Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu bước đầu thu hồi kim loại đất hiếm trong ổ cứng máy tính thải...

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

.PDF
68
230
131

Mô tả:

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
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan