Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------***-------

TRẦN THỊ HẢI THU

NGHIÊN CỨU BƢỚC ĐẦU THU HỒI
KIM LOẠI ĐẤT HIẾM TRONG Ổ CỨNG MÁY TÍNH THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS. HUỲNH TRUNG HẢI

HàNội – 2017


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu bước đầu thu hồi
kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải” là do tôi cùng nhóm nghiên cứu thu
hồi kim loại đất hiếm từ chất thải điện, điện tử thực hiện với sự hướng dẫn của
GS.TS Huỳnh Trung Hải. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân,
tổ chức nào. Kết quả thực nghiệm nêu trong luận văn đã được sự đồng ý của nhóm
nghiên cứu; Các số liệu, nguồn thông tin là do tôi thu thập, đánh giá và tham khảo
một số tại liệu của các tác giả trong nước và ngoài nước.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong luận văn này.

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2017
HỌC VIÊN

Trần Thị Hải Thu

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

i


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể thầy cô giáo trong trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong Viện Khoa học và công nghệ
môi trường, những thầy cô đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em kiến thức quý
báu về chuyên môn và đạo đức trong suốt thời gian học cao học tại trường.
Đặc biệt, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến GS.TS
Huỳnh Trung Hải, người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện luận văn này. Thầy
luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo, động viên và định hướng trong suốt quá trình hoàn
thành luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong Trung tâm Sản xuất sạch của
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. Cảm ơn TS. Hà Vĩnh Hưng đã tạo điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm thực nghiệm cho luận văn.
Cảm ơn ThS. Phạm Khánh Huy đã thực hiện nghiên cứu cùng em trong thời gian
qua.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình và
bạn bè đã luôn có những lời động viên, khuyến khích em trong suốt quá trình học
tập và thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2017

HỌC VIÊN

Trần Thị Hải Thu

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

ii


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................... iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................... v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ vii
MỞ ĐẦU......................................................................................................... 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THU HỒI ĐẤT HIẾM TỪ
CHẤT THẢI ĐIỆN, ĐIỆN TỬ ............................................................................. 3
I.1. Chất thải điện, điện tử và tái chế chất thải điện, điện tử .................... 3
I.1.1. Hiện trạng phát sinh chất thải điện, điện tử trên thế giới và tại Việt Nam .... 3
I.1.2. Thành phần kim loại đất hiếm trong chất thải điện, điện tử .................. 7
I.1.3. Tình hình tái chế kim loại trong chất thải điện, điện tử ......................... 10
I.1.4. Ảnh hưởng của chất thải điện, điện tử đến môi trường và sức khỏe con
người .................................................................................................................... 12
I.2. Các phƣơng pháp thu hồi kim loại đất hiếm ........................................ 14
I.2.1. Phương pháp vật lý ................................................................................ 14
I.2.2. Phương pháp hỏa luyện .......................................................................... 16
I.2.3. Phương pháp thủy luyện ........................................................................ 17

CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................ 24
II.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................ 24
II.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 24
II.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ............................................................... 24
II.2.2. Phương pháp hòa tách ........................................................................... 24
II.2.3. Phương pháp dự kiến thu hồi kim loại từ dung dịch hòa tách .............. 24
II.2.4. Phương pháp phân tích ......................................................................... 25
II.2.5. Phương pháp tính toán – xử lý số liệu .................................................. 25
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

iii


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
II.3. Hóa chất, dụng cụ và trang thiết bị sử dụng....................................... 26
II.3.1. Hóa chất thí nghiệm .............................................................................. 26
II.3.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ............................................................. 26
II.4. Quy trình thực nghiệm ......................................................................... 27
II.4.1 Tiền xử lý ổ cứng máy tính .................................................................... 28
II.4.2. Quy trình hòa tách ................................................................................ 30
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 33
III.1. Quá trình tiền xử lý ............................................................................. 33
III.1.1. Thành phần các bộ phận của ổ cứng máy tính .................................... 33
III.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng khử từ của nam
châm ..................................................................................................................... 35
III.2. Quá trình hòa tách ............................................................................... 36
III.2.1. Thành phần kim loại trong bột nam châm đất hiếm ............................ 36
III.2.2. Khảo sát lựa chọn tác nhân hòa tách và thời gian thích hợp ............... 38
III.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit đến khả năng hòa tách ............ 39
III.2.4. Ảnh hưởng của kích thước mẫu hạt đến khả năng hòa tách ............... 41

III.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng (R:L) đến khả năng hòa tách .. 42
III.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hòa tách .......... 42
KẾT LUẬN .................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 52
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 56

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

iv


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AAS

Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric)

CTĐT

Chất thải điện tử

EDX

Máy quang phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray
spectroscopy)

EPA

Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (United States Environmental Protection
Agency)

ICP-MS

Khối phổ plasma cảm ứng (Inductively-Coupled Plasma - Mass Spectrometry)

IUPAC

Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng
(International Union of Pure and Applied Chemistry)

OECD

Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (Organization for Economic Cooperation and Development)

REEs

Nguyên tố đất hiếm (Rare Earth Elements)

REOs

Oxit đất hiếm (Rare Earth Oxides)

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

XRD

Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction)

UNEP

Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (United Nations Environment
Programme)

URENCO

Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị

UNIDO

Tổ chức phát triển công nghiệp liên hợp quốc (United Nations Industrial
Development Organization)

WEEE

Chất thải điện và điện tử (Waste Electrical and Electronics Equipment)

