استفاده از طراحی آزمایش ها برای بررسی قابلیت لیچینگ مس موجود در تخته مدارهای چاپی در محیط سولفاته

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد فرآوری موادمعدنی، دانشگاه لرستان، خرم آباد

2 استادیار، گروه معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم آباد

چکیده

تولید ضایعات الکترونیکی با پیشرفت تکنولوژی رو به افزایش است. این پسماندها حاوی فلزات با ارزش از قبیل طلا، نقره و پلاتین علاوه بر فلزات پایه از قبیل مس، سرب، نیکل، آهن و روی­ اند، بنابراین بازیابی فلزات با ارزش و پایه از جنبه اقتصادی و زیست ­محیطی مهم است. فلزات پایه از قبیل مس و روی در فرآیند سیانوراسیون، مصرف یون سیانید را افزایش می­ دهند که این امر باعث افزایش هزینه فرآیند سیانوراسیون خواهد شد به همین منظور در این تحقیق سعی شده است قبل از فرآیند سیانوراسیون، انحلال فلزات پایه به­ وسیله اسید سولفوریک و پراکسید هیدروژن به عنوان عوامل لیچینگ و اکسید­کننده به ترتیب، مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا از طراحی آزمایش به روش فاکتوریل کسری برای بررسی و بهینه ­سازی پارامترهای تاثیرگذار در لیچینگ شامل: غلظت اسید سولفوریک، نسبت اسید به اکسید­کننده، دما، زمان و درصد جامد پالپ استفاده شد. مدل ریاضی ارایه شده به ­وسیله نرم افزار برای بازیابی لیچ مس دارای ضریب همبستگی بالا (99/6 درصد) است، همچنین نتایج نشان دادند که افزایش غلظت اسید سولفوریک و کاهش نسبت اسید به اکسید­کننده و درصد جامد پالپ باعث افزایش بازیابی لیچینگ مس می­­ شود و بیشترین تاثیر را در بازیابی دارند. افزایش دما و زمان کمترین تاثیر را در بازیابی مس داشتند و تاثیر آن­ ها منفی بود. در نهایت بیشترین بازیابی لیچینگ مس به میزان 97/1 درصد تحت شرایط بهینه دما 50 درجه سانتی ­گراد، زمان 4 ساعت و 35 دقیقه، درصد جامد پالپ 5 درصد، غلظت اسید سولفوریک 4 مولار و نسبت اسید به اکسید­کننده 4 به دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Using of designing experiments to evaluate the capability of copper leaching in printed circuit boards at the sulfate solution

نویسندگان [English]

  • Sh. Aghababaei 1
  • S.M. Seyyed Alizadeh Ganji 2
  • M. Hayati 2
1 M.Sc, Mineral Processing, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorram Abad, Lorestan
2 Assistant Professor, Dept. of Mining, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorram Abad, Lorestan
چکیده [English]

Electronic waste production is increasing in modern technology. These wastes contain precious metals such as gold, silver and platinum in addition to basic metals such as copper, lead, nickel and zinc. Therefore, recovery of precious basic metals is important from economic and environmental point of view. The presence of base metals such as copper and zinc in the process of Cyanidation increase the use of cyanide ion, which will increase the cost of the Cyanidation process. For this purpose, in this research, the Solubility of the base metals by sulfuric acid and hydrogen peroxide has been tried as a leaching and oxidizing agent, before the process of Cyanidation, respectively. In this regard, the design of the experiment was carried out using a fractional factorial method to investigate and optimize the parameters affecting the leaching, including concentration of sulfuric acid, acid / oxidizing ratio, temperature, time, and solid pulp percentages. In this research, the proposed mathematical model for copper recovery by leaching presents a high correlation coefficient. Also, the results showed that increasing the concentration of sulfuric acid and decreasing the acid-oxidizing ratio and the percentage of solid pulp would increase the recovery of copper leached and have the greatest effect on recovery. Increasing temperature and time had the least impact on copper recovery, and their effect was negative. Finally, the maximum recovery of copper by leaching was found to be 97.1% under the optimum conditions of 50 ° C, 4 hours and 35 minutes, solid pulp 5%, sulfuric acid concentration 4 mol and acid / oxidation ratio 4.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Printed circuit board
  • Copper leaching
  • Sulfuric acid
  • Hydrogen peroxide
  • Optimization
[1]     Tian, G., Chu, J., Hu, H., and Li, H. (2014). “Technology innovation system and its integrated structure for automotive components remanufacturing industry development in China”. Journal of Cleaner Production, 85(15): 419-432.

