RECUPERACIÓN POR VIA HIDROMETALURGICA DE ORO

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. 69000, Huajuapan de León, Oaxaca, México.
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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 H2SO4-O2, 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 [H2SO4], Po2, Velocidad de agitación y temperatura, determinando los
órdenes de reacción de la lixiviación de Cu y Zn frente a la concentración de O2 y
H2SO4 y la energía de activación del sistema.
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.
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-O3 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 [H2SO4], Po2, 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 O2H2SO42-, 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.
3) Estudio de la naturaleza y cinética de la reacción de lixiviación de metales en el
sistema O2-H2SO42-.
Los efectos evaluados experimentalmente fueron temperatura, [H2SO4] y PO2,
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,
[H2SO4]=0.5 M, presión O2=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
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 o2 1atm, [H2SO4] 0.5 M,
velocidad de agitación 900 min-1, tiempo total de ataque 600 min.
Tiempo
(min)
0
120
240
360
480
600
[Cu]
ppm
0
360
820
925
1350
1925
[Zn]
ppm
0
59
177
280
407
555
concentración (ppm)
2000
1500
Cu
Fe
Zn
1000
500
0
0
100
200
300
400
500
600
tiempo (min)
Figura 1. Representación gráfica de las ppm lixiviadas en condiciones de: 50º C, 500 ml, P o2 1atm,
H2SO4 0.5 M, velocidad de agitación 900 min-1, tiempo total de ataque 600 min.
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 H2SO4-O2. 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 O2/H2SO4.
Tiempo de ataque 600 min.
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
[H2SO4] 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 O2 1atm, velocidad de agitación 750-1 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 H2SO4 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= 104.2 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, [H2SO4] 0.5 M, presión O2
1atm, velocidad de agitación 750-1 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.
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 H2SO4, 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 O2S2O32- - S2O42- . PhD Thesis, Universitat de Barcelona, 2003.
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40, pp 369 – 373. (2004).
3. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Executive Editor Wolfgang
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Wiley – Interscience, New York, vol 22, pp 163 –195. (1997).
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Aplicaciones. PhD Thesis, Universitat de Barcelona, 2004.
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Máster en Química experimental. Universidad de Barcelona. 2003.