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

v


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Lượng chất thải điện tử thải bỏ và tái chế tại Mỹ ......................................... 5
Bảng 1.2. Lượng thiết bị điện tử sinh hoạt thải bỏ tại Trung Quốc năm 2011 ............. 6
Bảng 1.3. Các kim loại có giá trị trong các loại chất thải điện tử ................................. 8
Bảng 1.4. Mức tăng trưởng hàng năm của từng loại thiết bị sử dụng nguyên tố đất

hiếm trên thế giới hàng ................................................................................. 8
Bảng 1.5. Lượng kim loại đất hiếm trung bình có trong thiết bị điện tử ...................... 9
Bảng 1.6. Hàm lượng kim loại có trong nam châm đất hiếm ....................................... 9
Bảng 1.7. Các thành phần chính trong nam châm Nd-Fe-B ......................................... 10
Bảng 1.8. Thành phần kim loại chính của bột huỳnh quang......................................... 10
Bảng 1.9. Thành phần kim loại và đất hiếm chủ yếu trong loại pin NiMH .................. 10
Bảng 1.10. Phương pháp được ứng dụng để thu hồi đất hiếm hiện nay ....................... 22
Bảng 2.1. Danh mục thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm................................. 27
Bảng 3.1: Thành phần các bộ phận trong ổ cứng máy tính .......................................... 34
Bảng 3.2. Hàm lượng kim loại trong mẫu bột nam châm theo kết quả ICP- MS ......... 37
Bảng 3.3. Hàm lượng nguyên tố trong mẫu dung dịch được hòa tách từ nam châm
đất hiếm ........................................................................................................ 37

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

vi


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Lượng chất thải điện, điện tử thống kê tại một số quốc gia năm 2012 .............4
Hình 1.2. Thống kê về chất thải điện tử tại Nhật Bản.................................................5
Hình 1.3 Lượng chất thải điện, điện tử phát sinh và được tái chế tại Mỹ từ năm
2000-2012 ................................................................................................11
Hình 1.4. Qui trình phân tách, tháo dỡ và khử từ nam châm từ ổ cứng máy tính của
hãng Hitachi ............................................................................................16
Hình 1.5. Sơ đồ thu hồi kim loại đất hiếm từ pin NiMH bằng hỏa luyện.................17
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình xử lý và hòa tách nam châm đất hiếm ổ cứng máy tính..28
Hình 2.2. Các thành phần trong ổ cứng máy tính .....................................................29
Hình 2.3. Nam châm sau khi nung khử từ và đã được tách lớp mạ ngoài ................30

Hình 2.4. Các kích thước của nam châm sau khi đã được nghiền ............................30
Hình 2.5. Nam châm được nung ở các nhiệt độ khác nhau ......................................30
Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống quy trình hòa tách nam châm đất hiếm ............................31
Hình 3.1. Phần trăm trọng lượng trung bình các bộ phận có trong ổ cứng máy tính thải .. 33
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử từ của nam châm ..................35
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử từ của nam châm .................35
Hình 3.5. Hiệu suất hòa tách các kim loại trong nam châm đất hiếm với 2 loại axit
trong 10 phút. ..........................................................................................38
Hình 3.6. Hiệu suất hòa tách các kim loại trong nam châm đất hiếm với 2 loại axit
trong 20 phút. ..........................................................................................38
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 hòa tách trong 10 phút ....................39
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 hòa tách trong 20 phút ....................40
Hình 3.9. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất hòa tách .............................41
Hình 3.10. Ảnh hưởng của tỉ lệ Rắn:Lỏng đến hiệu suất hòa tách ...........................42
Hình 3.11. Kết quả đo XRD mẫu bột sau khi nung nhiệt độ 300C .........................43
Hình 3.12. Kết quả đo XRD mẫu bột sau khi nung nhiệt độ 500C .........................44
Hình 3.13. Kết quả đo XRD mẫu bột sau khi nung nhiệt độ 700C .........................45
Hình 3.14. Kết quả đo XRD mẫu bột sau khi nung nhiệt độ 900C .........................46
Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất hòa tách ............................47
Hình 3.16. Sơ đồ công nghệ được đề xuất trong quá trình hòa tách .........................49

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

vii


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với sự phát triển khoa học và công nghệ, các
nguyên tố đất hiếm ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công

nghiệp, nông nghiệp, y học… như là chất xúc tác; thuốc nhuộm; hợp kim của kim
loại; chất huỳnh quang; bột đánh bóng; ứng dụng hạt nhân và laze; sợi quang học;
chất siêu dẫn; nam chân vĩnh cửu, tụ điện, công nghệ rada… Đặc biệt trong lĩnh vực
điện tử, loại đất hiếm có mặt trong rất nhiều sản phẩm: Nd, Pr, Sm, Tb, Dy, La, Ce,
Eu, Y… nên nhu cầu sử dụng đất hiếm trên thế giới ngày càng tăng, đặc biệt từ khi
Trung Quốc bắt đầu thực hiện những chính sách dự trữ tài nguyên khoáng sản thì
thị trường đất hiếm trên thế giới càng trở nên sôi động.
Cùng với sự gia tăng của các thiết bị điện điện tử nhanh chóng như hiện nay
thì việc thải bỏ ra môi trường các kim loại nặng và quí hiếm không những gây ảnh
hưởng tới môi trường nghiêm trọng mà còn làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên
nhiên dẫn đến việc thiếu hụt lượng kim loại đất hiếm trong tương lai. Để giảm áp
lực cho thị trường và để tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo đồng
thời giảm thiểu tác động nguy hại đến môi trường do chất thải điện, điện tử thì việc
thu hồi đất hiếm là thực sự cần thiết.
Hiện nay, giá đất hiếm biến động theo từng năm, từng giai đoạn và nhu cầu
sử dụng. Tuy nhiên từ năm 2010 giá đất hiếm tăng mạnh mẽ, sản lượng REE toàn
cầu là khoảng 125.000 tấn; tăng 54% từ 80.000 tấn trong năm 2000. Bởi đến nay
Trung Quốc chiếm 94% sản lượng toàn cầu, lượng còn lại được sản xuất trong một
vài quốc gia khác như Brazil, Ấn Độ và Malaysia [29]. Các bước thực hiện của
nước này đã dấy lên lo ngại rằng thế giới đang phụ thuộc vào một nguồn đất hiếm
duy nhất. Hiện nay, trên thế giới gần 100% phụ thuộc vào xuất khẩu của Trung
Quốc ở một vài mặt hàng thiết yếu cho các công nghệ cao, năng lượng tái tạo, công
nghệ và liên quan đến quốc phòng. Các hành động của Trung Quốc đã tạo ra hai thị
trường riêng biệt: thị trường Trung Quốc và phần còn lại của thị trường thế giới
(ROW), làm cho thị trường đất hiếm trở nên sôi động. Người ta cho rằng sự thiếu
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

1

Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
hụt nguồn cung sẽ tiếp tục trong vài năm tới. Không đủ đất hiếm có sẵn để đáp ứng
nhu cầu ngày càng tăng, do đó thúc đẩy việc thu hồi kim loại đất hiếm trong các sản
phẩm đã qua sử dụng để nhằm cân bằng lại thị trường cũng như điều hòa được nhu
cầu sử dụng đất hiếm trong tương lai.
Các công trình nghiên cứu thu hồi đất hiếm từ trước chủ yếu là từ các mỏ
quặng hay bã thải quặng, mấy năm gần đây một số nước đã tập trung nghiên cứu
thu hồi từ nguồn thiết bị điện, điện tử thải (cụ thể như nguồn thải ổ cứng máy tính
có chứa nam châm đất hiếm) song việc thu hồi đồi hỏi nhiều quy trình phức tạp.
Theo Tập đoàn dữ liệu quốc tế (IDC) chỉ riêng quý 4/2015 lô hàng máy tính trên thế
giới đạt 71,9 triệu đơn vị, và từ năm 2008 đến 2014 luôn đạt con số hơn 300 triệu
đơn vị. Từ những vấn đề nêu trên xét thấy đề tài “Nghiên cứu bƣớc đầu thu hồi
kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải” được lựa chọn để nghiên cứu là
phù hợp với nhu cầu thực tiễn.
Đề tài có mục tiêu là xác định hoạt chất hòa tách và các yếu tố ảnh hưởng
thích hợp để hòa tách kim loại đất hiếm Neodymium có trong các loại nam châm
vĩnh cửu của ổ cứng máy tính thải (đã qua sử dụng) hiệu quả; đồng thời đưa ra được
qui trình tiền xử lý ổ cứng máy tính để thu gom nam châm thải.
Nội dung chính của đề tài:
Giới thiệu tổng quan về thành phần chất thải điện, điện tử có chứa các
nguyên tố đất hiếm: Neodyum, và tình hình phát sinh chất thải điện, điện tử của các
nước trên thế giời và Việt Nam. Thống kê các hàm lượng thành phần đất hiếm có
trong các sản phẩm đó nhằm đưa ra nhu cầu sử dụng và tầm quan trọng của nguyên
tố đất hiếm trong nền kinh tế thế giới hiện nay.
Giới thiệu quy trình thực hiện thu thập ổ cứng máy tính đã qua sử dụng; giới
thiệu các phương pháp nghiên cứu; giới thiệu khu vực nghiên cứu và các hoạt động
tháo dỡ phân loại và các thiết bị, hóa chất phục vụ cho quá trình nghiên cứu.
Căn cứ vào các số liệu đã thu được trong quá trình thực nghiệm và trên cơ sở
lý thuyết đưa ra được qui trình tiền xử lý và các yếu tố hòa tách bột nam châm đất
hiếm tối ưu nhất phục vụ cho quá trình thu hồi đất hiếm tiếp theo.

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

2


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THU HỒI ĐẤT HIẾM TỪ
CHẤT THẢI ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
I.1. Chất thải điện, điện tử và tái chế chất thải điện, điện tử
Hiện nay trên thế giới có nhiều định nghĩa khác nhau về chất thải thiết bị
điện tử và điện tử, tuy nhiên định nghĩa của liên minh các nước Châu Âu được biết
và chấp nhận rộng rãi nhất. Theo định nghĩa này WEEE/E-waste WEEE được hiểu
là “Các thiết bị điện tử à điện gia dụng thải bao gồm toàn bộ các thành phần,
từng cụm lắp ráp - là một bộ phận ho c toàn bộ ản phẩm thiết bị điện, điện tử tại
thời điểm chúng bị thải bỏ” [33].
Theo quan điểm của tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) thì tất cả
các thiết bị sử dụng năng lượng điện để vận hành khi đã hết khả năng sử dụng đều
được coi là chất thải điện tử (E-Waste).
Nói một cách tổng quát thì chất thải điện tử bao gồm toàn bộ các thiết bị,
dụng cụ, máy móc điện, điện tử cũ, hỏng, lỗi thời không sử dụng được nữa cũng
như các phế liệu, phế phẩm thải ra trong quá trình sản xuất, lắp ráp và tiêu thụ.
I.1.1. Hiện trạng phát sinh chất thải điện, điện tử trên thế giới và tại Việt Nam
Công nghiệp điện tử được coi là một trong những ngành công nghiệp lớn và
tăng trưởng nhanh trên thế giới. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ dẫn đến các
thiết bị điện và điện tử ngày càng được các nhà sản xuất thay đổi về tính năng, hình
dáng và công nghệ để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng nhưng kèm theo là sự
giảm đáng kể về tuổi thọ buộc người tiêu dùng phải thay đổi sản phẩm, đây là
những nguyên nhân chính tạo nên lượng chất thải điện tử ở mức độ ngày càng lớn.
Theo số liệu nghiên cứu của Baldé, C.P. tại đại học Quốc gia Bonn - CHLB
Đức trong năm 2014 lượng thiết bị điện tử thải bỏ trên toàn cầu có 1 triệu tấn bóng

đèn; 3 triệu tấn thiết bị điện tử nhỏ; 7 triệu tấn thiết bị đông và làm lạnh; 11,8 triệu
tấn thiết bị cỡ lớn; 12,8 triệu tấn thiết bị loại nhỏ. Tới năm 2018 sẽ toàn cầu sẽ có
49,8 triệu tấn chất thải điện tử cùng loại, mức tăng trưởng hàng năm là 4-5% [1].
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

3


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Theo một nguồn thống kê khác, tổng số WEEE phát sinh trong 27 quốc gia của EU
là 8,3-9,1 triệu tấn/năm vào 2005, cũng được xem là dòng thải phát sinh nhanh
trong EU với dự báo rằng tổng lượng WEEE sẽ tăng lên 2,5-2,7% hàng năm, đạt
đến 12,3 triệu tấn/năm vào năm 2020 [25].
Theo thống kê tại các nước có nền kinh tế phát triển trên thế giới thì Mỹ,
Trung Quốc được xem là 2 quốc gia phát sinh nhiều nhất đối với loại chất thải điện,
điện tử gấp nhiều lần so với các nước khác (Hình 1.1).

