Tài liệu Nghiên cứu thu hồi đồng từ bản mạch điện tử phế thải bằng edta

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA ------ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÓA PHÂN TÍCH NGHIÊN CỨU THU HỒI ĐỒNG TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ PHẾ THẢI BẰNG EDTA Cán bộ hướng dẫn : Th.S NGUYỄN THỊ THOA HÀ NỘI 4 - 2019 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC..............................................................................................................2 LỜI CẢM ƠN........................................................................................................2 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN.................................................................................2 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ................................................2 1.1.1. Định nghĩa về chất thải điện tử (E – Waste)..........................................2 1.1.2. Thành phần vật chất của chất thải điện tử.............................................2 1.1.2.1. Thành phần vật chất chung có giá trị...............................................2 1.1.2.2. Các thành phần và các chất nguy hại...............................................2 1.1.3. Giới thiệu về bản mạch điện tử..............................................................2 1.1.3.1. Cấu tạo của bản mạch điện tử..........................................................2 1.1.3.2. Thành phần chủ yếu của bản mạch..................................................2 1.1.4. Tác động môi trường và sức khỏe của con người trong chất thải điện tử .........................................................................................................................2 1.1.4.1. Các chất nguy hại trong chất thải điện tử........................................2 1.1.4.2. Suy giảm sức khỏe và khả năng lao động của con người................2 1.1.4.3. Suy thoái chất lượng môi trường.....................................................2 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG...........................................................................2 1.2.1. Tính chất của đồng.................................................................................2 1.2.1.1. Tính chất vật lý................................................................................2 1.2.1.2. Tính chất hóa học............................................................................2 1.2.2. Độc tính của đồng..................................................................................2 1.2.3. Ứng dụng...............................................................................................2 1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÁI CHẾ THU HỒI ĐỒNG TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ............................................................................................................2 1.3.1. Các phương pháp phân loại và xử lý cơ học..........................................2 1.3.2. Các phương pháp nhiệt luyện................................................................2 1.3.3. Các phương pháp thuỷ luyện.................................................................2 CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 2 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.3.4. Các phương pháp điện phân..................................................................2 1.4. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)..................................................................................................................2 1.4.1. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................2 1.4.1.1. Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F-AAS)............................2 1.4.1.2. Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (GF-AAS).......................2 1.4.3. Hệ thống trang bị của phép đo...............................................................2 1.4.3.1. Nguyên tắc và cấu tạo......................................................................2 1.4.3.2. Ưu và nhược điểm của phép đo AAS..............................................2 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.............................................................................2 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ.................................................................................2 2.2. HÓA CHẤT VÀ CÁCH PHA CHẾ............................................................2 2.3. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM..................................................................2 2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu.....................................................................2 2.3.1.1. Lấy mẫu...........................................................................................2 2.3.1.2. Bảo quản mẫu..................................................................................2 2.3.2. Khảo sát tác nhân hòa tách Cu...............................................................2 2.3.2.1. Khảo sát nồng độ EDTA.................................................................2 2.3.2.2. Khảo sát thể tích H2O2 30%.............................................................2 2.3.2.3. Khảo sát tỷ lệ lỏng/rắn (L/S)...........................................................2 2.3.2.4. Khảo sát pH.....................................................................................2 2.3.2.5. Khảo sát tốc độ lắc phá mẫu............................................................2 2.3.2.6. Khảo sát nhiệt độ phá mẫu..............................................................2 2.3.2.7. Khảo sát thời gian phá mẫu.............................................................2 2.3.3. Quy trình làm thực nghiệm....................................................................2 2.3.4. Xây dựng đường chuẩn đồng bằng phương pháp F-AAS.....................2 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................2 3.1. KẾT QUẢ XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH ĐỒNG..............2 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH Cu TỪ BẢN MẠCH 2 CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 3 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.2.1. Kết quả khảo sát nồng độ EDTA cho quy trình xử lý mẫu...................2 3.2.2. Kết quả kháo sát thể tích H2O2 30%.......................................................2 3.2.3. Kết quả kháo sát tỷ lệ lỏng/rắn (L/S).....................................................2 3.2.4. Kết quả khảo sát pH...............................................................................2 3.2.5. Kết quả khảo sát tốc độ..........................................................................2 3.2.6. Kết quả khảo sát nhiệt độ.......................................................................2 3.2.7. Kết quả khảo sát thời gian.....................................................................2 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUY TRÌNH THU HỒI ĐỒNG..........................2 3.3.1. Kết quả khảo sát lượng đồng trong mẫu................................................2 3.3.2. Kết quả khảo sát lượng đồng trong dung dịch lọc.................................2 3.3.3. Kết quả khảo sát lượng đồng kết tủa.....................................................2 KẾT LUẬN............................................................................................................2 CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 4 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thoa đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Hóa – Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập ở trường. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do lần đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng như năng lực còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để luận văn này được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 5 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI ĐIỆN TỬ 1.1.1. Định nghĩa về chất thải điện tử (E – Waste) Hiện tại vẫn chưa có một định nghĩa chính xác nào về chất thải điện tử do tính đa dạng và phức tạp của các sản phẩm điện tử. Mỗi quốc gia có định nghĩa và giải thích riêng về chất thải điện tử. Theo OECD (tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế) 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) Một cách tổng quát: Chất thải điện tử (CTĐT) bao gồm toàn bộ các thiết bị, dụng cụ, máy móc điện, điện tử cũ, hỏng, lỗi thời không được sử dụng nữa cũng như các phế liệu, phế phẩm thải ra trong quá trình sản xuất, lắp ráp và tiêu thụ. 1.1.2. Thành phần vật chất của chất thải điện tử Chất thải điện tử là một loại chất thải rắn không đồng nhất và phức hợp về vật chất và thành phần. Để phát triển hệ thống tái chế thân thiện môi trường và có hiệu quả điều quan trọng là phân loại và nhận dạng vật liệu có giá trị, các chất nguy hại tiếp theo là các đặc trưng vật lý của luồng chất thải điện tử. Chất thải điện và điện tử chứa 1000 chất khác nhau, trong đó có nhiều chất độc hại như: chì, thủy ngân, asen, cadmium, selennium, chất chống cháy có khả năng tạo ra dioxin khi cháy. Theo quan điểm tái chế có thể phân loại theo 2 nhóm: 1.1.2.1. Thành phần vật chất chung có giá trị Theo Trung tâm Các vấn đề Quản lý Tài nguyên và Chất thải Châu Âu (ETC/RWM), sắt và thép là các nguyên liệu phổ biến nhất trong các thiết bị điện và điện tử và chiếm 50% tổng lượng chất thải điện và điện tử. Nhựa là thành phần nhiều thứ hai chiếm xấp xỉ 21%: kim loại khác bao gồm cả kim loại quý hiếm (Al, Zn, Cu, Pb, Sn, Cr, Au, Ag, Pt, Pd,…) chiếm xấp xỉ 13% tổng trọng lượng chất thải điện và điện tử. CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 6 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.1.2.2. Các thành phần và các chất nguy hại Chất thải điện và điện tử gồm rất nhiều thành phần có kích cỡ và hình dạng khác nhau, trong đó có một số thành phần có chứa các chất nguy hại cần được xử lý riêng Các chất gây hại Tác hại đối với môi trường sống và cơ thể sống Polyclobiphenyl (PCB) Gây ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, tuyến nội tiết As, Be, Cd, Cr (VI), Gây độc cấp tính và mãn tính Hg Gali asenua Tổn thương đến sức khỏe Pb Gây độc với hệ thần kinh Ba, Li Gây nổ nếu ẩm Se Lượng lớn sẽ gây hại cho sức khỏe Chất phóng xạ Gây ung thư 1.1.3. Giới thiệu về bản mạch điện tử Bản mạch ra đời cùng với các thiết bị điện và điện tử và chúng đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị này. Bản mạch điện tử được sử dụng chủ yếu để kết nối giữa những thành phần như những bản mạch điện, những điện trở và đầu nối. 1.1.3.1. Cấu tạo của bản mạch điện tử Bản mạch điện tử trong tiếng anh là motherboard, logic board, systemboard gọi chung là printed circuit board (PCB). Một board mạch mạch in, hoặc PCB, máy móc được sử dụng để hỗ trợ kết nối điện tử và linh kiện điện tử bằng cách sử dụng con đường dẫn, hoặc dấu vết, khắc từ tấm đồng tráng lên một chất nền không dẫn điện. Bản mạch điện tử là bản mạch in có chứa các linh kiện điện tử ngoài ra còn có thể cắm, khe cắm các bo mạch mở rộng khác. Bản mạch bao gồm một tấm bán thành phần chủ yếu là nhựa cứng trên đó được phủ đồng CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 7 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp và gắn các thành phần khác. Có một và chất cách điện khác nhau mà có thể được chọn để cung cấp cho cách ly các giá trị khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của mạch. Những vật liệu cách điện được sử dụng trong công nghệ bản mạch điện là FR-4 (lưới thủy tinh và nhựa epoxy), FR-5 (lưới thủy tinh và nhựa epoxy)… Phần bản mạch bao gồm các tấm đồng được dát mỏng (loại 142g đồng/30,3 cm2) và các tấm sợi thủy tinh với lớp phủ bên ngoài bằng hợp kim hàn (37% chì, 63% thiếc) độ dày khoảng 0,0005 inh để chống axit và dễ hàn. Hình dưới cấu tạo cơ bản của một bản mạch: Hình 1.1 Cấu tạo cơ bản của một bản mạch Với bản mạch nhiều lớp (một bản mạch với 2 lớp đồng) một mảnh nhựa tổng hợp được đặt giữa tạo thành lõi cách điện, có chất dính bổ sung sẽ dính chặt 2 lớp đồng bên trên và bên dưới vào. Hình dưới là hình ảnh các lớp nhựa: Hình 1.2 Cấu tạo lớp lõi Lá đồng là một tấm bản mỏng được đặt trên bề mặt nhựa và được bám chắc vào bằng chất dính. CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 8 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình 1.3 Lớp đồng Để bảo vệ đồng chống lại các tác động của môi trường người ta phủ lên lá đồng một lớp bọc đồng mỏng bằng thuỷ tinh có tác dụng bao bọc và bảo vệ lớp đồng bên trong. Hình 1.4 Mô tả lớp vỏ bọc đồng Để gắn các thành phần vào bản mạch và tạo mối dẫn truyền thì người ta thường sử dụng các hợp kim hàn. Trên hình 1.5 ta thấy trên bản mạch có vô số các mối hàn được tạo bởi các hợp kim hàn gồm (40% chì, 60% thiếc) màu sáng bạc. Hình bên chỉ ra vị trí của các hợp kim này. Hình 1.5 Mô tả lớp hợp kim hàn trên bản Trên đây chỉ là hình ảnh cấu tạo của một bản mạch cơ bản, ngoài ra còn có một số thành phần khác như màng che phủ mối hàn, các rãnh và các bờ gồ ghề trên bản mạch để gắn các thiết bị. CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 9 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.1.3.2. Thành phần chủ yếu của bản mạch Trong bản mạch có thể chia ra làm 2 thành phần chính sau: thành phần nhựa và thành phần kim loại. Thành phần nhựa cấu tạo nên tấm bản chiếm sấp xỉ 70% khối lượng của toàn mạch, được tạo ra từ hỗn hợp những hợp chất bao gồm chất độn, nhựa cứng, được tạo ra từ hỗn hợp những hợp chất bao gồm chất độn, nhựa cứng, chất chống cháy các chất màu, chất xúc tác… Thành phần cụ thể như sau: Chất độn (thường là SiO2) Nhựa cứng Chất hóa rắn (đuôi NH2) Chất chống cháy Hợp chất màu Chất xúc tác 200,62-6% 1-10% 0,5% 30% 1,0% Trong bản mạch chứa khoảng gần 28% kim loại trong đó có những kim 65-75% loại không chứa sắt như Cu, Al, Cu… Các thành phần chủ yếu của bản mạch điện tử bao gồm các xấp xỉ như sau: Thành phần kim loại Phần trăm khối lượng Đồng 16 Hợp kim hàn (thiếc và chì) 4 Thành phần sắt và các ferit (từ lõi máy biến thế) 3 Niken 2 Bạc 0,05 Vàng 0,03 Platin 0,01 Các kim loại khác ở lượng vết bao gồm bismut <0,01 Thành phần các kim loại trên chỉ có tính chất tương đối do tính chất phức tạp của nguồn gốc bản mạch ví dụ như từ máy tính, ti vi, điện thoại di dộng hay các thiết bị khác hoặc của các hãng sản xuất ra sản phẩm khác nhau, chúng thay CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 10 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp đổi theo năm và có xu hướng ít đi do công nghệ sản xuất phất triển giúp tiết kiệm nguyên liệu hay yêu cầu bảo vệ môi trường. 1.1.4. Tác động môi trường và sức khỏe của con người trong chất thải điện tử Các thiết bị điện, điện tử chứa những chất khác nhau đòi hỏi sự xử lý tốt trong suốt quá trình thu hồi và tái sinh vật liệu, để ngăn chặn những rủi ro cho người công nhân, cộng đồng và môi trường. 