 0.337 V

 Tính chất hóa học [2]

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 tác dụng với dung dịch HI và dung dịch HCN đậm đặc và giải phóng ra

H2:

2Cu + 2 HI = 2 CuI + H2 

2Cu + 4HCN = 2H{Cu(CN)2} + H2 

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

Khi có mặt của oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl 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 mà kim loại đứng sau Cu trong dãy điện hóa như Fe3+, Pb…

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

 Phân tích hàm lượng đồng [6]

Có nhiều phương pháp phân tích đồng như: Phương pháp chuẩn độ, phương pháp hấp thu nguyên tử (AAS), phương pháp đo quang… mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Trong giới hạn về thiết bị phòng thí nghiệm thì phương pháp chiết đo quang là phù hợp nhất Sau đây là sơ lược về phương pháp chiết

đo quang bằng M-DDC:

Phương pháp này dựa vào khả năng Ion Cu (II) tạo được phức vòng càng với DDC (đietyl dithiocacbamat), phức có màu đỏ nâu, khó tan trong nước nhưng tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ như clorofom Trong dung môi này phức có màu

đỏ nâu ánh vàng Do đó để định lượng đồng bằng thuốc thử này người ta thường tiến hành chiết trắc quang Để tăng tính chọn lọc của phương pháp thường chiết phức bằng clorofom từ môi trường chứa ammoniac, amoni xitrat và complexon III là những chất dùng để che các ion cản trở việc xác định đồng

Nếu đồng tồn tại trong nước dưới dạng phức bền xianua thì trước khi phân tích cần phải phá huỷ phức đó bằng cách làm bay hơi mẫu nước sau khi thêm H2SO4 và 5ml HNO đặc Sau khi làm bay hơi mẫu đến khô, thêm vào bã 1 ml HCl đặc và làm



bay hơi lần nữa.Tiếp theo thêm nước cất hai lần vào, lọc và giữ lấy phần nước lọc để phân tích

Trong môi trường có chứa ammoniac, xitrat, và complexon III đa số các kim loại khác không gây cản trở cho phép xác định Cu bằng phương pháp này, chỉ có Bimut (Bi), bạc (Ag), Hg vẫn phản ứng với DDC và có thể bị chiết cùng với phức của

Cu Tuy vậy chỉ có phức của Bi có màu vàng là có ảnh hưởng còn phức của Hg và Ag không màu hấp thụ ánh sáng trong miền tử ngoại, nên thực tế không ảnh hưởng đến việc xác định đồng

Để xác định Cu dưới dạng phức CuDDC có thể dùng NaDDC làm thuốc thử hoặc có thể dùng phức PbDDC và có thể tiến hành chiết trao đổi để xác định Cu Phức đồng bền hơn phức chì nên đẩy chì ra khỏi phức của nó và Cu được chiết hoàn toàn từ tướng nước sang tướng hữu cơ

độ dẫn điện cao của nó

2.2.2 Chì

Chì là loại kim loại có màu sáng xanh, kiểu mạng lập phương diện tâm Chì thuộc nhóm kim loại màu nặng, khối lượng nguyên tử 207,19, khối lượng riêng 11,34g/cm3 Nhiệt độ chảy thấp (327,4oC) trong khi nhiệt độ sôi là 1740oC nhưng từ 500oC chì bắt đầu bay hơi [2]

Chì chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp Các đặc tính quan trọng của chì là: rất mềm, dẻo, độ bền hóa học trong môi trường axít tốt do tạo được màng bảo vệ vững chắc Chì có khả năng tạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác.[2]

 Các lĩnh vực sử dụng chì chủ yếu là [18]

Làm vỏ cáp điện do khả năng chống ăn mòn tốt của chúng

Sản xuất ắc quy chì Sườn cực ắc quy làm bằng hợp kim Pb – Sb, còn bột hoạt gồm hỗn hợp chì và ôxyt chì

Làm các lớp lót trong các thiết bị hóa học và bể điện phân nhằm chống tác động của dung dịch axít

Là nguyên tố quan trọng trong hợp kim với đồng, các brông và latông, nhất là các hợp kim ổ trượt Chì không thể thiếu được trong hợp kim hàn Hợp kim chữ in chủ yếu chứa chì và thêm Sb và Sn

