Lixiviación y recuperación de cobre y oro de basura electrónica mediante la utilización de agentes enmascarantes Público Deposited
A hydrometallurgical process to selectively recover copper and gold contained in Electronic Waste Printed Circuit Boards (EWPCB) from cellphones is presented. To achieve a selective process, masking agents were employed to avoid impurities co-dissolution, which could accumulate in the leaching solutions and contribute to reagent degradation. Sodium citrate, ammonium phosphate as a masking agent and hydrogen peroxide as the oxidant (Cit-PO4 3−-H2O2 system) were employed for copper leaching, while thiourea, hydrogen peroxide and oxalic acid or sodium thiocyanate (masking agents) were used for gold leaching (Tu-Ox-H2O2 and Tu-SCN-H2O2 systems); these are considered as ecofriendly and not toxic reagents. An electrolysis stage was useful to recover copper from pregnant solutions, preventing solubility limitations and allowing solution recycling in a new leaching-electrowinning cycle with a fresh EWPCB sample. An EWPCB sample with metal content >60% (particle size >500 μm) was tested; the pH and solid-liquid proportion effects during the leaching-electrowinning cycle were analyzed. A controlled pH system, with 1.2 M Cit, 0.5 M (NH4)3PO4 pH 4.0, 0.2 M H2O2 (added each hour during the process) and ambient temperature, allowed selective leaching of elevated copper concentrations (≈30 g copper /L), with fresh and reused solutions. On the other hand, concentrations of impurities leached were significantly lower (<1 g/L of iron, lead, aluminum, nickel, and tin). Although small amounts of impurities dissolved, they did not accumulate in the liquors because their solubility limits were attained in the second leaching (recycled solutions) and a product with elevated copper content (>99.5%) was obtained. The experimental conditions described above were employed as a chemical pretreatment, for leaching a different EWPCB fraction, where the gold was concentrated (particle size <75 μm and metal content ≈20%) and copper represented only 6% of the total sample weight. With 0.1 M Tu, 0.1 M NaSCN, pH 3.0, 0.2 M H2O2 and ambient temperature 50% of gold was obtained. The accelerated thiourea consumption was the principal factor that prevented higher gold extractions. Furthermore, gold cementation occurred, due to aluminum contained in the solid phase. The results of proposed process suggest that base metals dissolution, as a first step in the chemical treatment, is important to ensure precious metals extraction from complex materials. Finally, identifying solubility limits is a key step to perform staged separations, based on selective processes, reducing the secondary products and solid waste toxicity.
En este trabajo se planteó un proceso hidrometalúrgico comprendido de dos etapas para extraer selectivamente cobre y oro de residuos electrónicos de tarjetas de circuito impreso de teléfonos celulares (EWPCB, por sus siglas en inglés). Para lograr la selectividad, el empleo de agentes enmascarantes fue crucial para complejar especies adicionales presentes en las soluciones, impedir reacciones secundarias y evitar la degradación de las especies reactivas. En la búsqueda de procedimientos eficientes y amigables con el ambiente, en la extracción de cobre se emplearon soluciones de citrato de sodio (Na3C6H5O7, Cit), fosfato de amonio ((NH4)3PO4) como agente enmascarante y peróxido de hidrógeno (H2O2) como oxidante (sistema Cit-PO4 3−-H2O2). Para la extracción de oro se utilizó tiourea (CS(NH2)2, Tu), ácido oxálico (C2H2O4) y tiocianato de sodio (NaSCN) (agentes enmascarantes) y peróxido de hidrógeno (sistemas Tu-Ox-H2O2 y Tu-SCN-H2O2). Además, después de la primera etapa se acopló una fase de electrólisis, con la finalidad de recuperar (remover) la mayor cantidad de cobre contenido en el licor de lixiviación, y después, reutilizar las soluciones en varios ciclos del proceso. Recuperar el cobre mediante electrólisis fue útil para mantener al sistema lejos del límite de solubilidad y beneficiar la extracción del metal en los ciclos posteriores. En la primera etapa, se analizó el efecto del pH durante el ciclo lixiviaciónelectrorecuperación y la relación sólido-líquido en el tratamiento de un lote de EWPCB con un contenido metálico >60% (tamaño de partícula >500 μm). Se demostró que un sistema a pH controlado, 1.2 M Cit, 0.5 M (NH4)3PO4, pH 4.0, con adiciones de 0.2 M H2O2 cada hora durante el proceso y temperatura ambiente, permitió lixiviar selectivamente altas concentraciones de cobre (≈30 g/L de cobre), con soluciones frescas y reutilizadas, obteniendo concentraciones marginales de impurezas (<1.0 g/L de hierro, plomo, aluminio, níquel y estaño). A pesar de que se lixiviaron los otros metales contenidos en la muestra, las trazas no presentaron un efecto negativo para la obtención de un producto con pureza aceptable (>99.5%). Además, estas impurezas no se acumularon en las soluciones debido a que se alcanzaron sus límites de solubilidad, durante la segunda lixiviación (soluciones reutilizadas). Las condiciones experimentales anteriormente descritas, permitieron establecer un pretratamiento químico adecuado para el lote de EWPCB donde se concentró el oro (tamaño de partícula <75 μm y contenido metálico aproximadamente 20%). En esta fracción, el cobre se encontró como metal mayoritario, representando únicamente el 6% del peso. Con 0.1 M Tu, 0.1 M NaSCN, pH 3.0, 0.2 M H2O2 y temperatura ambiente, el porcentaje de extracción de oro máximo obtenido fue 50%. En este sistema, se identificó que la principal limitante en la extracción de dicho metal se relacionó directamente con el consumo acelerado de la tiourea. También, se promovió la cementación del oro por la presencia de otros metales en el sólido, por ejemplo, el aluminio. Acoplar ambas etapas permitió comprender la importancia de extraer los metales base como una fase previa a la lixiviación de los metales preciosos. Finalmente, conocer los límites de solubilidad fue útil para que posteriormente, se pueda implementar una separación por etapas de los diferentes metales y, garantizar una eliminación química adecuada (procesos selectivos). De esta manera, se podrá disminuir la toxicidad de los subproductos y residuos obtenidos.
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