Các nhà khoa học của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) đã nghiên cứu tái chế phế liệu phíp đồng để sản xuất đồng sunfat kết tinh và xây dựng mô hình xử lý quy mô 2 tấn phế liệu phíp đồng mỗi mẻ. Mô hình được áp dụng vào thực tế và cho thấy có nhiều ưu điểm về mặt hiệu quả kinh tế và môi trường.
Tái chế hiệu quả phế liệu phíp đồng là một yêu cầu cấp bách
Phíp đồng (copper clad laminate) là vật liệu cơ bản để chế tạo các bảng mạch điện tử (PCB). Cấu tạo chung của phíp đồng bao gồm các lớp dẫn điện là đồng kim loại dát mỏng được dán xen kẽ với các lớp cách điện tạo ra bằng sự phối hợp nhiều loại vật liệu khác nhau như: nhựa epoxy, vải sợi thủy tinh, nhựa bakelit, giấy, polyme... Quá trình sản xuất bảng mạch từ phíp đồng gồm nhiều công đoạn, trong đó 15÷45% diện tích phíp đồng đồng bị cắt bỏ dưới dạng là đầu mẩu thừa.
Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực sản xuất các bảng mạch điện tử trong nước, lượng phế liệu phíp đồng theo đó cũng tăng nhanh. Ước tính lượng phíp đồng mà toàn quốc sản xuất năm 2020 vào khoảng 20 triệu m3 tương đương khối lượng khoảng 60.000 tấn. Cùng với đó, lượng phíp đồng phế liệu sinh ra mỗi năm vào khoảng 15.000-20.000 tấn. Tái chế hiệu quả phế liệu phíp đồng là một trong các yêu cầu cấp bách đặt ra để ngành sản xuất bảng mạch điện tử phát triển bền vững.
Ảnh minh họa phế liệu phíp đồng (Nguồn: chipn24.com/)
Hiện nay, phế liệu phíp đồng trong nước hầu hết mới được tái chế sơ qua bằng phương pháp phân tách cơ học đơn giản, hiệu quả phân tách còn thấp dẫn đến việc thu hồi kim loại tiếp theo gặp khó khăn và phần phi kim vẫn còn lẫn kim loại nặng nên chưa thể tái sử dụng. Với các đặc điểm như: hàm lượng đồng tương đối cao (12÷20%); đồng tồn tại ở dạng sạch không bị lẫn với kim loại khác, phíp đồng phế liệu sinh ra từ quá trình sản xuất bảng mạch điện tử ở nước ta có thể trực tiếp việc sản xuất ra đồng sunfat bằng phương pháp thủy luyện.
Trước vấn đề đó, ThS Kiều Quang Phúc cùng các cộng sự của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đã thực hiện đề tài NCKH cấp Bộ Công Thương: “Xây dựng mô hình tái chế phế liệu phíp đồng sản xuất đồng sunfat”.
Xây dựng được mô hình tái chế phế liệu phíp đồng theo phương pháp thủy luyện
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm, xác định hàm lượng đồng; xác định chế độ hòa tách chíp đồng; xác định chế độ kết tinh đồng sunfat; xác định chế độ làm sạch nhựa phíp còn lại sau hòa tách và định hướng tái sử dụng.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, phế liệu phíp đồng sinh ra trong chế tạo bảng mạch điện tử chứa khoảng 17% Cu, còn lại là nhựa bakelit có đặc tính là độ thấm nước rất nhỏ và trơ với các tác nhân hóa học. Phế liệu phíp đồng đã được nghiên cứu tái chế theo quy trình thủy luyện gồm hòa tách và kết tinh để thu hồi đồng sunfat. Nhựa bakelit còn lại được rửa để làm sạch.
Nhựa phíp sau khi đã được rửa sạch (Ảnh: nhóm nghiên cứu)
Đối với quá trình hòa tách đồng từ phíp tốt nhất là sử dụng phương pháp hòa tách kết hợp giữa H2O2 và sục không khí để tối ưu về mặt thời gian hòa tách cũng như tiêu hao hóa chất và năng lượng. Đối với quá trình kết tinh đồng sunfat có thể sử dụng hai phương pháp kết tinh là kết tinh lạnh và phương pháp cô bay hơi kết hợp với làm nguội tự nhiên.
Cả hai phương pháp đều sản phẩm đồng sunfat đạt chất lượng. Tuy nhiên, phương pháp kết tinh lạnh tiêu thụ năng lượng nhỏ hơn. Nhựa bakelit sau khi hòa tách có thể dễ dàng làm sạch bằng cách rửa 3 lần với nước để đạt tiêu chuẩn làm chất độn trong chế tạo vật liệu composit.
Trên cơ sở kết quả thực nghiệm xác định chế độ hòa tách phế liệu phíp đồng và kết tinh thu hồi đồng sunfat. Sơ đồ công nghệ tái chế phế liệu phíp đồng đã được nhóm nghiên cứu xây dựng.
Sơ đồ công nghệ tái chế phế liệu phíp đồng sản xuất đồng sunfat kết tinh (Ảnh: nhóm nghiên cứu)Theo ThS Kiều Quang Phúc - chủ nhiệm đề tài: "Dựa trên sơ đồ công nghệ, một mô hình tái chế quy mô 2 tấn phế liệu phíp đồng đã được triển khai áp dụng vào thực thế tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Ứng dụng Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim. Kết quả của áp dụng vào sản xuất bước đầu cho thấy mô hình có tính khả thi, sản phẩm đồng sunfat được thị trường trong nước tiếp nhận, lợi nhuận thu được trung bình đạt 3,4 triệu đồng cho mỗi tấn phế liệu phíp đồng."
Mô hình tái chế phế liệu phíp đồng theo phương pháp thủy luyện để thu hồi đồng dưới dạng đồng sunfat đã được áp dụng vào thực tế cho thấy có nhiều ưu điểm hơn về mặt hiệu quả kinh tế cũng như giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường so với các phương pháp tái chế hiện hành, do đó, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu và triển khai để phát triển và nhân rộng.
Phương Loan
