cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2018-2-21-27cvmet-744Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ОТХОДОВTHERMAL TREATMENT INFLUENCE ON COPPER EXTRACTION FROM ELECTRONIC WASTEАхметвалиеваЗ. М.AkhmetvaliyevaZ. M.

докторант 

070010, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19

PhD candidate

070010, Republic Kazakhstan, Ust’-Kamenogorsk city, Serikbayev str., 19

zakhmetyali@gmail.comКуленоваН. А.KulenovaN. A.

канд. техн. наук, проф., зав. научно-производственным комплексом «Металлургия»

Cand. Sci. (Eng.), Associate prof., Head of research and production complex «Metallurgy»

3007kulenova53@gmail.comМамяченковС. В.MamyachenkovS. V.

докт. техн. наук, профессор

кафедра металлургии тяжелых цветных металлов 

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 17, оф. С-108

Dr. Sci. (Tech.), Prof., Department of metallurgy of heavy non-ferrous metals

620002, Ekaterinburg, Mira str., 17, оff. С-108

svmamyachenkov@yandex.ruАнисимоваО. С.AnisimovaO. S.

канд. техн. наук, доцент

кафедра металлургии тяжелых цветных металлов 

Cand. Sci. (Tech.), Docent, Department of metallurgy of heavy non-ferrous metals

osanis@mail.ruФокинаЕ. Л.FokinaE. L.

вед. инженер

Институт наук о Земле

199034, г. Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7-9

Senior engineer, Institute of Earth Sciences

199034, Saint Petersburg, University embankment, 7-9

albite@yandex.ruВосточно-Казахстанский государственный технический университет (ВКГТУ) им. Д. СерикбаеваКазахстанEast Kazakhstan State Technical University (EKSTU)KazakhstanУральский федеральный университет (УрФУ) им. первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University (UrFU)Russian FederationСанкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)РоссияSaint Petersburg State UniversityRussian Federation201818042018022127Copyright © Ахметвалиева З.М., Куленова Н.А., Мамяченков С.В., Анисимова О.С., Фокина Е.Л., 20182018Ахметвалиева З.М., Куленова Н.А., Мамяченков С.В., Анисимова О.С., Фокина Е.Л.Akhmetvaliyeva Z.M., Kulenova N.A., Mamyachenkov S.V., Anisimova O.S., Fokina E.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/744

Приведены результаты исследования влияния предварительной термической обработки измельченных электронных отходов при температуре 450 °С на степень извлечения меди при последующем выщелачивании материала растворами азотной кислоты. В качестве объектов исследования были выбраны отходы электронной промышленности, в частности автомобильные микросхемы и компьютерные печатные платы. Экспериментальным путем выявлено, что доля органической фазы в их составе колеблется в пределах 20–25 % от массы измельченного сырья. По результатам термогравиметрического и рентгенофлуоресцентного анализов установлено, что максимальная степень удаления органики и образование оксидных форм металлов наблюдаются в интервале температур 400–450 °С. Получена математическая модель процесса выщелачивания меди из электронных отходов растворами HNO3. Найдены оптимальные параметры проведения процесса: температура в системе 75 °С, продолжительность выщелачивания 150 мин, концентрация кислоты 4 М, обеспечивающие максимальное извлечение меди в раствор (98 %). Проведен сравнительный анализ процессов выщелачивания двух типов сырья (после термической обработки и без таковой). Экспериментально подтверждено, что для сырья после предварительного отжига наблюдается более полное выщелачивание меди из электронных отходов растворами азотной кислоты меньшей концентрации по сравнению с образцами без термической обработки. Доказано, что последняя обуславливает фазовые изменения в составе исследуемого объекта, а именно переход металлов в их оксидные формы, что положительно влияет на степень извлечения меди из электронных отходов при последующем азотно-кислом выщелачивании.

The paper provides the results of studying the influence of preliminary thermal treatment of crushed electronic waste at a temperature of 450 °C on the copper extraction degree during subsequent material leaching by nitric acid solutions. Electronic industry waste, in particular automobile microcircuits and computer printed circuit boards, was chosen as a research object. It was experimentally determined that the percentage of the organic phase in the research object composition varies within 20–25 % of the crushed raw material mass. The results of thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray fluorescence analysis (XRF) show that the maximum degree of organic removal and formation of metal oxides are observed in a temperature range of 400–450 °C. A mathematical model of copper leaching from electronic waste by HNO3 solutions was obtained. The optimum parameters for the process were found – the temperature in the system is 75 °C; leaching duration is 150 min; acid concentration is 4 M with a maximum copper extraction to the solution of 98 %. A comparative analysis of leaching processes for two types of materials (after thermal treatment and without it) was carried out. It was experimentally confirmed that copper leaching from electronic waste by nitric acid solutions with lower concentrations is more complete for materials after preliminary thermal treatment as compared to raw material leaching without thermal treatment. It was proved that preliminary thermal treatment leads to phase changes in the composition of the research object, namely, the transition of metals to their oxide forms, which positively affects the degree of copper extraction from electronic waste at subsequent nitric acid leaching.

комплексный термический анализтермическая обработкаэлектронные отходыпечатные платымедьвыщелачиваниеазотная кислотаcomplex thermal analysisthermal treatmentelectronic wasteprinted circuit boardscopperleachingnitric acidReferencesPark Y.J., Fray D.J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 2009. No. 164. P. 1152—1158.Park Y.J., Fray D.J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 2009. No. 164. P. 1152—1158.Shamsuddin M. Metal recovery from scrap and waste. J. Metals. 1986. No. 38. P. 24—31.Shamsuddin M. Metal recovery from scrap and waste. J. Metals. 1986. No. 38. P. 24—31.Cui J., Zhang L. Metallurgical recovery of metals from electronic waste: A review. J. Hazard. Mater. 2008. No. 158. P. 228—256.Cui J., Zhang L. Metallurgical recovery of metals from electronic waste: A review. J. Hazard. Mater. 2008. No. 158. P. 228—256.Wong M.H., Wu S.C., Deng W.J., Yu X.Z., Luo Q., Leung A.O.W., Wong C.S.C., Luksemburg A.S., Wong A.S. Export of toxic chemicals — a review of the case of uncontrolled electronic waste recycling. J. Environ Pollut. 2007. No. 149. P. 131—140.Wong M.H., Wu S.C., Deng W.J., Yu X.Z., Luo Q., Leung A.O.W., Wong C.S.C., Luksemburg A.S., Wong A.S. Export of toxic chemicals — a review of the case of uncontrolled electronic waste recycling. J. Environ Pollut. 2007. No. 149. P. 131—140.Veit H.M., Bernardes A.M., Ferreira J.Z., Tenório J.A., de FragaMalfatti C. Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy. J. Hazard. Mater. 2006. No. 137. P. 1704—1709.Veit H.M., Bernardes A.M., Ferreira J.Z., Tenório J.A., de FragaMalfatti C. Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy. J. Hazard. Mater. 2006. No. 137. P. 1704—1709.Anindya A. Minor elements distribution during the smelting of WEEE with copper scrap: PhD Thesis. Australia, Melbourne: RMIT University, 2012.Anindya A. Minor elements distribution during the smelting of WEEE with copper scrap: PhD Thesis. Australia, Melbourne: RMIT University, 2012.Dhawan N., Kumar M., Kumar V., Wadhwa M. Recovery of metals from electronic scrap by hydrometallurgical route. In: Proc. Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology (REWAS) (Cancun, Mexico, 12— 15 October 2008). P. 693—698.Dhawan N., Kumar M., Kumar V., Wadhwa M. Recovery of metals from electronic scrap by hydrometallurgical route. In: Proc. Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology (REWAS) (Cancun, Mexico, 12— 15 October 2008). P. 693—698.Dhawan N., Kumar V., Kumar M. Recovery of metals from electronic scrap by hydrometallurgical route. In: Extraction and Processing Division (EPD) Congress: The Minerals, Metals and Materials Society. USA, Warrendale, 2009. P. 1107—1109.Dhawan N., Kumar V., Kumar M. Recovery of metals from electronic scrap by hydrometallurgical route. In: Extraction and Processing Division (EPD) Congress: The Minerals, Metals and Materials Society. USA, Warrendale, 2009. P. 1107—1109.Delfini M., Ferrini M., Manni A., Massacci P., Piga L., Scoppettuolo A. Optimization of precious metal recovery from waste electrical and electronic equipment boards. J. Environ. Prot. 2011. No. 2. P. 675—682.Delfini M., Ferrini M., Manni A., Massacci P., Piga L., Scoppettuolo A. Optimization of precious metal recovery from waste electrical and electronic equipment boards. J. Environ. Prot. 2011. No. 2. P. 675—682.Hagelüken C. Recycling of electronic scrap at Umicore’s integrated metals smelter and refinery. World Metall. — Erzmetall. 2006. No. 59. P. 152—161.Hagelüken C. Recycling of electronic scrap at Umicore’s integrated metals smelter and refinery. World Metall. — Erzmetall. 2006. No. 59. P. 152—161.Lehner T. Integrated recycling of non-ferrous metals at Boliden Ltd. Ronnskar smelter. In: IEEE Int. Symp. on Electronics and Environment. 1998. P. 42—47.Lehner T. Integrated recycling of non-ferrous metals at Boliden Ltd. Ronnskar smelter. In: IEEE Int. Symp. on Electronics and Environment. 1998. P. 42—47.Park Y.J., Fray D.J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 2009. No. 164. P. 1152—1158.Park Y.J., Fray D.J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 2009. No. 164. P. 1152—1158.Sheng P.P., Etsell T.H. Recovery of gold from computer circuit board scrap using aqua regia. Waste Manage. Res. 2007. No. 25. P. 380—383.Sheng P.P., Etsell T.H. Recovery of gold from computer circuit board scrap using aqua regia. Waste Manage. Res. 2007. No. 25. P. 380—383.Quinet P., Proost J., Van Lierde A. Recovery of precious metals from electronic scrap by hydrometallurgical processing routes. Miner. Metall. Process. 2005. No. 22. P. 17—22.Quinet P., Proost J., Van Lierde A. Recovery of precious metals from electronic scrap by hydrometallurgical processing routes. Miner. Metall. Process. 