BÁO CÁO TÁI SINH VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

Hình 5 - 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 tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TÁI SINH VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

TÁI CHẾ BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ

Họ và tên sinh viên:

Trần Ngọc Thảo

Võ Lương NghiNăng Xuân QuangNguyễn Quốc ThắngNguyễn Ngọc Thúy Hà

Tháng 11/2012

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 4

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 4

1.2 MỤC TIÊU 5

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 5

CHƯƠNG 2 6

2.1 KHÁI QUÁT BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ 6

2.1.1 Cấu tạo 6

2.1.2 Thành phần 7

2.1.3 Thành phần tiêu biểu 8

2.1.3.1 Đồng 8

2.1.3.2 Vàng 9

2.1.3.3 Bạc 10

2.1.3.4 Palladium 11

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CHẾ 12

2.2.1 Phương pháp phân loại và xử lý cơ học 12

2.2.2 Phương pháp nhiệt luyện 13

2.2.3 Phương pháp thủy luyện 14

2.2.4 Phương pháp điện phân 14

2.2.5 Phương pháp sinh học 15

CHƯƠNG 3 16

3.1 QUÁ TRÌNH CHIẾT ĐỒNG BẰNG VI SINH VẬT 16

3.1.1 Mẫu 16

3.1.2 Tác nhân 16

3.1.3 Phương pháp 16

3.1.4 Kết luận 16

3.2 THỦY LUYỆN ĐỒNG 17

3.2.1 Mẫu 17

3.2.2 Tác nhân 17

3.2.3 Phương pháp 17

3.2.4 Kết luận 17

3.3 QUY TRÌNH THU HỒI ĐỒNG, VÀNG, BẠC, PALLADIUM 17

3.3.1 Mẫu 17

3.3.2 Phương pháp 18

3.3.3 Kết luận 18

CHƯƠNG 4 20

4.1 ĐỀ XUẤT 20

4.2 KIẾN THỨC 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Theo Cơ quan môi trường châu Âu (EEA), lượng rác điện tử thải ra trên thế giới

là khoảng 40 triệu tấn/năm và loại rác thải này tăng nhanh gấp 3 lần so với các loại ráckhác Một trong những lý do là lượng tiêu thụ loại sản phẩm này liên tục gia tăng, đặcbiệt là ở các nước đông dân và đang phát triển nhanh như Trung Quốc và Ấn Độ.Theo tổ chức Greenpeace, năm 2008, số lượng người sử dụng điện thoại di động(ĐTDĐ) trên thế giới đạt 2 tỷ, trong đó chỉ riêng ở Trung Quốc, số máy ĐTDĐ mớibán ra đã lên đến… 150 triệu chiếc Số các loại sản phẩm điện tử khác như máy vitính, ti vi, máy chơi điện tử… bán ra cũng tăng từ 10% - 400% mỗi năm Đến năm

2010, trong tổng số 710 triệu máy tính mới sản xuất trên thế giới, 178 triệu là ở TrungQuốc và 80 triệu ở Ấn Độ Ngoài ra, do công nghệ thay đổi liên tục, vòng đời của cácthiết bị điện tử sẽ ngắn hơn, vì thế, rác thải điện tử sẽ nhiều hơn Chẳng hạn, theochương trình môi trường của Liên Hợp Quốc (UNEP), vòng đời của một chiếc máytính đã giảm từ 6 năm (năm 1997) còn 2 năm (năm 2005), còn vòng đời của một chiếcĐTDĐ là dưới 2 năm

Chỉ riêng ở Mỹ, đã có khoảng 500 triệu máy tính cũ, trong đó chỉ khoảng 10%máy tính cũ được tái chế Tỷ lệ tái chế máy tính trên thế giới không vượt quá 9%

Ở châu Âu, hiện vẫn còn hơn 6 triệu tấn rác thải điện tử chưa được tái chế

Tại Mỹ Latin, theo số liệu của Viện Sinh thái quốc gia Mexico, 80% rác điện tử ởcác nước Mỹ Latin được bỏ ở các bãi rác hoặc chất gom tại nhà, cơ quan, xí nghiệp,15% được thu gom theo chương trình tái chế, 20% được tái sử dụng và chỉ có 1%được cấp chứng chỉ về xử lý ô nhiễm môi trường

