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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA - EEL RAFAEL VENDRAME DA MATA ESTUDO DAS TÉCNICAS DE RECICLAGEM DE METAIS EM PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO Lorena - SP 2014 RAFAEL VENDRAME DA MATA Estudo das técnicas de reciclagem de metais em placas de circuito impresso Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena para obtenção do Engenheiro Químico. Orientador: Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira Lorena - SP 2014 título de AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizado da Escola de Engenharia de Lorena, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a) da Mata, Rafael Vendrame Estudo das técnicas de reciclagem de metais em placas de circuito impresso / Rafael Vendrame da Mata; orientador Félix Monteiro Pereira. - Lorena, 2014. 38 p. Monografia apresentada como requisito parcial para a conclusão de Graduação do Curso de Engenharia Industrial Química - Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo. 2014 Orientador: Félix Monteiro Pereira 1. Sucata eletrônica. 2. Placas de circuito impresso. I. Título. II. Pereira, Félix Monteiro, orient. RESUMO O grande crescimento de resíduos elétricos e eletrônicos (REEE) no Brasil e no mundo proveniente de uma evolução tecnológica acelerada vem obrigando empresas e estimulando pesquisadores a encontrar formas adequadas de descarte ou de reciclagem desses equipamentos. Os REEE são formados por equipamentos defeituosos ou simplesmente modelos ultrapassados de eletroeletrônicos, assim considerados obsoletos por muitos. Esses equipamentos são descartados muitas vezes de forma incorreta pela população como sendo um lixo normal, gerando grande degradação ao meio ambiente por conter substâncias e materiais tóxicos em seus compostos. Porém a maior parte desses materiais tóxicos está contida nas placas de circuito impressos (PCI) que, possuindo também em sua constituição metais base como o cobre e metais preciosos como ouro e prata, se mostram o REEE principal para estudos de viabilidade e formas de reciclagem. Este trabalho tem como objetivo mapear os componentes tóxicos e metais valiosos contidos nas PCIs além de detalhar as tecnologias empregadas para uma possível reciclagem utilizando de material teórico e estudo de experimentos práticos realizados por diversos pesquisadores. Como resultado das pesquisas constatou-se que os metais que viabilizam o processo de reciclagem são o cobre, estanho, ferro, níquel, chumbo, alumínio, zinco, ouro, prata e paládio, e entre os materiais degradantes estão o chumbo, mercúrio, cádmio e os retardadores de chamas a base de bromo. Os métodos de reciclagem de PCIs atualmente utilizados e estudados são a pirometalurgia, hidrometalurgia, biometalurgia, eletrometalurgia e processamento mecânico. Estes métodos foram demonstrados neste trabalho sendo utilizados com diversas combinações e formas por vários pesquisadores, concluindo-se que os mais usuais são compostos por um pré-tratamento utilizando o processamento mecânico seguido por uma técnica de refino utilizando hidrometalurgia, eletrometalurgia ou biometalurgia por se mostrarem menos degradantes ao meio ambiente alem de conseguir obter uma melhor recuperação dos metais de interesse. Palavras chave: Reciclagem, placas de circuito impresso, lixo eletrônico. LISTA DE FIGURAS Fig. 1 – Esquema de algumas possibilidades de processamento de sucata de placas de circuito impresso ...................................................................................................................................16 Fig. 2 – a) Moinho de martelo; b) Interior de moinho de martelo com grelha de 10mm........................................................................................................................................26 Fig. 3 – Agitador de peneiros e conjunto de peneiros empilhados...........................................27 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Consumo de energia em uma produção primária e secundária de metais (Gj/ton. de metal)........................................................................................................................................13 Tabela 2 – Tabela de líquidos densos e suas densidades empregados em testes afunda/flutua.............................................................................................................................28 LISTA DE SIGLAS REEE – Resíduos Elétricos e Eletrônicos; PCI – Placa de circuito impresso; OECD – Organização para cooperação e desenvolvimento econômico; StEP – Solving the e-waste problem; EEE – Elétricos e eletrônicos; TBBPA – Tetrabomobisfenol – A; CO – Monóxido de carbono; CO2 – Dióxido de carbono; H2 – Hidrogênio; O2 – Oxigênio; Sn – Estanho; Pb – Chumbo; Al – Aluminio; Zn – Zinco; FRX/DE – Fluorescência de Raios-X Dispersivas de Energias; DRX – Difração de Raios-X; H2SO4 – Acido sulfúrico; HCl – Ácido Clorídrico; HNO3 – Ácido Nítrico; TBP – Fosfato de tributila; H2O2 – Dióxido de hidrogênio; FRX – Fluorência de raios-X; TBE – Tetrabomoetano. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................9 1.1. Objetivos ........................................................................................................... 10 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 11 2.1. Resíduos elétricos e eletrônicos (REEE) .......................................................... 11 2.2. Placas de Circuito Impresso (PCIs) ................................................................. 13 2.3. Métodos de reciclagem de PCI ......................................................................... 15 2.3.1. Pirometalurgia ..................................................................................................17 2.3.2. Hidrometalurgia ............................................................................................... 19 2.3.3. Eletrometalurgia............................................................................................... 20 2.3.4. Biometalurgia ...................................................................................................21 2.3.5. Processos Mecânicos ......................................................................................... 23 2.3.5.1. Cominuição .......................................................................................................25 2.3.5.2. Classificação granulométrica: .......................................................................... 26 2.3.5.3. Separação gravimétrica: .................................................................................. 28 2.3.5.4. Separação magnética ........................................................................................ 29 2.3.5.5. Separação eletrostática..................................................................................... 29 3. METODOLOGIA ............................................................................................ 30 3.1. Tipo de estudo...................................................................................................30 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...................................................................... 31 5. CONCLUSÃO ..................................................................................................33 REFERÊNCIAS .............................................................................................................34 9 1. INTRODUÇÃO O grande aumento no consumo de equipamentos elétricos e eletrônicos em todo o mundo trouxe como consequência o problema de administrar os resíduos gerados pelo descarte desses equipamentos depois de obsoletos ou danificados. Há pouco mais de uma década o consumo de equipamentos eletrônicos tem crescido de forma acelerada, além disso, as tecnologias utilizadas têm sido rapidamente substituídas por tecnologias mais avançadas, agravando ainda mais o problema do aumento de resíduos eletrônicos. Há algum tempo, descartavam-se os equipamentos ao fim de seu ciclo de vida, porém, hoje em dia, com o surgimento de novas tecnologias é comum se descartar um aparelho de celular em pleno funcionamento por se tornar ultrapassado e com menos funcionalidades que os novos aparelhos. No Brasil novos aparelhos são praticamente dados caso o cliente venha a aderir a um plano de telefonia móvel de uma operadora específica. E o que fazer com os aparelhos eletrônicos defasados? Muitos deixam guardados em um canto da casa sem saber o que fazer com eles, outros simplesmente os descartam junto com o lixo doméstico sem saber que nesses resíduos existem substâncias e componentes tóxicos, que devem ser tratados ou descartados em locais próprios para que não degradem o meio ambiente. Em 2009, gerou-se cerca de 40 milhões de toneladas de lixo eletrônico por ano no mundo todo, conforme publicado em relatório pelo Programa das Nações Unidas para Meio Ambiente (SCHLUEP et al., 2009), na qual a maior parte é gerada por países desenvolvidos, sendo aproximadamente nove milhões de toneladas nos países da União Europeia e três milhões só nos Estados Unidos. Nos Estados Unidos em 2009 apenas 17,7 % foram reciclados, sendo o restante descartado de forma incorreta em aterros sanitários ou incinerados (OLIVEIRA; BERNARDES; GERBASE, 2012 e OLIVEIRA; GERBASE, 2012). Na China a produção de resíduos elétricos e eletrônicos (REEE) é de aproximadamente 2,3 milhões de toneladas por ano, e aproximadamente 70 % do lixo importado no mundo tem destino na China, aumentando ainda mais o acúmulo de REEE. No Brasil existe uma Política Nacional de Resíduos Sólidos (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, 2010) em vigor de acordo com a Lei nº 12305 de 02 de agosto de 2010, na qual define no artigo 33 que: “São obrigados a estruturar e implementar sistemas de logística reversa, mediante retorno dos produtos após o uso pelo consumidor, de forma independente do serviço público de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos, os fabricantes, importadores, 10 distribuidores e comerciantes de: (…) VI – produtos eletroeletrônicos e seus componentes.” Estimativas apontam que as vendas de equipamentos eletrônicos cresçam consideravelmente nos países em desenvolvimento, incluindo o Brasil, impulsionado pelo aumento do capital da população (SCHLUEP et al., 2009), aumentando a necessidade de maior fiscalização para que a Política Nacional de Resíduos Sólidos seja eficaz. Os REEE ao mesmo tempo em que são um problema ambiental por possuírem componentes tóxicos como chumbo, também são vistos como oportunidade por muitos, pois existem neles vários tipos de metais base e metais preciosos como ouro, prata e paládio, que se reciclariam para reutilização, apesar de sua reciclagem ser extremamente difícil por conter uma variedade muito grande de componentes e metais. A maior parte desses componentes tóxicos e metais de valor estão contidos nas placas de circuito impresso (PCI) existentes na maioria dos componentes eletrônicos, porém a maioria das PCIs descartadas no Brasil é procedente de computadores defeituosos ou ultrapassados, assim o foco deste trabalho será identificar métodos de reciclagem das PCIs de computadores com o intuito de verificar a viabilidade econômica juntamente com os benefícios sociais implícitos nesse processo. 1.1. Objetivos O objetivo desse trabalho é realizar uma pesquisa bibliográfica analisando e detalhando os materiais contidos em PCIs de computadores dando ênfase aos componentes que causam degradação ambiental ao serem descartados incorretamente e componentes valiosos recuperados em um possível processo de reciclagem. Serão analisados também os métodos de reciclagem utilizados atualmente, suas viabilidades econômicas e ambientais. 11 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Resíduos elétricos e eletrônicos (REEE) A indústria de manufatura eletrônica é o setor da produção que mais cresce, sendo que em termos de faturamento só perde para a indústria petrolífera. Em função desse crescimento acompanhado com a rápida obsolescência, o resíduo elétrico e eletrônico (REEE, lixo eletrônico, e-lixo ou e-waste) é também o resíduo que cresce mais rapidamente no mundo (SCHLUEP et al., 2009 e MATTOS; PERALES, 2008). Esses resíduos elétricos e eletrônicos são classificados nas dez categorias abaixo descritas (BERNARDES, 2009): Grandes eletrodomésticos; Pequenos eletrodomésticos; Equipamentos de informática e de telecomunicações; Equipamentos de consumo; Equipamentos de iluminação; Ferramentas elétricas e eletrônicas (com exceção de ferramentas industriais fixas de grandes dimensões); Brinquedos e equipamentos de esporte e lazer; Aparelhos médicos (com exceção de todos os produtos implantados e infectados); Instrumentos de monitoração e controle; Distribuidores automáticos. Os governos do mundo inteiro estão preocupados com o aumento considerável de REEE, a área de informática, por exemplo, não era vista como uma indústria poluidora, porém com o avanço tecnológico o ciclo de vida desses produtos encurtou, gerando resíduo que na maioria das vezes não está tendo um destino adequado, se tornando um grande problema por conter componentes tóxicos como chumbo, cádmio e mercúrio que exigem um tratamento especial ao serem descartados (OLIVEIRA; GERBASE, 2012). Os países desenvolvidos exportam seu lixo eletrônico para países em desenvolvimento como forma de evitar o problema do acúmulo desse tipo de lixo, os principais países importadores são China, Índia e Paquistão, sendo que o primeiro recebe cerca de 70 % de todo o lixo eletrônico importado no mundo (SCHLUEP et al., 2009, OLIVEIRA; GERBASE, 2012 e MATTOS; PERALES, 2008). Isto acontece devido ao baixo 12 custo da mão de obra e às leis ambientais pouco rigorosas vigentes nesses países, sendo cerca de dez vezes mais barato reciclar esse resíduo na China do que nos EUA. Visando resolver esse problema, em 1989 a comunidade mundial estabeleceu a Basel Convention, que se baseia em um tratado internacional para impedir que as nações industrializadas da “Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico” (OECD) continuassem a exportar seu REEE para países menos desenvolvidos. Porém, apenas em 1997 foi adotado o Basel Ban, um tratado internacional no qual propunha o fim à exportação de lixo nocivo incluindo os resíduos eletrônicos de países pertencentes à OECD para países não pertencentes à OECD. Os EUA como maior produtor de lixo nocivo do mundo têm pressionado países da Ásia a criar acordos bilaterais para manter a exportação desses resíduos e, como resultado, atualmente 80 % do lixo nocivo produzido nos EUA é exportado para a Ásia (SCHLUEP et al., 2009 e OLIVEIRA; GERBASE, 2012). Em 2007 a ONU criou o programa “Solving the E-wast Problem” (StEP), que se baseia na criação de padrões mundiais de tecnologia e processos de reciclagem de REEE além de incentivar o aumento de vida útil dos equipamentos eletrônicos e os mercados para sua reutilização (BERNARDES, 2009). No Brasil, há algum tempo vem se estudando formas de gerenciamento de REEE de modo a haver uma melhor viabilidade econômica que estimule as empresas a apostar nesse nicho de mercado de reciclagem de REEE ou mesmo influenciar as empresas produtoras de elétricos e eletrônicos (EEE) a incorporar o processo de logística reversa à sua estrutura organizacional, onde, para Rogers e Tibben-Lembke (1998) “logística Reversa é o processo de planejamento, implementação