RECUPERACIÓN POR VIA HIDROMETALURGICA DE ORO, COBRE Y ZINC CONTENIDOS EN LOS CIRCUITOS IMPRESOS

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1 RECUPERACIÓN POR VIA HIDROMETALURGICA DE ORO, COBRE Y ZINC CONTENIDOS EN LOS CIRCUITOS IMPRESOS Dr. Guillermo Juárez López Profesor Investigador, Instituto de Minería. Universidad Tecnológica de la Mixteca. Carretera a Acatlima Km. 2.5, C.P , Huajuapan de León, Oaxaca, México. RESUMEN Para la recuperación de oro, cobre y zinc contenidos en circuitos impresos, es necesario realizar una exhaustiva caracterización de ciertos componentes que integran los circuitos de las computadoras. Encontrando que en general están constituidos por una base polimérica y metálica, primordialmente de cobre y cinc y sobre la misma un sustrato de oro. Se ha realizado un estudio fundamental sobre la recuperación de oro contenido en los circuitos impresos, encontrando que dentro del campo de la Hidrometalurgia, la lixiviación de Cu y Zn en medio H 2 SO 4 -O 2, permite la separación física del sustrato de oro de la base polimérica, lo que hace recuperar este metal precioso contenido en tales circuitos. Para ello, se han determinado los parámetros y condiciones cinéticas que intervienen en la reacción, como son la influencia de [H 2 SO 4 ], Po 2, Velocidad de agitación y temperatura, determinando los órdenes de reacción de la lixiviación de Cu y Zn frente a la concentración de O 2 y H 2 SO 4 y la energía de activación del sistema.

2 I. INTRODUCCIÓN Los países desarrollados se mueven rápidamente a incrementar el reciclaje del oro (Au), cobre (Cu) y cinc (Zn). De hecho, la industria del reutilizamiento de estos metales ha existido desde hace unas dos décadas y no obstante a esto grandes cantidades no son aun tratados óptimamente, creando con ello importantes consecuencias económicas, ecológicas y de control ambiental estratégico. En aplicaciones donde terminan en forma sólida, sus desperdicios consisten básicamente como chatarra electrónica y solo una parte de ellos son recuperados y una importante cantidad no son tratados. Por otro lado, las operaciones minero metalúrgicas generan entre otros, efluentes líquidos que deben ser tratados para su disposición al ambiente de acuerdo a los estándares permitidos por las normas internacionales. El usar una tecnología para efluentes que contenga Au disuelto, consiste en abatir costos y no dejarlos como contaminantes, transformándolos en compuestos inocuos. De tal manera, que las fuentes secundarias de Au, Cu y Zn, son los desechos de componentes eléctricos y electrónicos, soluciones agotadas de los procesos industriales de recubrimientos, catalizadores, joyería, entre otros. En este sentido, se han desarrollado estudios para su recuperación [1,2], como es el caso de la cementación [3] recuperación electrolítica [4] resinas de intercambio iónico [5] y precipitación química [6]. Sin embargo, la mayoría de estos procesos presentan dificultades técnicas, como bajo por ciento de recuperación y pureza; económicas, por ser procesos incosteables para pequeños y medianos generadores; ecológicos, dado que generan residuos altamente peligrosos. Por lo tanto, es evidente la necesidad en nuestro país, por abordar investigaciones referentes a la recuperación de los metales Au, Cu y Zn contenidos en la chatarra electrónica. Cabe hacer mención, que los contenidos de estos metales en los deshechos industriales, pueden llegar a ser muy superiores a los contenidos en un mineral, es decir; las fuentes secundarias son cada vez más atractivas.

3 Las investigaciones realizadas para recuperar estos metales [7], son francamente escasas, pero estudios efectuados en lixiviación de metales en presencia con ozono, se a encontrando que en medio CT-O 3 es posible disolver Cu, Ni, Sn, Au y Ag presentes; sin embargo, su uso a nivel industrial es poco claro pues los costos de inversión para la generación de ozono son una fuerte limitante, además de la necesidad de lixiviar a los metales por etapas. Es por ello, que en el presente trabajo, se propone recuperar principalmente Au mediante lixiviación dinámica ácida utilizando oxígeno y ácido sulfúrico para disolver al sustrato de Cu y Ni, lo cual permitirá la separación física del Au del componente polimérico, posteriormente y por filtración, las partículas de Au serán separadas por tamizado del polímero, lavadas y listas para ser sometidas a fusión para la obtención de lingotes. Además, es necesario realizar un estudio cinético para abordar la influencia de las principales variables que afectan a la velocidad de lixiviación de los metales no nobles y en consecuencia la recuperación de Au. Dichas variables incluyen la [H 2 SO 4 ], Po 2, velocidad de agitación y temperatura, para de esta forma calcular el orden de la reacción y la energía de activación del sistema; parámetros cinéticos de suma importancia para una aplicación industrial del proceso. II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En el presente trabajo se propone un proceso hidrometalúrgico para recuperar Au contenido en los circuitos impresos, específicamente se ha usado un sistema O 2 - H 2 SO 2-4, mediante lixiviación dinámica ácida. La metodología de trabajo de esta investigación comprendió en la realización de una serie de experimentos desarrollados bajo la siguiente secuencia: 1) Recolección, selección y corte de las partes que contengan Au de los circuitos impresos de computadora, pero que a la vez sean representativos de diferentes generaciones de computadoras. 2) Caracterización por DRX, SEM-EDS de todas las partes que conforman los circuitos impresos.

4 3) Estudio de la naturaleza y cinética de la reacción de lixiviación de metales en el sistema O 2 -H 2 SO Los efectos evaluados experimentalmente fueron temperatura, [H 2 SO 4 ] y PO 2, mientras que las soluciones ricas en cobre y cinc, producto de la lixiviación, quedan listas para ser recuperadas y un sustrato polimérico limpio de metales, que potencialmente puede ser también reciclado. Todos los experimentos de lixiviación se realizaron a presión atmosférica en un reactor de vidrio convencional de 500 ml de capacidad. El reactor se monto sobre un modular con plato de calentamiento y agitación magnética equipado con medidor de velocidad de agitación y controlador de temperatura. El agitador es de acero recubierto con teflón de 3 cm de largo. Se implemento un sistema de medición continua de ph basado en un ph-metro, equipado con un electrodo de ph apto para operar en condiciones extremas de acidez y alcalinidad (rango de ph de 0-14). La temperatura del sistema se controlo con un termómetro sumergido en la solución, esto para las pruebas realizadas a temperatura ambiente, mientras que para las pruebas a elevadas temperaturas el control se efectuó mediante un termorregulador que mantiene constante la temperatura del baño, con tolerancias de ± 0.5 C. III.- ANALISIS DE RESULTADOS Se realizaron múltiples experimentos de lixiviación de los metales no nobles, a fin de determinar la naturaleza y cinética de la reacción, las condiciones de uno de ellos fue: Masa de la muestra=11.58g, volumen de solución=500 ml, temperatura= 50 C, [H 2 SO 4 ]=0.5 M, presión O 2 =1atm, velocidad de agitación=750 min -1, tiempo de ataque total=600 min. Los resultados obtenidos del experimento se muestran en la tabla 1, donde se presentan las concentraciones de Cu y Zn expresadas en ppm frente al tiempo expresado en minutos. La representación gráfica de tales resultados se presenta en la figura 1. Como puede observarse tiene lugar un ataque preferente de Cu y Zn, permitiendo de esta manera comprobar la teoría propuesta, referente a la separación física de la base polimérica respecto al recubrimiento de Au. Como

5 puede observarse en la misma figura, que existe claramente una tendencia ascendente y lineal de lixiviación para Cu y Zn por lo que al pasar ambos metales a la fase acuosa permite la separación física entre la base polimérica y el sustrato de Au. Tabla 1. Partes por millón lixiviadas en condiciones de 50º C, 500 ml, P o 2 1atm, [H 2 SO 4 ] 0.5 M, velocidad de agitación 900 min -1, tiempo total de ataque 600 min. Tiempo (min) [Cu] ppm [Zn] ppm concentración (ppm) Cu Fe Zn tiempo (min) Figura 1. Representación gráfica de las ppm lixiviadas en condiciones de: 50º C, 500 ml, P o 2 1atm, H 2 SO M, velocidad de agitación 900 min -1, tiempo total de ataque 600 min.

6 El producto metálico separado fue caracterizado por SEM-EDS, los resultados se muestran en la figura 2, confirmando que se trata de Au metálico. En la figura 3, se muestra una imagen general de los sólidos obtenidos después de la lixiviación en medio H 2 SO 4 -O 2. Donde puede observarse que el sustrato de Au queda separado de la base polimérica. Figura 2. Imagen obtenida por SEM-EDS del producto dorado, confirmando que se trata de oro metálico. Figura 3. Productos de la lixiviación de componentes dorados con O 2 /H 2 SO 4. Tiempo de ataque 600 min.

7 Posterior a ello, se realizó un estudio cinético para determinar las condiciones óptimas de lixiviación de los metales no nobles y calcular de ésta manera los órdenes de reacción y la energía de activación del sistema. El primer efecto estudiado fue la [H 2 SO 4 ] en rangos de 0.125, 0.25, 0.5 y 1.0 M manteniendo los demás parámetros constantes es decir: masa de la muestra 11.58g, volumen de solución 500 ml, temperatura 25 C, presión O 2 1atm, velocidad de agitación min, tiempo de ataque total 240 min. El orden de reacción fue calculado al representar en forma logarítmica la constante experimental de velocidad (previamente calculada al representar las ppm lixiviadas de Cu y Zn en función del tiempo) frente al logaritmo de las concentraciones de H 2 SO 4 obteniendo un orden de reacción frente a la concentración del acido de n= 0, tanto para Cu como para Zn. El siguiente efecto en ser evaluado fue la presión parcial de Oxigeno en rangos de 0.2 y 1 atm, de manera similar al caso anterior se obtuvo el valor del orden de la reacción frente a la concentración del gas siendo de n= 3.58 para el Cu y de n= 3.49 para el Zn. El último efecto a evaluar fue la temperatura, en rangos de 15, 25, 40 y 50 C. Se ha calculado la energía de activación del sistema por medio de la ecuación de Arrhenius S, al representar el logaritmo natural de las constantes experimentales para cada temperatura frente 1/T, obteniendo en éste caso una línea recta de pendiente negativa cuyo valor es Ea/R, permitiendo calcular la energía de activación. Siendo para el Zn Ea=21.36 KJ/mol lo que indica que la reacción es controlada por difusión, mientras que para el Cu Ea= KJ/mol indicativo de que la reacción es controlada por la propia reacción química. IV. CONCLUSIONES 1. Se ha aplicado un método hidrometalúrgico para recuperar el Au contenido en la chatarra electrónica, las condiciones experimentales son: masa de la muestra 11.58g, volumen de solución 500ml, temperatura 50 C, [H 2 SO 4 ] 0.5 M, presión O 2 1atm, velocidad de agitación min y tiempo de ataque total 600 min. 2. Los resultados obtenidos muestran que es factible la separación física entre la base polimérica y el sustrato de Au, pasando el Cu y Zn a la fase acuosa.

8 3. La caracterización por MEB-EDS del producto sólido obtenido, confirma que se trata de Au metálico como única especie presente. 4. El orden de reacción frente a la concentración del H 2 SO 4, es de n=0 para Cu y Zn. 5. El valor calculado del orden de reacción frente a la presión parcial de Oxigeno es de n= 3.58 para el Cu y de n= 3.49 para el Zn, lo que indica que la reacción es muy favorable para ambos metales. 6. Finalmente se ha calculado la energía de activación del sistema siendo de Ea= 104 KJ/mol para el Cu, indicativo de que la reacción es controlada por la propia reacción química, mientras que para el Zn es de Ea= 21.36, lo que indica que la reacción es llevada a cabo por un proceso de difusión. V. BIBLIOGRAFIA 1. I. Rivera, Estudio cinético de la precipitación/lixiviación de plata en el sistema O 2 - S 2 O S 2 O 2-4. PhD Thesis, Universitat de Barcelona, I. Rivera L., F. Patiño C., M. Cruells C., A. Roca V., J. Viñals O., Precipitación de plata de efluentes electrolíticos. Revista de Metalúrgia. Rev, Metal. Madrid, Vol 40, pp (2004). 3. Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Executive Editor Wolfgang Gerhartz, vol A24, pp (1993). Silver, silver compounds, and silver alloys, sixth edition, vol 32, pp , (2003). 4. Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Edited by Grayson, M.; Wiley Interscience, New York, vol 22, pp (1997). 5. E. Molera, Lixiviación de metales con ozono acuoso. Cinética de la plata y oro. Aplicaciones. PhD Thesis, Universitat de Barcelona, J. Viñals, M. Cruells, A. Roca, E. Juan. Métodos no contaminantes de obtención de metales por vía húmeda Informe final de investigación de la Fundación Domingo Martínez., Barcelona, España M. Ruiz Tomás. Lixiviación de Paladio, Rodio y Platino con Ozono Acuoso. Máster en Química experimental. Universidad de Barcelona

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