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

- 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 cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356 i 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.
- HỌC VIÊN Trần Thị Hải Thu Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THU HỒI ĐẤT HIẾM TỪ CHẤT THẢI ĐIỆN, ĐIỆN TỬ.
- Chất thải điện, điện tử và tái chế chất thải điện, điện tử.
- Hiện trạng phát sinh chất thải điện, điện tử trên thế giới và tại Việt Nam.
- Thành phần kim loại đất hiếm trong chất thải điện, điện tử.
- Tình hình tái chế kim loại trong chất thải điện, điện tử.
- Ảnh hưởng của chất thải điện, điện tử đến môi trường và sức khỏe con người.
- Các phƣơng pháp thu hồi kim loại đất hiếm.
- Phương pháp dự kiến thu hồi kim loại từ dung dịch hòa tách.
- 25 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Hóa chất, dụng cụ và trang thiết bị sử dụng.
- Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm.
- 27 II.4.1 Tiền xử lý ổ cứng máy tính.
- Thành phần các bộ phận của ổ cứng máy tính.
- Thành phần kim loại trong bột nam châm đất hiếm.
- 56 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356 v 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 Co-operation 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) Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Lượng chất thải điện tử thải bỏ và tái chế tại Mỹ.
- Lượng thiết bị điện tử sinh hoạt thải bỏ tại Trung Quốc năm 2011.
- Các kim loại có giá trị trong các loại chất thải điện tử.
- Mức tăng trưởng hàng năm của từng loại thiết bị sử dụng nguyên tố đất hiếm trên thế giới hàng.
- Lượng kim loại đất hiếm trung bình có trong thiết bị điện tử.
- Hàm lượng kim loại có trong nam châm đất hiếm.
- Thành phần kim loại chính của bột huỳnh quang.
- Thành phần kim loại và đất hiếm chủ yếu trong loại pin NiMH.
- Phương pháp được ứng dụng để thu hồi đất hiếm hiện nay.
- 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.
- Hàm lượng nguyên tố trong mẫu dung dịch được hòa tách từ nam châm đất hiếm.
- 37 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Lượng chất thải điện, điện tử thống kê tại một số quốc gia năm Hình 1.2.
- Thống kê về chất thải điện tử tại Nhật Bản Hình 1.3 Lượng chất thải điện, điện tử phát sinh và được tái chế tại Mỹ từ năm Hình 1.4.
- Qui trình phân tách, tháo dỡ và khử từ nam châm từ ổ cứng máy tính của hãng Hitachi Hình 1.5.
- Sơ đồ thu hồi kim loại đất hiếm từ pin NiMH bằng hỏa luyện 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 Hình 2.3.
- Sơ đồ hệ thống quy trình hòa tách nam châm đất hiếm Hình 3.1.
- Phần trăm trọng lượng trung bình các bộ phận có trong ổ cứng máy tính thải.
- Hiệu suất hòa tách các kim loại trong nam châm đất hiếm với 2 loại axit trong 10 phút.
- Hiệu suất hòa tách các kim loại trong nam châm đất hiếm với 2 loại axit trong 20 phút.
- Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất hòa tách Hình 3.10.
- Ảnh hưởng của tỉ lệ Rắn:Lỏng đến hiệu suất hòa tách Hình 3.11.
- Kết quả đo XRD mẫu bột sau khi nung nhiệt độ 300C Hình 3.12.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất hòa tách Hình 3.16.
- Sơ đồ công nghệ được đề xuất trong quá trình hòa tách Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356 1 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.
- hợp kim của kim loại.
- 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.
- 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.
- 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 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- 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.
- 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.
- Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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].
- 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).
- 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].
- Lượng chất thải điện tử thải bỏ và tái chế tại Mỹ [34] Loại thiết bị điện tử Lƣợng thiết bị bị thải bỏ (tấn) Lƣợng thiết bị không xử lý (tấn) Lƣợng thiết bị đƣợc tái chế (tấn) Tỉ lệ tái chế Máy tính Màn hình Thiết bị ghi nhớ Bàn phím, chuột 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.
- 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 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- 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.
- Lượng thiết bị điện tử sinh hoạt thải bỏ tại Trung Quốc năm 2011 [8.
- triu thit b Nguồn TVs Tủ lạnh Máy giặt Máy điều hòa Máy tính 1.
- Yang et a Trung bình Trọng lượng trung bình (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.
- 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 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 Đề tài “Nghiên cu u thu hi kim lot him trong  cng máy tính th.
- Học viên: Trần Thị Hải Thu – CB140356 7 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 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.
- 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).
- Các kim loại có giá trị trong các loại chất thải điện tử [15] Loại chất thải % khối lƣợng Ppm Fe Cu Al Pb Ni Ag Au Pd Điện thoại di động Thiết bị âm thanh Đầu DVD Máy tính xách tay Tivi (đã tách CRTs

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt