Mô hình hóa quy trình hòa tách thu hồi thiếc, chì từ bản mạch in thiết bị điện tử gia dụng thải bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Bài viết này trình bày kết quả của nghiên cứu về việc lọc thiếc và dẫn trong môi trường axit clohydric bằng phương pháp lập kế hoạch thí nghiệm mô hình tuyến tính nói chung. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình hóa rất tốt với khả năng dự đoán tuyệt vời quyền lực.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa quy trình hòa tách thu hồi thiếc, chì từ bản mạch in thiết bị điện tử gia dụng thải bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệmTạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Số 3/2014MÔ HÌNH HÓA QUY TRÌNH HÒA TÁCH THU HỒI THIẾC,CHÌ TỪ BẢN MẠCH IN THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ GIA DỤNG THẢI BẰNGPHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆMĐến tòa soạn 11 - 3 – 2014Hà Vĩnh Hưng, Huỳnh Trung HảiViện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà NộiSUMMARYMODELING OF LEACHING PROCESS OF TIN AND LEAD FROM PRINTEDCIRCUIT BOARDS OF DISCARDED HOUSEHOLD APPLIANCESThis paper presents the results of the reseach on leaching of tin and lead inhydrochloric acid media by method of experimental planning of general linear model.The research resultsshow that modelings are very good with excellent predictivepower.Throughtworegressionmodels,theinteractionsbetweenfactorsofhydrochloricacidconcentration,ratioofsolid/liquid,reactiontemperatureandleachingtimeas well astheir influenceson leaching performance wereevaluated.Theoptimalconditionsof6MHClacidconcentration,160g/Lratiooofsolid/liquid, temperature60 Candreactiontime150min alsoweredetermined. Leachingperformance of tinandleadobtainedunder these conditionsis91.6% and81.4%,respectively.1. MỞ ĐẦUNgày nay, sản phẩm thiết bị điện, điệntử ngày càng gia tăng về số lượng vàtuổi thọ ngày càng giảm; là một tháchthức lớn đối với môi trường về lượngchất thải. Bản mạch in (PCBs) có thànhphần rất đa dạng, chứa nhiều kim loạinặng gây ô nhiễm môi trường khi thải bỏkhông phù hợp. Hàm lượng trung bìnhcủa Sn và Pb tương ứng khoảng 1,0 –5,28% và 0,99 – 4,19% [1]. Vì vậy,16PCBs là chất thải nguy hại khi thải bỏkhông phù hợp nhưng cũng có thể đượcxem như một nguồn tài nguyên thứcấp‖. Trong những thập kỷ qua, cácnghiên cứu tái chế chất thải điện tử bằngphương pháp thủy luyện được các nhàkhoa học quan tâm. Barakat M.A [2] đãnghiên cứu hòa tách Zn, Sn và Pb từ xỉhàn kẽm bằng H2SO4 và HCl. Myersonvà Cudahy [3] đã nghiên cứu thu hồi Zn,Cu, Pb, Sn và Cd bằng cách hòa tách vớiaxit H2SO4 và trung hòa dung dịch axitvới Zn(OH)2 nhằm kết tủa thu hồi kimloại. Ở nghiên cứu trước [4], thiếc và chìcó trong bản mạch in (PCBs) của thiết bịđiện tử thải được hòa tách bằng HCl, chìđược thu hồi trong kết tủa PbCl2, cònthiếc được thu hồi dưới dạng SnO2. Kếtquả nghiên cứu đưa ra một số kết luậnkhả quan như hiệu suất hòa tách lớn, tốcđộ nhanh. Tuy nhiên các nghiên cứu đóđược tiến hành chỉ dựa vào ý kiến chủquan của người nghiên cứu để chọnhướng nghiên cứu. Kết quả của cácnghiên cứu chỉ cho phép tìm kiếm cácmối phụ thuộc giữa thông số đánh giá vàcác yêu tố ảnh hưởng một cách riêngbiệt theo từng yếu tố nên không kết luậnchặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từngyếu tố trong mối tác động qua lại giữachúng.Phát triển ý tưởng của nghiên cứu trước,nghiên cứu này thực hiện quá trình hòatách thiếc và chì từ PCBs trong HClbằng phương pháp mô hình hóa thựcnghiệm thông qua phương pháp kếhoạch hóa thực nghiệm và thống kê toánhọc. Từ đó, đánh giá được vai trò tácđộng qua lại lẫn nhau của các yếu tố ảnhhưởng đến quá trình hòa tách, đồng thờixác định điều kiện tối ưu để hòa táchthiếc và chì.2. THỰC NGHIỆM2.1. Vật liệuPCBs sử dụng trong nghiên cứu nàyđược tháo dỡ từ tivi (39%), DVD (20%),máy tính (41%); xử lý sơ bộ bằng cácquá trình cắt, nghiền, tách từ để loại bỏsắt. Thành phần các kim loạichủ yếu củamẫu nghiên cứu được trình bày trongbảng 1.Các hóa chất thí nghiệm và phântích được sử dụng thuộc loại tinh khiết.Bảng 1.Thành phần các kim loại chủ yếutrong mẫu nghiên cứuKim loạiĐồngThiếcChìHàm lượng25,54,872,8(%) khốilượng2.2. Phương pháp nghiên cứuCác thí nghiệm được tiến hành trongbình phản ứng dung tích 500 mL, đượcsục khí nitơ để đuổi khí ôxy trước khibắt đầu thí nghiệm, duy trì tốc độ khuấytrộn 200 vòng/phút, nhiệt độ được ổnnhiệt bằng máy điều nhiệt. Sau mỗi thínghiệm, phần bã rắn PCBs còn lại đượclọc, rửa và chia làm 2 phần bằng nhau.Một phần ngâm chiết trong dung dịchaxit HNO3 5% để phân tích hàm lượngchì còn lại. Một phần được ngâm chiếttrong axit HCl đậm đặc để phân tíchhàm lượng thiếc còn lại. Nồng độ củacác kim loại trong dung dịch được xácđịnh bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử(AAS, Perkin Elmer AA800).Các thí nghiệm được xây dựng theophương pháp quy hoạch thực nghiệm kếhoạch bậc một hai mức tối ưu toàn phần.Hàm mục tiêu là hiệu suất hòa tách củathiếc và chì, có 4 biến độc lập (nồng độHCl, tỷ lệ rắn/ lỏng, nhiệt độ và thờigian hòa tách). Giá trị thực và giá trị mãhóa được trình bày ở bảng 2. Kế hoạchgồm 16 thí nghiệm ở ―nhân‖ và 3 thínghiệm tại tâm (bảng 3).Bảng 2.Các mức của các yếu tố ảnh hưởngCác yếu tốKý Mức của các yếuảnh hưởnghiệutố-10117Nồng độ HClx1456(M)Tỷ lệx2100 130 160rắn/lỏng (g/l)Nhiệt độ (oC)x3607590Thời gianx450 100 150(phút)Cực trị của hàm hồi quy thu được thôngqua kế hoạch thực nghiệm được xácđịnh bằng phươn ...