MỞ ĐẦU Tốc độ phát triền của ngành công nghiệp điện - điện tử trong thế kỷ XXI tăng trướng theo cấp số nhân do nhu cầu của người tiêu dùng. Con người ngày nay ưa thích công nghệ hiện đại và yêu cái đẹp. Những điều này dẫn đển một lượng lớn thiết bị điện tư nhanh chóng bị lỗi thời và không còn được sứ dụng, để cuối cùng trờ thành rác thái điện tử (e-waste: electronic waste). Thiết bị điện và điện tử (EEE: Electrical and electronic equipment) chứa nhiều loại vật liệu và linh kiện thường thấy như là bang mạch in, nhựa chống cháy, màn hình tinh thê long, pin.
tụ điện và điện trở. EEE chú yếu cấu tạo từ kim loại với hàm lượng lớn (chiếm 50-60 %) 111 gom kim loại quý hiếm như: Au, Cu, Ag. và một số kim loại đất hiếm: Y, La, Ce, Eu, Gd, Nd, Sm, Gd, Dy và Pr. có giá trị kinh tể cao.
Bên cạnh đô, trong thành phần cua EEE cũng có một lượng nhỏ các nguyên to có độc tính cao như: Pb, Hg, Cd. E-waste được thải ra từ các thiết bị điện gia dụng (tivi, tủ lạnh, máy giặt.), thiết bị viễn thông và công nghệ thông tin (điện thoại, máy tính, máy in, máy photocopy.), thiết bị âm thanh, thiết bị chiếu sáng huỳnh quang. Vài thập kỷ gần đây, e-waste đã được quan tâm nhiều hơn từ các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp do chứa hàm lượng kim loại phong phú. Đặc biệt chúng tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho môi trường và sức khỏe con người nếu quy trình tái chế không được kiêm soát chặt chẽ.
Mỳ và Trung Quốc được đánh giá hai quốc gia có lượng e-waste lớn nhất thế giới. Tại châu Âu, Đức là quốc gia có lượng e-waste nhiều nhất, trong khi đó tỉ phần e-waste của Na Uy cùng Liechtenstein lại vượt xa các nước khác khi tính theo trung bình đầu người [21. Tại Việt Nam, e-waste cùng là một vấn đề được đặt ra cần phải giải quyết vì hàng năm có khoảng trên 10.000 tấn rác điện tử thai ra môi trường [3], nhưng việc tái chế còn mang tính đơn lẻ và tự phát của người thu gom phế phẩm về bán cho các vựa phế liệu. Sau đó, chì một số phế liệu e-waste sẽ được tái sử dụng theo nhu cầu người can sử dụng.
1 sổ còn lại chưa được tái chế. Ngoài ra, các quy trình xử lý thu hồi kim loại mới chi được sử dụng vào mục đích thu hồi các kim loại quý hiếm như vàng và bạc. Các số liệu thống kê cho thấy, tính đến năm 2020 lượng c-wastc trên toàn cầu chiếm hon 50 triệu tấn, mồi năm gia tăng 4-5% và chỉ có khoảng 20% trong số đó được thu hồi và tái sứ dụng, số liệu này được dự báo sê tiếp tục tăng nhanh trong vòng 50 năm tới [3]. Bảng mạch điện tứ (PCBs: Printed circuit boards) là một hợp phần quan trọng của EEE.
PCBs có thành phan phức tạp và khó xừ lý, nhưng chứa hàm lượng kim loại lớn và nhiều kim loại có giá trị cao. Cuộc chạy đua công nghệ quyết liệt trong những năm gần đây đã khiến các nhà sản xuất không ngừng cái tiến, lung ra thị trường hàng loạt mẫu mã mới và những phiên bán cũ mau chóng bị thải bỏ [4]. Đe thu hồi kim loại hiệu quả, các nhà khoa học đã nỗ lực rất lớn trong việc phân tích thành phần cua bảng mạch điện tứ phế thải (WPCBs: Waste printed circuit boards) do hư hòng hoặc hết hạn sử dụng và áp dụng nhiều công nghệ khác nhau đe xứ lý WPCBs. Tuy nhiên, lĩnh vực công việc này đòi hỏi sự cải tiến và nâng cấp kỳ thuật thu hồi liên tục do sự thay đổi nhanh chóng vòng đời của thiết bị điện tử đã kéo theo sự thay đoi các thành phan kim loại trong mạch PCBs.
