Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ ba, 25/01/2022 | 19:04

Thứ ba, 25/01/2022 | 19:04

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 08:44 ngày 14/01/2022

Công nghệ thu hồi đồng từ dung dịch thải của nhà máy sản xuất mạch điện tử

Mới đây, các nhà khoa học của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đã nghiên cứu thành công công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch đồng clorua (CuCl2) thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử. Đây là kết quả của đề tài cấp Bộ Công Thương do KS. Kiều Quang Phúc làm chủ nhiệm.
KS. Kiều Quang Phúc cho biết, mạch in (PCB) là bộ phận quan trọng, không thể thiếu trong các thiết bị điện tử. Nguyên liệu để tạo nên các bảng mạch in là phíp đồng. Trong công nghiệp, để tạo nên mạch in hoàn chỉnh bắt nguồn từ phíp đồng cần trải qua nhiều công đoạn. Trong đó, hai khâu quan trọng nhất là in hình đường mạch lên phíp đồng và sau đó ăn mòn. Đáng chú ý, quá trình này sinh ra chất thải chứa đồng, thường là dung dịch đồng clorua trong đó có chứa 100 g/l Cu2+ ÷ 150 g/l Cu2+ và một lượng axit HCl dư.
Bộ thiết bị chiết – giải chiết liên tục
“Trung bình, cứ mỗi mét vuông mạch in sản xuất được sẽ thải ra từ 1,5 lít - 3,5 lít dung dịch dạng này. Ở nước ta, mỗi năm, ước tính có hàng trăm nghìn mét vuông bảng mạch được sản xuất, tương đương hàng chục nghìn mét khối dung dịch đồng clorua thải” – KS. Kiều Quang Phúc nhấn mạnh.
Điều đáng nói là từ trước đến nay, loại chất thải này được một số đơn vị có giấy phép xử lý môi trường tiếp nhận, lưu giữ và xử lý. Tuy nhiên, do công nghệ xử lý chưa phù hợp, mang tính thủ công dẫn đến chi phí lớn, không thu hồi triệt để đồng và đặc biệt chất thải của quá trình ảnh hưởng đến môi trường.
Bộ thiết bị điện phân quy mô mở rộng
Trong khi đó, xét về góc độ của ngành luyện kim, dung dịch đồng clorua thải là nguồn nguyên liệu tốt để thu hồi đồng kim loại. Chính vì vậy, KS. Kiều Quang Phúc cùng các cộng sự của VIMLUKI đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử” nhằm xây dựng quy trình công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử, đồng thời thử nghiệm thu hồi 10 kg đồng kim loại, ≥ 99,90% Cu.
Được biết, dung dịch đồng clorua dùng trong ăn mòn mạch in khi được thải ra là một hỗn hợp đậm đặc có màu xanh lá cây, mùi hắc. Để thu hồi đồng từ dung dịch đồng clorua, hiện nay có một số phương pháp phổ biến như phương pháp xi măng hóa, phương pháp kết tủa, phương pháp điện phân trực tiếp, phương pháp chiết – điện phân. Trong đó, phương pháp chiết – điện phân đã được chứng minh tính hiệu quả bởi nhiều dây chuyền theo công nghệ này đã được triển khai trên thế giới với quy mô từ nhỏ đến lớn.
KS. Kiều Quang Phúc chia sẻ: “Chúng tôi đã lựa chọn công nghệ chiết – điện phân để thu hồi đồng từ dung dịch đồng clorua thải của quá trình ăn mòn bảng mạch điện tử. Đây có thể coi là công nghệ tiên tiến, thân thiện môi trường và mới được áp dụng ở Việt Nam”.
Tấm đồng thu được sau khi bóc khỏi catot
Dựa trên các kết quả nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm, KS. Phúc cùng các cộng sự tiến hành chế tạo một bộ thiết bị chiết – giải chiết liên tục để phục vụ nghiên cứu quy mô mở rộng. Để thực hiện một công đoạn chiết (hoặc giải chiết), thiết bị cần sử dụng gồm hai bộ phận chính: các thùng khuấy nối tiếp nhau có tác dụng trộn lẫn pha hữu cơ và dung dịch CuCl2 và bể lắng tách pha. Năng suất xử lý dung dịch đồng clorua của bộ thiết bị tối đa theo thiết kế là 60 l/h, tương đương lượng đồng thu hồi được là 600 g/h.
Sau khi chế tạo được dung dịch điện phân ban đầu đạt yêu cầu, nhóm nghiên cứu tiến hành vận hành liên tục hệ thống chiết – điện phân để đánh giá tính ổn định của quy trình công nghệ và lấy sản phẩm đồng catot.
“Chúng tôi đã chạy thử nghiệm 04 chu kỳ, mỗi chu kỳ kéo dài 24 giờ liên tục tính từ khi bắt đầu điện phân đến khi thu hoạch đồng catot. Sau 4 chu kỳ chạy thử nghiệm, chúng tôi đã thu được hơn 11 kg đồng catot. Sau khi phân tích thành phần hóa học sản phẩm đồng catot thu được, chúng tôi nhận thấy mẫu đồng catot thu được đạt chất lượng > 99,95 % Cu tương đương với mác M0 GOCT 859 – 66 của Nga” – KS. Phúc cho biết.
Theo đánh giá, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng triển khai thực tiễn ngay tại xưởng thực nghiệm của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, ngoài ra còn có thể tiến tới chuyển giao công nghệ khi có đơn vị yêu cầu. Mặc dù vậy, nhược điểm của công nghệ thu hồi đồng này là tiêu hao năng lượng cho việc duy trì nhiệt độ dung dịch suốt thời gian tiến hành điện phân còn cao. Theo KS. Phúc, nguyên nhân chủ yếu của tình trạng này là do quy mô thiết bị nhỏ nên mất mát nhiệt ra môi trường lớn. Tuy nhiên, KS. Phúc cũng cho biết thêm, nếu kết quả của đề tài triển khai thực hiện ở quy mô lớn, tiêu thụ điện năng cho quá trình điện phân sẽ giảm xuống.
Đặc biệt, xét về hiệu quả kinh tế, quy trình công nghệ của đề tài cũng cho thấy hiệu quả kinh tế cao. Cụ thể, theo tính toán của nhóm nghiên cứu, tổng chi phí nguyên vật liệu, năng lượng để sản xuất 1 tấn đồng catot từ dung dịch ăn mòn mạch thải theo công nghệ chiết – điện phân là khoảng 92 triệu đồng, trong khi đó giá bán sản phẩm Cu 99,95% hiện nay là khoảng 140 triệu đồng/tấn. “Các yêu cầu về chế tạo thiết bị cho công nghệ này cũng không đòi hỏi cao, trong nước hoàn toàn có thể đáp ứng được. Do đó, đề tài có tính khả thi cao khi triển khai ở quy mô lớn” – KS. Phúc nhấn mạnh.
Với việc nghiên cứu thành công phương pháp chiết thu hồi đồng từ môi trường clorua, đề tài đã mở ra một hướng đi mới, hiệu quả cao trong việc thu hồi đồng kim loại không chỉ với đối tượng dung dịch ăn mòn mạch thải mà còn có thể áp dụng để xử lý đối tượng khác như: quặng đồng sunfua nghèo, xỉ đồng, bã mạ đồng hợp kim ...

Hà Nguyễn