- 41.1 Giới thiệu chung về chất thải điện tử. - 41.1.1 Định nghĩa về chất thải điện tử (E-Waste). - 41.1.2 Thành phần vật chất của chất thải điện tử. - 81.2 Giới thiệu về bản mạch điện tử. - 81.2.1 Cấu tạo của bản mạch điện tử. - 111.2.2 Thành phần chủ yếu của bản mạch. - 121.3 Tác động môi trường và sức khỏe của chất thải điện tử. - 121.3.1 Các chất nguy hại trong chất thải điện tử. - 201.5 Các phương pháp tái chế, thu hồi nguyên liệu từ bản mạch. - 372.4.2 Phân tích thành phần các kim loại bằng phương pháp ICP - MS. - 383.1 Khảo sát một số đặc tính của bản mạch điện tử. - 383.1.1 Khảo sát thành phần kim loại của bản mạch. - 523.5 Thử nghiệm thiết bị thu hồi đồng từ bản mạch điện tử. - 563.5.3 Kết quả thử nghiệm thu hồi Cu kim loại. - Sự gia tăng nhanh chóng của lượng chất thải từ các thiết bị điện, điện tử trong vài năm gần đây đang được các nhà Khoa học cũng như kinh tế trên thế giới quan tâm đặc biệt. - Các thiết bị điện, điện tử là những vật dụng hữu ích phục vụ cuộc sống con người, nhưng khi thải bỏ lại là chất thải nguy hại cần phải có biện pháp xử lý đặc biệt. - Ở Việt Nam, Bộ Tài nguyên môi trường đang được thủ tướng giao soạn thảo quyết định về trách nhiệm của các nhà sản xuất, nhập khẩu, phân phối và tiêu dùng phải thu gom, xử lý các thiết bị điện tử hỏng, hết hạn sử dụng.. - Bản mạch là một bộ phận thiết yếu trong thiết bị điện, điện tử có chứa lượng lớn kim loại có giá trị. - Ước tính khoảng 50.000 tấn bản mạch điện tử được sản xuất mỗi năm ở Anh và chỉ 15% được thu hồi, còn lại 85% được chôn lấp.. - Đồng là kim loại chiếm tỉ lệ lớn nhất trong tổng số kim loại có trong bản mạch và ứng dụng nhiều trong đời sống. - Do vậy, việc thu hồi Cu trong bản mạch thải bỏ không chỉ có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn có giá trị kinh tế và bảo vệ tài nguyên. - Chính vì vậy, trong luận văn này chúng tôi đi sâu vào tìm hiểu và bước đầu “Nghiên cứu qui trình công nghệ xử lý, thu hồi Cu từ bản mạch điện tử thải bỏ”.. - 1.1 Giới thiệu chung về chất thải điện tử [1, 12]. - 1.1.1 Định nghĩa về chất thải điện tử (E-Waste) Hiện nay vẫn chưa có một định nghĩa chính xác nào về chất thải điện tử do tính đa dạng và phức tạp của các sản phầm điện tử. - Mỗi quốc gia có định nghĩa và giải thích riêng về chất thải điện tử. - 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 hơn 1000 chất khác nhau, trong đó có nhiều chất độc hại như : chì, thuỷ ngân, asen, cadmium, selennium, chất chống cháy có khả năng tạo ra dioxin khi cháy. - 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 hơn 50% tổng lượng chất thải điện và điện tử. - chiếm xấp xỉ 13% tổng trọng lượng chất thải điện và điện tử.. - 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 độc hại trong rác thải điện, điện tử Chất độc hại. - Chất chống cháy cho nhựa (nhựa chịu nhiệt, cáp cách điện) TBBA được dùng rộng rãi trong chất chống bắt lửa của bản mạch máy in và phủ lên các bộ phận khác. - Màn hình CRT, pin, bản mạch máy in. - 1.2 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 mạch điện, những điện trở và đầu nối.. - 1.2.1 Cấu tạo của bản mạch điện tử Bản mạch điện tử trong tiếng anh là motherboard hay main board, logic board, systemboard gọi chung là printed circuit board (PCB). - Bản mạch điện tử