1.1.4.1. Các chất nguy hại trong chất thải điện tử a) Đồng Đồng được sử phổ biến nhất trong bản mạch điện tử. Đồng từ mảnh vỡ điện tử chứa Be, bởi vì tính độc cho sức khỏe của Be nên phải được giữ lại trong thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí. Nếu đồng trong mảnh vỡ điện tử được xay nghiền ra để thu hồi vật liệu thì bụi phải được kiểm soát và giữ lại. Qúa trình xay nghiền có thể giải phóng Be chứa trong bụi. Đồng là vi lượng cần thiết cho con người, không có mối lo ngại nào cho sức khỏe và không có khả năng phân chia như tác nhân gây ung thư. ở nồng độ cao nó có thể gây viêm đường hô hấp và ruột. ở nồng độ rất cao nó có thể làm tổn thương gan và thận. b) Chì Chì thường được tìm thấy trong những linh kiện điện và điện tử, được sử dụng với lượng rất nhỏ, dưới dạng hợp kim Pb-Sn, thành phần liên kết các linh kiện điện tử. Hợp kim Pb-Sn được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện và điện tử. Chì có thể được lấy lại từ chất thải hợp kim, nhưng tái sinh hợp kim Pb-Sn có thể cực kì nguy hiểm bởi vì giải phóng dioxin, Be, As, isocyanat và chì cũng giống vậy. Một lượng nhỏ những hợp chất chì được sử dụng trong một vài phần nhựa, chì vẫn được sử dụng tron PVC bọc kim loại (2-5%) và ứng dụng này của CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 11 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp chì dần không được sử dụng nữa. Chì này không được tái sinh nhưng giải phóng nếu những dây kim loại bị đốt cháy. c) Thiếc Thiếc chiếm một lượng nhỏ trong hợp kim Pb-Sn được sử dụng trong sợi vi mạch. Thiếc vô cơ không đáng lo ngại cho sức khỏe và không có khả năng phân chia như một tác nhân gây ung thư. d) Berili Be được sử dụng để thêm vào hợp kim Cu và Ni (lớn nhất là 2%) là lò xo hoặc công tắc điện. Oxi Beri được sử dụng trong một vài thiết bị điện tử như thiết bị hạ nhiệt. Một lượng nhỏ oxit có thể được tìm thấy trong sự tái sinh hàng điện tử và được quay vòng hoặc giải phóng từ môi trường. Be chứa trong hợp kim Cu-Be (98% Cu, ≤2% Be) được sử dụng ở những điểm hàn nối với sự kim loại bên ngoài và những thiết bị với lượng rất nhỏ. Be chứa trong hợp kim Cu-Be với đặc tính đàn hồi có ích trong các thiết kết nối. Trong quá trình nấu chảy kim loại, Be có thể được giải phóng từ khối lượng bị nấu chảy. e) Cadimi Trong thành phần tấm bản mạch cadimi xuất hiện trong những thành phần như là những điện trở lát mỏng, bộ phận dò hồng ngoại, chất bán dẫn, ngoài ra còn được sử dụng như một chất ổn định trong chất dẻo làm bản mạch… Những hỗn hợp Cadimi và Cadimi tích lũy trong cơ thể con người, đặc biệt trong thận. Cadimi xâm nhập vào cơ thể qua con đường hít thở hoặc ăn uống. Chu kì bán phân hủy của Cadimi là 30 năm vì vậy Cadimi có thể dễ dàng tích lũy lại trong cơ thể đến lượng mà gây ra những triệu chứng sự đầu độc. f) Thủy ngân Trong các tấm bản mạch có chứa một lượng thủy ngân ở bộ phận ngắt mạch. Thủy ngân nhiễm vào cơ thể ở mức cao có thể tác động vào não, thận và có thể chuyển vào tuyến sữa mẹ thông qua đó tác động đến trẻ mới sinh. Nó được lưu trữ trong chất béo của động vật. CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 12 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.1.4.2. Suy giảm sức khỏe và khả năng lao động của con người Rất nhiều người dân trong vùng thu gom, tái chế và chôn lấp CTĐT, đặc biệt là trẻ em và công nhân làm việc tại những cơ sở thu gom, tái chế và chôn lấp CTĐT kém chất lượng đã mắc những bệnh liên quan đến đường hô hấp và bệnh ngoài da, nhiều người khác bị ung thư. Việc đốt các dây dẫn để thu hồi đồng thải vào không khí lượng lớn chất khí độc hại, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 1.1.4.3. Suy thoái chất lượng môi trường Khi CTĐT bị phân rã và biến đổi sau khi tương tác với các thành phần khác của môi trường. Tiêu hủy CTĐT đều giải phóng ra môi trường nhiều hóa chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường đất, nước. Khai thác quá mức các nguồn tài nguyên nhằm sản xuất ra các mặt hàng điện tử khác thế hệ mới thay thế cho những mặt hàng lỗi thời bị thải bỏ. Đồng thời là việc cải tiến thay thế máy móc thiết bị công nghệ sản xuất các mặt hàng điện tử mới. Để làm ra một chiếc PC, con người thải ra môi trường lượng lớn chất thải nặng gấp 10 lần. Mặt khác việc không tận dụng để tái chế các phần có ích còn lại trong CTĐT đã gây lãng phí vật chất và gây tốn kém năng lượng. 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn, bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó nó có được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu tiên được nung chảy từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên được đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hợp kim CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 13 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng 3500 TCN. Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum.Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm. Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina). Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương. Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kg cân nặng. Vị trí trong bảng tuần hoàn - Cấu hình e nguyên tử: 29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1. - Vị trí: ô 29, chu kỳ 4, nhóm IB. - Cấu hình e của các ion: + Cu+: 1s22s22p63s23p63d10 + Cu2+: 1s22s22p63s23p63d9 - Bán kính: + Nguyên tử Cu: 0,128 (nm). + Ion Cu2+: 0,076(nm); Cu+: 0,095 (nm) - Độ âm điện: 1,9 - Năng lượng ion hóa I1, I2: 744; 1956 (KJ/mol) - Thế điện cực chuẩn EoCu2+/Cu: +0,34 (V). CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 14 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.2.1. Tính chất của đồng 1.2.1.1. Tính chất vật lý Đồng có mạng tinh thể lập phương tâm diện, màu đỏ, dẻo, dễ kéo sợi, o 3 dát mỏng. Dẫn điện và nhiệt tốt chỉ kém bạc, toC= 1083 C, D = 8,98 g/cm . 1.2.1.2. Tính chất hóa học Đồng có tính khử yếu: Cu → Cu2++ 2e a) Tác dụng với phi kim: - Với oxi tạo màng CuO bảo vệ: 2Cu + O2 →2CuO o - Ở 800 – 1000 C: CuO + Cu → Cu2O - Với clo: Cu + Cl2 → CuCl2 - Với lưu huỳnh: Cu + S → CuS b) Tác dụng với axit: - Với các axit không có tính oxi hoá mạnh (HCl, H2SO4 loãng) + Cu không phản ứng với các axit không có tính oxi hoá mạnh. + Khi có O2, phản ứng lại xảy ra: 2Cu + 4H+ + O2 → 2Cu2++ 2H2O - Với các axit có tính oxi hoá mạnh (HNO3 và H2SO4 đặc nóng) Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O c) Tác dụng với dung dịch muối Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ Chú ý với muối nitrat trong môi trường axit: + 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 → 3Cu +2NO + 4H2O 1.2.2. Độc tính của đồng Đồng được xem là một trong những nguyên tố cần thiết đối với sự phát CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 15 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp triển của con người, tuy nhiên sự tích tụ đồng với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ thể. Cumings (1948) trích trong WHO (1998) phát hiện đồng thực sự là tác nhân độc. Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trò sinh lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều enzym. Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Các nghiên cứu y học cho thấy khi nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu hiệu mắc bệnh do đồng lắng đọng trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia. Ngược lại khi nồng độ đồng quá thấp, cơ thể phát triển không bình thường, đặc biệt là với trẻ em. (Roberts, 1999) Mọi hợp chất của đồng đều là những chất độc, khoảng 30g CuSO 4 có khả năng gây chết người. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với conngười dao động theo từng nguồn, khoảng 1,5 – 2 mg/l. Lượng đồng đi vào cơ thể người theo đường thức ăn mỗi ngày khoảng 2 – 4 mg/l. 1.2.3. Ứng dụng Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm: - Dây điện. - Que hàn đồng. - Tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa. - Đúc tượng: Ví dụ tượng Nữ thần Tự Do, chứa 8,3 tấn (179.200 pao) đồng hợp kim. - Cuộn từ của nam châm điện. - Động cơ, đặc biệt là các động cơ điện. - Động cơ hơi nước của Watt. - Rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện. - Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lò viba. CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 16 