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, thiết, 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 nồng độ 1M, natri sunfat bổ xung 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.
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.
Nhóm các tác giả của trường Đại học Bách khoa cũng tiến hành thu hồi đồng theo phương pháp điện hóa sử dụng phần rắn là bản mạch kim loại có kích cỡ hạt dưới 1mm, hóa chất là dung dịch điện phân ammoniacat đồng 5.0M, đồng sunfat 180g/l H2SO4. Thiết bị điện phân tự thiết kế chế tạo trên cơ sở khối và nguyên tắc lưu thông liên tục dung dịch được hoạt động với 2 dung dịch lựa chọn để thu hồi đồng. Các kết quả hoạt động chỉ ra rằng hiệu suất thu hồi kim loại đồng từ bản mạch điện thoại có thể đạt 90-95%, hiệu suất cường độ dòng điện theo đồng là khoảng 90-100%.
Để đạt được hiệu quả thu hồi các kim loại cao, người ta thường kết hợp nhiều phương pháp. 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. 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 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 11
Hình 11: Sơ đồ quá trình hoà tan chọn loc và điện phân thu hồi Cu, Pb, Sn.
Nghiền
Hòa tan chọn lọc PCB với HNO3 1- 6M
Thiếc kết tủa dưới dạng axit metastannic 3Sn +4HNO3 +H2O→ 3H2SnO3+4NO
Lọc Trung hòa HNO3
Hòa tan với dung dịch HCl 1,5M H2SnO3+6HCl→H2SnCl6+3H2O Điện phân Cu
Cu(II)+2e-→Cu Điện phân Pb Pb(II)+2e-→Pb Catot: Điện phân Cu Cu(II)+2e-→Cu
Anot: Điện phân PbO2
Pb(II)+2H2O→PbO2 +4H+ +2e-
Thu hồi HNO3
Điện phân Sn Sn(IV) +4e-→Sn Thu hồi HCl H2SnO3
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.
Các công nghệ thu hồi kim loại PCB khi được kết hợp sử dụng đem lại hiệu quả cao và triệt để hơn so với khi dùng đơn lẻ từng công nghệ. Như phân tích ở trên, đa số các công nghệ thu hồi kim loại trên đây là các công nghệ kết hợp giữa thủy luyện và điện phân, chúng có ưu điểm hơn công nghệ nhiệt luyện cả về giá trị kinh tế lẫn ý nghĩa môi trường. Đa số các công nghệ nhiệt luyện chỉ tạo ra hỗn hợp quặng kim loại chứ chưa tách riêng được từng thành phần. Nhiệt luyện gây ô nhiễm không khí do tạo thành các chất độc ô nhiễm môi trường, trong khi đó thủy luyện và điện phân có thể thu hồi, quay vòng lại các dung dịch ngâm hoặc dung dịch điện phân. Để tăng hiệu quả của công nghệ nhiệt luyện, có thể tiến hành điện phân quặng sau khi nhiệt luyện. Do đó, tùy điều kiện kinh tế và kĩ thuật ta có thể lựa chọn cách tái chế PCB hiệu quả nhất. Các nước phát triển thường sử dụng công nghệ hiện đại nhưng giá thành và chi phí đầu tư cao. Hiện nay, ở Việt Nam, nhóm các nhà Khoa học của ĐHBK kết hợp với Hàn Quốc nghiên cứu tại Trung tâm ĐHKHTN đang nghiên cứu kết hợp các phương pháp theo định hướng phù hợp với làng nghề Việt Nam, sản xuất quy mô nhỏ.
Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu và nội dung
Trên cơ sở hiểu biết một cách đầy đủ về đặc tính, các phương pháp xử lý thu hồi kim loại từ chất thải điện tử chúng tôi xây dựng quy trình công nghệ thu hồi kim loại Cu từ bản mạch điện tử thải bỏ phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật môi trường Việt Nam. Để đạt được mục tiêu này, nội dung nghiên cứu của luận văn gồm những vấn đề sau:
- Tìm hiểu phân loại, tuyển tách cách thành phần bản mạch. - Khảo sát ảnh hưởng các yếu tố tới hiệu quả thu hồi Cu.
- Khảo sát hiệu quả thu hồi Cu bằng dung dịch Fe2(SO4)3 trong thiết bị thử nghiệm.
