Bản mạch điện tử phế thải chứa nhiều kim loại và là một loại phế thải khó phân hủy gây ô nhiễm môi trường. Bài viết trình bày phương pháp hòa tách và thu hồi đồng kim loại nhằm xử lí một phần chất thải rắn là bản mạch điện tử.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU THU HỒI KIM LOẠI ĐỒNG TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ PHẾ THẢI THEO HƯỚNG AN TỒN VỚI MƠI TRƯỜNG RESEARCH METHOD OF RECYCLING METHODS FROM EMPHASIZE WASTES WITH ENVIRONMENTAL EFFICIENCY Nguyễn Thị Thoa*, Bùi Thị Lư, Trần Quang Hải TÓM TẮT Bản mạch điện tử phế thải chứa nhiều kim loại loại phế thải khó phân hủy gây ô nhiễm môi trường Nghiên cứu tìm phương pháp hịa tách thu hồi đồng kim loại nhằm xử lí phần chất thải rắn mạch điện tử Kết nghiên cứu bao gồm lựa chọn chất hòa tách đồng từ mạch Fe2(SO4)3, hiệu suất hòa tách đồng cao Mặt khác, sử dụng phoi sắt thu hồi hồn tồn lượng đồng hịa tách, độ tinh khiết đồng kim loại đạt khoảng 90% Quá trình hòa tách thu hồi đồng kim loại đề xuất đảm bảo mục tiêu an tồn mơi trường Từ khoá: Thu hồi kim loại; thu hồi đồng; mạch điện tử ABSTRACT The waste electronic circuit contains a lot of metal and is a kind of waste disruptible causing environmental pollution Our research has found a way to separate and recover metal copper to treat a part of solid waste is the circuit board The results of this study include the choice of copper binder from Fe2(SO4)3, the copper extraction efficiency is quite high Other way, using iron shavings we have completely recovered the amount of copper has split, the purity of copper metal reached about 90% The proposed metal-to-metal separation and recovery process ensures the safety of the environment Keywords: Metal recovery; collect copper; electronic ciruit boar Khoa Cơng nghệ Hóa, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Email: nguyenthoa@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 12/01/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 05/5/2019 Ngày chấp nhận đăng: 18/8/2020 * GIỚI THIỆU Công nghiệp điện tử coi ngành công nghiệp lớn tăng trưởng nhanh giới Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ dẫn đến thiết bị điện điện tử nguyên nhân dẫn đến lượng chất thải điện tử ngày tăng Số liệu nghiên cứu Baldé, C.P Đại học Quốc gia Bonn - CHLB Đức cho thấy năm 2018 tồn cầu có 49,8 triệu chất thải điện tử, mức tăng trưởng hàng năm - 5% Theo nguồn thống kê khác, tổng số chất thải điện tử đạt 12,3 triệu tấn/năm vào năm 2020 [1] Trên giới, nghiên cứu tập trung tìm giải pháp xử lí 122 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) nhằm thu hồi kim loại từ mạch phế thải, coi mạch phế thải nguồn tài nguyên tái tạo sản xuất phát triển từ sớm [2, 3] Trong Việt Nam, việc tái chế chất thải điện tử dừng khâu tháo dỡ, phân loại (nhựa, đồng, nhôm ) cách thủ công Các phương pháp xử lý chất thải điện tử tái sử dụng, lưu kho, đốt, chôn lấp phương pháp mang tính chất tạm thời chưa tồn diện [4, 5] Những phương pháp vừa không thân thiện với môi trường lại khơng có lợi cho phát triển bền vững, gây lãng phí nguồn tài ngun khơng tái tạo Có nhiều phương pháp khác để xử lý chất thải điện tử có số phương pháp đảm bảo ảnh hưởng tới mơi trường đồng thời thu