Chì có khối lượng riêng lớn nên được dùng làm đối trọng chống lật, làm lõi đạn

để tăng độ xuyên Do nhiệt độ độ chảy thấp nên được dùng làm chất ổn định nhiệt trong các bể mạ kẽm lỏng

Trước kia, còn dùng một lượng chì lớn để pha vào xăng nhằm chống kích nổ Hiện nay ở nhiều nước, trong đó có Việt Nam, đã cấm sử dụng xăng pha chì để bảo vệ môi trường Ôxit chì dùng trong công nghiệp sơn, cao su, sứ và đặc biệt trong chế tạo thủy tinh pha lê

Chì hấp thụ rất tốt tia γ, các bức xạ hạt nhân, nên người ta dùng chì để bọc, che chắn các bức xạ này, bảo vệ an toàn cho người sử dụng

2.2.3 Thiếc

Thiếc là kim loại có màu trắng bạc, mạng tinh thể kiểu tứ diện Khối lượng nguyên tử 118,69, khối lượng riêng 7,3 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy thấp 231,9oC.[2] Thiếc là kim loại chiến lược, khan hiếm, sản lượng thiếc trên thế giới đạt khoảng 250 ngàn tấn/năm

Thiếc rất mềm, dẻo, dễ dát mỏng Trong điều kiện bình thường, thiếc rất bền vững dưới tác động hóa học, vì vậy, thiếc dùng phổ biến với chức năng này Ôxit thiếc không độc với người, vì vậy thiếc dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, làm các

đồ hộp, bao bì bảo quản thực phẩm Khoảng 40% thiếc được sử dụng trong lĩnh vực này

Thiếc là nguyên tố hợp kim quan trọng để tạo ra các hợp kim với đồng Hợp kim trên cơ sở thiếc là các hợp kim ổ trượt và đặc biệt là hợp kim hàn Hơn 50% thiếc được sử dụng trong lĩnh vực này

2.2.4 Sắt [2]

Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26 Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4, cấu hình electron 3d64s2

Sắt là một kim loại có màu ánh kim xám nhẹ, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt, nhiễm từ, độ cứng 4.0

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt

về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được Đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng Trong bảng mạch điện tử sắt ở dạng thép không gỉ và được dùng làm chân cắm cho các bộ phận rời

2.2.5 Niken

Niken là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Ni và số thứ tự trong bảng tuần hoàn là 28.[2]

Niken có hoạt tính hóa học trung bình,ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm,

nó không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố không – kim loại điển hình như

O2, S, Cl2, Br2 vì có màng oxit bảo vệ nhưng khi đun nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là khi niken ở trạng thái chia nhỏ.[2]

Khoảng 65% niken được tiêu thụ ở phương Tây được dùng làm thép không rỉ 12% còn lại được dùng làm "siêu hợp kim" 23% còn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại Khách hàng lớn nhất của niken là Nhật Bản, tiêu thụ 169.600 tấn mỗi năm (2005)

Trong bảng mạch điện tử niken thường phối hợp với thép tạo thành thép không

rỉ tạo nên các chân cắm

2.2.6 Vàng

Là kim loại được con người biết đến và sử dụng từ rất sớm, có màu vàng, kiểu mạng lập phương diện tâm Khối lượng nguyên tử 196,96, khối lượng riêng 19,26 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 1063oC, nhiệt độ sôi 2950oC Vàng có độ bền hóa học rất cao, không bị hòa tan trong bất cứ axít nào (trừ chất cường toan), có độ dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao, dễ biến dạng và kéo sợi [2]

Vàng chủ yếu được sử dụng làm tiền tệ và đồ trang sức Hợp kim của vàng với bạc, đồng, platin, thiếc là vật liệu lý tưởng cho động cơ phản lực, tên lửa, máy bay siêu thanh, các công tắc điện đặc biệt, làm vật liệu hàn răng Vàng dùng để mạ trang trí, cho màu sắc đẹp và bền Trong bảng mạch điện tử, vàng được sử dụng để mạ lên các tiếp điểm của một số bộ phận quang trong như CPU, Ram, card màng hình nhằm tăng khả năng dẫn điện.[16]

Ứng dụng cơ bản nhất của bạc là như một kim loại quý và các muối halogen Đặc biệt bạc nitrat được sử dụng rộng rãi trong phim ảnh (đây là ứng dụng nhiều nhất của bạc) Các ứng dụng khác còn có:

Các sản phẩm điện và điện tử, trong đó cần có tính dẫn điện cao của bạc, thậm chí ngay cả khi bị xỉn Ví dụ, các bảng mạch in được làm từ sơn bạc, bàn phím máy tính sử dụng các tiếp điểm bằng bạc Bạc cũng được sử dụng trong các tiếp điểm điện cao áp vì nó là kim loại duy nhất không đánh hồ quang ngang qua các tiếp điểm, vì thế

nó rất an toàn

2.3 Tác động môi trường và sức khỏe của bảng mạch thải

2.3.1 Các chất nguy hại trong bảng mạch thải [22]

a Đồng

Đồng được sử dụng phổ biến nhất trong các bản mạch điện tử Đồng từ mảnh

vỡ điện tử chứa Be, bởi vì tính độc cho sức khỏe của Be nên phải được giữ lại trong thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí Nếu đồng trong mảnh vỡ điện tử được xay nghiền ra để thu hồi vật liệu thì bụi phải được kiểm soát và giữ lại Quá trình xay nghiền có thể giải phóng Be chứa trong bụi

Đồng là vi lượng cần thiết cho con người, không có mối lo ngại nào cho sức khỏe và không có khả năng phân chia như tác nhân gây ung thư Ở nồng độ cao nó có thể gây viêm đường hô hấp và ruột Ở nồng độ rất cao nó có thể làm tổn thương gan và thận

Giới hạn của đồng trong nước uống là 1,3ppm Trong khói là 0,1mg/m3 và bụi

là 1mg/m3 trong khu vực làm việc 8h/ngày và 40h/tuần

b Chì

Chì thường được tìm thấy trong những linh kiện điện và điện tử, được sử dụng với lượng rất nhỏ, dưới dạng hợp kim Pb-Sn, thành phần liên kết các linh kiện điện tử Hợp kim Pb-Sn được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện và điện tử Chì có thể được lấy lại từ chất thải hợp kim, nhưng tái sinh hợp kim Pb-Sn có thể cực kì nguy hiểm bởi vì giải phóng dioxin, Be, As, isocyanat và chì cũng giống vậy Một lượng

nhỏ những hợp chất chì được sử dụng trong một vài phần nhựa, chì vẫn được sử dụng trong PVC bọc kim loại (2-5%) và ứng dụng này của chì dần không được sử dụng nữa Chì này không được tái sinh nhưng được giải phóng nếu những dây kim loại bị đốt cháy

Chì là một chất độc thần kinh tích lũy và có khả năng gây ung thư Theo US.EPA chì trong không khí không được quá 1,5µg/m3 trung bình trong ba tháng, trong nước uống không quá 15ppb

Hít phải bụi, khói chứa Be có thể gây rối loạn phổi mãn tính, Be có thể trở thành tác nhân gây ung thư ở người Giới hạn lượng Be mà các khu công nghiệp có thể thải vào khí quyển là 0,001µg/m3 trung bình 30 ngày 1 đợt Giới hạn ở khu vực làm việc là 2µg/m3 trong 8h/ngày

e Cadimi

Trong thành phần tấm bản mạch cadimi xuất hiện trong những thành phần như

là những điện trở lát mỏng, bộ phận dò hồng ngoại, chất bán dẫn, ngoài ra còn được sử dụng như một chất ổn định trong chất dẻo làm bản mạch Những hỗn hợp Cadimi và Cadimi tích lũy trong cơ thể con ngừời, đặc biệt trong thận Cadimi xâm nhập vào cơ thể qua con đường hít thở hoặc ăn uống Chu kì bán phân hủy của Cadimi là 30 năm vì vậy Cadimi có thể dễ dàng tích lũy lại trong cơ thể đến lượng mà gây ra những triệu chứng sự đầu độc

f Thuỷ ngân

Trong các tấm bản mạch có chứa một lượng thuỷ ngân ở bộ phận ngắt mạch Thuỷ ngân nhiễm vào cơ thể ở mức cao có thể tác động vào não, thận và có thể chuyển vào tuyến sữa mẹ thông qua đó tác động đến trẻ em mới sinh Nó được lưu trữ trong chất béo của động vật

