RECUPERAREA UNOR METALE DIN DEȘEURI DE ECHIPAMENTE ELECTRICE ȘI ELECTRONICE

Transcriere

1 RECUPERAREA UNOR METALE DIN DEȘEURI DE ECHIPAMENTE ELECTRICE ȘI ELECTRONICE AUTOR 1 : HODOR ADINA, AUTOR 2 : GRANCEA DORINA-CRISTINA COORDONATOR 3 : PROF.DR.ING. VIRGINIA SOCALICI COORDONATOR 4 : CONF.DR.ING. ERIKA ARDELEAN AFILIERE AUTORI 1,2,3,4: UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIŞOARA, FACULTATEA DE INGINERIE HUNEDOARA REZUMAT Evoluția echipamentelor electronice din ultimele decenii cunoaște o dezvoltare deosebită, și, datorită consumului tot mai ridicat dar și ratei de înlocuire foarte rapide datorită în special uzurii morale, cantitatea de deșeuri electrice și electronice (DEEE) rezultate este tot mai mare. Se observă două tendințe, în special în țările dezvoltate: mai bine de jumătate din echipamentele uzate moral scoase din funcțiune sunt exportate către țările slab dezvoltate sau în curs de dezvoltare, restul fiind supuse unui proces de reciclare. Termenul DEEE cuprinde toate echipamentele electrice și electronice pornind de la telefoane mobile, computere, camere video până la televizoare, mașini de spălat, frigidere; cu alte cuvinte toată aparatura electrică și electronică dintr-o gospodărie, echipament electronic din autovehicule sau componente electronice industriale. Actualmente, la nivel mondial, se estimează că DEEE reprezintă aproximativ 5% din totalitatea deșeurilor municipale solide În lucrare se prezintă rezultatele unor experimentări de laborator referitoare la recuperarea unor metale prețioase, în special aur, prezent în diferite componente electrice și electronice. Pentru experimentări au fost utilizate DEEE de tip telefoane mobile, plăci bază calculator, microprocesoare calculator, diferite tipuri de contacte aurite. Procesul de recuperare poate fi luat în considerare doar dacă costul recuperării este mult mai mic decât valoarea metalelor prețioase. În ceea ce privește restricțiile impuse de eliminarea deșeurilor și reglementările stricte de mediu, sunt necesare tehnologii economice viabile și ecologice. CUVINTE CHEIE: recuperare, deșeuri, aur, DEEE 1. INTRODUCERE Istoric vorbind, recuperarea metalelor prețioase din deșeuri electronice a reprezentat unul dintre modurile de stimulare a industriei de reciclare a electronicelor. Numai în Statele Unite între s-a estimat că peste 500 de milioane de calculatoare au ieșit din uz, dar numai aproximativ 20% dintre ele au fost colectate, tratate și reciclate. Analizând structura deșeurilor electronice provenite de la calculatoarele personale, fracțiile metalice reprezintă peste 60%, (inclusiv fier, cupru, aluminiu, aur și altele) restul fiind mase plastice, iar la o reciclare și valorificare corectă numai 2,70% din deșeuri devin reziduuri poluante. În ceea ce privește deșeurile de circuite imprimate, acestea conțin pe lângă alte materiale și o serie de metale prețioase, și anume: 0,06% Ag, 0,023% Au şi 0,01% Pt. Aceasta înseamnă că dintr-o tonă de circuite imprimate reciclate se pot obține 60g de Ag, 23g de Au și 10g de Pt, prin comparație cu o tonă de minereu aurifer, de unde se extrag între 2 și 4g de aur. DEEE înseamnă toate echipamentele electrice si electronice: frigider, mașină de spălat, televizor, computere, telefoane mobile, radio-casetofoane, camere video, cuptoare cu microunde, etc. Practic, ele sunt peste tot in jurul nostru si contribuie semnificativ la calitatea

2 vieții voastre. In acest moment, deșeurile electronice reprezintă 5% din totalul mondial al deșeurilor municipale solide, aproape aceeași suma ca toate ambalajele de plastic. DEEE conțin materii periculoase pentru mediu si sănătate, gaze cu efect de sera sau metale grele dăunătoare sănătății, figura1. Figura 1: Tipurile și structura materialelor care intră în componența echipamentelor electronice, [2]. Dintre substanțele periculoase conținute DEEE se amintesc, [1,2,4]: - Freon: CFC, HFC, HCFC îl regăsim in echipamentele frigorifice (inclusiv in spuma izolatoare) si in spuma izolatoare a boilerelor. - Substanțele ignifuge bromurare, care se găsesc atât in plăcile electronice cat si in carcasele de plastic, nu se degradează in mediu. - Condensatori cu PCB compuși bifenili policlorurati. Se găsesc in aparate mai vechi, fabricate pana in 1987: mașini de spălat, echipamente frigorifice, mașini de spălat vase, hote, uscătoare, cuptoare cu microunde, balast pentru sursele de iluminat fluorescent, lămpi, echipamente de copiat, unități de alimentare, ecrane. - PVC material plastic cu conținut de clor, utilizat in unele electronice si pentru izolarea cablurilor. - Mercur este utilizat in lămpi si becuri economice, in lămpile de retroiluminare a ecranelor LCD însă il regăsim si baterii si la aparatele vechi, in întrerupătoare si relee. 2. STUDIUL PROBLEMEI Procesul de recuperare are sens doar dacă costul recuperării este mult mai mic decât valoarea metalelor prețioase. În plus, restricțiile impuse de eliminarea deșeurilor și reglementările stricte de mediu necesită tehnologii economice viabile și ecologice Tabelul 1. Comparație între diferitele metode extragere a aurului, [3]