Hình 1.1. Lượng chất thải điện, điện tử thống kê tại một số quốc gia năm 2012 [7]
Theo báo cáo cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ - EPA, lượng chất thải điện
tử được thải bỏ hoặc được tái chế tại Mỹ năm 2010 sấp xỉ 2,4 triệu tấn trong đó tỷ lệ
chất thải được tái chế đạt 27% (Bảng 1.1) [34].

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

4


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Bảng 1.1. Lượng chất thải điện tử thải bỏ và tái chế tại Mỹ [34]
Loại thiết bị

Lƣợng thiết bị

Lƣợng thiết bị

Lƣợng thiết bị

Tỉ lệ tái

điện tử

bị thải bỏ

không xử lý

đƣợc tái chế

chế

(tấn)

(tấn)

(tấn)

Máy tính

423.000

255.000

168.000

40%

Màn hình

595.000

401.000

194.000

33%

Thiết bị ghi nhớ

290.000

193.000

97.000

33%

Bàn phím, chuột

67.800

61.400

6.460

10%

1.040

864.000

181.000

17%

19.500

17.200

2.240

11%

2.440.000

1.790.000

649.000

27%

Ti vi

Thiết bị di động
Tổng số (Tấn)

Tương tự như Mỹ và châu Âu, lượng chất thải điện tử ở Nhật Bản có xu
hướng gia tăng. Riêng máy tính cá nhân năm 1999 có 40.000 tấn máy tính cá nhân
được thải bỏ, năm 2000 là 50.000 tấn và năm 2002 là 80.000 tấn [11].

Hình 1.2. Thống kê về chất thải điện tử tại Nhật Bản [35]
Tại Trung Quốc, theo báo cáo quốc gia nguồn chất thải điện tử bao gồm cả
nhập khẩu và sản xuất trong nước nhưng việc nhập khẩu chất thải điện tử chính
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

5


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
thức bị cấm từ năm 2000. Tuy nhiên chất thải điện tử vẫn được nhập khẩu với hình
thức đã qua sử dụng giá rẻ và cũng là nguồn nguyên liệu để tái chế cho sản xuất [8].
Với tốc độ tăng trung bình hàng năm của chất thải điện tử là 23,5% dẫn đến lượng
chất thải điện tử phát sinh cao hơn gấp ba lần so với chất thải thông thường.
Bảng 1.2. Lượng thiết bị điện tử sinh hoạt thải bỏ tại Trung Quốc năm 2011 [8]
Đơn ị: triệu thiết bị

Nguồn

TVs

Tủ

Máy

lạnh

giặt

Máy điều hòa

Máy
tính

1. Li et al. (2005, 2006)

32,5

9,7

12,8

36,7

107,9

2. Tian (2012)]

27,5

7,6

12,1

15,4

69,5

3. Yang et a (2008)

60,2

12,1

13,3

6,6

22,7

Trung bình

40

9,8

12,7

19,6

66,7

Trọng lượng trung bình

30

45

25

51

15

1,2

0,44

0,32

0,99

0,67

(kg/thiết bị)
Tổng khối lượng thải
(triệu tấn)
Từ những thống kê trên cho thấy, thành phần các chất thải điện tử khác nhau,
có thể là do sự thay đổi trong phạm vi, phương pháp và các thông số của các nghiên
cứu. Sự khác biệt chính giữa các nghiên cứu này nằm trong nguồn của dữ liệu bán
hàng của thị trường và sự phân bố xác suất của vòng đời sản phẩm.
Tại Việt Nam, Theo số liệu kiểm kê, nguồn phát sinh chất thải điện, điện tử
đến từ hộ gia đình, văn phòng, sản xuất công nghiệp và được nhập khẩu từ nước
ngoài, ở dạng thiết bị cũ hỏng hay là rác thải rắn với thành phần chủ yếu thuộc

nhóm thiết bị gia dụng như TV, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa không khí, máy tính,
máy tính xách tay…; Thiết bị văn phòng như máy photocopy, máy scan, máy in…;
Thiết bị đa phương tiện - thiết bị điện tử nhỏ như điện thoại di động, máy nghe nhạc
mp3, máy ảnh… [13]. Theo tài liệu của UNIDO và kết quả nghiên cứu của tác giả
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

6


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Nguyễn Đức Quảng cho thấy mức tăng trung bình cho loại hàng hóa điện tử tại Việt
Nam hàng năm là 20%. Số liệu thống kê tại Việt Nam năm 2010 đã có 3,86 triệu
thiết bị tương ứng với đó là 114.000 tấn chất thải điện tử bị loại bỏ, dự báo đến năm
2025 sẽ đạt 17,2 triệu thiết bị tương đương với 567.000 tấn chất thải điện tử sẽ bị
loại bỏ. Trong số chất thải điện tử bị loại bỏ, theo thống kê trong năm 2013, điện
thoại di động là loại chất thải bị loại bỏ nhiều nhất với 3.295.727 chiếc, tiếp đó là
tivi 1.293.210 chiếc, máy giặt 937.420 chiếc, tủ lạnh 689.466 chiếc, máy tính
420.850 chiếc và máy điều hòa 209.548 chiếc [5,32].
Trên kết quả dự báo của công ty TNHH một thành viên môi trường đô thị Hà
Nội (URENCO) tới năm 2020 lượng tiêu thụ của một số loại thiết bị điện, điện tử
tăng cao, trong đó tivi là 44.441.531 chiếc, máy giặt 8.294.425 chiếc, tủ lạnh
9.868.783 chiếc, máy tính 620.157 chiếc, máy điều hòa 4.272.029 chiếc và điện
thoại di động là 6.200.157 chiếc [36].
Qua các số liệu thống kê ta thấy mặc dù mức độ phát sinh chất thải của thiết bị
điện, điện tử ở các khu vực là khác nhau nhưng đều cho thấy sự gia tăng về số
lượng và ở Việt Nam đã đang không ngừng gia tăng theo thời gian do nhu cầu cùng
với sự phát triển của nền kinh tế và sự gia tăng mức sống của người dân. Điều này
cho thấy một tiềm năng lớn trong tái chế chất thải điện tử ở Việt Nam. Đây vừa là
cơ hội nhưng cũng là thức thách không nhỏ của Việt Nam, vì hiện nay Việt Nam
vẫn chưa có hệ thống tái chế chất thải điện, điện tử nói chung và tái chế bộ phận