Vấn đề rác thải điện tử hiện đã đến mức báo động vì lượng rác quá lớn được thải

ra mỗi ngày trên thế giới và gây ảnh hưởng đến môi trường sống – kim loại nặng – yếu

tố kinh tế - nguồn tài nguyên – và nhiều hệ lụy xã hội khác Vì vậy cần có những biệnpháp thích hợp nhằm giảm lượng rác thải điện tử ra môi trường và một trong số đó làthu hồi nguồn rác thải điện tử

1.2 MỤC TIÊU

 Biết được các phương pháp tái chế

 Tìm hiểu các phương pháp tái chế

 Nắm được quy trình thu hồi một số kim loại quý

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

 Phương pháp phân tích xử lý số liệu

 Phương pháp sưu tầm, thống kê

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 KHÁI QUÁT BẢN MẠCH ĐIỆN TỬ

2.1.1 Cấu tạo

Bản mạch điện tử trong tiếng anh là Motherboard hay Main board, logic board,Systemboard gọi chung là printed circuit board (PCB) Một board mạch in hoặc PCBmáy móc được sử dụng để hỗ trợ kết nối điện tử và linh kiện điện tử bằng cách sửdụng con đường dẫn, hoặc dấu vết, khắc từ tấm đồng tráng lên một chất nền không dẫnđiện Bản mạch điện tử là bản mạch in có chứa các linh kiện điện tử ngoài ra còn có đếcắm, khe cắm các bo mạch mở rộng khác Bản mạch bao gồm một tấm bản thành phầnchủ yếu là nhựa cứng trên đó được phủ đồng và gắn các thành phần khác Có một vàichất cách điện khác nhau mà có thể được chọn để cung cấp cho cách ly các giá trị khácnhau tùy thuộc vào yêu cầu của mạch Những vật liệu cách điện được sử dụng trongcông 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 142 g 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 inc để chống axit và dễ hàn Hình dưới cấu tạo cơ bản của mộtbản mạch

Hình 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 hợpđược đặt giữa tạo thành lõi cách điện, có chất dính bổ xung sẽ dính chặt 2 lớp đồngbên trên và bên dưới vào Hình dưới là hình ảnh các lớp nhựa

Hình 2 - Cấu tạo lớp lõi

Lá đồng là một tấm bản mỏng được đặt trên bề mặt nhựa và được bám chắc vàobằng chất dính

Hình 3 - Lớp đồng

Để bảo vệ đồng chống lại các tác động của môi trường người ta phủ lên lá đồngmột lớp bọc đồng mỏng bằng thuỷ tinh có tác dụng bao bọc và bảo vệ lớp đồng bêntrong

Hình 4 - 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 ta thấy trên bản mạch có vô số các mối hàn đượctạo bởi các hợp kim hàn gồm (40% chì, 60% thiếc) màu sáng bạc

Hình 5 - 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 bảnmạch để gắn các thiết bị

2.1.2 Thành phần

Trong bản mạch có thể chia ra làm 2 thành phần chính sau: thành phần nhựa vàthành phần kim loại

Thành phần nhựa cấu tạo nên tấm bản chiếm xấp xỉ 70% khối lượng của toànmạch, được tạo ra từ hỗn hợp những hợp chất bao gồm chất độn, nhựa cứng, chấtchống cháy các chất màu, chất xúc tác … Thành phần cụ thể như sau:

Các kim loại khác ở lượng vết bao gồm bismut… < 0.01

Lưu ý là thành phần các kim loại trên chỉ có tính chất tương đối do tính chất phứctạp của nguồn gốc bản mạch ví dụ như từ máy tính, ti vi, điện thoại di động hay cácthiết bị khác hoặc của các hãng sản xuất ra sản phẩm khác nhau, chúng thay đổi theonăm và có xu hướng ít đi do công nghệ sản xuất phát triển giúp tiết kiệm nguyên liệuhay yêu cầu bảo vệ môi trường

2.1.3 Thành phần tiêu biểu

2.1.3.1 Đồng

Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và sốnguyên tử bằng 29 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồngnguyên chất mềm và dễ uốn, bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Nó được sử dụng làmchất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiềukim loại khác nhau

Ứng đụng trong điên tử

Dây điện, cuộn từ của nam châm điện, rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảngmạch và các chuyển mạch điện Việc sử dụng đồng trong các mạch IC đã trở nên phổbiến hơn để thay thế cho nhôm vì độ dẫn điện cao của nó.

Độc tố

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 thểgây viêm đường hô hấp và ruột Ở nồng độ rất cao nó có thể làm tổn thương gan vàthận

Giới hạn của đồng trhong nước uống là 1,3 ppm Trong khói là 0,1 mg/m3 và bụi

là 1 mg/m3 trong khu vực làm việc 8 h/ngày và 40 h/tuần

2.1.3.2 Vàng

Vàng là tên nguyên tố hoá học có kí hiệu Au (L Aurahum) và số nguyên tử 79trong bảng tuần hoàn Là kim loại chuyển tiếp (hoá trị 3 và 1) mềm, dễ uốn, dễ dátmỏng, màu vàng và chiếu sáng, vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưnglại chịu tác dụng của nước cường toan (aqua regia) để tạo thành axít cloroauric cũngnhư chịu tác động của dung dịch xyanua của các kim loại kiềm Kim loại này có ởdạng quặng hoặc hạt trong đá và trong các mỏ bồi tích và là một trong số kim loại đúctiền

Dù vàng là một kim loại quý, nó hình thành nhiều hợp chất Số oxi hóa của vàngtrong các hợp chất của nó thay đổi từ −1 đến +5, nhưng Au(I) và Au(III) là hoá hợpphổ biến nhất Au(I), thường được gọi là aurous ion, là tình trạng ôxi hoá phổ biếnnhất với cácligand mềm như các thioether, thiolate, và phosphine ba Các hợp chấtAu(I) đặc trưng linear Một ví dụ điển hình là Au(CN)2−, là hình thức hoà tan của vàngtrong khai mỏ Đáng ngạc nhiên, các phức hợp nước khá hiếm Các vàng halogen hai,như AuCl, tạo nên các dãy polyme zíc zắc, một lần nữa thể hiện sự phối hợp dãy tại

Au Đa số thuốc dựa trên vàng là các dẫn xuất Au(I)

Ứng dụng trong điện tử

Sự tập trung các electron tự do trong kim loại vàng là 5.90×1022 cm−3 Vàng cótính dẫn điện rất cao và đã được dùng làm dây dẫn điện trong một số thiết bị tiêu thụnhiều điện năng (bạc thậm chí có độ dẫn điện trên thể tích cao hơn, nhưng vàng có ưuđiểm chống ăn mòn) Ví dụ: các dây dẫn điện bằng vàng đã được sử dụng trong một sốthực nghiệm nguyên tử thuộc Dự án Manhattan, nhưng những dây dẫn bạc dòng lớncũng được sử dụng trong các nam châm tách đồng vị calutron của dự án này

Dù vàng bị chlorine tự do tấn công, tính dẫn điện tốt của nó và khả năng chốngôxi hoá và ăn mòn nói chung trong các môi trường khác (gồm cả khả năng kháng axítkhông chlorine) đã khiến nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử bởi chỉ

một lớp phủ vàng mỏng có thể đảm bảo kết nối điện mọi dạng, vì thế đảm bảo độ kếtnối tốt Ví dụ, vàng được dùng làm thiết bị nối của các dây dẫn điện đắt đỏ, như audio,video và cáp USB Lợi ích của việc sử dụng vàng làm kim loại kết nối so với kim loạikhác như thiếc đang bị tranh luận dữ dội Các kết nối vàng thường bị các chuyên gianghe nhìn chỉ trích là không cần thiết với hầu hết khách hàng và bị coi chỉ đơn giản làmột trò marketing Tuy nhiên, việc sử dụng vàng trong các thiết bị điện tử kiểu trượtkhác trong các môi trường rất ẩm ướt và ăn mòn, và cho các tiếp xúc với chi phí hưhỏng lớn (một số máy tính, thiết bị thông tin, tàu vũ trụ, động cơ máy bay phản lực)vẫn rất phổ biến

Bên cạnh tiếp xúc điện kiểu trượt, vàng cũng được dùng trong tiếp xúc điện bởi

nó có khả năng kháng ăn mòn, độ dẫn điện, mềm và không độc Các công tắc kiểubấm nói chung dễ bị ăn mòn hơn công tắc trượt Các dây dẫn bằng vàng mỏng đượcdùng để kết nối các thiết bị bán dẫn với gói thiết bị của chúng qua một quá trình đượcgọi là kết nối dây.

Độc tính

Kim loại (nguyên tố) vàng nguyên chất không độc và không gây kích thích khi

ăn vào và thỉnh thoảng được dùng để trang trí thực phẩm dưới dạng vàng lá Vàng kimloại cũng là một thành phần của các loại đồ uống có cồn Goldschläger, Gold Strike,

và Goldwasser Vàng kim loại đã được cho phép như một phụ gia thực phẩm tại EU(E175 trong Codex Alimentarius) Dù ion vàng độc, việc chấp nhận kim loại vàng nhưmột phụ gia thực phẩm bởi tính chất trơ tương đối với hoá học của nó, và khả năngchống ăn mòn hay biến thành một loại muối hoà tan (các hợp chất vàng) bởi bất kỳmột quá trình hoá học nào đã được biết có thể xảy ra bên trong cơ thể người

Các hợp chất hoà tan (các muối vàng) như gold chloride độc hại với gan và thận.Các muối cyanide thông thường của vàng như vàng cyanide kali, được dùng trong việc

mạ điện, độc hại cả về tình chất cyanide cả về hàm lượng vàng có trong nó Đó lànhững trường hợp hiếm về ngộ độc vàng nguy hiểm từ vàng cyanide kali Ngộ độcvàng có thể được chữa trị bằng một liệu pháp chelation với một tác nhânnhư Dimercaprol

2.1.3.3 Bạc

Bạc là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Ag và

số hiệu nguyên tử bằng 47 Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng mộtchút), có hóa trị một, để đúc tiền, có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánhbóng cao Bạc có độ dẫn điện tốt nhất trong các kim loại, cao hơn cả đồng, nhưng dogiá thành cao nên nó không được sử dụng rộng rãi để làm dây dẫn điện như đồng

kim loại Các muối halogen của bạc nhạy sáng và có hiệu ứng rõ nét khi bị chiếu sáng.Kim loại này ổn định trong không khí sạch và nước, nhưng bị mờ xỉn đitrong ôzôn, sulfua hiđrô, hay không khí có chứa lưu huỳnh Trạng thái ôxi hóa ổn địnhnhất của bạc là +1 (chẳng hạn như nitrat bạc: AgNO3); ít gặp hơn là một số hợp chấttrong đó nó có hóa trị +2 (chẳng hạn như florua bạc (II): AgF2) và +3 (chẳng hạn nhưtetrafluoroargentat kali: K[AgF4]).

Ứng dụng trong điện tử

Các sản phẩm điện và điện tử, trong đó cần có tính dẫn điện cao của bạc, thậmchí ngay cả khi bị xỉn Ví dụ, các bảng mạch in được làm từ sơn bạc, bàn phím máytính sử dụng các tiếp điểm bằng bạc Bạc cũng được sử dụng trong các tiếp điểm điệncao áp vì nó là kim loại duy nhất không đánh hồ quang ngang qua các tiếp điểm, vì thế

