Nghiên cứu công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử

Những năm gần đây, được sự tạo điều kiện của chính phủ nước ta cùng với nguồn lao động rẻ, các nước trên thế giới đã dần chuyển dịch các cơ sở sản xuất của hàng loạt công ty thuộc lĩnh vực thiết bị điện, điện tử lớn trên thế giới về Việt Nam. Hiện nay, sản xuất bảng mạch điện tử của nước ta có tổng giá trị sản phẩm đứng thứ 8 trên thế giới với tỉ lệ khoảng 2%.

Trong các thiết bị điện tử không thể thiếu bộ phận quan trọng là mạch in (PCB). Mạch in có cấu tạo gồm một hoặc nhiều lớp mạch bằng đồng dùng để kết nối giữa các chân linh kiện, các mạch này làm nhiệm vụ dẫn điện và được dán trên nền bằng phíp cách điện. Để chế tạo mạch in cần trải qua nhiều công đoạn, trong đó 70 ÷ 90 % lượng đồng kim loại trên phíp đồng ban đầu được loại bỏ bởi quá trình gọi là ăn mòn mạch. Quá trình này sinh ra chất thải chứa đồng thường là dung dịch đồng clorua trong đó có chứa 100 g/l Cu2+ ÷ 150 g/l Cu2+ và một lượng axit HCl dư. Sản xuất mỗi mét vuông mạch in thải ra trung bình từ 1,5 lít ÷ 3,5 lít dung dịch dạng này.

Ở nước ta, mỗi năm ước tính có hàng trăm nghìn mét vuông bảng mạch được sản xuất tương đương hàng chục nghìn mét khối dung dịch đồng clorua thải. Từ trước đến nay, loại chất thải này được một số đơn vị có giấy phép xử lý môi trường tiếp nhận, lưu giữ và xử lý. Tuy nhiên, do công nghệ xử lý chưa phù hợp, mang tính thủ công dẫn đến chi phí lớn, không thu hồi triệt để đồng và đặc biệt chất thải của quá trình ảnh hưởng đến môi trường.

Xét về góc độ của ngành luyện kim, dung dịch đồng clorua thải là nguồn nguyên liệu tốt để thu hồi đồng kim loại. Việc nghiên cứu công nghệ thu hồi đồng phù hợp với nguyên liệu này sao cho có hiệu quả kinh tế và ít ảnh hưởng đến môi trường là vấn đề cấp thiết hiện nay ở nước ta. Từ thực tế này, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đã được Bộ Công Thương đặt hàng thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử” và Chủ nhiệm đề tài là KS. Kiều Quang Phúc với mục tiêu: Xây dựng quy trình công nghệ thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử; Thử nghiệm thu hồi 10 kg đồng kim loại, ≥ 99,90% Cu.

Qua nghiên cứu xử lý thu hồi đồng kim loại từ dung dịch CuCl2 thải ra trong quá trình sản xuất mạch điện tử ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô mở rộng, đề tài đã hoàn thành các mục tiêu đề ra. Các kết luận thu được gồm có:

Dung dịch ăn mòn thải từ quá trình sản xuất mạch điện tử có hàm lượng đồng cao và tạp chất thấp là nguồn nguyên liệu tốt để thu hồi đồng kim loại. Phương pháp chiết - điện phân với nhiều ưu điểm đã đươc lựa chọn để nghiên cứu thu hồi đồng từ nguyên liêu này.

Bằng môt công đoạn chiết và môt công đoạn giải chiết nối tiếp nhau sử dụng chất chiết là Acorga M5640 và dung môi là dầu hỏa đã tách chọn lọc được ion Cu2+ từ môi trường clorua và chuyển vào dung dịch sunfat. Kết quả cho thấy khả năng hấp thu ̣ion Cu2+ của chất chiết Acorga M5640 maṇ h, đông học quá trình chiết, giải chiết diễn ra nhanh với hiệu suất cao. Qua quá trình chiết - giải chiết đã thu được dung dịch đồng sunfat đạt chất lượng để tiến hành điện phân thu hồi đồng kim loại.

Sản phẩm đồng catot thu được sau khi tiến hành điện phân dung dịch đồng sunfat với các chế độ lựa chọn tương tự với thực tế vận hành của các nhà máy trên thế giới đạt chất lượng 99,95 % Cu tương đương với mác M0 của Nga. Qua đó dự tính tổng chi phí nguyên vật liệu, năng lượng để sản xuất 1 tấn đồng catot từ dung dịch ăn mòn mạch thải theo công nghệ chiết - điện phân là khoảng 92 triệu đồng. Với giá bán sản phẩm Cu 99,95% hiện nay là khoảng 140 triệu đồng/ tấn cho thấy công nghệ có hiệu quả kinh thế cao.

Với việc nghiên cứu thành công phương pháp chiết thu hồi đồng từ môi trường clorua, đề tài đã mở ra một hướng đi mới, hiệu quả cao trong việc thu hồi đồng kim loại không chỉ với đối tượng dung dịch ăn mòn mạch thải mà còn có thể áp dụng để xử lý đối tượng khác như: quặng đồng sunfua nghèo, xỉ đồng, bã mạ đồng hợp kim... Các yêu cầu về chế tạo thiết bị cho công nghệ này cũng không đòi hỏi cao, trong nước hoàn toàn có thể đáp ứng được do vậy đề tài có tính khả thi cao khi triển khai ở quy mô lớn.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15800/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)