Nghiên cứu thu hồi kim loại đồng từ bùn thải công nghiệp điện tử bằng phương pháp điện hóa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (47.85 MB, 146 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Thị Thu Huyền
NGHIÊN CỨU THU HỒI KIM LOẠI ĐỒNG
TỪ BÙN THẢI CÔNG NGHIỆP ĐIỆN TỬ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Thị Thu Huyền
NGHIÊN CỨU THU HỒI KIM LOẠI ĐỒNG
TỪ BÙN THẢI CÔNG NGHIỆP ĐIỆN TỬ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 62520301
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 - PGS. TS. HOÀNG THỊ BÍCH THỦY
2 - PGS. TS. MAI THANH TÙNG
Hà Nội - 2017
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trong
luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Hà Nội, ngày...... tháng.....năm 20....
Tập thể hướng dẫn
PGS. TS. Hoàng Thị
Bích Thủy
PGS. TS. Mai
Thanh Tùng
TÁC GIẢ
Nguyễn Thị Thu Huyền
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tập thể
cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS. Hoàng Thị Bích Thủy và PGS.TS. Mai Thanh
Tùng. Thầy cô là những người đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học trong nghiên
cứu và luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Đặc biệt cảm ơn Bộ môn Công nghệ Điện hóa và Bảo vệ kim loại – Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội, Khoa Kỹ thuật Hoá học - trường Đại học Strathclyde, Vương
quốc Anh đã giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm …
để tôi hoàn thành tốt công trình nghiên cứu của mình.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, anh, chị, em và các bạn đồng
nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Điện hóa và Bảo vệ kim loại - Viện Kỹ thuật Hóa
học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và động viên để
tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học,
Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đã tạo điều kiện cho tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người thân luôn động
viên về tinh thần, thời gian và vật chất để tôi có động lực trong công việc và nghiên
cứu khoa học.
Hà Nội, ngày...... tháng.....năm 20....
TÁC GIẢ
Nguyễn Thị Thu Huyền
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .......................................................... iv
DANH MỤC HÌNH.............................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... x
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 4
1.1. Tái chế đồng từ bùn thải sản xuất bản mạch điện tử (Printed circuit board PCB)......................................................................................................................... 4
1.1.1. Bùn thải quá trình sản xuất PCB .................................................................... 4
1.1.2. Các phương pháp tái chế đồng ....................................................................... 6
1.1.2.1. Phương pháp hỏa luyện ........................................................................... 8
1.1.2.2. Phương pháp thủy luyện.......................................................................... 9
1.2. Quá trình thủy luyện thu hồi đồng .................................................................. 11
1.2.1. Quá trình hòa tách - chiết tách ..................................................................... 11
1.2.2. Quá trình điện phân ...................................................................................... 17
1.2.2.1. Lý thuyết điện phân thu hồi đồng ......................................................... 17
1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện phân thu hồi đồng công nghiệp .......... 20
1.2.2.3. Thiết bị điện phân thu hồi đồng ............................................................ 23
1.3. Tối ưu hóa quá trình hòa tách và mô hình hóa quá trình điện phân thu hồi
đồng........................................................................................................................ 26
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..................................................... 29
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .......................................................................... 35
2.1. Chuẩn bị thí nghiệm ........................................................................................ 35
2.1.1. Hóa chất ....................................................................................................... 35
2.1.2. Mẫu nghiên cứu ........................................................................................... 35
2.1.3. Điện cực ....................................................................................................... 35
2.2. Chế độ thí nghiệm và các thông số cần xác định ............................................ 36
2.2.1. Hòa tách đồng từ bùn thải quá trình sản xuất bản mạch điện tử .................. 36
2.2.1.1. Quy trình thí nghiệm hòa tách đồng ...................................................... 36
!
!
i
2.2.1.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hòa tách ......................... 37
2.2.1.3. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình hòa tách ............................................. 37
2.2.2. Chiết tách thu dung dịch đồng sạch ............................................................. 39
2.2.3. Điện phân thu hồi đồng từ dung dịch chiết tách .......................................... 39
2.2.3.1. Quy trình thí nghiệm điện phân thu hồi đồng ....................................... 39
2.2.3.2. Khảo sát chế độ điện phân trong thiết bị điện cực phẳng ..................... 42
2.2.3.3. Khảo sát chế độ điện phân trong thiết bị Porocell ................................ 44
2.2.3.4. Các thông số quá trình điện phân cần xác định ..................................... 44
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 47
2.3.1. Phương pháp điện hóa.................................................................................. 47
2.3.2. Các phương pháp phân tích ......................................................................... 49
2.3.2.1. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) ..................................... 49
2.3.2.2. Phương pháp phổ khối Plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma
emission Mass Spectrometry - ICP-MS)............................................................ 49
2.3.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction – XRD) .................... 50
2.3.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ..................................... 51
2.3.2.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ................................ 51
2.3.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm .......................................................... 52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 54
3.1. Quá trình hòa tách đồng từ bùn thải sản xuất bản mạch điện tử ..................... 54
3.1.1. Khảo sát đặc tính của mẫu bùn thải nghiên cứu .......................................... 54
3.1.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hòa tách đồng từ bùn thải
quá trình sản xuất bản mạch điện tử ...................................................................... 57
3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 ..................................................... 58
3.1.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng (số gam bùn thải/số mL dung dịch axit) 59
3.1.2.3. Ảnh hưởng của thời gian hòa tách ........................................................ 60
3.1.2.4. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ khác ....................................... 61
3.1.3. Tối ưu hóa các điều kiện của quá trình hòa tách đồng bằng phương pháp quy
hoạch thực nghiệm ................................................................................................. 62
3.1.3.1. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm........................................................... 63
!
!
ii
3.1.3.2. Xác định hiệu suất hòa tách đồng bằng thực nghiệm ............................ 66
3.1.3.3. Xây dựng phương trình hồi quy ............................................................ 66
3.1.3.4. Đánh giá sự tác động qua lại lẫn nhau giữa các yếu tố và ảnh hưởng của
chúng đến hiệu suất hòa tách. ............................................................................ 68
3.1.3.5. Tối ưu hóa các điều kiện của quá trình hòa tách đồng .......................... 74
3.2. Quá trình chiết tách loại tạp sắt....................................................................... 75
3.3. Quá trình điện phân thu hồi đồng ................................................................... 77
3.3.1. Đánh giá dung dịch điện phân bằng phương pháp bậc điện thế .................. 78
3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện phân trong thiết bị bản cực phẳng
................................................................................................................................ 81
3.3.2.1. Nhiệt độ điện phân ................................................................................ 81
3.3.2.2. Khoảng cách anốt – catốt ...................................................................... 82
3.3.2.3. Điện phân thu hồi đồng theo bậc dòng điện .......................................... 83
3.2.2.4. Phân tích chất lượng lớp kết tủa đồng thu hồi....................................... 90
3.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện phân trong thiết bị Porocell........ 93
3.2.3.1. Dòng điện phân ..................................................................................... 93
3.2.3.2. Lưu lượng dòng chảy ............................................................................ 95
3.2.3.3. Chất lượng đồng thu hồi ........................................................................ 99
3.2.4. Điện phân với dung dịch thực .................................................................... 100
3.3. Mô hình hóa quá trình điện phân .................................................................. 102
3.3.1. Xây dựng mô hình hệ điện phân ................................................................ 102
3.3.2. Xây dựng mô hình tính .............................................................................. 103
3.3.3. Xác định các thông số đối với dung dịch điện phân ban đầu
108
3.3.3.1. Thông số nhiệt động ............................................................................ 108
3.3.3.2. Thông số động học .............................................................................. 109
3.3.4. Kết quả tính mô phỏng toán học ................................................................ 111
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………121
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................ 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 123!
!
!
iii
DANH%MỤC%CÁC%KÝ%HIỆU%VIẾT%TẮT%
%
!"#$%
!& %
aj
Hoạt độ ion Cu2+
Hoạt độ ion H+
Hoạt độ của ion j
aO
Hoạt độ chất oxy hóa
aR
Hoạt độ chất khử
A
Ađl
Diện tích catốt
Khối lượng đương lượng của chất điện phân
C
C0
Nồng độ của chất phản ứng ở sát bề mặt điện cực
Nồng độ ban đầu
C0 *
Nồng độ của chất phản ứng trong thể tích dung dịch
CE
Điện cực đối
CIN
Nồng độ đầu vào
COUT
'(
')
D
Nồng độ đầu ra
Gradient nồng độ
Hằng số khuếch tán (đơn vị bề mặt/đơn vị thời gian)
*+,-
Điện thế điện cực tiêu chuẩn
Ee !
Ea
Điện thế cân bằng
Điện thế điện cực anốt
Ec
F
Hht
Điện thế điện cực catốt
Hằng số Faraday
Hiệu suất hòa tách
Hr
Hi
Tỷ lệ thu hồi đồng
Hiệu suất dòng điện
./0
Mật độ dòng điện giới hạn
./0,2 !
Mật độ dòng điện giới hạn catốt
I
Cường độ dòng điện
i0
i0,a
Mật độ dòng trao đổi
Mật độ dòng trao đổi anốt
.,,2
ikt
Mật độ dòng trao đổi catốt
Mật độ dòng điện khuếch tán
Iγ
J
Lực ion
Lượng chất khuếch tán trên một đơn vị thời gian
!
!
iv
km
Hệ số chuyển khối
M
m
Khối lượng của chất điện phân
Lượng đồng còn lại trong dung dịch sau khoảng thời gian t
m0
mc
Lượng đồng trong dung dịch tại thời điểm ban đầu
Lượng đồng thu được ở catốt
∆m
Chênh lệch khối lượng
n
Số điện tử tham gia phản ứng điện hóa
N
Tổng số các chất trong dung dịch điện phân
PCBs
Bảng mạch điện tử
34$
Q
Qd
Áp suất khí oxy
Điện lượng chạy qua
Tốc độ dòng ra
Qf
Qv
Tốc độ dòng vào
Lưu lượng thể tích
R
Hằng số khí lý tưởng
Ra
RE
Điện trở dung dịch
Điện cực so sánh
rgen,j
Tốc độ tạo thành cấu tử j
revap,j
Tốc độ bay hơi của cấu tử j
rcon,j
RH
Tốc độ đối lưu của cấu tử j
Điện trở mối nối
ri
s
Bán kính ion
Diện tích hạt phản ứng
S
T
Diện tích bề mặt vuông góc với dòng di cư ion
Nhiệt độ
t
V
Thời gian điện phân
Thể tích thiết bị
Năng lượng tiêu hao
5
WE
xj
yi
6"#$%
αa
αc
γj
Điện cực làm việc
Nồng độ của cấu tử j trong dung dịch cấp vào ban đầu
Nồng độ của cấu tử j trong dung dịch điện phân
Đương lượng điện hóa của đồng
Hệ số vận chuyển điện tích anốt
Hệ số vận chuyển điện tích catốt
Hệ số hoạt độ của ion j
!
!
v
δ
Chiều dày lớp khuếch tán
ηa
ηc
Quá thế anốt
Quá thế catốt
κ
λ
Độ dẫn điện riêng
Chiều dài bước sóng tia X
7
Hiệu suất dòng điện
!
!
%
!
!
vi
DANH%MỤC%HÌNH%
%
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất bản mạch điện tử
5
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình kết tủa xử lý nước thải
5
Hình 1.3. Phân bố nồng độ chất phản ứng theo khoảng cách đến điện
cực và thời gian điện phân (t1 < t2 < t3)
Hình 1.4. Các khu vực của đường cong phân cực catốt
21
Hình 1.5. Hệ thiết bị điện phân Porocell
25
Hình 1.6. Loại đồng khỏi dung dịch rượu whiskey bằng Porocell
26
Hình 1.7. Quy trình công nghệ xử lý bùn thải luận án lựa chọn
34
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm hòa tách đồng từ bùn thải sản xuất
bản mạch điện tử
Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm quy trình chiết tách đồng từ dung dịch hòa
tách
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thí nghiệm thu hồi đồng từ dung dịch hòa tách
mô phỏng
36
39
40
Hình 2.4. Thiết bị điện phân bản cực phẳng và các thông số thiết bị
41
Hình 2.5. Thiết bị điện phân Porocell và các thông số thiết bị
41
Hình 2.6. Chế độ đặt dòng thay đổi sau mỗi nửa giờ điện phân
43
Hình 2.7. Đường Tafel của nhánh anốt và catot của đường cong phân
cực dòng – thế
48
Hình 2.8. Thiết bị đo điện hóa Autolab PGSTAT 302N
48
Hình 3.1. Hình thái bề mặt của mẫu bùn thải
54
Hình 3.2. Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu bùn thải
55
Hình 3.3. Đường chuẩn xác định nồng độ của dung dịch hòa tách bằng
HNO3
55
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn thải
57
Hình 3.5. Đồ thị đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thụ với
bước song và nồng độ
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hòa tách tại các giá trị nồng độ
H2SO4 khác nhau
!
!
19
vii
58
59
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hòa tách tại các giá trị tỷ lệ rắn/lỏng
khác nhau
59
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hòa tách tại các thời gian khác nhau
60
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn hiệu suất của phương trình và thực nghiệm
68
Hình 3.10. Ảnh hưởng tương quan của nồng độ và tỷ lệ rắn/lỏng (thời
gian hòa tách 60 phút)
Hình 3.11. Ảnh hưởng tưởng quan của thời gian và tỷ lệ rắn/lỏng (nồng
độ H2SO4 là 1 M)
69
Hình 3.12. Ảnh hưởng tưởng quan của nồng độ và thời gian
70
Hình 3.13. Phân bố hiệu suất hòa tách đồng theo nồng độ H2SO4 và tỷ
lệ rắn/lỏng ở các thời gian hòa tách khác nhau
71
Hình 3.14. Phân bố hiệu suất hòa tách đồng theo tỷ lệ rắn/lỏng và thời
gian ở các nồng độ H2SO4 khác nhau
72
Hình 3.15. Phân bố hiệu suất hòa tách đồng theo nồng độ H2SO4 và thời
gian hòa tách ở các tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau
Hình 3.16. Bề mặt biểu diễn hiệu suất hòa tách theo tỉ lệ rắn/lỏng và
nồng độ khi ta hòa tách với thời gian 75,44 phút
Hình 3.17. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X mẫu bã sau
hòa tách
73
74
75
Hình 3.18. Các dung dịch thu được trong quá trình chiết tách
76
Hình 3.19. Đường cong phân cực của điện cực thép không gỉ 304 trong
các dung dịch khác nhau với bậc điện thế 1 mV, sampling time 1s
79
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của km vào nồng độ Cu(II)
80
Hình 3.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất dòng điện và năng
lượng tiêu thụ riêng
Hình 3.22. Ảnh hưởng của khoảng cách anốt - catốt đến hiệu suất dòng
điện và năng lượng tiêu thụ riêng
82
82
Hình 3.23. Hiệu suất dòng điện phụ thuộc vào thời gian điện phân
87
Hình 3.24. Tỷ lệ thu hồi theo thời gian điện phân
88
Hình 3.25. Năng lượng tiêu thụ riêng theo thời gian điện phân
88
Hình 3.26. So sánh tương quan giữa hiệu suất dòng điện và năng lượng
tiêu thụ riêng
Hình 3.27. So sánh tương quan giữa tỷ lệ thu hồi và năng lượng tiêu thụ
riêng
Hình 3.28. Kết quả chụp SEM bề mặt mẫu đồng
!
!
69
viii
89
89
90
Hình 3.29. Kết quả đo EDX mẫu đồng thu được sau điện phân
92
Hình 3.30. Sự thay đổi nồng độ đồng trong dung dịch theo thời gian khi
điện phân ở các dòng điện khác nhau với lưu lượng dòng chảy là 200
L/h
93
Hình 3.31. Sự thay đổi nồng độ đồng trong dung dịch theo thời gian khi
điện phân ở các tốc độ dòng chảy khác nhau. (a) 6 A, (b) 9 A
95
Hình 3.32. Sự phụ thuộc của hiệu suất dòng điện vào dòng điện phân và
tốc độ dòng chảy
96
Hình 3.33. Hệ thiết bị điện phân Porocell
97
Hình 3.34. Ảnh SEM điện cực cacbon trước (a) và sau (b) quá trình
điện phân ở 9 A trong 3 h với tốc độ dòng chảy 200 L/h
100
Hình 3.35. Kết quả chụp SEM bề mặt mẫu đồng thu được sau điện phân
101
Hình 3.36. Kết quả phân tích EDX mẫu đồng điện phân từ dung dịch
chiết tách
102
Hình 3.37. Cấu tạo bể điện phân
102
Hình 3.38. Sơ đồ mạch điện của hệ điện phân đồng
103
Hình 3.39. Sơ đồ quá trình mô phỏng
104
Hình 3.40. Đường cong phân cực anốt và catốt của điện cực thép không
gỉ 304 trong dung dịch Cu(II) 0,3 M+H2SO4 0,4 M
Hình 3.41. Đường cong phân cực anốt và catốt của điện cực titan trong
dung dịch CuSO4 0,3 M + H2SO4 0,4 M
!
110
Hình 3.42. So sánh tỷ lệ thu hồi mô phỏng và thực nghiệm
116
Hình 3.43. So sánh điện thế thực nghiệm và mô phỏng
117
Hình 3.44. So sánh năng lượng tiêu thụ mô phỏng và thực nghiệm
118
Hình 3.45. So sánh năng lượng tiêu thụ riêng mô phỏng và thực nghiệm
119
%
!
!
110
ix
DANH%MỤC%BẢNG%
Trang
Bảng 1.1. Thành phần chủ yếu của bùn thải ở Thanh Đảo
5
Bảng 1.2. Một số phương pháp xử lý bùn thải
7
Bảng 1.3. Một số quy trình thủy luyện thu hồi đồng từ bùn thải điện tử
10
Bảng 1.4. Tính chất của một số dung môi chiết đồng
15
Bảng 1.5. Tổng hợp một số loại thiết bị điện phân phổ biến
23
Bảng 2.1. Hóa chất được sử dụng trong quá trình thí nghiệm
35
Bảng 2.2. Bảng thông số quá trình hòa tách
38
Bảng 2.3. Bảng thông số chế độ điện phân trong thiết bị điện cực
phẳng
42
Bảng 2.4. Bảng thông số chế độ điện phân trong thiết bị Porocell
44
Bảng 3.1. Thành phần các nguyên tố trong mẫu bùn thải
56
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ, tốc độ khuấy và kích thước hạt đến
hiệu suất hòa tách
Bảng 3.3. Bảng ma trận kế hoạch mô hình thực nghiệm
61
Bảng 3.4. Bảng kế hoạch quá trình quy hoạch thực nghiệm
65
Bảng 3.5. Bảng giá trị hiệu suất của kế hoạch quy hoạch thực nghiệm
66
Bảng 3.6. Giá trị hệ số của phương trình hồi quy theo phần mềm
MODDE 5.0
Bảng 3.7. Các tham số sử dụng phần mềm Modde 5.0
67
Bảng 3.8. Hiệu quả chiết đồng bằng LIX 984 với số bậc chiết khác
nhau
Bảng 3.9. Hàm lượng dung dịch sau quá trình chiết _ giải chiết
75
Bảng 3.10. Hệ số chuyển khối xác định bằng thực nghiệm
80
Bảng 3.11. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
81
Bảng 3.12. Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách anốt - catốt đến quá
trình điện phân
Bảng 3.13. Chế độ đặt dòng điện theo bậc quá trình điện phân thu hồi
đồng
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát thông số điện phân theo bậc dòng
Bảng 3.15. Thành phần các nguyên tố theo phương pháp EDX
Bảng 3.16. Mật độ dòng điện phân trong thiết bị Porocell
!
!
x
63
74
76
82
85
86
91
94
Bảng 3.17. Bảng giá trị hiệu suất dòng tại các chế độ điện phân khác
nhau
Bảng 3.18. Thành phần các nguyên tố theo phương pháp EDX
0
101
Bảng 3.19. Thành phần dung dịch điện phân ở 25 C
109
Bảng 3.20. Thông số động học đối với phản ứng catốt
110
Bảng 3.21. Thông số động học với phản ứng anốt
111
Bảng 3.22. Thông số ban đầu cho quá trình mô phỏng
111
Bảng 3.23. Kết quả thông số tính theo phương trình mô phỏng chính
112
Bảng 3.24. Thông số điện phân tính theo mô phỏng và thực nghiệm
114
!
!
!
96
xi
MỞ%ĐẦU%
Hiện nay, ngành công nghiệp điện tử đang phát triển mạnh mẽ, đồng thời
cũng thải ra môi trường một lượng lớn chất thải [9, 14, 16]. Bùn thải là sản phẩm
thu được từ quá trình kết tủa nước thải công nghiệp [9]. Theo số liệu thống kê, châu
Âu phát thải ra khoảng 105 tấn chất thải mỗi năm [14] và của toàn thế giới là 106
tấn [16]. Phương pháp xử lý bùn thải chính hiện nay là chôn lấp, tuy nhiên cách này
sẽ gây ra ô nhiễm môi trường thứ cấp. Hơn nữa, lượng kim loại, đặc biệt là đồng,
trong bùn thải chứa hàm lượng khá cao (khoảng 10-30%) [19, 35, 53, 71]. Bên cạnh
đó, các nguồn tài nguyên thiên nhiên trên thế giới ngày càng bị thu hẹp, việc khai
thác mỏ và chế biến khoáng sản gây ra những tác động vô cùng to lớn với môi
trường. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để thu hồi các nguyên liệu, mà cụ thể ở đây
là thu hồi đồng từ bùn thải của quá trình sản xuất bản mạch điện tử đem lại nhiều
lợi ích, không chỉ trên khía cạnh kinh tế mà cả trên khía cạnh bảo vệ môi trường và
nguồn lợi tự nhiên.
Có nhiều phương pháp để thu hồi kim loại như kết tủa, xử lý bằng plasma,
hoả luyện, thủy luyện...[31, 32, 34-38, 40, 41, 44-46, 50, 51, 55, 63, 65, 78, 81, 100,
101] nhưng công nghệ thủy luyện (gồm hòa tách và điện phân) lại cho thấy ưu điểm
vượt trội do tỷ lệ thu hồi cao, năng lượng tiêu thụ thấp, đồng thu được có độ tinh
khiết cao và là công nghệ được đánh giá là thân thiện với môi trường [28, 35-37,
55, 62, 103, 108].
Song song với quá trình thực nghiệm điện phân thu hồi đồng, việc mô hình
hóa quá trình này cũng được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm [13, 24, 25,
49, 58, 66, 79, 84, 98, 99]. Ưu điểm nổi trội của việc mô hình hóa là giúp chúng ta
tính toán được các thông số quá trình điện phân như điện thế thùng, tỷ lệ thu hồi,
năng lượng tiêu thụ riêng... khi thay đổi thành phần dung dịch và chế độ điện phân.
Ngoài ra, nó còn giúp chúng ta hiểu về bản chất động học, nhiệt động học của quá
trình điện phân và xác định khoảng nồng độ phù hợp của thiết bị điện phân. Có
nhiều phương pháp để mô phỏng, việc mô phỏng dựa trên công cụ Matlab vừa đơn
giản, vừa có những nghiên cứu sâu hơn về các quá trình điện hóa nên đã được sử
dụng trong luận án.
Với mục tiêu xử lý môi trường và thu hồi kim loại từ nguồn bùn thải công
nghiệp điện tử, luận án “Nghiên cứu thu hồi kim loại đồng từ bùn thải công nghiệp
điện tử bằng phương pháp điện hóa” tập trung nghiên cứu thu hồi đồng từ bùn thải
!
!
1
của quá trình sản xuất bản mạch điện tử bằng công nghệ thủy luyện với các bước
công nghệ cụ thể là hòa tách, chiết tách và điện phân thu hồi triệt để đồng (nồng độ
Cu2+ sau thu hồi còn nhỏ hơn 2 ppm), đồng thời xây dựng mô hình toán học cho quá
trình điện phân đó. Quy trình điện phân sử dụng thiết bị điện cực phẳng thông
thường chỉ phù hợp với dung dịch điện phân có nồng độ đồng lớn hơn 5 g/L. Bởi
khi nồng độ đồng trong dung dịch giảm tới một giới hạn nhất định, cần phải giảm
mật độ dòng điện phân để tránh hiện tượng quá dòng giới hạn gây thoát khí, giảm
hiệu suất dòng điện và kết tủa dạng bột bở và khi nồng độ dung dịch dưới 5 g/L thì
mật độ dòng điện phân rất nhỏ, thời gian điện phân sẽ tăng lên rất dài. Thiết bị điện
phân hỗn hợp kết hợp giữa thiết bị điện phân bản cực phẳng và thiết bị điện cực
cacbon xốp (Thiết bị điện phân Porocell) là giải pháp tốt cho vấn đề này nên đã
được nghiên cứu sử dụng [100-102].
Nội dung của luận án:
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hòa tách đồng từ bùn thải quá trình
sản xuất bản mạch điện tử.
- Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện của quá trình hòa tách đồng bằng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm.
- Nghiên cứu quá trình điện phân thu hồi đồng trong hệ thiết bị điện phân hỗn hợp
(thiết bị điện phân bản cực phẳng và thiết bị điện phân Porocell).
- Nghiên cứu mô hình hóa quá trình điện phân thu hồi đồng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Luận án đã nghiên cứu một cách có hệ thống quy trình công nghệ tái chế
đồng từ bùn thải của quá trình sản xuất bản mạch điện tử bằng phương pháp thủy
luyện. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình hòa tách, chiết tách và
quá trình điện phân thu hồi đồng đã được tiến hành nghiên cứu. Ngoài ra, luận án
còn tối ưu hóa quá trình hòa tách bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và mô
hình hóa quá trình điện phân thu hồi đồng. Các kết quả nghiên cứu của luận án là
các số liệu mới, có giá trị về mặt lý luận cũng như thực tiễn. Luận án đóng góp kiến
thức vào cơ sở dữ liệu khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý môi trường bằng
phương pháp điện hóa. Luận án cũng có tính thực tiễn cao bởi xử lý bùn thải điện
tử đang là nhu cầu cấp thiết của cả thế giới, cũng như ở Việt Nam. Công nghệ đưa
!
!
2
ra không chỉ giúp thu hồi được một lượng đồng đáng kể có giá trị kinh tế cao, tái sử
dụng được axit cho quá trình hòa tách và chiết tách bùn thải nhiều lần (do nồng độ
đồng rất nhỏ cỡ ppm). Ngoài ra, nó còn giải quyết được khía cạnh bảo vệ môi trường
bằng cách lắp mô hình hệ điện phân vào đầu ra của đường nước thải trong các xí
nghiệp để xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại, đảm bảo nước sau quá trình
điện phân đạt tiêu chuẩn xả thải của kim loại nặng theo QCVN 40:2011.
Điểm mới của luận án:
- Luận án đã đưa ra công nghệ xử lý bùn thải của quá trình sản xuất bản mạch điện
tử một cách hệ thống đảm bảo yêu cầu về môi trường (hàm lượng đồng sau quá trình
xử lý đạt ngưỡng xả thải theo QCVN 40:2011), đồng thời có điện năng tiêu thụ riêng
thấp (khoảng 1,6 kWh/kg đồng).
- Đề xuất hệ thiết bị điện phân hỗn hợp để song song xử lý dung dịch thải chứa Cu2+,
đưa nồng độ ion đồng về ngưỡng cho phép xả thải ra môi trường (<2 ppm) cùng với
việc thu hồi đồng với hiệu suất dòng cao, điện năng tiêu thụ riêng nhỏ, tiết kiệm chi
phí cho quá trình xử lý.
- Xây dựng mô hình toán học cho quá trình điện phân thu hồi đồng từ dung dịch
điện phân chứa ion Cu2+ với các thông số đầu vào là nồng độ dung dịch, mật độ
dòng điện phân và thu nhận được các thông số công nghệ gồm: điện thế thùng, tỷ lệ
thu hồi và điện năng tiêu thụ riêng. Mô hình xây dựng cho kết quả tương đương với
thực nghiệm, do vậy có thể sử dụng để đánh giá quá trình điện phân khi thay đổi
thành phần dung dịch và chế độ dòng điện phân mà không cần làm thực nghiệm.
Hơn nữa, nó còn là tiền đề để sử dụng như phần mềm con của phần mềm COMSOL
để mô phỏng các quá trình điện phân công nghiệp với nhiều hệ điện cực mắc nối
tiếp sau này.
!
!
3
CHƯƠNG%1.%TỔNG%QUAN%
%
1.1.%Tái%chế%đồng%từ%bùn%thải%sản%xuất%bản%mạch%điện%tử%(Printed%
circuit%board%–%PCB)%
1.1.1.%Bùn%thải%quá%trình%sản%xuất%PCB%
Công nghiệp điện tử là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ phát
triển nhanh chóng. Trong đó, bản mạch điện tử là một trong những linh kiện quan
trọng nhất quyết định sự phát triển của ngành điện tử. Trong những năm gần đây,
ngành sản xuất bản mạch điện tử tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ và hiện đã
đứng thứ 8 trên thế giới theo số liệu năm 2012. Để sản xuất bản mạch điện tử, quá
trình sản xuất được tiến hành với nhiều bước như sơ đồ trong hình 1.1 – Sơ đồ quy
trình sản xuất bản mạch điện tử.
Như vậy, quá trình sản xuất bản mạch điện tử sẽ phát sinh ra dung dịch thải
có chứa một lượng rất lớn các kim loại, đặc biệt là đồng từ quá trình mạ xuyên lỗ
và quá trình ăn mòn đồng [10]. Lượng lớn các kim loại có trong dung dịch thải này
thường được thu gom tại các bể chứa, sau đó xử lý bằng phương pháp kết tủa.
Phương pháp kết tủa dựa trên nguyên tắc làm sạch nước thải bằng cách trung hòa
đến pH = 8,5 ÷ 9 để kết tủa kim loại có trong nước thải. Việc trung hòa nước thải
có thể tiến hành tự động bằng cách trộn các dòng nước thải của xưởng (dòng nước
thải chứa axit, kiềm, kim loại…) và bổ sung thêm các hóa chất trung hòa như NaOH,
Ca(OH)2... sau đó lắng để tách các kim loại. Nếu lắng đơn giản sẽ không thể tách
hoàn toàn các kim loại vì trong nước sau xử lý vẫn còn có một lượng kim loại tương
ứng với độ hòa tan của chúng. Muốn loại bỏ triệt để hơn, sau khi lắng cần xử lý tiếp
bằng hóa chất rồi lọc trên các thiết bị lọc có bổ sung bột antraxit, keramzit,
sunfocacbon... Nước từ máy lọc ra, đặc biệt là lọc có bổ sung thêm sunfocacbon có
thể đưa vào hệ thống cấp nước để dùng lại ở những khâu không đòi hỏi chất lượng
nước cao lắm. Quy trình xử lý nước thải có chứa các ion kim loại nặng Cu2+, Fe2+,
Fe3+, Ni2+, Zn2+... theo phương pháp này được trình bày như sơ đồ hình 1.2.
!
!
4
Cắt phôi!đồng!
Hóa chất điều
!
Hóa chất
chỉnh pH
kết tủa
Khoan lỗ
Mạ xuyên lỗ
In đường!mạch!
Nước
thải
(axit,
kiềm,
Cu2+…)
Nước thải
Ăn mòn
!
Bể
chứa
nước
thải
Bể
kết tủa
Tạo dây nối
Thiết
bị lắng
Nước
sau
xử lý
Xử lý
bùn
Bùn
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình kết tủa xử lý nước thải
!Bảng 1.1. Thành phần chủ yếu của bùn thải ở Thanh Đảo [38]
Đạt
Không đạt
Mạch in
Ép nhiều lớp
Mạ xuyên lỗ
Gia cố mạch!in!
In đường!mạch!
Tạo dây nối
Ăn mòn
!
Hình
1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất bản mạch điện tử
!
Nước thải
Màu
Xanh của nhựa cây
Hàm lượng nước (%)
84,3%
pH ban đầu
9,3
Độ dẫn ban đầu (µs/ cm)
4250
Kim loại nặng
Cu
Nồng độ (g/kg)
114,133 99,967 16,217 13,820 12,730
5
Ni
Zn
Cr
Fe
Xử lý nước thải bằng phương pháp kết tủa có ưu điểm là hiệu suất khử chất
ô nhiễm trong nước thải khá cao, xử lý được lượng nước thải lớn, nhưng không thu
hồi được các chất có ích như kim loại, các axit, kiềm, hóa chất xử lý. Các kim loại
có trong nước thải được kết tủa hết trong bùn thải. Bùn thải từ dây chuyền sản xuất
bản mạch điện tử thường có chứa các thành phần chủ yếu bao gồm: một lượng lớn
Ca(OH)2, SiO2 là các thành phần được đưa vào để kết tủa các ion kim loại, các chất
keo tụ và một lượng lớn kết tủa dạng muối, hydroxit của các kim loại với thành phần
vô cùng đa dạng [70]. Sự đa dạng của bùn thải công nghiệp sản xuất bản mạch điện
tử nói riêng và quá trình mạ điện nói chung đã được thể hiện rất rõ qua thống kê của
Magalhaes và các cộng sự [64]. Mặc dù thành phần chủ chốt của bùn thải chỉ bao
gồm khoảng 6-7 nguyên tố kim loại nhưng trong chất thải này có tới gần 40 dạng
pha khác nhau của các hợp chất của chúng. Một báo cáo khác của Silva và cộng sự
về bùn thải mạ có chứa 5 kim loại khác nhau là Cr, Ni, Cu, Zn và Pb thì cũng có tới
hơn 15 loại oxit khác nhau của các kim loại tồn tại trong mẫu bùn thải sau khi nung
[91]. Một ví dụ về mùn thải từ nhà máy sản xuất bản mạch ở Thanh Đảo được trình
bày bảng 1.1. Các kim loại này nếu không được xử lý một cách triệt để, khi đi ra
môi trường sẽ gây những vấn đề ô nhiễm rất lớn, đặc biệt là với môi trường thủy
sinh. Do vậy, nhu cầu cấp bách đặt ra là nghiên cứu thu hồi các kim loại có trong
bùn thải trước khi thải ra môi trường.