Kim loại này không đóng vai trò sinh học tự nhiên gì đối với con người

Ảnh hưởng của bạc đối với sức khỏe con người là vấn đề gây tranh cãi Bạc cóhiệu ứng và khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn,vi trùng mà không để lại ảnh hưởng

rõ ràng tới sức khỏe và sự sống của các động vật bậc cao Hippocrates, cha đẻ của yhọc hiện đại, đã viết rằng bạc có các thuộc tính có lợi cho sức khỏe và phòng chốngbệnh tật Nhiều dân tộc thiểu số Việt Nam đã biết áp dụng hiệu ứng này khi đeo bạc để

"kỵ gió", "phòng bệnh" Nhiều đồ dùng bằng bạc tương truyền có thể giải độc cho một

số loại thức ăn Theo những nghiên cứu gần đây, sữa mẹ để trong bình sữa tráng bạclâu hỏng hơn là đựng trong đồ dùng thông thường Nhiều nhà sản xuất thiết bị điệnlạnh như Toshiba, Panasonic, Samsung ứng dụng công nghệ nano bạc trong tủlạnh, điều hòa nhiệt độ, máy giặt với mục đích sát khuẩn Một số loại hợp chất của bạcđược bán như là thuốc điều trị một số bệnh Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu y tếđáng tin cậy nào chứng minh rằng liệu pháp bạc là có ích trong chống vi khuẩn và vitrùng Việc ăn các loại hợp chất của bạc, như đã nói trên, có thể dẫn đến tìnhtrạng argyria

Bạc được sử dụng cùng với đồng để loại bỏ các loại tảo trong bể bơi ở Mỹ bằngcách sử dụng các chất điện giải

ở trong không khí Paladi nung nóng tới 800 °C sẽ sinh ra một lớp ôxít paladi (II)(PdO) Nó bị xỉn màu nhẹ trong không khí ẩm có chứa lưu huỳnh.

Các trạng thái ôxi hóa phổ biến của paladi là 0, +1, +2 và +4 Mặc dù ban đầu thìtrạng thái +3 đã được coi là một trong các trạng thái ôxi hóa nền tảng của paladi,nhưng không có chứng cứ nào cho thấy paladi tồn tại ở trạng thái ôxi hóa +3; điều nàyđược kiểm tra qua nhiễu xạ tia X cho một loạt các hợp chất, chỉ ra cho thấy thực chấtchúng chỉ là chất nhị trùng của paladi (II) và paladi (IV) mà thôi Gần đây, các hợpchất với trạng thái ôxi hóa +6 đã được tổng hợp

Ứng dụng trong ngành điện tử

Ứng dụng lớn nhất của paladi trong ngành điện tử là sản xuất tụ gốm nhiều lớp.[14] Paladi (và các hợp kim paladi-bạc) được sử dụng như là các điện cực trong các tụđiện gốm nhiều lớp Paladium (đôi khi tạo hợp kim với niken) được sử dụng trong cáclớp mạ kết nối trong các đồ điện tử tiêu dùng

Nó cũng được dùng trong việc mạ các thành phần của đồ điện tử và trong các vậtliệu hàn Riêng bộ phận điện tử tiêu thụ khoảng 1,07 triệu troy oz paladium (khoảng

33 tấn) vào năm 2006, theo như báo cáo của Johnson Matthey

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CHẾ

Hiện nay có nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý RTĐT Mặc dù vậy, mỗicông nghệ chỉ có khả năng ứng dụng tốt trong một phạm vi nhất định Ở nhiều nướctiên tiến, người ta thường xử lý chất thải này bằng cách kết hợp nhiều quy trình côngnghệ khác nhau Thành phần kim loại trong bản mạch rất phức tạp và có thể thay đổituỳ thuộc vào từng mẫu Bản mạch khi thua mua về sau khi gỡ bỏ tháo các linh kiệnđiện 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 lýtrước khi thải bỏ ra môi trường Dưới đây là một số phương pháp tái chế bản mạch đãđược sử dụng

2.2.1 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 phápnày sẽ làm tăng hiệu quả tái chế và xử lý ở các bước tiếp theo Các công nghệ dùng để