2005. No. 22. P. 17—22.Kulandaisamy S., Prrabhakar Rethinaraj J., Adaikkalam P., Srinivasan G.N., Raghavan M. The aqueous recovery of gold from electronic scrap. JOM. 2003. No. 55. P. 35—37.Kulandaisamy S., Prrabhakar Rethinaraj J., Adaikkalam P., Srinivasan G.N., Raghavan M. The aqueous recovery of gold from electronic scrap. JOM. 2003. No. 55. P. 35—37.Macaskie L.E., Creamer N.J., Essa A.M.M., Brown N.L. A new approach for the recovery of precious metals from solution and from leachates derived from electronic scrap. Biotechnol. Bioeng. 2003. No. 96. P. 631—639.Macaskie L.E., Creamer N.J., Essa A.M.M., Brown N.L. A new approach for the recovery of precious metals from solution and from leachates derived from electronic scrap. Biotechnol. Bioeng. 2003. No. 96. P. 631—639.Моисеева Н.Г. Исследование и разработка технологии комплексной переработки отходов электронной промышленности: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Москва: МИСиС, 1997; Moiseeva N.G. Issledovanie i razrabotka tekhnologii kompleksnoi pererabotki otkhodov elektronnoi promyshlennosti [Research and development of technology of the complex waste processing of the electronic industry]: Abstr. Diss. of Cand. Sci. (Eng.). Moscow: MISIS, 1997.Моисеева Н.Г. Исследование и разработка технологии комплексной переработки отходов электронной промышленности: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Москва: МИСиС, 1997; Moiseeva N.G. Issledovanie i razrabotka tekhnologii kompleksnoi pererabotki otkhodov elektronnoi promyshlennosti [Research and development of technology of the complex waste processing of the electronic industry]: Abstr. Diss. of Cand. Sci. (Eng.). Moscow: MISIS, 1997.Лолейт С.И. Разработка экологически чистых технологий комплексного извлечения благородных и цветных металлов из электронного лома: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. М.: МИСиС, 2010; Loleit S.I. Razrabotka ekologicheski chistykh tekhnologii kompleksnogo izvlecheniya blagorodnykh i tsvetnykh metallov iz elektronnogo loma [Development of environmentally friendly technologies of complex extraction of precious and non-ferrous metals from the electronic scrap]: Abstr. Diss. of Dr. Sci. (Eng.). Moscow: MISIS, 2010.Лолейт С.И. Разработка экологически чистых технологий комплексного извлечения благородных и цветных металлов из электронного лома: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. М.: МИСиС, 2010; Loleit S.I. Razrabotka ekologicheski chistykh tekhnologii kompleksnogo izvlecheniya blagorodnykh i tsvetnykh metallov iz elektronnogo loma [Development of environmentally friendly technologies of complex extraction of precious and non-ferrous metals from the electronic scrap]: Abstr. Diss. of Dr. Sci. (Eng.). Moscow: MISIS, 2010.Колмакова А.А. Физико-химические закономерности процессов вскрытия электронного лома, содержащего благородные металлы смесью азотной и серной кислот: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Красноярск: ГУЦМиЗ, 2004; Kolmakova A.A. Fizikokhimicheskie zakonomernosti protsessov vskrytiya elektronnogo loma, soderzhashchego blagorodnye metally smes’yu azotnoi i sernoi kislot [Physicochemical regularities of the electronic scrap processing containing noble metals by a mixture of nitric and sulfuric acids]: Abstr. Diss. of Cand. Sci. (Eng.). Krasnoyarsk: State University of Non-ferrous metals and gold, 2004.Колмакова А.А. Физико-химические закономерности процессов вскрытия электронного лома, содержащего благородные металлы смесью азотной и серной кислот: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Красноярск: ГУЦМиЗ, 2004; Kolmakova A.A. Fizikokhimicheskie zakonomernosti protsessov vskrytiya elektronnogo loma, soderzhashchego blagorodnye metally smes’yu azotnoi i sernoi kislot [Physicochemical regularities of the electronic scrap processing containing noble metals by a mixture of nitric and sulfuric acids]: Abstr. Diss. of Cand. Sci. (Eng.). Krasnoyarsk: State University of Non-ferrous metals and gold, 2004.Fisher R.A. The Design of experiments. New York: Hafner publishing company, 1971.Fisher R.A. The Design of experiments. New York: Hafner publishing company, 1971.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. школа, 1972; Gmurman V.E. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika [Theory of probability and mathematical statistics]. Moscow: Vysshaya shkola, 1972.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. школа, 1972; Gmurman V.E. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika [Theory of probability and mathematical statistics]. Moscow: Vysshaya shkola, 1972.Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974; Gorskii V.G., Adler Yu.P. Planirovanie promyshlennykh eksperimentov [Planning of industrial experiments]. Moscow: Metallurgiya, 1974.Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974; Gorskii V.G., Adler Yu.P. Planirovanie promyshlennykh eksperimentov [Planning of industrial experiments]. Moscow: Metallurgiya, 1974.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.