là bản mạch in có chứa các linh kiện điện tử ngoài ra còn có đế cắm, khe cắm các bo mạch mở rộng khác. - Bản mạch bao gồm một tấm bản thành phần chủ yếu là nhựa cứng trên đó được phủ đồng và gắn các thành phần khác.Có một vài 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 thuỷ tinh và nhựa epoxy), FR-5 (lưới thuỷ tinh và nhựa epoxy)… Phần bản mạch bao gồm các tấm đồng được dát mỏng (loại 142g đồng/30.5 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:. - 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 xung sẽ dính chặt 2 lớp đồng bên trên và bên dưới vào. - Hình 5: 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 3 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 7: Mô tả lớp hợp kim hàn trên bản mạch 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.. - 1.2.2 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. - Trong bản mạch chứa khoảng gần 28% kim loại trong đó có những kim loại không chưa sắt như Cu, Al, Sn… Độ thuần khiết của các kim loại này cao hơn 10 lần thành phần của chúng trong các quặng khoáng vật thu được từ tự nhiên. - Các thành phần chủ yếu của bản mạch điện tử bao gồm các xấp xỉ như sau:. - Bảng 3: Thành phần kim loại Thành phần kim loại. - 0.01 Các kim loại khác ở lượng vết bao gồm bismut…. - Lưu ý là 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 động hay các thiết bị khác hoặc của các hãng sản xuất ra sản phẩm khác nhau, chúng thay đổi theo năm và có xu hướng ít đi do công nghệ sản xuất phát triển giúp tiết kiệm nguyên liệu hay yêu cầu bảo vệ môi trường.. - 1.3 Tác động môi trường và sức khỏe của 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. - 1.3.1 Các chất nguy hại trong chất thải điện tử [13]. - 1.3.1.1 Đồng Đồng được sử dụng phổ biến nhất trong các bản mạch điện tử. - Đồng từ mảnh vỡ điện tử chứa Be, bởi vì tính độc cho sức khỏe của Be nên phải được giữa 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 giữa lại. - 1.3.1.2 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. - Oxit 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. - 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 xử dụng như một chất ổn định trong chất dẻo làm bản mạch...Những hỗn hợp Cadimi và Cadimi tích lũy trong cơ thể con ngừời, đặc biệt trong thận. - Trong các tấm bản mạch có chứa một lượng thuỷ ngân ở bộ phận ngắt mạch. - 1.3.1.7 Chất chống cháy trong phần nhựa (Brominated Flame Retardants) Trong các sản phẩm điện, điện tử các hợp chất chống cháy được sử dụng rất phổ biến. - Đây chỉ là hai trong số rất nhiều các hợp chất chống cháy được tìm thấy trong thành phần nhựa của các sản phẩm điện, điện tử. - Một số chất chống cháy được tìm thấy trong các bản mạch như là: 2,4-Dibromophenol, 2,6-Dibromophenol, Triphenylphosphate, o-Cresylphosphate, m-Cresylphosphate, Tetrabromobisphenol.. - Việc sử dụng axit đậm đặc (nước cường thủy) để thu hồi vàng trong các linh kiện điện tử là rất nguy hại. - Đồng thời là việc cải tiến và thay thế máy móc thiết bị công nghệ sản xuất các mặt hàng điện tử mới. - 1.5 Các phương pháp tái chế, thu hồi nguyên liệu từ bản mạch . - 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. - Dưới đây là một số phương pháp tái chế bản mạch đã được sử dụng.. - 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. - Nhiều