g Chất chống cháy trong phần nhựa

Trong các sản phẩm điện, điện tử các hợp chất chống cháy được sử dụng rất phổ biến Chúng gồm nhiều loại khác nhau tùy vào loại sản phẩm và nhà sản xuất Một vài hợp chất chống cháy khi cho vào thì tác dụng ngăn chặn ngọn lửa là do tính chất chống sự cháy của nó (nó như một bức tường ngăn lửa), một số khác thì lại cho vào như một chất hỗ trợ làm tăng khả năng chống cháy của nhựa (tạo ra các liên kết bền chặt hơn bên trong nhựa) Đa số các phụ gia này đều chứa các loại chất độc, trong đó nổi lên là các chất chống cháy Lấy ví dụ là các chất chống cháy như PBDEs được cho

là tác nhân phá hoại tuyến nội tiết, cản trở sự phát triển bình thường của trẻ em và các động vật, PBBs được cho là chất làm gia tăng nguy cơ ung thư máu và tiêu hóa Đây chỉ là hai trong số rất nhiều các hợp chất chống cháy được tìm thấy trong thành phần nhựa của các sản phẩm điện, điện tử Như vậy việc làm sao phân loại rồi đưa ra các biện pháp loại bỏ hoặc hạn chế độ độc của các hợp chất chống cháy là rất cần thiết Một số chất chống cháy được tìm thấy trong các bản mạch như là: 2,4-Dibromophenol, 2,6-Dibromophenol, Triphenylphosphate, o-Cresylphosphate, m-Cresylphosphate, Tetrabromobisphenol

2.3.2 Suy giảm sức khỏe và khả năng lao động của con người [3]

Rất nhiều người dân trong vùng thu gom, tái chế và chôn lấp CTĐT, đặc biệt là trẻ em và công nhân làm việc tại những cơ sở thu gom, tái chế và chôn lấp CTĐT kém chất lượng đã mắc những bệnh liên quan đến đường hô hấp và bệnh ngoài da, nhiều người khác bị ung thư

Tại các bãi CTĐT, lao động chính là trẻ em và phụ nữ thu gom, phân loại và đập vỡ các thiết bị, làm chảy các mối hàn chì để tháo rời các chip máy tính và đem bán Chì được nung nóng trên chảo và năng lượng nhiệt làm bay hơi các kim loại độc như chì, cadimi, thủy ngân…giải phóng chúng vào không khí dưới dạng hơi sương độc hại Việc sử dụng axit đậm đặc (nước cường thủy) để thu hồi vàng trong các linh kiện điện tử là rất nguy hại Việc đốt các dây dẫn để thu hồi đồng thải vào không khí lượng lớn chất khí độc hại, ảnh hưởng đến sức khỏe con người

2.3.3 Suy thoái chất lượng môi trường [3]

Khối lượng lớn CTĐT sẽ gây hại đến môi trường theo 2 khía cạnh sau:

Một là vấn đề ô nhiễm môi trường do chính bản thân chúng gây ra khi bị phân

rã và biến đổi sau khi tương tác với các thành phần khác của môi trường Việc chôn lấp cũng như thiêu hủy CTĐT đều giải phóng ra môi trường nhiều hóa chất độc hại Nếu xử lý bằng phương pháp chôn lấp thì vừa tốn diện tích mặt bằng vừa gây ô nhiễm đất, nước Nếu xử lý bằng phương pháp thiêu hủy thì vừa tốn nhiên liệu vừa gây ô nhiễm không khí