Bôn cạnh đó, những yêu cầu về luật pháp môi trường trong vài chục năm qua tác động mạnh mẽ đến tỉ phần sử dụng một số kim loại trong PCBs và yêu cầu cao về tính thân thiện cua các công nghệ xư lý WPCBs trong xu hướng chung của nền sán xuất tuần hoàn cùng với sự phát triển kinh tế bền vừng. Trong PCBs, đồng chiếm hàm lượng kim loại lớn nhất và có giá trị kinh tế cao. Do vậy, nhằm cải thiện việc quản lý chất thải nguy hại; tái sử dụng, thu hồi kim loại đồng; tận dụng và tiết kiệm tài nguyên; góp phần bảo vệ môi trường theo hướng thân thiện, chúng tôi thực hiện luận án: “Khảo sát thành phần kim loại trong báng mạch điện tử phế thải và thu hồi kim loại đồng bang phương pháp điện hóa". Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát thành phan kim loại trong bảng mạch điện tứ phe thài; trên cơ sớ đó, đề xuất, nghiên cứu khá năng xử lý WPCBs bang các phương pháp acid và base nhằm thu hồi hiệu quả kim loại đồng thông qua kỳ thuật điện phân.
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là thành phần kim loại có trong WPCBs và kỳ thuật điện phân thu hồi kim loại dồng. Phạm vi nghiên cún Phân tích, đánh giá hàm lượng các nguyên tố kim loại trong ba loại WPCBs điền hình được thu gom ớ Thành phổ Ho Chí Minh: điện thoại, máy vi tính và tivi. Nghiên cứu xây dựng quy trình quy mô phòng thí nghiệm dựa theo nguyên tắc điện hóa; đánh giá các yếu to ánh hưởng đến quá trình hòa tách, thu hồi kim loại đồng trong môi trường acid và base; khảo sát diễn biến điện hoá của các quá trình liên quan. Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá được thành phần và giá trị của các kim loại trong WPCBs.
Từ đó, bổ sung dừ liệu làm cơ sở định hướng tái sử dụng nguồn kim loại trong WPCBs giúp giảm thiêu ô nhiễm môi trường và đem lại hiệu quá kinh tế cho xã hội. Trong phạm vi nghiên cứu, đã xây dựng thành công quy trình thu hồi kim loại đồng trong WPCBs; thiết lập được mức độ anh hường cua các yếu tố tác động đến hiệu suất và chất lượng sàn phẩm. Góp phần hoàn thiện hướng nghiên cứu thu hoi đồng lừ WPCB.S cho ngành tái chế chất thải của Việt Nam; chứng tỏ phương pháp điện hóa là một trong các phương pháp đạt hiệu suất cao. E-waste - hiện trạng và những thách thức E-waste chứa hai loại chất chính: có tính nguy hại (Cd, Cr, Pb, Hg, CFCs.
PCDD/Fs) và không có tính nguy hại (kim loại cơ bân như Cu, Se, Zn và kim loại quý hiếm như Ag, Au và Pt); cả hai nhóm chất đều có tiềm năng tác động xấu đến môi trường hiện nay [5]. PCBs gan với các linh kiện điện tử thường được tạo thành từ 40% kim loại, 30% chất hữu cơ và các vật liệu vô cơ khác; trong khi PCBs không gan các linh kiện điện tứ bao gồm khoảng 28% kim loại và 72% phi kim [6, 7], Do đó, PCBs không dùng nữa có thế là một nguồn chất thái rắn đáng kế trừ khi áp dụng chính sách quản lý thích hợp và công nghệ xử lý phù hợp. Cụ thề, kim loại chiếm hơn 80% tổng giá trị kinh tế PCBs [8] và hàm lượng kim loại trong PCBs đoi với một so nguyên to cao hơn nhiều lần so vời trong quặng tự nhiên [9]. Theo Sáng kiến giải quyết vấn đề xử lý e-waste (Solving the E-Waste Problem Initiative-StEP-tổ chức của Liên Hợp Quốc nham giải quyết nạn khủng hoang c-waste trên toàn thế giới), Trung Quốc và Mỹ hiện là hai quốc gia đứng đầu về sản xuất sản phẩm EEE, cũng như có lượng rác điện tư được thai ra môi trường nhiều nhất thế giới [4], Năm 2012, Trung Quốc sản xuất khoảng 12,2 triệu tấn thiết bị EEE, Hoa Kỳ sản xuất khoáng 11 triệu tấn.