3 Având în vedere creșterea accidentelor de mediu în diferite locații din întreaga lume în care se procesează aurul, când s-a provocat o contaminare severă a resurselor naturale de apă datorită utilizării cianurii drept leșie este nevoie să se promoveze si utilizeze noi metode de separare a aurului. Leșierea, este etapa inițială într-un proces de recuperare a aurului în care toate substanțele solubile disponibile în materia primă sunt dizolvate. Conținutul de metal din materia primă poate fi destul de scăzut. Cele mai obișnuite agenți de leșiere utilizați în recuperarea aurului includ cianura, halogenura, tioureea și tiosulfatul, [3]. a. Leșierea cu cianuri Timp de peste 100 de ani, cianura a avut un rol important ca reactiv de leșiere la minele de aur și la exploatarea surselor secundare, datorită eficienței sale ridicate și costului relativ scăzut. Peste 18% din producția totală de cianură este folosită în exploatarea minieră din întreaga lume pentru recuperare de aur. Soluțiile diluate de cianură de sodiu, în intervalul ppm, sunt utilizate în procesele de leșiere. Ionii de cianură (CN-) sunt ingredientele active în procesul de leșiere a aurului, care dizolvă aurul. Mecanismul de dizolvare a aurului în soluția de cianură este în esență un proces electrochimic. b. Metode bazate pe utilizarea halogenurilor Se utilizarea halogenuri de (fluor, clor, brom, iod și astatină). Cu excepția fluorinei și astatinei, toate halogentele au fost testate și utilizate pentru extracția aurului. Înainte de începerea cianurii, clorul a fost folosit pe scară largă ca reactiv de leșiere pentru recuperarea aurului din minereuri și concentrate. Aurul formează compuși de Au (I) și Au (III) cu clorură, bromură și iodură, în funcție de condițiile de chimie ale soluției. Ratele de clorurare sunt favorizate prin ph scăzut, niveluri ridicate de clor, temperaturi ridicate și suprafețe mari de minereu. c. Obținerea aurului cu tiouree Tiourea CH4N2S utilizată ca agent de extragere a aurului pentru sursele primare și secundare a prezentat rezultate bune. În condiții acide, tioureea dizolvă aurul, formând un complex cationic; reacția este rapidă și pot fi obținute extracții ale aurului de până la 99%. Figura 2: Etape recuperare metale prețioase din deșeuri cu conținut de aur și argint.

4 d. Utilizarea apei regale Mediul tradițional pentru dizolvarea aurului este apă regală, care este un amestec de acid clorhidric și acid azotic de 3: 1. Mecanismul de reacție este: Au + 3HNO3 + 4HCl [AuCl4] + 3 [NO2] + [H3O] H2O După dizolvarea aurului în soluție, acesta se va precipita sub formă de aur metalic cu metabisulfit de sodiu Na2S2O5. Metabisulfitul de sodiu în acid se descompune pentru a forma dioxid de sulf, care este un agent reducător. SO2 reduce Au 3 + la Au și, de asemenea, reduce acidul azotic la acidul azotos și clorul la ionul de clor. Indiferent de metoda de recuperare utilizată, deșeurile cu conținut de aur și argint presupune parcurgerea etapelor prezentate în figura următoare. Din punct de vedere a procedeelor de extracție a aurului, se deosebesc următoarele metode, [3,5]: - procedee pirometalurgice, includ incinerare, topire în cuptoare clasice sau cuptoare cu plasmă, sinterizare, topire și reacții la temperatură înaltă în fază gazoasă. - procese hidrometalurgice, principala etapă în aceste procedee hidrometalurgice constau în procesarea cu ajutorul soluții pe bază de acizi sau leșiere cu sodă caustică a materialelor cu conținut de metale prețioase - procedee bio-hidrometalurgice, procesul de bio-sorbție este o interacțiune fizico-chimică pasivă între grupurile de suprafețe încărcate de microorganisme și ionii din soluție, în care pot fi utilizate atât organismele vii, cât și cele moarte. Sunt cunoscute numeroase microorganisme, inclusiv alge, bacterii, drojdii și ciuperci, care acumulează aur activ. 3. EXPERIMENTARI DE LABORATOR Dintre metodele amintite în literatură se va utiliza metoda care utilizează acidul azotic concentrație 55% pentru dizolvarea metalelor (mai puțin aurul). În figura următoare sunt prezentate cele 7 tipuri de deșeuri luate în studiu. Figura 3: Deșeuri utilizate în experimentări 1 plăci bază telefoane; 2 soclu microprocesoare (parțial măcinate); 3 contacte aurite provenite de la o singură placă bază calculator; 4 diferite tipuri contacte aurite; 5 contacte aurite plăci PCB; 6 microprocesoare calculator parțial măcinate; 7 microprocesoare calculator nemăcinate. După aproximativ 30 minute de la adăugarea soluției de acid azotic 55%, recipientele cu deșeuri cu conținut ridicat de aur sunt prezentate în figura de mai jos.