1.1.2.$Các$phương$pháp$tái$chế$đồng$
Hiện nay, lượng bùn thải từ các nhà máy sản xuất bản mạch điện tử rất lớn
với hàm lượng kim loại cao đặc biệt là đồng. Các kim loại này chủ yếu tồn tại dưới
dạng oxit, hydroxit, muối sunphat, cacbonat... Phương pháp đơn giản nhất để xử lý
loại chất thải này mà hiện nay một số nơi vẫn tiến hành, mặc dù vi phạm về pháp
luật là chôn lấp. Tuy nhiên, dù có được thu gom và chôn lấp ở những bãi thải theo
quy chuẩn, có hệ thống tiêu thoát nước và chống rò rỉ thì bùn thải từ quá trình sản
xuất bản mạch điện tử vẫn rất nguy hại với môi trường. Hơn nữa, cùng với sự phát
triển của công nghiệp, lượng bùn thải ngày càng nhiều trong khi diện tích đất giành
cho chôn lấp ngày càng ít sẽ dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Để giải quyết phần nào vấn đề ô nhiễm từ bùn thải công nghiệp nói chung và
bùn thải từ sản xuất điện tử nói riêng, một số phương pháp được sử dụng như hoả
luyện, thủy luyện, quá trình xi măng hóa, nung để làm gạch, xử lý nhiệt plasma,…
[34-38, 40, 41, 44, 50, 51, 55, 63, 65, 81]. Nguyên tắc chung của một số phương
pháp được trình bày trong bảng 1.2.
!
!
6
Bảng 1.2. Một số phương pháp xử lý bùn thải
Phương pháp
Nguyên tắc
Ưu nhược điểm
Nhóm nghiên cứu
Xử lý bằng nhiệt
độ cao (trên
5500C) để các
kim loại chuyển
thành các hợp
chất không tan
trong điều kiện
thông thường.
- Sau quá trình xi măng hóa,
lượng bùn thải được chôn lấp
một cách an toàn hơn hoặc
làm nguyên liệu để xản xuất
gạch.
- Không thu hồi được kim
loại có trong bùn thải.
Espinosa
[34],
Park [72], Perez
[73], Roy [82],
Silva
[90],
Yang [109]…
Xử lý nhiệt Sử dụng dòng
bằng plasma
plasma nhiệt một
chiều để trơ hóa
các kim loại trong
bùn thải.
- Có hiệu quả với các dạng
bùn thải có lẫn nhiều các chất
hoạt động bề mặt, keo tụ lẫn
nhiều chất hữu cơ, các hợp
chất gốc dầu.
- Thiết bị phức tạp, vận hành
khó khăn, giá thành cao.
- Không thu hồi được kim
loại có trong bùn thải.
Cheng [20], [21],
Chu
[22],
Friedrich [38],
Gomez
[39],
Hatfield
[44],
Jandova
[55],
Katou [57],
Leal [59], Silva
[94],
Yang
[110]…
Hỏa luyện
Nung bùn ở nhiệt
độ cao để chuyển
các kim loại
thành dạng oxit,
sau đó đem khử
thành kim loại.
- Tỷ lệ thu hồi kim loại cao. Amaral
[9],
- Quá trình gây ô nhiễm môi Davonport [29],
trường và độ tinh khiết của Gustavo [81]…
kim loại thu được thấp.
Thủy luyện
Là quá trình hòa
tách và thu hồi
kim loại bằng
phương pháp kết
tủa, chiết tách,
điện phân.
- Tỷ lệ thu hồi kim loại không
cao.
- Kim loại thu được có độ
tinh khiết cao.
- Công nghệ đơn giản không
gây ô nhiễm môi trường.
Xi măng hóa
!
!
7
Campbell
[18],
Coeuret
[27],
Davonport [29], Li
[60], Gustavo [81],
Roy [83], Scott
[86-88],
Shirvanian [89],
Sorbi [97]…
Mặc dù các cách tiếp cận trên là an toàn hơn việc chôn lấp thông thường
nhưng với phương pháp xi măng hóa và xử lý nhiệt bằng plasma, một lượng lớn các
kim loại có mặt trong bùn thải công nghiệp đã không được tái sử dụng lại. Trong
khi đó, các nguồn tài nguyên thiên nhiên trên thế giới ngày càng bị thu hẹp lại, việc
khai thác mỏ và chế biến khoáng sản gây ra những tác động vô cùng to lớn với môi
trường. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp để thu hồi các nguyên liệu, mà
cụ thể ở đây là các kim loại từ nguồn bùn thải công nghiệp, nhất là bùn thải từ quá
trình sản xuất bản mạch điện tử đem lại vô cùng nhiều ích lợi, không chỉ trên khía
cạnh kinh tế mà cả trên khía cạnh bảo vệ môi trường và nguồn lợi tự nhiên. Do vậy,
hỏa luyện và thủy luyện được sử dụng phổ biến hơn cả để tái chế kim loại từ bùn
thải điện tử. Trong nội dung luận án này, chúng tôi chọn đối tượng tập trung nghiên
cứu việc thu hồi từ bùn thải của quá trình sản xuất bản mạch điện tử là kim loại đồng
bởi đây là kim loại có hàm lượng lớn nhất trong bùn thải sản xuất bản mạch điện tử
(khoảng 20 %). Hơn nữa, đồng cũng có giá trị cao, phục vụ trong nhiều lĩnh vực của
đời sống xã hội, trong khi đó, nguồn cung đồng kim loại từ quá trình khai khoáng
càng ngày càng hạn hẹp. Lượng đồng nằm trong vỏ trái đất chỉ khoảng 0,01 %, và
hiện nay chỉ còn lại phần lớn ở dạng quặng khó chế biến (Chalcopyrite) và quặng
nghèo [1]. Do đó, việc nghiên cứu thu hồi đồng kim loại từ bùn thải công nghiệp
điện tử là vô cùng cấp thiết.
$
1.1.2.1.$Phương$pháp$hỏa$luyện$
Hỏa luyện là phương pháp xử lý bằng nhiệt, bao gồm quá trình nung ở nhiệt
độ khoảng 15000C để làm nóng chảy kim loại và chuyển hóa bùn thải thành dạng
có thể thu hồi được. Bùn thải được nung để chuyển hóa hết thành dạng oxit sẽ được
khử ở nhiệt độ trên nhiệt độ nóng chảy của kim loại với các tác nhân khử như C (tồn
tại dưới dạng than cốc hoặc than đá). Khi đó, C và CO sẽ khử các oxit kim loại thành
kim loại tự do.
CuCO3
!
CuO +
CO2
(PT 1.1)
CuO +
C
!
Cu
+
CO
(PT 1.2)
CuO +
CO
!
Cu
+
CO2
(PT 1.3)
Trong quá trình khử, một số chất hỗ trợ cho quá trình cháy sẽ được thêm vào
cùng với bùn thải kết hợp với tạp ở trong bùn để tạo thành xỉ. Xỉ này nhẹ hơn so với
kim loại nóng chảy nên nổi lên trên và được loại bỏ trước khi kim loại được rót vào
khuôn đúc. Phương pháp hỏa luyện này có những ưu nhược điểm cụ thể như sau:
!
!
8
!$ Ưu điểm
+$ Quá trình không cần thêm bất kỳ hóa chất nào khác.
+$ Tỷ lệ thu hồi kim loại cao.
!$ Nhược điểm
+$ Các chất hữu cơ như các lớp phủ bề mặt đều là nguồn gây ô nhiễm không
khí do trong quá trình đốt sinh ra khí thải. Các kim loại quý có thể bị mất
mát theo con đường bay hơi.
+$ Chỉ áp dụng với một số kim loại có nhiệt độ nóng chảy khác biệt lớn.
+$ Điều kiện làm việc không an toàn.
+$ Gây ra ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt có thể phát sinh ra chất
dioxin rất độc với sức khoẻ con người.
+$ Tiêu hao năng lượng trên một đơn vị sản phẩm thu hồi lớn.
!
1.1.2.2.$Phương$pháp$thủy$luyện$$
Thủy luyện thu hồi kim loại từ bùn thải là phương pháp luyện kim dựa trên
nguyên lý về hòa tách, kết tủa, chiết tách, xử lý bằng điện hóa để xử lý bùn thải, thu
hồi các kim loại có giá trị [29]. Đối với việc thu hồi đồng, phương pháp này thường
được dùng với các bùn đồng chứa ít vàng và bạc; quặng đồng tự nhiên và nước mỏ
ở vùng khoáng sản đồng; bã thải rắn chứa hàm lượng đồng cao. Phương pháp này
có nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với phương pháp hỏa luyện như:
+ Điều kiện sản xuất diễn ra ở nhiệt độ thấp và dễ điều khiển quá trình.
+ Không phát sinh ra các khí ô nhiễm môi trường đặc biệt là dioxin.
+ Đầu tư ban đầu nhỏ, công nghệ hiện đại, ít gây ảnh hưởng đến sức khoẻ
người lao động.
+ Tiêu hao năng lượng thấp do vận hành ở nhiệt độ thường.
+ Tỷ lệ thu hồi cao, chất lượng kim loại thu hồi tốt.
+ Thu hồi hiệu quả với các quặng nghèo và các loại bùn thải công nghiệp
chứa hàm lượng kim loại thấp.
Mặc dù hiện nay thủy luyện đồng mới chiếm khoảng 10-15% lượng đồng
được sản xuất ra hàng năm [1]. Tuy nhiên, cùng với yêu cầu xử lý ngày càng nhiều
quặng đồng oxit nghèo, lượng bùn thải ngày càng lớn, sự dồi dào của các sản phẩm
!
!
9
hóa học và yêu cầu bảo vệ môi trường, phương pháp thủy luyện đồng chắc chắn sẽ
ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn. Hiện nay, phương pháp này được ứng dụng
rộng rãi cho quá trình thu hồi đồng từ bùn thải của quá trình sản xuất bản mạch điện
tử. Sau khi bùn thải có chứa đồng được hòa tách nhờ các hệ dung môi khác nhau,
việc thu hồi lại đồng kim loại có thể được tiến hành nhờ một số phương pháp như
xi măng hóa, chiết tách bằng dung môi hữu cơ, quá trình kết tủa hoặc điện kết tủa.
Các quá trình này được tổng hợp trên bảng 1.3.
Bảng 1.3. Một số quy trình thủy luyện thu hồi đồng từ bùn thải điện tử
QUY
TRÌNH
QT1
(1)
BƯỚC CÔNG NGHỆ
(2)
! Xi măng hóa
ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH
- Bùn thải có thể được hòa tách
trong cả hệ dung dịch axit hoặc
hệ amoniac [68, 105].
- Sản phẩm đồng thu được dưới
dạng bột, có độ tinh khiết thấp
khoảng 95-96% [68, 105].
! Chiết tách! Kết tủa
QT2
- Sản phẩm thu được thường dưới
dạng hợp chất của đồng, sau đó
cần xử lý nhiệt để thu hồi đồng
kim loại nên tiêu tốn năng lượng
cao, độ tinh khiết của đồng thấp
[92].
HÒA
TÁCH !
QT3
- Sử dụng thêm hệ hóa chất hữu
cơ, có thể gây thêm quá trình phát
thải phụ ra môi trường [92].
! Chiết tách ! Điện phân
- Quá trình điện phân không sử
dụng thêm các hóa chất, thân
thiện với môi trường [55, 81, 83,
86-88, 104].
- Sản phẩm thu được có độ tinh
khiết cao, hiệu suất quá trình lớn
[55, 81, 83, 86-88, 104].
Đã có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu thu hồi đồng theo các công nghệ
trên như Miskufova [68], Virahinho [105] hay Jandova [55]… Các nghiên cứu cũng
tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn dung dịch hòa tách, các yếu tố công nghệ ảnh
hưởng đến quá trình hòa tách, cũng như các thông số công nghệ của quá trình thu
!
!
10
