Bản dịch tối ưu hóa quá trình chiết xuất vàng từ bảng mạch in của điện thoại di động đã qua sử dụng bằng phương pháp sử dụng dung dịch thiosulfat, đồng(II) và amoniac.

Bản dịch:Tối ưu hóa quá trình hòa tách vàng bằng thiosunfat từ bảng mạch điện tử của điện thoại di động phế thải
Vinh Hung Ha, Jae-chun Lee, Trung Hai Huynh, Jinki Jeong, B.D. Pandey
PII: S0304-386X(14)00164-9 DOI: 10.1016/j.hydromet.2014.07.007
Bài báo sẽ xuất bản trên Hydrometallurgy
Ngày nhận: 15/03/2014 | Ngày sửa đổi: 19/07/2014 | Ngày chấp nhận: 26/07/2014

Tóm tắt

Một quy trình thân thiện với môi trường sử dụng thiosunfat để hòa tách vàng đã được phát triển nhằm thu hồi vàng từ bảng mạch điện tử (PCBs) của điện thoại di động phế thải. Ảnh hưởng của nồng độ các chất phản ứng như thiosunfat, đồng(II), và amoniac đến quá trình hòa tách vàng được nghiên cứu trong khoảng nhiệt độ 20–50°C. Các thông số được tối ưu hóa thông qua mô hình hóa quá trình bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) dựa trên thiết kế hợp lý trung tâm (CCD). Điều kiện tối ưu để hòa tách vàng từ PCBs là: 72,71 mM thiosunfat, 10,0 mM đồng(II), và 0,266 M amoniac . Tốc độ hòa tách ban đầu đạt 2,395 × 10⁻⁵ mol·m⁻²·s⁻¹ trong điều kiện tối ưu. Về mặt động học, mô hình động học bậc hai giả định kiểm soát hóa học phù hợp với dải nồng độ thấp (40–60 mM thiosunfat, 5–7 mM đồng(II), và 0,22–0,247 M amoniac), trong khi mô hình động học bậc nhất giả định phù hợp với dải nồng độ trung bình (60–70 mM thiosunfat, 7–9 mM đồng(II), và 0,247–0,263 M amoniac). Năng lượng hoạt hóa biểu kiến của phản ứng trong khoảng nhiệt độ 20–50°C là 78,6 kJ·mol⁻¹ . Mẫu được phân tích trước và sau hòa tách bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) xác nhận cơ chế hòa tách kiểm soát hóa học.
Danh sách viết tắt

• 3D : Ba chiều
• AAS : Quang phổ hấp thụ nguyên tử
• ANOVA : Phân tích phương sai
• CCD : Thiết kế hợp lý trung tâm
• Ea : Năng lượng hoạt hóa
• EDS : Kính hiển vi quét phát xạ năng lượng phân tán
• MLR : Hồi quy tuyến tính đa biến
• PC : Máy tính cá nhân
• PCBs : Bảng mạch điện tử
• RSM : Phương pháp bề mặt đáp ứng
• SEM : Kính hiển vi điện tử quét

  1. Mở đầu

  Ngành công nghiệp điện tử hiện là ngành sản xuất lớn nhất và phát triển nhanh nhất thế giới. Công nghệ thay đổi nhanh chóng khiến thiết bị điện tử nhanh lỗi thời, tạo ra lượng chất thải điện tử khổng lồ – dòng rác phát triển nhanh nhất toàn cầu. Mỗi năm, 20–50 triệu tấn chất thải điện tử được tạo ra, đe dọa sức khỏe con người và môi trường. Vàng, nhờ tính ổn định hóa học cao và khả năng dẫn điện tốt, được sử dụng rộng rãi trong linh kiện điện tử, đặc biệt là ở bảng mạch (PCBs). Ví dụ, trong bo mạch máy tính, hàm lượng kim loại quý là: 930 ppm Ag, 31 ppm Au, và 110 ppm Pd . Do đó, chất thải điện tử không chỉ thu hút sự chú ý của chính phủ mà còn của cộng đồng vì chứa chất độc hại và kim loại quý.

  ---

  2. Phương pháp nghiên cứu

  2.1. Vật liệu và hóa chất

• Mẫu PCBs : Bo mạch điện thoại di động phế thải từ Hàn Quốc, hàm lượng vàng trung bình 440 g/tấn .
• Hóa chất : Natri thiosunfat (Na₂S₂O₃), amoni sulfat ((NH₄)₂SO₄), natri clorua (NaCl), dung dịch amoniac (25%), đồng sulfat (CuSO₄).
• Thiết bị : Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), máy quang phổ UV–Vis.