5 Figura 4: Cele 7 recipiente după aproximativ 30 minute Din fotografie se observă grade diferite de dizolvare (a cuprului) în funcție de modul de pregătire al deșeului și tipului acestuia: - recipientele 3 și 4 care conțin pini, contacte diverse aurite procesul este încheiat fiind necesară doar filtrarea suspensiei din recipientul de sticlă; - recipientul 6 a prezentat o reacție violentă, datorată în special pulberii fin măcinate care a dus la umflarea conținutului recipientului; - în recipientele 1, 5 dar în special pentru recipientul 7 reacțiile au decurs mai puțin violent, în special datorită faptului că pelicula de aur protejează cuprul, fiind necesar un timp mai mare pentru corodare și dizolvare. Toate recipientele au fost lăsate 24 ore pentru a fi siguri că dizolvarea este completă, după care toate soluțiile obținute au fost supuse unei operații de filtrare, după cum se observă din figura 5. Figura 5: Operați de filtrare, respectiv reținerea pe hârtia de filtru a foițelor de aur 4. REZULTATE. CONCLUZII În figura 6 și tabelul 2 sunt prezentate rezultatele experimentărilor, respectiv cantitățile inițiale de deșeu și cantitățile de acid azotic utilizat. Figura 6: Filtratele obținute pentru recipientele 1, 3, 4, 5, 7 Tabelul 2. Rezultate obținute pentru cele 7 variante de lucru

6 Placi bază telefon Soclu microprocesor Pini placa de bază Contacte aurite diferite Contacte aurite PCB Microprocesoare măcinate Microprocesoare nemăcinate Greutate, 79,62 30,18 21,23 16,32 32,16 29,94 30,07 [g] Cantitate acid, [ml] Cantitate 7,2026* - ** 0,4610 0, , ** 1,5123 aur, [g] * este prezentă o cantitate mare de plastic, pastile siliciu microprocesoare, alte impurități ** reziduu rămas se va dizolva în apă regală În urma acestor experimente rezultă deșeuri nocive care trebui depozitate controlat și mai apoi neutralizate. Practic, din acești efluenți rezultați, pot fi ulterior recuperate cantități de cupru, argint și alte metale prin electroliză Scopul lucrării nu este de a promova această metodă deoarece randamentul este scăzut, acizii utilizați sunt scumpi și prezintă pericol în utilizare; există metode mai prietenoase cu mediul și cu un randament mai mare. Se dorește să se atragă atenția încă odată că aceste categorii de deșeuri conțin și materiale deficitare și scumpe cum sunt cuprul, argint, aur, După cum se observă și din figurile anterioare există categorii de deșeuri DEEE cum sunt contactele aurite ale PCB, respectiv microprocesoarele care conțin cantități mai mari de aur comparativ cu celelalte deșeuri studiate. Dintr-o placă completă de calculator se estimează ca se pot recupera între 0,4 și 0,6g aur, fără a lua în considerare și alte metale deficitare cum sunt cuprul și argintul. Odată cu evoluția tehnologică din ultimele decenii și în acest domeniu, se observă o reducere a grosimii straturilor de acoperire utilizate în construcția contactelor electrice și a altor dispozitive electronice. 5. BIBLIOGRAFIE [1] [2] c ccc fe30b02594 [3] S. Syed - Recovery of gold from secondary sources, Hydrometallurgy (2012) [4] Rusu, T, Soporan, V, Nemeş, O., Deşeuri şi tehnologii de valorificare, Ed. UTPRESS, Cluj Napoca, [5] incdmrr.ro/wp-content/uploads/.../proiect-ceex pdf - Tehnologie de recuperare a metalelor si materialelor plastice din deșeurile echipamentelor informatice si de telecomunicatii, Proiect CEEX 113/2005