Estudio del proceso de lixiviación de metales escasos y valiosos de residuos electrónicos.

Abstract

Los residuos electrónicos son de rápido crecimiento debido al avance tecnológico y consumismo presente en la sociedad. Las placas de circuito impreso (PCB, por sus siglas en inglés) son, en cuanto a funcionamiento, el componente principal de los aparatos electrónicos y aproximadamente el 90 % de su valor intrínseco corresponde a metales, especialmente preciosos (Au, Ag y Pd). Este trabajo se enmarca en este contexto y tiene como objetivo proponer un proceso hidrometalúrgico para el reciclaje de PCB residuales de ordenadores, con el fin de extraer los metales de valor presentes utilizando agentes lixiviantes amigables con el medio ambiente. Se estudió un pretratamiento con NaOH en autoclave para eliminar el recubrimiento de las PCB, ya que éste dificulta el acceso de los agentes lixiviantes a los metales. En el proceso de lixiviación se estudió la aplicación de tiourea y tiosulfato de sodio como agentes lixiviantes y, por medio de diseño experimental, se analizó la influencia de la concentración, temperatura, relación sólido líquido, pH inicial, tamaño de partícula y tiempo de lixiviación, en la recuperación de metales. Este análisis se realizó empleando diferentes rutas de lixiviación, a saber, lixiavición en una sola etapa con las PCB con su composición metálica original utilizando un diseño experimental de cribado de tipo Plackett-Burman, y otra en dos etapas; la primera de extracción de metales básicos aplicando HCl y HNO3, mediante el uso de un diseño de cribado definitivo, y la segunda utilizando nuevamente tiourea y tiosulfato de sodio mediante un diseño experimental factorial fraccionado 2k-2 (un cuarto de fracción). Las mejores condiciones de operación fueron determinadas a partir de los modelos empíricos obtenidos. El pretratamiento alcalino logró la eliminación del recubrimiento, pero conllevó a disolución de metales. Tanto la tiourea como el tiosulfato de sodio lograron lixiviar metales, aunque la tiourea presenta un mayor poder de disolución al ser aplicada en una etapa, llegando a cantidades predichas de 8,34 104 mg/kg, 945 mg/kg y 1,52 103 mg/kg de Cu, Sn y Pb, respectivamente. La aplicación de HNO3 mostró resultados superiores a los obtenidos con HCl en la primera etapa de disolución de metales básicos. En la segunda etapa, al aplicar tiourea se consigue la mayor cantidad lixiviada de Au con una cantidad predicha de 0,75 mg/kg, y al aplicar tiosulfato de sodio la mayor cantidad de Pd y Ag con una cantidad predicha de 0,56 mg/kg y 245 mg/kg, respectivamente. Por último, la remoción de metales básicos con la lixiviación ácida fue beneficiosa en la posterior lixiviación de metales preciosos con los agentes aplicados, con aumentos significativos en las cantidades lixiviadas.

Electronic waste is the fastest-growing waste due to technological advancement and consumerism present in society. Printed circuit boards (PCBs) are the main functional component of electronic devices, and approximately 90% of their intrinsic value corresponds to metals, especially precious metals (Au, Ag, and Pd). This work is framed within this context and aims to propose a hydrometallurgical process for recycling residual computer PCBs, with the goal of extracting valuable metals using environmentally friendly leaching agents. A pre-treatment with NaOH in an autoclave was studied to remove the coating from the PCBs, as it hinders the access of leaching agents to the metals. In the leaching process, the application of thiourea and sodium thiosulfate as leaching agents was investigated, and through experimental design, the influence of concentration, temperature, solid-liquid ratio, initial pH, particle size, and leaching time on metal recovery was analyzed. This analysis was carried out using different leaching routes, namely single-stage leaching with the PCBs in their original metal composition using a Plackett-Burman screening experimental design, and another in two stages. The first stage involved the extraction of basic metals using HCl and HNO3, employing a definitive screening design, while the second stage utilized thiourea and sodium thiosulfate again, through a 2k-2 fractional factorial experimental design. The best operating conditions were determined from the empirical models obtained. The alkaline pre-treatment successfully removed the coating but resulted in metal dissolution. Both thiourea and sodium thiosulfate effectively leached metals, with thiourea demonstrating higher dissolution power when applied in a single stage, reaching predicted quantities of 8,34 104 mg/kg, 945 mg/kg, and 1,52 103 mg/kg of Cu, Sn, and Pb, respectively. The application of HNO3 result in superior results compared to HCl in the first stage of basic metal dissolution. In the second stage, using thiourea led to the highest leaching amount of Au with a predicted quantity of Au leached with a predicted quantity of 0,75 mg/kg, while the application of sodium thiosulfate resulted in the highest leaching quantities of Pd and Ag with predicted amounts of 0,56 mg/kg and 245 mg/kg, respectively. Finally, the removal of basic metals through acidic leaching proved beneficial for subsequent leaching of precious metals with the applied agents, resulting in significant increases in the leached quantities.