linh kiện điện tử nói riêng.
I.1.2. Thành phần kim loại đất hiếm trong chất thải điện, điện tử
Chất thải thiết bị điện, điện tử chứa nhiều vật liệu phi kim, kim loại thông
thường và kim loại hiếm như Cu, Au, Ag, Ni, Fe, các kim loại đất hiếm… (Bảng 1.3).

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

7


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”

Bảng 1.3. Các kim loại có giá trị trong các loại chất thải điện tử [15]
Loại chất thải
Điện thoại di động
Thiết bị âm thanh
Đầu DVD
Máy tính xách tay
Tivi (đã tách CRTs)
Máy tính để bàn

Fe
5
23
62
4
20

% khối lƣợng
Cu

Al
Pb
13
1
0,3
21
1
0,14
5
2
0,3
3
5
0,1
3,4
1,2
0,2
7
14
6

Ni
Ag
0,1 1.380
0,03 150
0,05 115
0,5
260
0,038 20
0,85 189

Ppm
Au
350
10
15
50
<10
16

Pd
210
4
4
5
<10
3

Công nghệ sử dụng kim loại đất hiếm trong các thiết bị điện, điện tử đã làm
thay đổi ngành công nghiệp, phục vụ cho các sản phẩm có tiềm năng tăng trưởng
đáng kể trong thị trường, giúp tăng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường.
Trong một thế giới với một nhu cầu ngày càng tăng cho các công nghệ sạch và hiệu
quả thì kim loại đất hiếm được coi là một vai trò then chốt trong thị trường công
nghệ. Kim loại đất hiếm chiếm 59% tổng tiêu thụ trên toàn thế giới trong sản xuất
chất xúc tác, chế tạo thủy tinh, ánh sáng, và luyện kim. Còn với nhu cầu sản xuất
hợp kim pin, đồ gốm, và nam châm vĩnh cửu chiếm 41% tổng tiêu thụ trên toàn thế
giới của các nguyên tố đất hiếm [2].
Bảng 1.4. Mức tăng trưởng hàng năm của từng loại thiết bị sử dụng nguyên tố
đất hiếm trên thế giới hàng [2]
Tên thiết bị

Bộ phận

Máy tính
Xe đạp điện
Bình ác quy xe điện
Xe máy điện
Màn hình LCD
Điện thoại (tiêu
chuẩn CE)
Điện thoại
Tua bin gió

Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu
Chất lân quang
Nam châm vĩnh cửu

Mức tăng
trƣởng
hàng năm%
12,5
34,2
38,8
38,8
29,7
122,9

Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu

13,0
24,1

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

Nguyên tố đất
hiếm
đƣợc sử dụng
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy
La, Ce, Pr, Nd
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy
Eu, Y, Tb, La, Ce
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy
Nd, Pr, Sm, Tb, Dy

8


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Theo kết quả thống kê trong báo cáo khả năng tái chế các nguyên liệu quan
trọng từ các thiết bị điện, điện tử bị thải bỏ của Matthias Buchert và nhiều người
khác [9] tại thị trường Đức năm 2012 cho thấy hàm lượng kim loại đất hiếm trung
bình được sử dụng có trong linh kiện màn hình LCD của ti vi, máy tính và đèn led
(Bảng 1.5).
Bảng 1.5. Lượng kim loại đất hiếm trung bình có trong thiết bị điện tử [9]

Thiết bị

Đơn vị

Y

Eu

La

Ce

Tb

Gd

MT xách tay

mg

1,8

0,13

0,11

0,076

0,038

0,011

Màn hình

mg

16,0

1,20

1,00

0,680

0,340

0,095

Ti vi

mg

110,0

8,10

6,80

4,500

2,300

0,630

Đèn LED

µg

32,0

0,6

-

2,0

-

-

Sản phẩm điện tử sử dụng đất hiếm được nhắc tới nhiều nhất hiện nay phải
kể tới các loại nam châm đất hiếm. Trong ứng dụng thực tế có 2 loại nam châm đất
hiếm được sự dụng rộng rãi đó là SmCo và NdFeB, thành phần các nguyên tố có
trong các loại nam châm [24] được thể hiện trong Bảng 1.6.
Bảng 1.6. Hàm lượng kim loại có trong nam châm đất hiếm [24]
Loại nam châm

Thành phần chính (%)
Sm

Co

Nd

Fe

SmCo5

36,09 63,91

-

-

Sm2(Co, Fe,Cu,Zr)17

25,47 51,17

-

16,65

Nd-Fe-B

-

-

31,62 65,39

Thành phần khác (%)

Cu:3,99; Zr:2,85
B:1,27; Pr: 0,45; Al:0,26

Nam châm Nd-Fe-B được ứng dụng nhiều hơn, phổ biến trong động cơ
cranking ô tô, ổ cứng máy tính, linh kiện nghe nhìn, trong hàng không và quân sự
cũng như trong các thiết bị của máy điều hòa không khí hoặc xe hơi…. Đây là loại
nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay do lực từ cao và có trọng lượng nhỏ. Là vật
liệu cơ bản quan trọng để tiết kiệm năng lượng và phát triển công nghiệp xanh.
Thành phần các nguyên tố trong nam châm NdFeB được thể hiện trong Bảng 1.7.
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

9


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Bảng 1.7. Các thành phần chính trong nam châm Nd-Fe-B
Kim loại chính
Hàm lƣợng thành phần (%)

Nd

Dy

B

Fe

Al

TLTK

24,43

8,14

0,97

64,07

0,2

[3]

25

4

1

69

-

[30]

Còn về thiết bị chiếu sáng, đèn huỳnh quang là một trong những mục tiêu
chính khi quan tâm đến thu hồi kim loại đất hiếm khi số lượng bán ra mỗi năm như
ở Mỹ là 397 triệu bóng vào năm 2007 và khoảng 288 triệu chiếc bán được ở Châu

Âu [39]. Trong một bóng đèn huỳnh quang loại công suất 40W, vật liệu lân quang
có chứa kim loại đất hiếm như yttrium (Y), lantan (La), Cerium (Ce) và europi (Eu)
chiếm khoảng 2% (tương đương khoảng 4-6g) của tổng trọng lượng, màu sắc ánh
sáng của bóng đèn phụ thuộc vào thành phần nguyên tố đất hiếm có trong bột huỳnh
quang và có 3 màu chính là đỏ, xanh và xanh da trời.
Theo một nghiên cứu khác, thành phần hóa học chính của bột huỳnh quang
được thể hiện trong Bảng 1.8.
Bảng 1.8. Thành phần kim loại chính của bột huỳnh quang
Kim loại (%)

Y

Eu

Ce

Tb

Al

Mg

Ca

TLTK

Đèn huỳnh quang thải

2,88

Bột huỳnh quang

15,51 0,95 0,70 0,43 7,73 2,80 14,61 [12]

0,14 0,30 0,12 4,32 1,02 -

[39]

Còn với sản phẩm thải pin NiMH (Nickel-metal hydride) có thành phần
chính là Ni và Co, tuy nhiên trong cấu tạo còn có các thành phần khác bao gồm cả
đất hiếm lanthanum (La), xeri (Ce), praseodymium (Pr) và neodymium (Nd).
Bảng 1.9. Thành phần kim loại và đất hiếm chủ yếu trong loại pin NiMH
Kim loại chính

Ni

Co

La

Nd

Sm

Pr

Hàm lƣợng thành 59

4,6

2,7

4,5

6,2

2,29 2,58 -

phần (%)

35,02 6,96

7,56 3,94 -

Ce

Mn

Cu

TLTK

-

[26]

1,04 11,8 3,75 7,08 [38]

I.1.3. Tình hình tái chế kim loại trong chất thải điện, điện tử
Hiện nay, chất thải điện tử đang là đối tượng được nghiên cứu nhiều vì

chúng có chứa một lượng lớn kim loại quí có giá trị kinh thế cao nhưng lại tiềm ẩn
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

10


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
những thành phần nguy ngại có rủi ro lớn cho sức khỏe con người. Chính vì vấn đề
này, nhiều nước trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu, triển khai xây dựng các nhà
máy thu hồi kim loại có giá trị từ chất thải điện tử. Tại khu vực Châu Á đi đầu là
Nhật Bản, Hàn Quốc…từ những năm cuối thế kỷ 20, chủ yếu tập trung tái chế thu
hồi kim loại có giá trị như Au, Ag, Cu, Pb, Zn…từ linh kiện thiết bị điện, điện tử
với phương pháp hỏa luyện, thủy luyện và điện phân.
Theo một nghiên cứu của EPA, khối lượng chất thải điện, điện tử thải bỏ và
được tái chế từ năm 2000 - 2012 tại Mỹ dao động từ 1,9 – 3,4 triệu tấn, tỉ lệ tái chế
tăng tỉ lệ thuận với số lượng thải bỏ. Tính riêng từ năm 2011 đến 2012 cho thấy
lượng tổng lượng chất thải điện tử ở mức ổn định nhưng lượng chất thải bỏ được
mang đi tái chế lại tăng lên chứng tỏ vấn đề này càng ngày đã được quan tâm (hình
1.3) [6].

Hình 1.3 Lượng chất thải điện, điện tử phát sinh và được tái chế tại Mỹ
từ năm 2000-2012 [6]
Còn ở Việt Nam, nhìn chung việc tái chế, tái sử dụng còn rất nhiều hạn chế.
Chúng ta mới sử dụng các phụ tùng phục vụ cho việc thay thế, sửa chữa. Công
nghiệp tái chế chỉ mới hình thành tại các làng nghề, trong các doanh nghiệp gia đình
nhỏ hoặc các công ty tư nhân. Các cơ sở này chủ yếu tái chế nhựa, sắt, nhôm,
chì,…Do sử dụng công nghệ lạc hậu và thiết bị thô sơ nên hiệu quả kinh tế thấp
đồng thời gây ra nhiều vấn đề về môi trường và sức khỏe con người.