hồi lượng kim loại lớn nhất, kể kim loại quý có giá trị kinh tế cao Nhóm nghiên cứu tập trung tìm giải pháp thu hồi kim loại theo định hướng an tồn mơi trường THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất dụng cụ Hóa chất: HNO3, H2SO4, HCl, Fe2(SO4)3, H2O2, NH3, EDTA, thị pan, đệm axetat, urothropin, rượu etylic, xuất xứ Trung Quốc Dụng cụ: Các dụng cụ thủy tinh bản, bếp điện, cân phân tích 2.2 Phương pháp xử lí mẫu xác định hàm lượng Cu Mẫu mạch phế thải loại bỏ tụ, xử lí gia cơng đập, cắt thu mẫu kích thước 1cm (hình 1) Q trình gia cơng học thực xưởng Cơ khí Trung tâm Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Hình Mẫu mạch điện tử nghiên cứu Lấy V(ml) dung dịch Cu2+ vào bình tam giác 250ml, thêm dung dịch đệm acetat trì mơi trường pH = 5, 0,2g urotropin giọt chất thi PAN Đun sôi dung dịch chuẩn độ dung dịch chuẩn EDTA đến dung dịch chuyển từ tím đậm Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 sang vàng lục, hết V1 ml Phản ứng Cu2+ EDTA môi trường pH = xảy hoàn toàn điều kiện nóng Nồng độ mol/l Cu2+ tính theo cơng thức: C ( ) = ( ) , đ đ 100 (1) Trong đó: V1: thể tích EDTA (ml); V: thể tích dung dịch mẫu (ml) CEDTA: nồng độ dung dịch EDTA tiêu chuẩn (0,025M) m: khối lượng mẫu hịa tan (g); Vđm: thể tích mẫu định mức (ml) Vxđ: thể tích mẫu đem chuẩn độ (ml) 2.3 Khảo sát q trình hịa tách Cu Cân xác khoảng 5g mạch chuyển vào cốc 100ml, thêm 10ml HNO3 2M đun sôi hỗn hợp bếp điện Sau lọc bỏ phần cặn lấy phần dung dịch để nguội chuyển vào bình định mức 100ml, định mức đến vạch Hút 10ml dung dịch cho vào cốc 100ml nhỏ từ từ dung dịch NH3 đặc đến kết tủa không đổi Lọc giấy lọc băng xanh bỏ phần cặn lấy phần dung dịch Chuẩn độ xác định Cu2+ dung dịch lọc dung dịch EDTA 0,025M Làm tương tự với Fe2(SO4)3 0,5M + H2O2, HCl 2M + H2O2, H2SO4 2M + H2O2 Từ lựa chọn tác nhận hịa tách Cu từ mạch tốt Tiến hành tương tự tiến hành khảo sát điều kiện hòa tách khác lượng tác nhân hòa tách; thời gian hòa tách 2.4 Khảo sát trình thu hồi Cu Với định hướng an tồn mơi trường, nhóm nghiên cứu lựa chọn phoi sắt phế thải làm tác nhân phản ứng trình thu hồi Cu Sử dụng phoi sắt q trình vừa đảm bảo tính kinh tế tính chọn lọc phoi sắt phế liệu nguồn nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm 2.4.1 Khảo sát lượng phoi sắt phản ứng Tiến hành hòa tách Cu theo mục 2.3 điều kiện hòa tách Cu tốt thu dung dịch Hút 10ml dung dịch cho vào cốc 100ml, thêm lượng phoi Fe theo tỉ lệ vừa đủ, dư 1,5, 2, lần Lượng Cu hịa tách tính điều kiện hịa tách tốt Cho thêm H2SO4 để trì mơi trường axit Sau phản ứng kết thúc, không xuất bọt khí, lọc chất rắn sau làm khơ đem cân Từ lượng Cu thu được, xác định lượng phoi sắt phản ứng thích hợp 2.4.2 Xác định độ tinh khiết Cu thành phẩm Cân xác lượng Cu thành phẩm thu hồi, hòa tan dung dịch HNO3 Sau đó, nhỏ từ từ dung dịch NH3 đến có khí mùi khai Tiến hành lọc giấy lọc băng xanh loại bỏ cặn, lấy phần dung dịch đem chuẩn độ dung dịch EDTA Từ xác định độ tinh khiết Cu thành phẩm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khảo sát q trình hịa tách Cu 3.1.1 Kết khảo sát tác nhân hòa tách Cu Bản mạch điện tử hòa tách tác nhân khác Kết nghiên cứu trình bày bảng Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Bảng