doctoralThesis
Reciclagem de placas de circuito impresso de computadores desktops obsoletos através de processos hidrometalúrgicos
Registro en:
MELO, Raffael Andrade Costa de. Reciclagem de placas de circuito impresso de computadores desktops obsoletos através de processos hidrometalúrgicos. Orientador: Carlson Pereira de Souza. 2023. 91f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Autor
Melo, Raffael Andrade Costa de
Resumen
Currently, waste electrical and electronic equipment (WEEE) has become an environmental
problem that must be managed responsibly, as well as an economic resource that must be
exploited in a viable way. For example, printed circuit boards (PCBs), which form part of most
WEEE, are made up of hazardous materials such as heavy metals and flame retardants, as well
as valuable materials such as base and precision metals, so they must be treated properly. In
view of this, the scientific community has dedicated itself to the recovery of this residue.
Therefore, the objective of this work is to study the recycling of PCBs from obsolete desktop
computers through hydrometallurgical processes, more precisely the modeling and
optimization of copper leaching with nitric acid and depolymerization with benzyl alcohol and
potassium hydroxide through an experimental design composed central. Therefore, the PCBs
were initially pre-treated (dismantled, cut, milled and sieved) to obtain a pulverized material
with a granulometry smaller than 2 mm. After that, the pulverized PCBs were characterized
through different analyzes (granulometric classification, incineration, digestion in aqua regia
and XRF). The first study evaluated the effects of acid concentration (from 0.2 to 4.2 mol/L),
temperature (from 30 to 90 °C), solid/liquid ratio (from 10 to 90 g/ L of PCI/solution) and time
(from 30 to 150 minutes) on the copper leaching efficiency that was determined by molecular
absorption spectroscopy analyzes in the visible region. The second study evaluated the effects
of hydroxide concentration (from 0.10 to 0.90 mol/L), PCI mass (from 1 to 9 g) and temperature
(from 50 to 150 °C) on the efficiency of depolymerization in benzyl alcohol determined by
mass balance. The adjusted statistical models for both processes proved to be significant and
predictive (R² close to or greater than 0.9) and their optimization resulted in complete extraction
of the copper and polymeric fraction presente in the PCI. Finally, the present study contributed
to the development of two viable hydrometallurgical routes for PCB recycling. Atualmente, os resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE) se tornaram um problema
ambiental que deve ser gerenciado de forma responsável, assim como um recurso econômico
que deve ser explorado de forma viável. Por exemplo, as placas de circuito impresso (PCI), que
fazem parte da maioria dos REEE, são formadas por materiais perigosos como metais pesados
e retardantes de chama, assim como por materiais valiosos como metais preciosos e de base,
por isso devem ser tratadas de forma adequada. Diante disso, a comunidade científica tem se
dedicado à recuperação desse resíduo. Portanto, o objetivo desse trabalho é estudar a reciclagem
de PCI de computadores desktops obsoletos através de processo hidrometalúrgicos, mais
precisamente a modelagem e otimização da lixiviação de cobre com ácido nítrico e a
despolimerização com álcool benzílico e hidróxido de potássio através de um planejamento
experimental composto central. Para tanto, inicialmente as PCI foram pré-tratadas
(desmanteladas, cortadas, moídas e peneiradas) para que fossem obtido um material
pulverizado com granulometria inferior a 2 mm. Depois disso, as PCI pulverizadas foram
caracterizadas por meio de diferentes análises (classificação granulométrica, incineração,
digestão em água régia e FRX). O primeiro estudo avaliou os efeitos da concentração de ácido
(de 0,2 até 4,2 mol/L), da temperatura (de 30 até 90 °C), da razão sólido/líquido (de 10 até 90
g/L de PCI/solução) e do tempo (de 30 até 150 minutos) sobre a eficiência de lixiviação de
cobre que foi determinada por análises de espectroscopia de absorção molecular na região do
visível. O segundo estudo avaliou os efeitos da concentração de hidróxido (de 0,10 até 0,90
mol/L), da massa de PCI (de 1 até 9 g) e da temperatura (de 50 até 150 °C) sobre a eficiência
de despolimerização em álcool benzílico determinada por balanço de massa. Os modelos
estatísticos ajustados para ambos os processos demonstraram ser significativos e preditivos (R²
próximo ou superior 0,9) e sua otimização resultaram na extração completa do cobre e da fração
polimérica presente nas PCI. Por fim, o presente estudo contribuiu com o desenvolvimento de
duas rotas hidrometalúrgicas viáveis para reciclagem de PCI.