Hai là vấn đề khai thác quá mức các nguồn tài nguyên nhằm sản xuất ra các mặt hàng điện tử khác thế hệ mới thay thế cho những mặt hàng lỗi thời bị thải bỏ Đồng thời là việc cải tiến và thay thế máy móc thiết bị công nghệ sản xuất các mặt hàng điện

tử mới Để làm ra một chiếc PC, con người thải ra môi trường lượng lớn chất thải nặng gấp 10 lần Mặt khác, việc không tận dụng để tái chế các phần có ích còn lại trong CTĐT đã gây lãng phí hàng triệu tấn vật chất và đồng thời lại gây tốn kém năng lượng

và một khối lượng vật chất khác phải khai thác từ tự nhiên

2.4 Tổng quan về các phương pháp tái chế PCB

Hiện nay có nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý bảng mạch Mặc dù vậy, mỗi công nghệ chỉ có khả năng ứng dụng tốt trong một phạm vi nhất định Ở nhiều

nước tiên tiến, người ta thường xử lý chất thải này bằng cách kết hợp nhiều quy trình công nghệ khác nhau Thành phần kim loại trong bản mạch rất phức tạp và có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng mẫu Bảng mạch khi thu mua về, sau khi gỡ bỏ các linh kiện điện tử còn chứa rất nhiều kim loại có giá trị như đồng, vàng, bạc, platin Ngoài ra còn

có các kim loại nặng khác gây ô nhiễm yêu cầu chúng ta cần được thu hồi và xử lý trước khi thải bỏ ra môi trường Dưới đây là một số phương pháp tái chế bản mạch đã

và đang được nghiên cứu sử dụng

2.4.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp này thường bắt đầu bằng cách giảm kích thước bảng mạch sau đó dựa trên các tính chất của các thành phần khác nhau trong bảng mạch mà chúng sẽ được tách riêng ra

Theo nhiều tài liệu nghiên cứu cho thấy khi bảng mạch được nghiền đến kích thước nhỏ hơn 2mm với kích thước hạt trung bình khoảng 1-1.2mm thì phần lớn kim loại sẽ được tách rời ra khỏi nhựa, các hạt kim loại chủ yếu nằm ở kích thước 0.3-1.5mm [25]

Để tách riêng các hạt kim loại và các hạt nhựa người ta có các phương pháp khác nhau như: [14]

- Tuyển từ (Magnetic Separation): Phương pháp này sử dụng nam châm (điện hoặc vĩnh cửu) để tách các hạt có tương tác với từ trường như sắt, thép

- Tuyển trọng lực (Density-based Separations): Phương pháp này dựa trên khối lượng riêng của các hạt để tách chúng ra bằng các tác nhân như khí hoặc dung dịch Kỹ thuật thường được sử dụng là tuyển nổi-chìm (sink-float)

- Tách bằng dòng điện (Electric Conductivity-based Separation): Phương pháp này dựa vào khả năng dẫn điện của các hạt mà tách riêng chúng ra

Có 3 kỹ thuật tách tiêu biểu là: Eddy current separation, corona electrostatic separation and triboelectric separation

Phương pháp cơ học có nhiều ưu điểm như ít gây ô nhiễm môi trường, năng suất cao, dễ thực hiện… Tuy nhiên phương pháp này lại có một số hạn chế, đáng chú ý

là kim loại thu được không tinh sạch và hiệu suất thu hồi chưa cao, vì vậy cần phối hợp với các phương pháp khác nhằm tăng năng suất và chất lượng kim loại thu được Sau đây là các phương pháp nghiên cứu trong đề tài:

 Phương pháp tuyển bằng dung dịch kẽm

- Cơ sở phương pháp [10]

Theo nhiều tài liệu cho thấy khối lượng riêng của vật liệu không phải kim loại (hỗn hợp nhựa và sợi thủy tinh) thông thường có khối lượng riêng từ 1-1.8g/cm3 khối lượng riêng của kim loại từ 2.6g/cm3 (nhôm) đến 19.3g/cm3 (vàng)

Kẽm clorua một muối có khả năng tan trong nước rất cao(khoảng 3200g/l), không phản ứng với các thành phần nhựa cũng như kim loại có trong bảng mạch và khối lượng riêng của dung dịch bão hòa là 1.85g/cm3 Vì vậy ta có thể dùng dung dịch kẽm clorua bão hòa nhằm phân tách nhựa với kim loại

- Chú ý

Dung dịch kẽm clorua là một dung dịch phân cực, các thành phần nhựa lại không phân cực vì vậy khi tiến hành tuyển tách các hạt nhựa thường vón cục lại làm cản trở quá trình tuyển Do đó, khi tiến hành phân tách ta cần làm thấm ướt các hạt trước khi tuyển

Theo nhiều thí nghiệm khảo sát cho thấy để các thành phần trong hỗn hợp tuyển thấm ướt ta có thể sử dụng chất hoạt động bề mặt Để thuận tiện cho quá trình phân tách chất hoạt động bề mặt cần ở trạng thái lỏng vì vậy chọn nước rửa chén hiệu sunlight để làm thấm ướt

Vì vậy khi tiến hành sử dụng phương pháp này chúng ta cần khảo sát lượng chất hoạt động bề mặt bao nhiêu là hợp lý (biểu hiện bằng lượng nước rửa chén sử dụng)

 Phương pháp tuyển bằng dòng nước [14]

Tuyển tách bằng dòng nước là phương pháp tuyển dựa trên kích thước và trọng lượng riêng của các hạt Nguyên tắc là khi dòng nước chuyển động sẽ lôi kéo các hạt theo, các hạt nhẹ hoặc có kích thước nhỏ sẽ bị cuốn đi, các hạt to và có khối lượng riêng lớn sẽ được giữ lại

2.4.2 Phương pháp thủy luyện

Phương pháp này dựa trên sự tan của kim loại trong dung dịch axit hoặc bazơ sau đó dung dịch được đem đi xử lý tiếp để tách riêng từng loại kim loại dựa trên các tính chất vật lý và hóa học đặc trưng của chúng

Vd: hòa tan các kim loại như Zn, Cu, Au, trong nước cường toan sau đó tách chúng ra bằng các phương pháp kết tủa, phương pháp oxi hóa, phương pháp điện phân

Bảng 2.2: Các tác nhân thường được sử dụng [15][24]

Axit nitric (HNO3) Kim loại cơ bản Fluoroboric axit (HBF4) Chiết hợp kim hàn Pb,Sn Axit sunphuric (H2SO4) Đồng

Để tiết kiệm hóa chất cũng như chi phí trong thu hồi kim loại từ bảng mạch, phương pháp này cần được kết hợp với các phương pháp khác như cơ học, phương pháp nhiệt nhằm tăng hiệu quả

Ưu điểm: Đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, tiết kiệm năng lượng, dễ kết hợp với các phương pháp khác

Nhược điểm: ô nhiễm môi trường, gây độc cho người sản xuất…

2.4.3 Phương pháp nhiệt luyện

Nhiệt luyện là quá trình phân hủy các hợp chất hóa học dưới tác dụng của nhiệt

độ trong điều kiện có mặt oxy và những tác nhân khác từ các vật liệu hữu cơ

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 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 1.000oC), yêu cầu trộn lẫn tốt các khí cháy - xoáy

Công nghệ thiêu đốt có nhiều ưu điểm như khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt

để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp nhưng cũng có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm Các sản phẩm làm giàu (tập trung nhiều kim loại) bằng phương pháp nhiệt luyện sẽ được áp dụng rộng rãi bởi các công ty tái chế ở những nước phát triển, nhưng do tính

đa dạng của các chất có trong chất thải điện tử nên việc đốt sẽ kèm theo nguy cơ phát sinh và phát tán các chất ô nhiễm và chất độc hại làm ô nhiễm khí quyển

Để giảm những tác động xấu đến môi trường và tăng hiệu quả của quá trình cần loại bỏ bớt các thành phần không phải kim loại trước khi đốt Các phương pháp tiền xử lý bao gồm quá trình cơ khí, tách loại, cắt, nghiền nhỏ, tuyển nổi, và quá trình nhiệt

 Sơ lược về phương pháp đốt bằng axetylen [5]

Thiết bị chính để đốt là thiết bị hàn và cắt kim loại bằng khí Sau đây là sơ lược

về phương pháp hàn cắt kim loại bằng khí

 Thực chất của của quá trình hàn cắt kim loại bằng khí

Hàn và cắt bằng khí là phương pháp hàn hoặc cắt, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khí cháy (C2H2, CH4, C6H6 v.v ) hoặc H2 với ôxy để nung chảy kim loại