Kết khảo sát tác nhân hòa tách Cu Tác nhân ( ) %Cu HNO3 11,7 3,72 HCl + H2O2 H2SO4 + H2O2 Fe2(SO4)3 + H2O2 3,9 0,4 8,7 1,24 0,13 2,76 Kết thể hàm lượng Cu mạch hòa tách tác nhân khác Hai tác nhân hòa tách Cu tốt HNO3 Fe2(SO4)3 + H2O2 Tuy nhiên, tác nhân HNO3 có tính oxi hóa mạnh nên tính chọn lọc bị hạn chế sử dụng hịa tách Cu Mặt khác, q trình hịa tách tạo nhiều sản phẩm khí độc (NO, NO2) gây nhiễm mơi trường Với định hướng đảm bảo an tồn môi trường, lựa chọn Fe2(SO4)3 + H2O2 làm tác nhân hòa tách Cu sử dụng tác nhân cho kết thực nghiệm 3.1.2 Kết khảo sát thể tích Fe2(SO4)3 Tiến hành thí nghiệm theo mục 2.3, sử dụng dung dịch Fe2(SO4)3 0,5M, kết thực nghiệm trình bày bảng hình Bảng Kết khảo sát thể tích Fe2(SO4)3 TT ( ) ( ( %Cu 10 0,4 0,13 ) ) 20 3,0 0,95 30 6,7 2,13 40 8,7 2,76 50 9,6 3,05 Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng thể tích Fe2(SO4)3 Các kết thực nghiệm cho thấy, hàm lượng Cu hịa tách tăng tăng thể tích Fe2(SO4)3 Ban đầu, tăng thể tích Fe2(SO4)3 hiệu hịa tách Cu tăng mạnh Tuy nhiên tiếp tục tăng thể tích Fe2(SO4)3 hiệu hịa tách Cu tăng chậm Vì chọn thể tích Fe2(SO4)3 thích hợp 40ml Nhóm nghiên cứu sử dụng thể tích Fe2(SO4)3 0,5M hịa tách mẫu 40ml cho nghiên cứu 3.1.3 Kết khảo sát thể tích H2O2 Tiến hành thí nghiệm theo mục 2.3, thay đổi thể tích H2O2, kết thực nghiệm trình bày bảng hình Bảng Bảng kết khảo sát ảnh hưởng thể tích H2O2 TT ( ( %Cu ) ) 10 20 25 0,7 0,22 3,8 1,21 8,7 2,76 10,5 3,34 11,2 3,56 Từ kết ta thấy, khả hòa tan mạch phụ thuộc nhiều vào lượng H2O2 Trong khoảng từ đến 10ml lượng Cu hòa tách tăng mạnh Để tiết kiệm sử dụng hợp lý nên chọn thể tích 10ml Thể tích cao Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 123 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 10ml thu lượng Cu nhiều không đáng kể Nhóm nghiên cứu sử dụng thể tích H2O2 hịa tách mẫu 10ml cho nghiên cứu Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng thể tích H2O2 3.1.4 Kết khảo sát thời gian hòa tách Bảng Bảng kết khảo sát thời gian phá mẫu Thời gian (phút) VEDTA (ml) %Cu 30 2,6 0,83 60 8,8 2,80 90 11,5 3,65 240 14,2 4,51 120 13,8 4,38 chất rắn bị chuyển thành màu đen tan axit lỗng nên khơng xác định khối lượng đồng Khi dùng dư gấp đôi lượng phoi sắt thu Cu thành phẩm có lẫn tạp chất Khi tăng lượng phoi sắt, hiệu thu hồi Cu không tăng, lượng kim loại thành phẩm tăng, nhiên lượng tạp chất tăng rõ đồng thời thời nhiều thời gian loại trừ lượng Fe dư Vì chúng tơi lựa chọn lượng phoi sắt q trình thu hồi Cu gấp khoảng lần lượng Cu tính theo hiệu suất hịa tách 3.2.2 Kết xác định độ tinh khiết Cu thành phẩm Cân xác lượng Cu thành phẩm, chuyển vào cốc, hòa tan dung dịch HNO3 2M dư đến tan hết Nhỏ từ từ NH3 có khí mùi khai Lọc bỏ kết tủa, chuẩn độ dung dịch sau lọc EDTA tiêu chuẩn, thu kết bảng Bảng Kết độ tinh khiết Cu thành phẩm Lần mCu (g) VEDTA (ml) % Cu 0,011 6,2 90,2 0,014 6,2 71,0 0,09 4,9 87,1 Như vậy, lượng Cu thành phẩm thu có độ tinh khiết cao Tuy nhiên, sử dụng phoi sắt phế liệu thành phần mạch điện tử phức tạp nên lẫn tạp chất Hình Đồ thị khảo sát ảnh hưởng thời gian phá mẫu Tiến hành thí nghiệm theo mục 2.3, hòa tách mẫu khoảng thời gian khác nhau, kết thực nghiệm trình bày