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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BẢNG MẠCH ĐIỆN TỬ THU HỒI KIM LOẠI SVTH : TRẦN NGỌC THẢO PHAN VĂN TUẤN Ngành : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa : 2009-2013 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 08/2013 NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BẢNG MẠCH ĐIỆN TỬ THU HỒI KIM LOẠI Tác giả TRẦN NGỌC THẢO PHAN VĂN TUẤN Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp ngành Công Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn Th.S LÊ TẤN THANH LÂM KS NGUYỄN HỒNG NGUYÊN Tháng năm 2013 I    LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập trường thực khóa luận tốt nghiệp, chúng em nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình gia đình, thầy bạn bè Đầu tiên chúng em xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến Ths Lê Thanh Lâm K.S Nguyễn Hồng Nguyên Cám ơn thầy cô dành nhiều tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu bổ ích cho chúng em suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Xin cám ơn thầy Bộ Mơn Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Nông lâm TPHCM lời cám ơn chân thành truyền đạt cho chúng em kiến thức q giá bổ ích q trình học tập, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt bốn năm học trường Xin gởi lời cám ơn trìu mến tới bạn DH09HH sát cánh chia sẻ lúc buồn vui học tập sống, cám ơn cho phút giây thật đẹp thời sinh viên Cuối cùng, chúng em xin gởi lời cám ơn chân thành lòng kính u vơ hạn đến cha mẹ người thân gia đình Con ln biết ơn cơng ơn sinh thành, dưỡng dục cha mẹ, cám ơn người che chở, động viên, chỗ dựa vững cho con, giúp vượt qua thử thách sống để có thành cơng ngày hơm Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 8/2013 Sinh viên thực Trần Ngọc Thảo - Phan Văn Tuấn II    TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu tái chế bảng mạch điện tử thu hồi kim loại’’được tiến hành phòng thí nghiệm mơn CƠNG NGHỆ HĨA HỌC, trường Đại Học Nông Lâm TPHCM, thời gian từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2013 Từ nguồn mẫu chứa 30.85% kim loại chung 14.765% đồng Đề tài thực qua giai đoạn thu kết sau Giai đoạn 1: Nghiên cứu loại bỏ nhựa để tăng hàm lượng kim loại hai phương pháp Phương pháp tuyển ZnCl2 cho kết không sử dụng chất hoạt động bề mặt hàm lượng kim loại đồng tăng lên theo thứ tự 82% 40%, tỷ lệ khoảng 10% kim loại 9.6% đồng Còn sử dụng chất hoạt động bề mặt hàm lượng kim loại khoảng 62%, tỷ lệ kim loại ít, khoảng 4.5% Phương pháp tuyển dòng nước thực thiết bị tự tạo cho thấy điều kiện tối ưu cho hoạt động thiết bị 15lít/phút hồi lưu lần, hàm lượng kim loại đồng tăng lên theo thứ tự 75% 32% với tỷ lệ 11% 20% Khi so sánh hai phương pháp với nhiều mặt ta chon phương pháp tuyển dòng nước để tiến hành giai đoạn Giai đoạn 2: Thu kim loại cách đốt mẫu axetylen để loại bỏ nhựa Kết cho thấy: Đốt phút khả