Thông dụng nhất là hàn và cắt bằng khí Ôxy - Axêtylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn lửa có nhiệt độ cao (vùng cao nhất đạt tới 3200oC); còn ngọn lửa giữa O2 và các chất khí cháy khác chỉ cho nhiệt độ

từ 2000-2200oC Tuy nhiên khi hàn dưới nước thường dùng ngọn lửa giữa O2 và H2 vì

C2H2 rất dể nổ ở áp suất cao và nhiệt độ lớn

 Đặc điểm

Có thể hàn được nhiều loại kim loại và hợp kim (gang, đồng, nhôm, thép ) Hàn được các chi tiết mỏng và các loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp

Hàn khí được sử dụng rộng rãi vì thiết bị đơn giản và rẻ tiền

Năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dễ cong vênh

Hàn khí dùng nhiều khi hàn các vật hàn có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các chi tiết mỏng, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, đồng thanh, nhôm, magiê, hàn nối các ống có đường kính nhỏ và trung bình Hàn các chi tiết bằng kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v

Ngọn lửa khí hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép mỏng, các loại kim loại màu và nhiều vật liệu khác

 Cấu tạo của thiết bị

- Cấu tạo chung của hệ thống

Hình 2.8: Hệ thống hàn-cắt kim loại bằng khí

1 Bình chứa oxi 2 Bình chứa acetilen 3 Van giảm áp 4 Đồng hồ đo áp

5 Khóa bảo hiểm 6 Dây khí 7 Mỏ hàn hoặc mỏ cắt 8 Ngọn lửa

- Cấu tạo mỏ hàn

Đây là dụng cụ dùng để pha trộn khí cháy và ôxy, tạo thành hỗn hợp cháy có tỉ

lệ thành phần thích hợp để nhận được ngọn lửa hàn hoặc cắt theo yêu cầu Mỏ hàn có

2 loại là mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp

Mỏ hàn kiểu tự hút (H.2.9a) sử dụng khi hàn với áp suất khí C2H2 thấp và trung bình Khí C2H2 (áp suất 0,01-1,2 at) được dẫn vào qua ống (1), còn khí ôxy (áp suất 1-4 at) được dẫn vào qua ống (2) Khi dòng ôxy phun ra đầu miệng phun (5) với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút khí C2H2 theo ra mỏ hàn Hỗn hợp tiếp tục được hoà trộn trong buồng (6), sau đó theo ống dẫn (7) ra miệng mỏ hàn và được đốt cháy

tạo thành ngọn lửa hàn Điều chỉnh lượng khí ôxy và C2H2 nhờ các van (3) và (4) Nhược điểm của mỏ hàn tự hút là thành phần hỗn hợp cháy không ổn định

Mỏ hàn đẳng áp dùng khi hàn với áp lực khí C2H2 trung bình Khí ôxy và C2H2

được phun vào buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,5-1 at) và tiếp tục được hòa trộn trong ống dẫn của mỏ hàn, đi ra miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ hàn khí

a Mỏ hàn kiểu hút b Mỏ hàn đẳng áp

1 Dây dẫn khí C2H2 2 Dây dẫn khí oxy 3 Van điều chỉnh C2H2

4 Van điều chỉnh oxy 5 Buồng hút 6 Đầu mỏ hàn

Mỏ hàn đẳng áp dùng khi hàn với áp lực khí C2H2 trung bình Khí ôxy và C2H2

được phun vào buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,5-1 at) và tiếp tục được hòa trộn trong ống dẫn của mỏ hàn, đi ra miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa

- Cấu tạo mỏ cắt

Để cắt bằng khí chủ yếu sử dụng các mỏ cắt dùng nhiên liệu khí Sơ đồ cấu tạo chung của chúng được trình bày trên hình sau:

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ cắt khí

1 ống dẫn khí C H 2 Ống dẫn khí ôxy 3 Van điều chỉnh dòng CH

4 Van điều chỉnh dòng ôxy nung 5 Van điều chỉnh dòng ôxy cắt

6 Ống dẫn hỗn hợp khí cháy 7 Ống dẫn dòng oxi cắt

Khí axêtylen được dẫn vào ống (1) đi qua van (3), còn ôxy được dẫn vào ống (2), sau đó phân làm hai nhánh, một dòng đi qua van (4) và tới miệng phun hút khí axêtylen và hòa trộn tạo ra hỗn hợp cháy để nhận được ngọn lửa nung nóng, một dòng