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

11


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Theo thống kê của Viện Khoa học Công nghệ Môi trường - Đại học Bách
khoa Hà Nội, mỗi năm, nước ta thải ra khoảng 120.000 - 150.000 thiết bị điện, điện
tử gia dụng, 200.000 - 300.000 máy vi tính có vòng đời sử dụng ngắn (từ 1-2 năm),
và nhập khẩu hàng triệu sản phẩm cũ khác. Riêng TP.HCM, tập trung hai nguồn
WEEE lớn, từ các tỉnh, thành Đồng bằng sông Cửu Long và nhập khẩu trái phép từ
Campuchia. Lượng hàng điện, điện tử tại TP. HCM lên đến 6.140 tấn/năm (bao
gồm cả hàng “second-hand”), nhưng chỉ tái chế WEEE được chừng 98 tấn (chiếm
khoảng 1,6%) và hoàn toàn bằng phương pháp thủ công. Và theo kết quả của một
cuộc khảo sát gần đây được tiến hành tại Hà Nội và TP HCM bởi một tập đoàn
công nghệ châu Á-Thái Bình Dương cùng đối tác Việt Nam của họ cho thấy:
khoảng 81-100% số người được hỏi sẽ bán sắt vụn các đồ điện tử của mình thay vì
chuyển giao cho các đơn vị xử lý chất thải. Đó cũng phản ánh đúng thực tế hiện nay
chỉ có 3/15 cơ sở được cấp phép có đầy đủ công nghệ, trang thiết bị tái chế. Quy
mô tái chế của các cơ sở này chỉ đạt khoảng 25 đến 30 tấn/ngày, chiếm tỉ lệ rất nhỏ
so với số lượng chất thải điện, điện tử phát sinh (theo tính toán, số lượng WEEE
phát sinh đạt từ 61.000 tới 113.000 tấn/năm 2010). Chi phí tái chế cao và thiếu sự
hỗ trợ từ các cơ quan chức năng được cho là nguyên nhân tạo ra khoảng cách này.
Trong những năm gần đây, tái chế chất thải điện, điện tử bắt đầu được chính
phủ quan tâm nhiều hơn. Cụ thể là quyết định 16/2015/QĐ-TTg của Thủ tướng
Chính phủ có hiệu lực vào tháng 7 năm 2016. Theo đó, các nhà sản xuất điện, điện
tử có trách nhiệm quản lý dịch vụ thu hồi các sản phẩm điện tử hoặc lập ra những
địa điểm thu gom mà người tiêu dùng có thể bỏ chất thải điện tử của họ.
I.1.4. Ảnh hƣởng của chất thải điện, điện tử đến môi trƣờng và sức khỏe
con ngƣời
Theo thống kê của Chương trình Môi trường Liên Hợp quốc (UNEP), trong

chất thải điện, điện tử có chứa hơn 1.000 hợp chất khác nhau, chủ yếu là thành phần
kim loại nặng, kim loại quý, các chất hữu cơ cao phân tử khác… trong đó có chứa
nhiều kim loại có tính độc cao như: As, Se, Sb, Hg, Pb… Do đó chất thải rắn điện

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

12


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
tử có thể được coi như là một trong những chất thải nguy hại gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Theo Silicon Valley Toxics Coalition (SVTC), một tổ chức bảo vệ môi
trường có trụ sở ở San Jose (California, Mỹ), chất thải điện, điện tử có thể làm rò rỉ
những chất độc chứa trong chúng như chì, thủy ngân và cadmium vào nước và
không khí. Một màn hình máy vi tính có thể chứa 1,8-3,8kg chì – một số lượng có
thể gây nguy hại cho cả một cộng đồng nếu chúng bị thải ra môi trường. Kể cả khi
được đưa vào các trung tâm tái chế chất thải, những rủi ro vẫn cận kề. Tại các trung
tâm thường ở ngoài trời này, công nhân sẽ tháo rời các bộ phận để tái chế và vứt
những phần không thể tái chế thành đống trong những bãi rác lộ thiên gây mất cảnh
quan đô thị. Hậu quả là môi trường và sức khỏe người dân bị ảnh hưởng. Nhiều chất
thải, bao gồm kim loại nặng và hóa chất, đặc biệt tro từ việc đốt than bị đổ xuống
các con sông, kênh và mương gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm và giếng.
Môi trường đất cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng, chất thải tạo thành bức tường
ngăn cách trong đất hạn chế quá trình phân hủy và tổng hợp chất dinh dưỡng của vi
sinh vật, làm cho đất bị ô nhiễm, giảm độ phì nhiêu, chua hóa sẽ giảm năng suất cây
trồng ảnh hưởng đến các sản phẩm nông nghiệp. Các chất độc có trong đồ điện tử
cũ khi bị phát tán làm không khí xung quanh bị nhiễm bởi bụi kim loại và hơi hóa
chất khó có thể nhận biết, dễ gây tâm lý chủ quan với những tác hại mà các chất độc
này có thể gây ra.

Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, thức ăn
hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô và theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng
gây độc. Các nghiên cứu đã chỉ ra kim loại nặng gây độc cho các cơ quan trong cơ
thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh
gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị dị ứng, gây
biến đổi gen. Gây ra các chứng bệnh rất khó chữa trị và ảnh hưởng lâu dài đến sức
khỏe con người như bệnh ung thư, bệnh về đường hô hấp, bệnh tim mạch và thần
kinh, da liễu…

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

13


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
I.2. Các phƣơng pháp thu hồi kim loại đất hiếm
Về cơ bản việc thu hồi các kim loại đất hiếm được thực hiện từ các nguồn
vật liệu khác nhau như bã thải tuyển quặng, chất thải công nghiệp, thiết bị điện,
điện tử thải bỏ…Do việc sử dụng nguyên tố này chủ yếu dưới dạng hợp chất hợp
kim nên việc thu hồi thực sự phức tạp và cần nhiều bước trong qui trình công nghệ
dưới dạng tổ hợp nhiều phương pháp với nhau bao gồm cả phương pháp cơ học,
phương pháp hỏa luyện và thủy luyện.
I.2.1. Phƣơng pháp vật lý
Mục đích là tách rời các bộ phận, giảm thể tích cũng như loại bỏ bớt những
phần không cần thiết để có thể đem đi tái sử dụng lại trực tiếp hoặc phù hợp với các
quy trình tiếp theo.
-

Tháo dỡ
Tháo dỡ nhằm mục đích chia thiết bị điện tử thành các bộ phận hoặc các

phần nguyên liệu phục vụ quá trình tái chế phía sau và thực hiện chủ yếu thủ công,
có sự hỗ trợ của máy móc, hiện nay đã có một số dây chuyền tự động hóa quá trình
tháo dỡ tuy nhiên chưa được ứng dụng thực tế do sự đa dạng của chất thải, chi phí
vận hành cao, hiệu quả công nghệ thấp. Theo đánh giá của các chuyên gia thì quá
trình tự động hóa tháo dỡ thiết bị điện tử gia dụng thải có thể bắt đầu sau năm 2020
[14]. Hãng thiết bị Hitachi Nhật bản từ năm 2012 [17] đã đưa ra qui trình tháo dỡ ổ
cứng máy tính thải bằng cách cho vào thùng quay, tháo rời các ốc vít sau đó đưa ra
băng chuyền để phân loại các thành phần: vỏ, đĩa ghi, đầu đọc, bản mạch…như
hình 1.3.
-

Giảm kích thước
Quá trình giảm kích thước phần nguyên liệu hoặc bộ linh kiện phục vụ quá

trình phân tách hoặc xử lý hóa lý, quá trình này được thực hiện bởi máy cắt, máy
nghiền cơ học [14].
-

Phân tách
Việc phân tách vật liệu trong chất thải sẽ được thực hiện bởi các quá trình cơ

học, lý học dựa trên các đặc tính cơ học và vật lý của mỗi loại vật liệu như từ tính,
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

14


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
độ dẫn điện, mật độ vật chất, kích thước hạt, trọng lượng hạt vật liệu, các kỹ thuật

phân tách vật liệu như: (1) phân tách theo hình dạng, kích thước, sàng; (2) tách từ:
chủ yếu để tách các vật liệu sắt từ ra khỏi các thành phần kim loại và phi kim khác
sau khi đã được cắt, nghiền giảm kích thước; (3) tách tĩnh điện: là công nghệ tách
được sử dụng chủ yếu cho việc tách vật liệu đặc biệt là vật liệu kim loại trong tái
chế chất thải điện tử; (4) tách theo mật độ vật chất hoặc tách theo trọng lượng: là
quá trình sử dụng phong tuyển hoặc thủy tuyển, kỹ thuật này nhằm để tách các loại
vật liệu khác nhau về trọng lượng hoặc phân bố mật độ vật chất như kim loại, nhựa,
gốm và cũng được sử dụng sau khi đã được nghiền giảm kích thước [14].
-

Khử từ
Khử từ được áp dụng trong trường hợp thu hồi các kim loại có trong các vật

liệu từ (nam châm). Từ tính của nam châm cũng bị giảm do va chạm và đập, vì lúc
đó sẽ phá vỡ trật tự về định hướng của từ trường trong các đômen. Nam châm còn
bị mất từ tính ở nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của thép và các vật
liệu từ khác bị phá hủy, chúng không còn từ hóa được nữa.
Hãng thiết bị Hitachi Nhật bản từ năm 2012 đã đưa ra qui trình thu hồi, tái
chế bán tự động các bộ phận nam châm đất hiếm được tháo dỡ, phân tách từ phần
động cơ của ổ cứng máy tính và các bộ phận nam châm đất hiếm được khử từ
trường bằng phương pháp nung trong lò bằng nhiệt độ cao [17].

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

15


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Tháo tách bộ
phận

Thiết bị thu hồi vật
liệu
Tách nhôm
Tuyển
từ

Ổ
cứng

Sàng rung

Phân loại bằng
tay

Thiết bị thu hồi nam châm

Thiết bị
phân loai

Tách từ

Lò nung điện
Nam châm đất
hiếm

Hình 1.4. Qui trình phân tách, tháo dỡ và khử từ nam châm từ ổ cứng máy tính
của hãng Hitachi [17]
Theo Thanaporn Wannachod và cộng sự, mẫu nam châm NdFeB được nung
ở nhiệt độ 300ºC liên tục trong vòng một giờ trước tiên với mục đích để khử toàn

bộ từ tính của nam châm sau đó mới đem nghiền trong máy nghiền bi với tốc độ
quay 300 vòng phút trong 24 giờ [31].
I.2.2. Phƣơng pháp hỏa luyện
Hỏa luyện là quá trình hoàn nguyên kim loại ở nhiệt độ cao trong môi trường
có chất oxy hóa mạnh như C, H2... Phản ứng hoàn nguyên chủ yếu là nhờ các chất
có ái lực hóa học mạnh để tách kim loại ra khỏi hợp chất của nó trong quặng. Từ đó
ta thu được kim loại.
Đây là phương pháp truyền thống, khá đơn giản, dễ áp dụng để thu hồi một
số kim loại Zn, Cr, Fe, Sn, Pb, Au, Ag…và đất hiếm từ chất thải điện tử, bao gồm
các quá trình như thiêu đốt, nóng chảy trong lò hồ quang plasma hoặc lò đứng, thiêu
kết, nấu chảy và phản ứng trong pha khí ở nhiệt độ cao. Trong quá trình này, các
phế liệu bị cháy trong lò hoặc trong một bể nóng chảy để loại bỏ nhựa và các oxit
khó cháy [15].
Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

16


Đề tài “Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải”
Bằng phương pháp hỏa luyện, K. Tang và cộng sự [16] đã nghiên cứu tiến
hành thu hồi oxit đất hiếm từ loại pin NiMH (nickel-metal hydride). Từ nguồn pin
thải có kích thước đường kính 32mm dài 89mm sau khi được tách bỏ lớp vỏ kim
loại, sau khi được sơ chế bằng nhiệt ở nhiệt độ 600ºC trong vòng 25 phút để loại bỏ
các phần nhựa, ở nhiệt độ nóng chảy 1700ºC thu hồi được hỗn hợp hợp kim trong
đó phần hợp kim NiCo có tỉ trọng lớn phân tách nằm phía bên dưới chiếm 53,6%
khối lượng, phần oxít đất hiếm nằm trong hốn hợp lớp xỉ nhẹ phía trên chiếm tỉ
trọng 22,1%. Phần xỉ nhẹ được tách ra tiếp tục xử lý để thu hồi kim loại đất hiếm tái
sử dụng làm nguyên liệu chế tạo pin NiMH.

Hình 1.5. Sơ đồ thu hồi kim loại đất hiếm từ pin NiMH bằng hỏa luyện [16]

I.2.3. Phƣơng pháp thủy luyện
Kim loại đất hiếm có tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là mang tính
khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương). Bản thân ở dạng kim loại
thì kim loại đất hiếm rất dễ phản ứng với hóa chất khác tạo thành oxit hay các hợp
chất. Có các oxit của chúng chịu được nhiệt độ cao. Do vậy, để thuận tiện cho quá
trình thu hồi thì lựa chọn môi trường hòa tan chuyển chất rắn thành dung dịch sau
đó tách tạp chất ra khỏi dung dịch đất hiếm.

Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356

17