Biorecuperación sostenible (Bioleaching) de cobre a partir de placas base de teléfonos móviles en desuso
Fecha
2018-10-23Autor
Crespo Rodríguez, Aitor
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[ES]La rápida acumulación de aparatos eléctricos y electrónicos en desuso en todo el mundo y el peligro que ello conlleva hace necesaria la búsqueda de nuevos sistemas de gestión y tratamiento sostenibles que permitan la recuperación y reutilización de los materiales empleados en su manufacturación. Una alternativa de tratamiento son los métodos de biolixiviación, bioextracción o biohidrometalurgia que se utilizan para extraer metales valiosos de estos residuos mediante procesos de oxidación-reducción favorecidos por la acción de microorganismos.
Este trabajo tiene como objetivo principal estudiar la recuperación sostenible o biolixiviación de cobre a partir de las placas base (PCB) de los teléfonos móviles en desuso. Para ello se comenzó con la recopilación de teléfonos móviles y se separaron las placas base de los mismos. Tras la trituración y molienda de las PCBs, se obtuvo una muestra pulverizada de tamaño de partícula inferior a 0.75 mm y visualmente algo heterogénea debido a la naturaleza de las placas. Algunas de las placas no se trituraron y se trataron únicamente con una disolución de NaOH 10 M, para eliminar el recubrimiento aislante de epoxy que tapaba las capas inferiores de cobre. Se determinó la cantidad total de metales en la muestra en polvo mediante digestión ácida con aqua regia asistida por microondas. El elemento mayoritario fue el Cu, cuyo contenido ascendió a 435±54 mg/g muestra. Los siguientes elementos más abundantes en la muestra en polvo fueron el Sn (32.9±3.7 mg/g), Al (19.69±0.67 mg/g), Fe (12.56±0.23 mg/g) y Ni (11.39±1.05 mg/g).
Se adquirió una cepa comercial de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, se activó y se inoculó en un medio de cultivo específico con un contenido de 9 g Fe2+/L. En el sistema inoculado se introdujeron cantidades similares de la muestra en polvo y de la placa sin cubierta epoxy. Se concluyó que la actividad de oxidación bacteriana en el medio con la placa era superior a la de la muestra en polvo. Este hecho se debe a que la disolución con placa era más favorable, que la disolución agitada del polvo, la cual además de contener la resina epoxy verde, era más turbia y compleja. También se concluyó que una vez formado el oxidante Fe3+, el contacto entre este y los metales contenidos en la muestra pulverizada es mejor que en la placa, por lo que los rendimientos de extracción de cobre son más altos en el primer caso (78.26% polvo y 67.96% placa).
A pesar de que la extracción de Cu fue un 15.1% más elevada empleando la muestra en polvo, se concluyó que operacionalmente era más recomendable proceder a la bioextracción usando placas enteras (previamente eliminada la cubierta epoxy). La placa una vez tratada se pudo sacar fácilmente del medio y lavar adecuadamente. En el caso del polvo, la muestra residual quedaba en el medio mezclada totalmente con los microorganismos y todos los metales extraídos, lo que dificultaba su separación.
En este trabajo inicial se ha demostrado que la biolixiviación permite extraer cobre eficazmente de las PCBs de teléfonos móviles en desuso, pero, aunque todavía quedan muchos aspectos por investigar para que esta alternativa tecnológica pueda ser implantada a gran escala, no hay duda de que las innovaciones biotecnológicas ocuparán un lugar relevante dentro de los tratamientos sostenibles de los residuos electrónicos. [EU]Erabiltzeari utzi egin zaien
tresna elektriko eta elektronikoen metaketa arina eta honek dakarren
arriskua, esparru honen inguruko
kudeaketa
eta garapen iraunkorrerako tratamenduen sistema
berrien ikerketa ezinbestekoa da,
tresna
hauen manufakturazio prozesuan erabilitako materialak
berreskuratzeko
eta berrerabiltzeko
asmoz. Biolixibiazioa, bioerauzketa edota biohidrometalurgia
izeneko
tratamendu metodo alternatiboak
hondakinen baliozko metalak erauzteko balio du,
eta
horretarako
oxidazio-erredukzio prozesuez
eta mikroorganismoen akzioen laguntzaz baliatzen da.
Lan honen helburu nagusia,
erabilgarriak ez diren
telefono
mugikorren plaka baseetan (PCB) dagoen
kobrea berreskuratzean datza, garapen jasangarrian edo biolixibiazioan oinarrituz. Horretarako,
lehenik eta behin,
telefono
mugikorren bilketari ekin zitzaion eta hauen plaka baseak atera ziren.
Plaken birrinketa eta
ehoketaren ostean, 0.75 mm baino txikiagoko hautsa eta
begi bistan
heterogeneoa zen lagina eskuratu zen. Hauetako zenbait
plaka ez ziren txikitu eta
NaOH 10M
disoluzioarekin tratatu ziren, kobrearen geruza estaltzen zuen epoxy material isolatzailea ezabatzeko.
Hautsezko laginean dauden metalen kantitate totala kuantifikatzeko, mikrouhinez lagundutako
digestio azidoa
burutu zen
aqua regia
erabiliz.
Gehiengo elementua Cu izan zen, bere
batezbesteko
edukia 435±54 mg/g
zelarik.
Beste gehiengo elementuak Sn (32.9±3.7 mg/g),
Al (19.69±0.67 mg/g), Fe (12.56±0.23 mg/g) eta
Ni (11.39±1.05 mg/g)
izan ziren.
Acidithiobacillus ferrooxidans
bakteriaren andui bat
erosieta 9 g Fe2+/L –ko edukia
zuen hazkuntza
espezifikoko medioan aktibatu eta inokulatu zen. Sistema
inokulatuan, epoxy-rik gabeko plakaren eta
hautsezko
lagin
aren
pareko kantitateak sartu egin ziren.
O
xidazio bakterianoaren aktibitatea
plakare
n disoluzioan
, hauts
ezko
lagin
arenean
baino handiago zela ondorioztatu zen.
Horren zergatia
medioan dago; hau da
,
plaka z
uen disoluzioa “
askoz
garbiago”
zegoen
hautsezko disoluzioa baino.
Azken horr
etan,
prozesuaren bukaeran disoluzioa oso nahasia eta konplexua zen biomasa gara zedin.
Baina, b
ehin
Fe
3+
oxidatzailea eratuta, elementu ho
rr
en eta hauts
ezko
laginaren m
etalen arteko
kontaktua plakan baino hobeagoa
z
ela ondorioztatu zen
;
beraz, kobrearen erauzketaren
errendimendua altuagoak
izan ziren
lehenengo kasuan (78.26% hautsa eta 67.96% plaka).
Na
h
iz
eta
hauts
ezko
lagin
ean
kobrearen erauzketa
-
portzentaia %15.1
handiagoa izan
zen
,
plaka
osoak (aldez aurretik epoxy estaldura kenduta) erabiltzea
gomendagarriagoa zela
ondorioztatu zen
bioe
rauzketaren alde pratikotik ikusita
.
Hots,
plaka
tratatu ostean
,
oso erraz
atera
zen
disoluziotik
eta egoki garbitu zen.
. Hautsa
ren kasuan berriz, hondakin lagina medioan nahasita geratzen zen
mikroorganismo eta erauzitako metalekin
batera.
Hasierako lan honetan, frogatu izan da nola biolixibizazioaren bitartez kobrea erauzi daitekeen
erabiltzen ez diren sakelako mugikorren PCB
-
eng
andik modu eraginkor batean, baina, oraindik
hainbat alderdi geratzen dira ikertzeko alternatiba hau eskala handi batean ezarri ahal izateko. Ez
dago zalantzarik, hondakin elektronikoen tratamendu jasangarrietan berrikuntza biotekonologikoek
legu garrantzi
tsu bat okupatuko dutela. [EN] The rapid stackingof electrical and electronic equipment in disuse throughout the world and the
threat
that this entails makes it necessary to search for new sustainable management and treatment
systems that allow the recovery and reuse of the materials utilized in
the
manufactur
ing process
. An
alternative treatment is the method of bioleaching, bioextracti
on or biohydrometallurgy that are
used to extract valuable metals from these residues through oxidation
-
reduction processes favored
by the action of microorganisms.
The main objective of this work is to study the sustainable recovery or bioleaching of copp
er from
the
printed circuit boards
(PCB) of disused mobile phones.
The first step was
the collection of mobile
phones
from which the printed circuit boards were extracted
. After the grinding and shredding of the
PCBs, a
crushed
sample of particle size
smal
ler
than 0.75 mm and visually somewhat heterogeneous
was obtained. Some of
PCBs that were not grinded
were treated with a 10 M NaOH
solution
, to
eliminate the epoxy insulating coating that
protected
the lower layers of copper. The total amount of
metals in
the
crushed
sample was determined by acid digestion
with aqua regia assisted by
microwaves. The most abundant element was Cu, whose total average content in one gram
sample
was 435 ± 54 mg .
Other
abundant elements in the p
ulverized
sample were Sn (32.9
± 3.7 mg/g), Al
(19.69 ± 0.67 mg /g), Fe (12.56 ± 0.23 mg /g) and Ni (11.39
± 1.05 mg /g). ).
A commercial strain of the bacterium
Acidithiobacillus ferrooxidans
was
purchased
, activated and
inoculated in a specific culture medium with a content of 9 g Fe
2
+
/L.
,
S
imilar amounts of the
c
ru
shed
sample and the
not grinded PCB
piece
were introduced
in one inoculated solution
. It was concluded
that the bacterial oxidation activity in the medium with the
not grinded sample
was
higher than
in
the
pulverized
sample. This fact
was attributed to the
“cleaner” solution with the PCB piece, in
comparison with the muddy liquid of the crushed sample, which also contained the green epoxy
-
2018
iii
resin
.
It
was also concluded that once the Fe
3
+ oxidant was
originared
, the cont
act between the
oxidant and the metals contained in the
grinded
sample
wa
s better than in the
PCB piece
, so copper
extraction yields
were
higher in the
former
case (78.26% dust). and 67.96%
piece
).
Although the extraction of Cu was 15.1% higher
in
the
crus
hed
sample
experiment
, it was concluded
that it was
operationally
more
recommendable
to proceed with bioextraction using
the entire PCBs
or their pieces
as long as the epoxy cover is previously
removed
.
The
PCB
could be easily
taken out
from the medium and washed properly. In the case of dust, the residual sample remained completely
mixed
with the microorganisms and all the extracted metals, which made it difficult to separate
the
components.
This preliminary work
show that bioleaching al
lows the efficient extraction of copper from the PCBs
of disused mobile phones
.
A
lthough there are still many aspects to be investigated
for
this
technological alternative
to
be implemented
at
large scale, there is no doubt that the
b
iotechnological innova
tions
applied to the sustainable treatment of electronic wastes will be in a
relevant position
in the near future.