thu kim loai cao với 55% kim loại 76% đồng theo sở nguyên liệu đem đốt Vì với quy trình thu hồi 49% kim loại 61% đồng hay với 1kg bảng mạch thu 150g kim loại có chứa 90g đồng III    ABSTRACT The thesis, " recovery mental from printed circuit boad'', was conducted at the 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 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 kilogram can recover 150gam metal in which contain 90gram copper IV    MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN II 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 MỞ ĐẦU 1  1.1. Đặt vấn đề 1  1.2. Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2  1.2.1.  Đối tượng 2  1.2.2.  Phạm vi nghiên cứu 2  1.3. Mục tiêu 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 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5  2.1. Giới thiệu chung bảng mạch điện tử 5  2.1.1.  Định nghĩa 5  2.1.2.  Cấu tạo bảng mạch 5  2.1.3.  Thành phần bảng mạch 8  2.2. Sơ lược thuộc tính ứng dụng số kim loại 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  V    2.2.6.  Vàng 14  2.2.7.  Bạc 14  2.2.8.  Platin 15  2.3. Tác động môi trường sức khỏe bảng mạch thải 15  2.3.1.  Các chất nguy hại bảng mạch thải 15  2.3.2.  Suy giảm sức khỏe khả lao động người 17  2.3.3.  Suy thối chất lượng mơi trường 18  2.4. Tổng quan phương pháp tái chế PCB 18  2.4.1.  Phương pháp 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 thiết cách chiết tách điện phân 29  2.5.2.  Chiết Đồng từ bảng mạch điện tử dung dịch kiềm Amoninac 31  2.5.3.  Phát triển công nghệ tái chế chất thải điện tử 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 đồng từ bảng mạch máy tính thải 35  2.5.6.  Chiết đồng vi sinh vật 36  2.5.7.  Thu hồi Vàng, Bạc, Đồng, Palladium 37  Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 40  3.1. Đối tượng nghiên cứu 40  3.1.1.  Thời gian 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 40  3.2.2.  Sơ đồ bố trí thí nghiệm 42  3.3. Thí nghiệm 1: Xác định hàm lượng kim loại đồng nguyên liệu 43  3.3.1.  Mục đích 43  3.3.2.  Nội dung 44  3.3.3.  Hóa chất thiết bị 44  VI    3.3.4.  Thí nghiệm 1.1: Định lượng đồng 44  3.3.5.  Thí nghiệm 1.2: Xác đinh hàm lượng kim loại 46  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 thiết bị nghiên cứu 47  3.4.4.  Thí nghiệm 2.1 Tuyển tách dung dịch ZnCl2 47  3.4.5.  Thí nghiệm 2.2: Tuyển tách lơi kéo dòng nước 48  3.5. Thí nghiệm Thí nghiệm đốt khí Axetylen Oxy 50  3.5.1.  Mục đích 50  3.5.2.  Nội dung 50  3.5.3.  Hóa chất 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 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 dòng nước 56  3.6.4.  Phương pháp đốt acetilen 59  3.7. Phương pháp xử lý số liệu 60  Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63  4.1. Thí nghiệm 1: Xác định thành phần 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 67  4.2. Thí nghiệm 67  4.2.1.  