2.2. Thí nghiệm hòa tách vàng

• Thiết bị phản ứng : Bình thủy tinh Pyrex 0,5 L, khuấy từ 400 vòng/phút, kiểm soát nhiệt độ ±0,5°C.
• Điều kiện : 400 mL dung dịch hòa tách, 10 mẫu PCBs, khí nitơ tinh khiết sục liên tục.

2.3. Phương pháp phân tích

• Hàm lượng vàng : Đo bằng AAS.
• Nồng độ thiosunfat : Phương pháp iodomet.
• Phức đồng–amoniac : Đo ở bước sóng 608 nm bằng UV–Vis.
• Phân tích bề mặt : SEM–EDS trước và sau hòa tách.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến tốc độ hòa tách vàng. Tại 20°C, tốc độ rất thấp (vàng hòa tan <50% trong 5 phút), trong khi ở 40–50°C, gần như toàn bộ vàng hòa tan trong 2 phút. Năng lượng hoạt hóa (Ea) là **78,6 kJ·mol⁻¹**, xác nhận phản ứng kiểm soát hóa học (Ea > 25 kJ·mol⁻¹).

3.2. Mô hình hóa tốc độ hòa tách vàng

Sử dụng phương pháp RSM với thiết kế CCD để tối ưu hóa các thông số. Mô hình toán học:
Y=2.387+0.094X3​−0.292X12​−0.262X22​−0.373X32​+0.321X1​X3​
Trong đó:

• Y: Tốc độ hòa tách ban đầu (mol·m⁻²·s⁻¹).
• X1​: Nồng độ thiosunfat (mM).
• X2​: Nồng độ đồng(II) (mM).
• X3​: Nồng độ amoniac (M).

3.3. Tối ưu hóa điều kiện hòa tách

Điều kiện tối ưu:

• Thiosunfat : 72,71 mM
• Đồng(II) : 10,0 mM
• Amoniac : 0,266 M
  Tốc độ hòa tách đạt 2,395 × 10⁻⁵ mol·m⁻²·s⁻¹ , tương đương với nghiên cứu của Chu et al. (2003).

3.4. Động học phản ứng

• Dải nồng độ thấp (40–60 mM thiosunfat, 5–7 mM đồng, 0,22–0,247 M amoniac) : Tuân theo mô hình động học bậc hai giả định.
• Dải nồng độ trung bình (60–70 mM thiosunfat, 7–9 mM đồng, 0,247–0,263 M amoniac) : Tuân theo mô hình động học bậc nhất giả định.
  Phương trình tốc độ:
  R=k[S2​O32−​]0.40⋅[Cu2+]0.25⋅[NH3​]1.64

• Bảng chuyển đổi liều lượng sang g/kg:

  Hóa chất	Nồng độ tối ưu	Chuyển đổi sang g/kg
  Na₂S₂O₃	72.71 mM	72.71 mmol × 158.11 g/mol = 11.5 g/kg
  CuSO₄ (Cu²⁺)	10.0 mM	10.0 mmol × 159.61 g/mol = 1.6 g/kg
  NH₃	0.266 M	0.266 mol × 17.03 g/mol = 4.5 g/kg

  Ghi chú:

• Giả định khối lượng riêng dung dịch ≈ 1 kg/L.

• Độ chính xác phụ thuộc vào điều kiện thực tế (nhiệt độ, pH, tạp chất).

4. Kết luận

Quá trình hòa tách vàng bằng thiosunfat từ PCBs được tối ưu hóa bằng RSM–CCD. Mô hình toán học dự đoán chính xác tốc độ hòa tách ban đầu (2,395 × 10⁻⁵ mol·m⁻²·s⁻¹ ) và xác định cơ chế kiểm soát hóa học. Kết quả này góp phần quan trọng trong tái chế kim loại quý từ chất thải điện tử.

Danh sách bảng và hình ảnh

Bảng 1–5 : Chi tiết các biến độc lập, kết quả thí nghiệm, hệ số hồi quy, phân tích ANOVA, và điều kiện tối ưu.
Hình 1–13 : Hình ảnh SEM của PCBs, đồ thị tốc độ hòa tách theo nhiệt độ/nồng độ, bề mặt đáp ứng 3D, và biểu đồ tương tác giữa các yếu tố.
Linkdownload: https://drive.google.com/file/d/1u9dYy7rwGq1-b54tqmob0LQDMTBjmD2z/view?usp=drive_link