bảng hình Từ kết thực nghiệm dễ dàng nhận thấy thời gian phản ứng tăng, lượng Cu thu lớn Tuy nhiên, sau 2h phá mẫu, lượng Cu hòa tách tăng chậm Chọn thời gian phá mẫu thích hợp 2h thực thời gian phá mẫu 2h cho nghiên cứu 3.2 Kết khảo sát quy trình thu hồi Cu 3.2.1 Kết khảo sát lượng phoi sắt phản ứng Phá mẫu mạch phế thải điều kiện chọn thu dung dịch Phân tích hàm lượng Cu dung dịch xác định hàm lượng Cu mẫu hòa tách đạt khoảng 4,5% Với mục tiêu tận dụng nguồn phế liệu trình thực nghiệm, phoi sắt phế thải lựa chọn nhằm thu hồi Cu từ dung dịch Chúng tiến hành thực nghiệm tìm điều kiện thu hồi Cu phoi sắt phế thải Hiệu suất thu hồi Cu tính lượng Cu cân so với lượng Cu hòa tách Kết thực nghiệm trình bày bảng Bảng Bảng kết hiệu suất thu hồi Cu phoi sắt STT mphoi Fe (g) mCu (g) Hiệu suất thu hồi (%) 0,02 - 0,03 - 0,04 0,029 128,9 0,06 0,031 137,8 Ghi chú: (-) Không xác định Lượng phoi sắt cần dùng phải gấp lần lượng tính tốn thu lượng đồng Với lượng nhỏ sau sấy 124 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) KẾT LUẬN Hòa tách nhằm thu hồi kim loại Cu từ mạch điện tử phế thải có tính khả thi cao Cu hịa tách từ mạch hỗn hợp Fe2(SO4)3 H2O2 thu hồi lại phoi sắt điều kiện lượng phoi sắt gấp lần so với lý thuyết Lượng Cu thu từ dung dịch đạt hiệu suất cao độ tinh khiết Cu đạt khoảng 90% Q trình hịa tách thu hồi Cu từ mạch điện tử đạt đồng thời mục tiêu xử lí chất thải, an tồn mơi trường thu sản phẩm hữu ích TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Thúy Lan, Phan Thanh Tùng, 2006 Cơng tác quản lý chất thải điện tử giới Việt Nam Hội tuyển tập báo cáo hội thảo Khoa học, chất thải điện tử Việt Nam - Thực trạng giải pháp, Hà Nội [2] Keith Scott and Andrea Mecucci, 2002 Leaching and electrochemical recoveryof copper, lead and tin from scrap printed circuit boards Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 449-457 [3] AuchityaVerma, SubrataHait, 2019 Chelating extraction of metals from e-waste using diethylene triamine pentaacetic acid Process Safety and Environmental Protection, 121, 1-11 [4] Ngô Thị Ngọc Thúy, Huỳnh Trung Hải, Cao Xuân Mai, Antje Langbein, 2006 Bước đầu nghiên cứu hòa tan chọn lọc Cu, Ag, Au mạch điện tử thải Hội tuyển tập báo cáo hội thảo Khoa học, chất thải điện tử Việt Nam Thực trạng giải pháp, Hà Nội [5] Huynh Trung Hai, Dr Jinki Jeong, 2007 Proceedings 2007 Vietnam, Korea workshop on resource recycling AUTHORS INFORMATION Nguyen Thi Thoa, Bui Thi Lu, Tran Quang Hai Faculty of Chemical Technology, Hanoi University of Industry Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... tách thu hồi Cu từ mạch điện tử đạt đồng thời mục tiêu xử lí chất thải, an tồn mơi trường thu sản phẩm hữu ích TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Thúy Lan, Phan Thanh Tùng, 2006 Cơng tác quản lý chất thải. .. lần lượng tính tốn thu lượng đồng Với lượng nhỏ sau sấy 124 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) KẾT LUẬN Hòa tách nhằm thu hồi kim loại Cu từ mạch điện tử phế thải có tính khả... khoảng 4,5% Với mục tiêu tận dụng nguồn phế liệu trình thực nghiệm, phoi sắt phế thải lựa chọn nhằm thu hồi Cu từ dung dịch Chúng tiến hành thực nghiệm tìm điều kiện thu hồi Cu phoi sắt phế thải Hiệu