[2]     Kumar, M., Lee, J., Kim, M. S., Jeong, J., and Yoo, K. (2014). “Leaching of metals from waste printed circuit boards (WPCBs) using sulfuric and nitric acids”. Engineering Management Journal, 13(10): 2601-2607.

[3]     Li, G. C., and Lu, J. Y. (2010). “Experimental study on gold leaching with sodium hypochlorite-iodide”. Mining & Metallurgical Engineering, 30(1): 44–46.

[4]     Xu, Q., Chen, D. H., Chen, L., and Huang, M. H. (2009). “Iodine leaching process for recovery of gold from waste PCB”. Chinese Journal of Environmental Engineering, 3(5): 911–914.

[5]     Barbieri, L., Giovanardi, R., Lancellotti, I., and Michelazzi, M. (2010). “A new environmentally friendly process for the recovery of gold from electronic waste”. Environmental Chemistry Letters, 8: 171-178.

[6]     Jadhav, U., Su, C., and Hocheng, H. (2016). “Leaching of metals from large pieces of printed circuit boards using citric acid and hydrogen peroxide”. Environmental Science and Pollution Research International, 23(23): 24384–24392.

[7]     Zeng, X. L., Yang, C. R., Chiang, J. F., and Li, J. H. (2017). “Innovating e-waste management: From macroscopic to microscopic scales”. Science of the Total Environment, 575: 1–5.

[8]     Tan, Q. Y., Dong, Q. Y., Liu, L. L., Song, Q. B., Liang, Y. Y., and Li, J. H. (2017). “Potential recycling availability and capacity assessment on typical metals in waste mobile phones: A current research study in China”. Journal of Cleaner Production, 148: 509–517.

[9]     Liu, X., Tan, Q., Li, Y., Xu, Z., and Chen, M. (2017). “Copper recovery from waste printed circuit boards concentrated metal scraps by electrolysis, Front”. Environmental Science & Engineering, 11(5): 10-17.

[10]   Yazici, E. Y., and Deveci, H. (2013). “Extraction of metals from waste printed circuit boards (WPCBs) in H2SO4–CuSO4–NaCl solutions”. Hydrometallurgy, 139: 30–38.

[11]   Quinet, P., Proost, J., and Van Lierde, A. (2005). “Recovery of precious metals from electronic scrap by hydrometallurgical processing routes”. Minerals Metallurgical Process, 22: 17–22.

[12]   Marsden, J. O., and House, C. I. (2006). “The Chemistry of Gold Extraction”. second ed. Society for Mining, Metallurgy and Exploration Inc., Littleton, Colorado, pp. 651.

[13]   Montero, R, Guevara, A., and De la Torre, E. (2012). “Recovery of gold, silver, copper and niobium from printed circuit boards using the column leaching technique”. Journal of Earth Science and Engineering, 2: 590-595.

[14]   Ghosh B., Ghosh M. K., Parhi P., Mukherjee P. S., and Mishra B. K. (2015).“Waste Printed Circuit Boards Recycling: An Extensive Assessment of Current Status”. Journal of Cleaner Production, 94: 5-19.

[15]   Canal Marques, A., Cabrera, J. -M.,  and Malfatti, C. D. F. (2013). “Printed circuit boards: a review on the perspective of sustainability”. Journal of Environmental Management, 131: 298–306.

[16]  سرور، م.؛ 1391؛"طراحی فرآیند بازیافت مس و فلزات گرانبها از مدارهای چاپی". پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، ص 48.

[17]   Silvas, F. P. C. (2015). “Jiménez Correa M.M, Caldas M.P.K., de Moraes V.T. . Espinosa, D.C.R, Tenório J.A.S., Printed circuit board recycling: Physical processing and copper extraction by selective leaching”. Waste Management, 46: 503-510.