Thí nghiệm 2.1.Tuyển tách dung dich ZnCl2 67  4.2.2.  Thí nghiệm 2.2 Tuyển tách lơi kéo dòng nước 71  4.2.3.  Kết luận thí nghiệm 81  4.3. Thí nghiêm Thí nghiệm đốt mẫu khí Axetylen Oxy 83  4.3.1.  Thí nghiệm 3.1 khảo sát thời gian đốt 84  VII    4.3.2.  Thí nghiệm 3.2 làm tăng hàm lượng đồng 90  4.3.3.  Kết luận thí nghiệm 91  Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93  5.1. Kết luận 93  5.2. Kiến nghị 93  TÀI LIỆU THAM KHẢO 94  VIII    DANH SÁCH CÁC HÌNH   Hình 2.1 Bảng mạch điện tử 5  Hình 2.2 Cấu tạo bảng mạch 6  Hình 2.3 Cấu tạo lớp lõi 6  Hình 2.4 Lớp đồng 6  Hình 2.5 Mơ tả lớp vỏ bọc đồng 7  Hình 2.6 Các mối hàn tụ điện 7  Hình 2.7 Mơ tả lớp hợp kim hàn bảng mạch 7  Hình 2.8 Hệ thống hàn cắt kim loại khí 23  Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mỏ hàn khí 24  Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mỏ cắt khí 24  Hình 2.11 Sơ đồ trình cắt kim loại 25  Hình 2.12 Kỹ thuật cắt khí 26  Hình 2.13 Vị trí di chuyển mỏ cắt 27  Hình 2.14: đồ thị trình hòa tan đồng axit nitric 30  Hình 2.15 Đồ thị trình hòa tan chì axit nitric 30  Hình 2.16 Đồ thị q trình hòa tan thiết axit nitric 31  Hình 2.17 Sơ đồ quy trình thu hồi kim loại quý 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 số Sartorius TE214S 53  Hình 3.4 Máy sấy Memmer UNB400 Đức 53  Hình 3.5 Máy UV-vis 55  Hình 3.6 Thiết bị tuyển bảng mạch nước 58  Hình 3.7 Bộ cắt hàn 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 ngâm axit 65  IX      Chi phí xử lý chất thải: Khơng tạo chất thải nên không tốn khoảng Vậy tổng chi phí cho kg 2070 đ Từ ta có với tiêu phương pháp lôi kéo nước 25 điểm, phương pháp kẽm 20 điểm  Mức độ độc hại cho người lao động Do kẽm kim loại nặng có khả gây độc cho người thải môi trường gây ô nhiễm lớn cho môi trường, với phương pháp kẽm người lao động thường tiếp xúc trực tiếp với bảng mạch chứa nhiều kim loại nặng gây nguy hiểm cho họ Do tiêu phương pháp kẽm điểm, phương pháp lôi kéo nước 15 điểm  Mức độ đơn giản phương pháp Cả hai phương pháp đơn giản phương pháp lôi kéo nước người vận hành phải biết điều khiển thiết bị chế tạo thiết bị tương đối phức tạp, phương pháp kẽm người lao động phải biết pha hóa chất Vì tiêu phương pháp kẽm điểm, phương pháp lôi kéo nước điểm Bảng 4.10: So sánh ưu điểm phương pháp tách học Phương pháp kẽm Phương pháp lôi kéo nước Khả làm tăng hàm lượng kim loại 35 30 Chi phí cho q trình phân tách 20 25 Mức độ gây độc gây ô nghiễm 18 Mức độ đơn giản phương pháp 69 79 Các tiêu Tổng  Từ bảng so sánh với tiêu cho thấy phương pháp tuyển tách lôi kéo lưu lượng nước 15l/phút chiếm ưu Vì chúng tơi định chọn phương pháp lôi kéo nước để tiến hành thu hồi kim loại từ bảng mạch điện tử 4.3 Thí nghiêm 3: Thí nghiệm đốt mẫu khí Axetylen Oxy 83      4.3.1 Thí nghiệm 3.1: Khảo sát thời gian đốt a: Phần kim loại b: Phần xỉ Hình 4.17: Hai thành phần hỗn hợp sau đốt-nấu chảy Bảng 4.11A: Ảnh hưởng thời gian đến thành phần mẫu thu Mẫu Thời gian Mẫu sau đốt (g) Phần Kim loại (g) Phần xỉ (g) 3A 22.77 12.77 10 3B 21.07 12.71 8.35 3C 20.77 12.57 8.20 3D 20.48 12.45 8.03 3E 21.29 12.52 8.77 3F 21.96 12.49 9.47  Trung bình 21.39 12.59 8.80 Max 22.77 12.77 10 Min 20.48 12.45 8.03 SD 0.84 0.13 0.78 84      Bảng 4.11B: Ảnh hưởng thời gian đến thành phần mẫu thu Mẫu Thời gian Kl Kl (%) Kl xỉ (%) Đồng kl (%) Đồng xỉ (%) 3A 93.85 73.49 37.92 48.07 3B 96.78 56.60 55.87 30.44 3C 97.45 65.80 57.97 28.76 3D 97.68 67.97 59.44 27.74 3E 97.85 70.67 59.14 25.08 3F 97.89 71.35 59.12 23.31 Trung bình 96.92 67.65 54.92 30.57 Max 97.89 73.49 59.45 48.07 Min 93.85 56.60 37.92 23.31 SD 1.56 6.04 8.43 8.95 Bảng 4.12: Ảnh hưởng thời gian đốt đến tỷ lệ thu hồi kim loại đồng Tổng mẫu Thời gian (Ph) Kl (%) Đồng(%) Kl (%) Đồng (%) 3A 86.94 99.96 53.89 50.16 3B 80.35 99.92 55.33 73.58 3C 79.35 99.92 55.08 75.48 3D 79.23 99.74 54.70 76.68 3E 80.66 99.48 55.08 76.68 3f 81.03 99.47 54.76 76.80 Trung bình 81.26 99.75 54.81 71.56 Max 86.94 99.96 55.33 76.80 Min 79.23 99.47 53.89 50.16 SD 2.87 0.23 0.51 10.56 85    Phần kim loại Mẫu   25 Khối lượng20 (g) Mẫu sau đốt (g) Phần kl (g) Phần sỉ (g) 15 10 5 Thời gian (ph) Hình 4.18: Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt đến lượng mẫu lại 120 100 % 80 60 kim loai 40 xỉ 20 Thời gian (ph) Hình 4.19: Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt đến lượng kim loại phần % 70 60 50 Đồng trong kl (%) 40 30 Đồng trong xỉ (%) 20 10 Thời gian (ph) Hình 4.20: Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt đến lượng đồng phần 86      100 90 80 %70 60 50 tổng mẫu 40 kim loai 30 20 10 Thời gian (ph)6 Hình 4.21: Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt dến tỷ lệ kim loại thu 120 100 % 80 60 Tổng mẫu 40 Phần kim loại 20 Thời gian (ph) Hình 4.22: Đồ thị ảnh hưởng thời gian đốt đến tỷ lệ đồng thu Bảng so sánh ảnh hưởng thời gian đốt đến tổng mẫu thu Độ tin cậy: 95 Percent LSD Thời gian Count trung bình độ khác biệt nghiệm thức -5 20.480400 X  20.771900 XX 3 21.068000 X 21.292600 X 21.956700 X 22.771700 X 87      Bảng so sánh hàm lượng đồng phần kim loại Độ tin cậy: 95 Percent LSD Thời gian Count trung bình độ khác biệt nghiệm thức 37.921200 X  3 55.883200 X 57.983600 XX 59.125600 X 59.151300 X 59.452400 X   Bảng so sánh hàm lượng đồng phần xỉ Độ tin cậy: 95 Percent LSD Thời gian Count trung bình độ khác biệt nghiệm thức 23.313100 X 25.097600 X  27.741300 X 28.771300 X 3 30.540900 XX 48.071300 X Bảng so sánh tỷ lệ đồng thu phần kim loại Độ tin cậy: 95 Percent LSD Thời gian Count trung bình độ khác biệt nghiệm thức 50.163209 X  3 73.580443 X 75.486278 X 76.680312 X 76.684965 X 76.804568 X  Thảo luận Qua quan sát q trình thí nghiệm cho thấy: Trong q trình đốt nấu chảy lượng nhỏ mẫu bị văng tốc độ thổi mạnh lửa, q trình làm phóng thích lượng khí lớn có mùi giống mùi lúc hàn, bám quần áo khó giặt Điều chứng tỏ lượng kim loại hàn bốc Hỗn hợp sau nấu chảy phân thành phần rõ rệt không lẫn vào nhau: Phần đặc khít có màu xám vàng, giòn (có thể bẻ gãy tay), ngâm 88      HNO3 gần tan hồn tồn Phần có màu nâu đen, xốp, giòn, ngâm HNO3 lượng lớn khơng tan Vì ta gọi phần kim loại, phần xỉ Ở bảng 4.9 ta thấy tổng lượng mẫu thu ngang thấp phút 20.48g, cao phút 22.77g Phần kim loại gần ngang thấp phút 12.45g cao 12.77g phút Phần xỉ biến động nghiệm thức vị trí thấp cao thuộc phút phút 8.03g 10g Quan sát đồ thị 4.1, ta thấy đường kim loại có dạng thẳng nằm ngang đường tổng mẫu đường xỉ có dạng lõm xuống, giảm dần từ phút đến phút tăng từ đến phút Từ nhận xét ta kết luận tiến hành đốt mẫu nhựa cháy kim loại nóng chảy tách riêng khỏi hỗn hợp, làm cho khối lượng mẫu ngày giảm (từ 2- phút) Tuy nhiên, từ phút trở đi, hỗn hợp đặc biệt xỉ lại tăng khối lượng, đốt thiết bị hàn cắt khí oxy từ khí dòng khí phản ứng với kim loại tạo thành oxit kim loại, làm tăng khối lượng mẫu Từ bảng 4.9 ta thấy tỷ lệ kim loại phần kim loại thấp 93.85% phút cao 97.89 phút , đồ thị 4.12 ta thấy tỷ lệ kim loại tăng dần theo thời gian đốt Còn phần xỉ tỷ lệ kim loại giảm thấp phút sau lại tăng trở lại Điều giải thích q trình phân tích kim loại xỉ khơng xác lượng kim loại chuyển thành oxit tăng theo thời gian dẫn đến kết phân tích tăng theo Nấu lâu lượng tổng lượng kim loại nhiều lượng đồng gần không (trên 99%), tỷ lệ thu hồi phần kim loại gần không thay đổi lượng khoảng 54% Từ đồ thị 4.14 cho thấy lượng kim loại chung lại giảm từ 86.9486% phút, 76.1059% phút, giai đoạn từ 3- phút giảm gần ngang Từ nhận xét cho thấy đốt nấu chảy hỗn hợp sau tuyển tách 15l/ph hồi lưu lại lần với thời gian lâu, tổng lượng kim loại lại giảm văng bắn bốc kim loại hợp kim hàn, kim loại đồng gần không bị Lượng đồng phần kim loại 89      ngày tăng cao phút Do đề tài quan tâm đến đồng kim loại khác nên ta chọn phút thời gian thích hợp để làm tăng hàm lượng đồng 4.3.2 Thí nghiệm 3.2: Làm tăng hàm lượng đồng Trước ngâm Sau ngâm Hình 4.23: Phần kim loại dễ tan chảy Trước ngâm Sau ngâm Hình 4.24: Phần kim loại khó tan chảy Bảng 4.13: Các thành phần sau nhiệt luyện Kim loai (g) Kim loại (g) Hàm lượng đồng (%) Hàm lượng đồng (%) 7.3362 8.3545 56.9182 85.5200 7.4256 7.4786 68.8007 90.3200 6.0712 8.6743 48.6269 88.5600 Mẫu   Trung bình 6.9443 8.1691 58.1153 (1: Kim loại dễ chảy, 2: Kim loại khó chảy) 90    88.0607   Sau thu kim loại từ trình đốt hỗn hợp, phần kim loại đem nấu chảy lại khí C2H2 O2 khơng khí màu xám bốc Dưới tác dụng nhiệt độ cao từ trình trên, kim loại nấu chảy Do hợp kim hàn có nhiệt độ sơi thấp nên chảy trước tách riêng ra, nên hỗn hợp phân thành phần dễ nóng chảy khó nóng chảy hình Để dễ đánh giá mắt hàm lượng đồng phần ta tiến hành làm bề mặt kim loại cách ngâm kim loại HNO3 20% phút Kết thu hình Từ bảng số liệu cho thấy kim loại chứa đồng kim loại Hàm lượng đồng 58.1153 %và 88.0607 % Tỷ lệ kim loại bị bay khoảng 25% Lượng đồng bị không đáng kể(