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp - Bộ dẫn sóng cho các bức xạ viba. - Việc sử dụng đồng trong các mạch IC đã trở nên phổ biến hơn để thay thế cho nhôm vì độ dẫn điện cao của nó. - Là một thành phần trong tiền kim loại. - Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán. - Phần lớn các đồ dùng bằng niken trắng dùng ở bàn ăn (dao, nĩa, thìa) có chứa một lượng đồng nhất định. - Trong chế tạo đồ đựng thức ăn bằng bạc (hàm lượng bạc từ 92,5% trở lên), có chứa một số phần trăm đồng. - Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu. Các loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau. - Làm bề mặt tĩnh sinh học trong các bệnh viện hay các bộ phận của tàu thủy để chốnghà. - Các hợp chất, chẳng hạn như dung dịch Fehling, có ứng dụng trong phân tích hóa học. - Đồng (II) Sulfat được sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm sạch nước. 1.2.4. Vai trò sinh học Đồng có trong tất cả các cơ quan trong cơ thể, nhưng nhiều nhất là ở gan. Đồng có nhiều chức năng sinh lý quan trọng chủ yếu cho sự phát triển của cơ thể như: thúc đẩy sự hấp thu và sử dụng sắt để tạo thành Hemoglobin của hồng cầu. Nếu thiếu đồng trao đổi sắt cũng sẽ bị ảnh hưởng, nên sẽ bị thiếu máu và sinh trưởng chậm… Đồng tham gia thành phần cấu tạo của nhiều loại enzim có liên quan chặt chẽ đến quá trình hô hấp của cơ thể. Đồng tham gia vào thành phần của sắc tố màu đen. Nếu thiếu đồng thì da sẽ bị nhợt nhạt, lông mất màu đen… Nhu cầu của cơ thể với đồng ít hơn sắt nhưng không thể thiếu đồng tới hoạt động của hệ thần kinh và các hoạt động khác của cơ thể… CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 17 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÁI CHẾ THU HỒI ĐỒNG TỪ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ Hiện nay có nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý CTĐT. Mặc dù vậy, mỗi công nghệ chỉ có khả năng ứng dụng tốt trong một phạm vi nhất định. Ở nhiều nước tiên tiến, người ta thường xử lý chất thải này bằng cách kết hợp nhiều quy trình công nghệ khác nhau. Thành phần kim loại trong bản mạch rất phức tạp và có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng mẫu. Bản mạch khi thua mua về sau khi gỡ bỏ tháo các linh kiện điện tử còn chứa rất nhiều kim loại có giá trị như đồng, vàng, bạc, platin. Ngoài ra còn có các kim loại nặng khác gây ô nhiễm yêu cầu chúng ta cần được thu hồi và xử lý trước khi thải bỏ ra môi trường. Dưới đây là một số phương pháp tái chế bản mạch đã được sử dụng. 1.3.1. Các phương pháp phân loại và xử lý cơ học Đây là khâu ban đầu không thể thiếu trong quy trình xử lý chất thải. Biện pháp này sẽ làm tăng hiệu quả tái chế và xử lý ở các bước tiếp theo. Các công nghệ dùng để phân loại, xử lý cơ học chất thải bao gồm: cắt, nghiền, sàng, tuyển từ, tuyển khí nén… Ví dụ, các loại chất thải có kích thước lớn và thành phần khác nhau phải được phân loại ngay khi tiếp nhận. Một trong những phương pháp cơ học phổ biến thường được dùng là tuyển trọng lực trên cơ sở dựa vào tỷ khối khác nhau của các thành phần tạo nên bản mạch. Nguyên tắc: Để tách các tấm đồng ra khỏi các tấm sợi thuỷ tinh, có thể tách trọng lực hoặc dùng phương pháp tuyển nổi. Khối lượng riêng của các tấm sợi thuỷ tinh được nung đến 3500oC trong 15 phút là khoảng đến 2,73. Vì khối lượng riêng của đồng kim loại là 8,92, nên việc tách trọng lực có thể thực hiện được. Tuy nhiên lựa chọn một thiết bị phù hợp đòi hỏi các kiểm nghiệm quy mô nhỏ bởi vì sự dễ bong tự nhiên của các sản phẩm. Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp tuyển nổi, sử dụng một lượng nhỏ các chất tạo bọt như dầu thông, creozol hay các chất có cực yếu khác. Mẫu được cho vào thùng khuấy. Một hỗn CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 18 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp hợp được tách ra bao gồm thành phần ơtécti bao gồm 55% khối lượng mảnh đồng và 45% khối lượng các tấm sợi thuỷ tinh, được nghiền vụn trong bình. Phương pháp tách cơ học do không có sự can thiệp của nước hay tác nhân hoá học nào nên sẽ phát sinh khói bụi và tiếng ồn. Vì vậy cần có sự kết hợp các phương pháp và có giải pháp xử lý những vấn đề phát sinh. 1.3.2. Các phương pháp nhiệt luyện Đốt là quá trình oxy hóa chất thải ở nhiệt độ cao. Theo các tài liệu kỹ thuật thì khi thiết kế lò đốt chất thải phải đảm bảo 4 yêu cầu cơ bản: cung cấp đủ oxy cho quá trình nhiệt phân bằng cách đưa vào buồng đốt một lượng không khí dư; khí dư sinh ra trong quá trình cháy phải được duy trì lâu trong lò đốt đủ để đốt cháy hoàn toàn (thông thường ít nhất là 4 giây); nhiệt độ phải đủ cao (thông thường cao hơn 1.0000C); yêu cầu trộn lẫn tốt các khí cháy - xoáy. Để làm giàu các kim loại trong bo mạch điện tử, phương pháp tiền xử lý bao gồm quá trình cơ khí, tách loại, cắt, nghiền nhỏ, tuyển nổi, và quá trình nhiệt. Tuy nhiên hiệu quả không cao, các kim loại quý bị mất do bị cô trong giai đoạn cháy (các phần không kim loại). Các tấm bắt đầu bộc lộ một vài dấu hiệu của sự tách lớp từ nhiệt độ 250oC, nhưng khoảng nhiệt độ tốt nhất để sự tách lớp xảy ra hoàn toàn là 325 đến 350oC và thời gian tại nhiệt đó là 15 đến 30 phút. Khi một mẻ 135g mảnh bản mạch được nung trong lò nung kín ở nhiệt độ 3500C trong 15 phút, khối lượng mất khoảng 18,7%. Bằng cách bóc các tấm đồng từ các tấm sợi thuỷ tinh và tách chúng một cách thủ công, các mảnh đồng chiếm đến 55% khối lượng và các tấm sợi thủy tinh là 45% khối lượng sản phẩm đã nung. Điều này có nghĩa là đồng có trong mẫu bản mạch trước khi đựơc nung là 45%. Công nghệ thiêu đốt có nhiều ưu điểm như khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp nhưng cũng có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra các sản phẩm CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 19 Khoa Công Nghệ Hóa Học Khóa Luận Tốt Nghiệp phụ nguy hiểm. Các sản phẩm làm giàu (tập trung nhiều kim loại) bằng phương pháp nhiệt luyện sẽ được áp dụng rộng rãi bởi các công ty tái chế ở những nước phát triển, nhưng do tính đa dạng của các chất có trong chất thải diện tử nên việc đốt sẽ kèm theo nguy cơ phát sinh và phát tán các chất ô nhiễm và chất độc hại làm ô nhiễm khí quyển. Các nghiên cứu ở các nhà máy thiêu chất thải rắn đô thị cho thấy đồng có trong bản mạch in và dây đóng vai trò chất xúc tác cho tạo thành dioxin khi các chất chống cháy bị đốt. Các chất chống cháy có brominat đó khi phơi ra ở nhiệt độ thấp (600-800 oC) có thể phát sinh dioxin polybrominat (PBDD) và furan (PBDF) cực độc. PVC có thểcó trong chất thải điện tử với lượng lớn là chất ăn món cao khi đốt cháy và cũng tạo thành dioxin. Phương pháp nhiệt luyện còn dẫn đến hao hụt các giá trị của các nguyên tố vết có thể tận thu được khi phân loại và xử lý tách riêng đồng thời tiêu hao một lượng lớn năng lượng. 1.3.3. Các phương pháp thuỷ luyện Phương pháp thuỷ luyện chính là công nghệ xử lý hóa – lý. Công nghệ xử lý hóa - lý là sử dụng các quá trình biến đổi vật lý, hóa học để làm thay đổi tính chất của chất thải nhằm mục đích chính là giảm thiểu khả năng nguy hại của chất thải đối với môi trường. Công nghệ này rất phổ biến để thu hồi, tái chế chất thải. Một số biện pháp hóa - lý thông dụng trong xử lý chất thải như sau: Kết tủa, trung hòa: dựa trên phản ứng tạo sản phẩm kết tủa lắng giữa chất bẩn và hóa chất để tách kết tủa ra khỏi dung dịch. Quá trình này thường được ứng dụng để tách các kim loại nặng trong chất thải lỏng ở dạng hydroxyt kết tủa hoặc muối không tan. Ví dụ như việc tách Cr, Ni trong nước thải mạ điện nhờ phản ứng giữa Ca(OH)2 với các Cr3+ (khử từ Cr6+) và Ni2+ tạo ra kết tủa Cr(OH)3, Ni(OH)2 lắng xuống, lọc tách ra đem xử lý tiếp để trở thành Cr 2O3 và NiSO4 được sử dụng làm bột màu, mạ Ni. Oxy hóa - khử: là quá trình sử dụng các tác nhân oxy hóa - khử để tiến CBHD: Th.S Nguyễn Thị Thoa 20