[18]   Ni, K., Lu, Y., Wang, T., Kannan, K., Gosens, J., Xu, L., and Liu, S. (2013). “A review of human exposure to polybrominateddiphenyl ethers (PBDEs) in China”. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 216(6): 607-623.

[19]   Zhou, P., Zheng, Z., and Tie, J. (2005). “Technological process for extracting gold, silver and palladium from electronic industry waste”. Chinese Patent, CN1603432A (C22B 11/00).

[20]   Yang, H., Liu, J., and Yang, J. (2011). “Leaching copper from shredded particles of waste printed circuit boards”. Journal of Hazardous Materials, 187(1): 393-400.

[21]   Kogan, V. (2006). “Process for the recovery of precious metals from electronic scrap by hydrometallurgical technique”. International Patent, WO/2006/013568 (C22B 11/00), WIP Organization.

[22]   Sharma, A. K., Sharma, S., Bagdi, U., and Gautam, P. (2017). “Copper extraction from the discarded printed circuit board by leaching”. International Journal of Advanced Research (IJAR), 3(3): 634-637.

[23]   Dos Santos, F., de Souza, C., Peixoto, R., and da Rocha, P. (2011). “Copper extraction fromelectronic scraps by an oxidative acid leaching process”. 6th International Seminar on Cooper Hydrometallurgy, 6-8 July, Chile, 6-16.

[24]  ذوالفقاری، س.؛ 1388؛"بازیابی طلا از قراضههای الکترونیکی و مدارهای چاپی اسقاطی به روش هیدرومتالورژی". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مواد، ص 33.

[25]  بهبودی، س.؛ 1388؛"بازیابی نقره از قراضههای الکترونیکی و مدارهای چاپی اسقاطی به روش هیدرومتالورژی". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مواد، ص 29.

[26]  زارعی، م.؛ 1387؛"بازیابی مس از دور ریزهای صفحات مدارچاپی کامپیوتر". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مواد، ص 33.

[27]  ناصری جدا، ن.؛ 1391؛"بازیابی فلزات از قراضههای الکترونیکی". پایان ‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، دانشکده مواد، ص 66.

[28]   Behnamfard, A., Salarirad, M. M., and Veglio, F. (2013). “Process development for recovery of copper and precious metals from waste printed circuit boards with emphasize on palladium and gold leaching and precipitation”Waste Management33(11): 2354-2363.

[29]   Long Le, H, Jeong, J., Lee, J. C., Pandey, B. D., Yoo, J. M., and Huyunh, T. H. (2011). “Hydrometallurgical process for copper recovery from waste printed circuit boards (PCBs)”. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 32: 9-18.

[30]   Birloaga, I., De Michelis, I., Ferella, F., Buzatu,M., and Vegliò, F., (2013). “Study on the influence of various factors in the hydrometallurgical processing of waste printed circuit boards for copper and gold recovery”. Waste Management, 33: 935-941.

[31]   Deveci, H., Yazıcı, E. Y., Aydın, U., and Akçil, A. U. (2010). “Extraction of copper from scrap TV boards by sulphuric acid leaching under oxidising conditions”. Paper No.: 045, Going Green-CARE INNOVATION, Vienna, Austria, 60-68.

[32]   Deveci, H., Yazıcı, E.Y., Aydın, U., Yazıcı, R., and Akcil, A. (2010). “Extraction of copper from scrap TV boards by sulphuric acid leaching under oxidising conditions”. In: Proceedings of Going Green-CARE INNOVATION 2010 Conference, 8–11 November, Vienna, Austria, 45-55.

[33]   Montgomery, D. (2001). “Design and Analysis of Experiments”. 8th Edition, New York City: John Willy & Sons, 101-105.

[34]   Anderson, M. J., and Whitcomb, P. J. (2007). “DOE Simplified:“Practical Tools for Effective Experimentation”. Second Edition, New York City: Productivity Press, 147-160.

[35]  Gates, W. J. (1998). “The Decommissioning of the Haddam Neck Nuclear Plant”. Nuclear Plant Journal, 16(4): 55-65.

[36]  Kumar, M., Lee, J. C., Kim, M. S., Jeong, J., and Yoo, K. (2014). “Leaching of metals from waste printed circuit boards using sulfuric and nitric acid”. Environmental Engineering and Management Journal, 10: 2601-2607