Không nung
0.1 288 5.7538
0.5 2048 40.9035
Để khảo sát hiệu quả thu hồi Cu, chúng tôi sử dụng 4 loại hóa chất để hòa tan bản mạch là: HNO3, HCl + H2O2, H2SO4 + H2O2, và Fe2(SO4)3 + H2O2. Thí nghiệm được tiến hành như sau: Cân 5g bản mạch kích thước 0,5 – 1mm lần lượt hòa tan trong 2h. Lọc dung dịch đem xác định nồng độ Cu, Pb, Sn. Kết quả được trình bày trong bảng 9.
Bảng 9: Kết quả khảo sát các tác nhân hòa tan
Tác nhân HNO3 H2SO4 HCl Fe2(SO4)3
%Cu 34.72 10.24 8 25.92
%Pb 4.002 - - -
%Sn 7.62 - - -
Qua bảng số liệu chúng tôi thấy rằng HNO3 và Fe2(SO4)3 là hai tác nhân hòa tan bản mạch rất tốt. Trong cùng thời gian và điều kiện thì 2 axit H2SO4,HCl tỏ ra kém phản ứng hơn mặc dù đã được bổ xung thêm H2O2. Các phản ứng hoá học chính có thể xảy ra trong quá trình hoà tan được thể hiện như sau:
* HNO3 là 1 tác nhân oxi hóa mạnh có thể oxi hóa hầu hết các kim loại cơ bản. HCl, H2SO4 có thể có một số vấn đề do tạo thành kết tủa. Trong suốt quá trình hòa tan bột bản mạch trong HNO3, Cu phản ứng chuyển thành dạng Cu(NO3)2
theo phản ứng:
3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
Pb được hòa tan bởi HNO3 thành dạng dung dịch Pb(NO3)2 theo phản ứng: 3Pb+8HNO3→3Pb(NO3)2+2NO+4H2O
Khi Sn được xử lý với HNO3 ở nồng độ ≥4M, H2SnO3 kết tủa. Sn+4HNO3→H2SnO3↓+4NO2+H2O
Ni+4HNO3→Ni(NO3)2+2NO2+2H2O 3Zn+8HNO3→3Zn(NO3)2+2NO+4H2O
Khác với Cu, Pb, tỉ lệ hòa tan Sn không tăng theo nồng độ HNO3 nhưng được thể hiện lớn nhất ở nồng độ trung bình khoảng 2M. Trong dung dịch HNO3 ≥ 4M, sự khử HNO3 xảy ra như sau:
HNO3+H++e-→H2O+NO2
NO2 được hình thành hấp thụ lên bề mặt kim loại và được khử tới NO2-
NO2+e-→NO2-
Sự có mặt của H+ hoạt động, NO2- khơi mào sự tạo thành HNO2
NO2-+H+→HNO2
HNO2 sẽ phản ứng với HNO3
HNO2+HNO3→2NO2+H2O
Trong quá trình này hai phân tử NO2 được tạo thành trong đó một phân tử bị tiêu tốn.
Sự tăng nồng độ HNO3 trên 4M, sự thụ động của Sn xảy ra. Sự tạo thành 1 lớp oxit β-SnO2 bảo vệ dẫn tới sự khử ở tỉ lệ cao của dung dịch Sn và sự hình thành axit metastannic
Sn+4HNO3→H2SnO3↓+4NO2+H2O
Chính sự tạo thành kết tủa axit metastannic đã lôi kéo mất một phần hàm lượng đồng đã được hòa tan.
* Trong trường hợp sử dụng axit H2SO4, HCl, Fe2(SO4)3 để hòa tan bản mạch thì về nguyên tắc Cu không tan trong dung dịch axit loãng, chỉ có Pb, Sn và một số kim loại khác được hòa tan. Nếu sử dụng axit đặc thì nhựa có trong bản mạch sẽ cháy đen ảnh hưởng tới quá trình thu hồi nhựa sau này. Vì vậy trong điều kiện thí nghiệm chúng tôi có bổ xung thêm H2O2 để phản ứng được xảy ra như sau:
Cu + 2H+ + H2O2→ Cu2+ + 2H2O Pb + H2SO4 → PbSO4↓+ H2 Sn + H2SO4 → SnSO4+ H2 Pb + 2HCl → PbCl2↓+ H2 Sn + 2HCl→ SnCl2+ H2 Cu + Fe 3+→Cu2++ Fe2+
Pb+ Fe2(SO4)3→ PbSO4↓+2FeSO4
Sn + Fe2(SO4)3→ SnSO4+2FeSO4
Pb, Sn ở dạng hợp kim nên khi tiếp xúc với dung dịch axit H2SO4 loãng, HCl loãng, Fe2(SO4)3 thì Pb chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit loãng vì bị bao phủ bởi lớp muối khó tan PbSO4↓, PbCl2↓ và Sn không thể tiếp tục phản ứng. Kết tủa này cũng có thể cản trở quá trình hòa tan Cu, nhưng thực tế thực nghiệm cho thấy rằng các hạt hợp kim Pb/Sn nhờ quá trình nghiền đã được tách riêng ra khỏi các hạt Cu, chính vì vậy các mảnh Cu không bị lớp muối khó tan PbSO4↓, PbCl2↓, bao phủ cản trở sự tiếp xúc với dung dịch hòa tan.
Từ số liệu và những nhận xét trên thì chúng tôi thấy rằng việc tạo thành axit metastannic của thiếc trong thí nghiệm dùng HNO3, ảnh hưởng tới hiệu quả thu hồi Cu. Còn những dạng kết tủa của Pb trong các thí nghiệm dùng H2SO4, HCl, Fe2(SO4)3 không gây ảnh hưởng gì đáng kể tới hiệu quả thu hồi Cu.