Trong năm này, lượng rác điện tử mà Mỳ thái ra là 10,4 triệu tấn, Trung Quốc 8 triệu tấn. Theo báo cáo của Cơ quan Báo vệ Môi trường Mỹ (EPA- US), Mỳ là quốc gia phát sinh nhiều WEEE nhất, riêng trong năm 2010 lượng thiết bị điện tứ thái khoang 2,4 triệu tấn nhưng chi có 27% trong số đó được đem đi tái chế [ 1 ]. Theo sổ liệu thống kê của Baldé và đồng nghiệp [10], trên toàn thế giới năm 2016 có 44,7 triệu tấn e-waste và đến năm 2018 e-waste đã tăng lên gần 50 triệu tẩn, bình quân 6,6 kg/người; trong khi đó, chi có 20 % xử lý đúng cách (Hình 1. Theo các báo cáo thường niên về tình trạng e-waste ờ các nước có trữ lượng lớn như: Anh, Mỹ, Đức, 4 Nhật.
thì tỉ lệ e-waste bình quân đầu người ở mỗi nước năm 2019 có sụt giảm so với 2016, điều này có nghĩa lượng tái chế đã có xu hướng tăng (Hình 1. Thông kẽ trừ lượng e-waste trên thê giới từ năm 2010 đên năm 2018 [111. So sánh lượng bình quân e-waste đầu người năm 2016 và 2019 ơ một số nước có lượng e-waste lớn [12], 5 Ờ Việt Nam [13], khối lượng e-waste (chi tính cho ba loại: điện thoại di động, máy vi tính và tivi) vào năm 2011 có khoáng 6.140 tấn/năm, lên đển 6.910 tấn/năm vào năm 2015 và 7. Tại thành phố Hồ Chí Minh, các nguồn e-waste được thu gom có thế được phân thành hai nhóm: nguồn địa phương như hộ gia đình, vãn phòng, khách sạn, nhà sản xuất, phân phối, sửa chữa; và nguồn thâm nhập lậu từ các tỉnh lân cận đồng bằng sông Cửu Long.
Ti lệ hàng nãm cúa e-waste là 0,011 kg/người dối với điện thoại di động, 0,24 kg/người đối với máy vi tính và 0,57 kg/người đối với tivi. Theo thống kê của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc, mỗi người dân Việt Nam thải ra trung bình 1,3 kg chất thai điện tử năm 2018, tương đương 116. Các chuyên gia dự báo, đến năm 2025 tại Việt Nam lượng e-waste sẽ có thể lên tới 250. Lượng e-waste chủ yểu phát sinh từ hộ gia đinh (đồ gia dụng điện tứ), văn phòng (máy vi tính, máy photocopy, máy fax.), các bộ sản phẩm điện tử lỗi và các thiết bị thải được nhập khau bất hợp pháp.
Theo các nghiên cứu [17, 18, 19J. PCBs chứa một lượng đáng kế các kim loại có giá trị như Au, Ag, Cu, Zn, Pb và các kim loại khác. Do đó, PCBs hiện được coi là một nguồn tài nguyên tái sứ dụng quan trọng trong khai thác kim loại từ phế thải đô thị bao gồm các kim loại cơ bản được liệt kê ở trên cho đến các nguyên tổ đất hiểm (REE: Rare earth element), vốn rất thiết yếu về mặt công nghệ nhưng dang dần cạn kiệt [20]. Thu hồi vật liệu từ e-waste là một trong những quá trình đầy thách thức với phát triển bền vững toàn cẩu hiện đại [21].
Phong trào e-waste xuyên biên giới là diêm chính trong các cuộc tháo luận xoay quanh chu đề quản lý e-waste toàn cầu.