đi qua van (5) tới đầu mỏ phun để tạo ra dòng ôxy cắt

 Quá trình cắt kim loại

Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí là đốt cháy kim loại cắt bằng dòng ôxy, tạo thành các ôxýt (FeO, Fe2O3, Fe3O4), làm nóng chảy các ôxit đó và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

Hình 2.11: Sơ đồ quá trình cắt kim loại

Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày trên (Hình 2.11) Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt Tiếp theo,

do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

 Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

- Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó Đối với thép cacbon thấp C < 0,7% nhiệt độ cháy vào khoảng 1350oC, còn nhiệt độ chảy gần 1500oC nên thoả mãn điều kiện này Đối với các loại thép cacbon cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên trước khi cắt phải đốt nóng sơ bộ đến 300-650oC

- Nhiệt độ nóng chảy của ôxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó Thép hợp kim crôm hoặc crôm-niken, do khi cháy Cr tác dụng với O2 để tạo thành ôxit crôm Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2050oC vì vậy phải dùng thuốc cắt mới có thể cắt được Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành ôxit nhôm Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2000oC, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi dùng thuốc cắt

- Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt được liên tục, quá trình cắt không bị gián đoạn Khi cắt các tấm mỏng bằng thép cacbon thấp nhiệt lượng sinh ra khi cháy đạt tới 70% chỉ cần nhiệt lượng của ngọn lửa 30% nữa là đủ cắt liên tục

- Ôxit kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt, để dễ tách ra khỏi mép cắt Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt cháy và khi cháy tạo ra ôxit silic SiO2 có độ sệt cao

- Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt

 Kỹ thuật cắt

- Bắt đầu cắt

Khi cắt phôi tấm theo đường cắt hở, bắt đầu cắt từ mép phôi Với phôi tấm dày dưới 50 mm, mỏ cắt đặt thẳng góc với mặt phẳng cắt (Hình 2.12a) Nếu chiều dày phôi lớn hơn 50 mm, khi bắt đầu cắt nên nghiêng mỏ cắt một góc 5-10o theo hướng cắt để nung nóng tốt mép cắt, sau đó đặt thẳng góc (hình 2.12b)

Hình 2.12: Kỹ thuật cắt khí

Khi cắt phôi tấm theo đường cắt kín, quá trình cắt bắt đầu ở giữa tấm, bởi vậy phải tạo lỗ trước bằng phương pháp khoan hoặc dùng mỏ cắt để tạo lỗ cắt ban đầu Khi dùng mỏ cắt để tạo lỗ, để tránh hiện tượng nổ, đối với tấm mỏng dưới 20 mm, đặt mỏ cắt tại vị trí cắt lỗ, mở khí nung nóng trước sau đó mới mở ôxy cắt, với các tấm dày bắt đầu nung nóng ở vị trí (I) và di chuyển chậm mỏ cắt đến vị trí (II) mới bắt đầu mở ôxy cắt (Hình 2.12.c)

- Tốc độ cắt

Tốc độ cắt là tốc độ dịch chuyển của mỏ cắt dọc theo đường cắt, cũng là một thông số ảnh hưởng lớn tới quá trình cắt Khi tốc độ cắt nhỏ hơn tốc độ ôxy hóa kim loại theo chiều dày cắt thì mép cắt bị phá hỏng, đồng thời năng suất cắt giảm

Ngược lại, nếu tốc độ cắt quá lớn, dẫn tới cắt bị sót hoặc quá trình cắt bị gián đoạn do mép cắt không được nung nóng tốt

Tùy theo kim loại cắt, chiều dày vật cắt, tốc cắt thường từ 75 - 550 (mm/phút)

- Khoảng cách từ mỏ cắt đến kim loại cắt

Trong quá trình cắt khí cần phải khống chế khoảng cách từ mỏ cắt tới vật cắt thích hợp Khi cắt thép tấm, căn cứ vào chiều dài nhân ngọn lửa và chiều dày tấm cắt

ta có thể chọn khoảng cách này như sau:

h = l + 2 [mm] l - chiều dài nhân ngọn lửa

Để giữ được khoảng cách này không đổi khi cắt ta gắn thêm một cặp bánh xe

- Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt

Hình 2.13: Vị trí và sự di chuyển mỏ cắt