tác giả đã tổng hợp tình hình tái chế chất thải điện và điện tử ở Hàn Quốc hiện nay. - Đặc biệt là việc tái chế các kim loại quý từ chất thải bản mạch điện tử. - 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%. - Điều này có nghĩa là đồng có trong mẫu bản mạch trước khi đựơc nung là 45%.. - PVC có thể có trong chất thải điện tử với lượng lớn là chất ăn món cao khi đốt cháy và cũng tạo thành dioxin. - Trong nghiên cứu này, Cu, Ag, Au được hoà tan chọn lọc từ bản mạch in điện tử thải của máy tính xách tay có chứa vàng vào trong dung dịch. - Bản mạch được nghiền nhỏ, tách sắt bằng nam châm. - Hình 10: Sơ đồ khối quá trình Ngâm chiết tách kim loại.. - Quá trình điện phân được tiến hành trong môi trường axit sunfuric, 500g bản mạch có kích thước xấp xỉ 5.1 cm chiều dài và 2.55 cm chiều rộng được cho thùng điện phân làm bằng thép không rỉ có màn chắn trong môi trường axit sunfuric loãng nồng độ 1M, natri sunfat bổ xung có nồng độ 0.25M. - Nhóm các tác giả của trường Đại học Bách khoa cũng tiến hành thu hồi đồng theo phương pháp điện hóa sử dụng phần rắn là bản mạch kim loại có kích cỡ hạt dưới 1mm, hóa chất là dung dịch điện phân ammoniacat đồng 5.0M, đồng sunfat 180g/l H2SO4. - Các kết quả hoạt động chỉ ra rằng hiệu suất thu hồi kim loại đồng từ bản mạch điện thoại có thể đạt 90-95%, hiệu suất cường độ dòng điện theo đồng là khoảng 90-100%.. - Để đạt được hiệu quả thu hồi các kim loại cao, người ta thường kết hợp nhiều phương pháp. - Nhóm các nhà nghiên cứu của Đại học Newcastle, UK đã nghiên cứu quá trình kết hợp hoà tan chọn lọc và điện phân để thu hồi Cu, Pb, Sn từ bản mạch điện tử. - Bản mạch được nghiền nhỏ và hoà tan trong dung dịch nghiên cứu. - Cu, Pb trong bản mạch sẽ được hoà tan còn Sn được kết tủa dưới dạng axit metastannic H2SnO3 khi sử dụng axit ở nồng độ trên 4M. - Phần dung dịch chứa Cu, Pb được tiến hành điện phân để thu đồng, chì kim loại. - 2.1 Mục tiêu và nội dung Trên cơ sở hiểu biết một cách đầy đủ về đặc tính, các phương pháp xử lý thu hồi kim loại từ chất thải điện tử chúng tôi xây dựng quy trình công nghệ thu hồi kim loại Cu từ bản mạch điện tử thải bỏ phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật môi trường Việt Nam. - Tìm hiểu phân loại, tuyển tách cách thành phần bản mạch. - Mẫu được dùng trong nghiên cứu là bản mạch cũ hỏng thải bỏ được thu gom tại thôn Bùi Dâu - Mỹ Hào - Hưng Yên.. - Bản mạch điện tử thường chứa nhựa epoxy, Cu, Ni, Fe, Al, và một số kim loại quý như Au, Ag… Những vật liệu này, kim loại và các thiết bị điện được gắn lên tấm bản mạch bởi hợp kim Pb-Sn.. - Bản mạch có gắn rất nhiều các linh kiện điện và điện tử nên cần được tách bóc sơ bộ. - Hình 13: Sơ đồ phân loại các thành phần của bản mạch. - Tấm bản mạch sau khi tách bóc gồm có: tấm nhựa, lớp đồng, các mối hàn là hợp kim Pb-Sn và các kim loại khác nữa.. - Đối tượng nghiên cứu của chúng tôi là các tấm bản mạch cũ hỏng thải bỏ sau khi đã được tách bóc.. - Bản mạch sau khi được tách bóc trải qua các quá trình tiền xử lý như sau: 1: Cắt nhỏ bản mạch thải bỏ bằng kìm cắt 2: Nghiền nhỏ bản mạch bằng máy nghiền bi tại phòng thí nghiệm Vật liệu vô cơ của khoa Hoá học- trường ĐHKHTN 3: Phân loại bằng cách tuyển qua rây thu 3 phân đoạn: kích thước >1mm