e controle do fluxo de matérias-primas, estoque em processos e produtos acabados (e seu fluxo de informação) do ponto de consumo até o ponto de origem, com o objetivo de recapturar valor ou realizar um descarte adequado”. A partir da criação da Lei nº 12305 de 02 de agosto de 2010 referente à Política Nacional de Resíduos Sólidos as empresas produtoras, importadoras e distribuidoras são obrigadas a implementar um sistema de logística reversa, porém, o início do processo deveria ser a conscientização da população e instrução de como e para onde deve ser encaminhado esse resíduo, já que na maioria das vezes esses resíduos ou estão sendo descartados com o lixo doméstico comum ou estão sendo guardados em algum cômodo da casa por falta de opção (OLIVEIRA;GERBASE, 2012, MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, 2010 e MATTOS; PERALES, 2008). Para reciclagem de REEE os benefícios vão além da questão ambiental de descarte de componentes com componentes tóxicos, também é necessário levar em consideração a 13 possibilidade de um ganho econômico próprio do metal reciclado, como o cobre, o chumbo e o alumínio, além dos metais preciosos como o ouro, prata e platina e, de acordo com Hayes (1993), a reutilização de metais de sucata necessita de muito menos energia que em sua obtenção em uma produção primária, conforme apresentado na Tabela 1. Isto ocorre, pois no processo de produção primária de metais ocorre a redução do minério para a obtenção do metal, já na produção secundária ocorre a partir da fusão da sucata que já se encontra em estado metálico, sendo que o ultimo processo demanda de muito menos energia que o primeiro mencionado (VEIT, 2001). Tabela 1 – Consumo de energia em uma produção primária e secundária de metais (GJ/t de metal). Metal Produção Primária Produção Secundária Economia (%) Magnésio 372 10 97 Aluminio 253 13 95 Níquel 150 16 89 Cobre 116 19 83 Zinco 68 19 72 Aço 33 14 57 Chumbo 28 10 64 Fonte: HAYES, 1993. O REEE é constituído por computadores, televisores, monitores, celulares, rádios, placas de circuito impresso existentes em diversos equipamentos atuais, como máquinas de lavar, geladeiras, automóveis, entre outros aparelhos que acabaram sendo descartados por apresentarem defeito ou se tornarem obsoletos. Entretanto, o componente que mais necessita de atenção para processos de reciclagem é a placa de circuito impresso, pois é nela que se encontram a maioria dos metais valiosos e componentes tóxicos que degradam o meio ambiente (OLIVEIRA; GERBASE, 2012, BERNARDES, 2009). 2.2. Placas de Circuito Impresso (PCIs) Placas de circuito impresso estão contidas em praticamente todos os equipamentos elétricos e eletrônicos, sendo considerados os resíduos de maior interesse para um processo de reciclagem de todo o grupo de eletroeletrônicos, pois contêm além de materiais tóxicos e 14 degradantes à natureza, metais valiosos que podem viabilizar financeiramente esse processo de reciclagem (OLIVEIRA; GERBASE, 2012, BERNARDES, 2009). As PCIs em geral são formadas por camadas de materiais plásticos e fibrosos como filme de poliésteres, poliolefinas, policarbonatos ou fibra de vidro, onde são adicionadas finas películas de substâncias metálicas como cobre, prata, ouro e níquel. Essas substâncias formam as trilhas condutoras de energia elétrica sobre as quais são montados os circuitos eletrônicos e suas interconexões (OLIVEIRA; GERBASE, 2012). A composição de uma placa de circuito impresso varia de acordo com sua utilização e ano de fabricação, por exemplo, placas mais antigas contêm maior quantidade de ouro, enquanto placas mais novas contêm maior quantidade de cobre, porém, em modos gerais pode-se descrever a porcentagem de cada componente em uma placa de circuito impresso como (HOFFMANN, 1992): Polímeros: em média 30 % em peso, principalmente poliolefinas, poliésteres e policarbonatos; Óxidos Refratários: em torno de 30 % em peso, onde a sílica é 50 %, alumina 20 %, óxidos de terras raras 20 % e 10 % de outros óxidos; Metais Base: em torno de 40 % do peso total, composto de 50 % de cobre, 20 % de estanho, 10 % de ferro, 5 % de níquel, 5 % de chumbo, 5 % de alumínio e 3 % de zinco; Metais Preciosos: em torno de 1655 g/t de prata, 850 g/t de ouro e 42 g/t de paládio. Materiais tóxicos e degradantes do meio ambiente também são encontrados em PCIs. Além do chumbo presente principalmente nas soldas as PCIs também podem conter mercúrio, cádmio e retardadores de chamas a base de bromo, porém em menores quantidades que o chumbo. O chumbo está presente nas soldas das PCI geralmente a uma taxa de 60:40 com estanho, representando o principal tipo de solda utilizada em componentes eletrônicos (HORNE; GERTSAKIS, 2006), quando descartados em aterros, quantidades significativas de íons de chumbo são dissolvidos ao serem misturados com água ácida. Esse chumbo se acumulará no ambiente causando efeitos tóxicos para as plantas, animais e microorganismos da região. Para o ser humano causa danos ao sistema nervoso, sistema circulatório e nos rins, além de causar efeitos graves ao desenvolvimento do cérebro nas crianças (BERNARDES, 2009). O mercúrio é utilizado basicamente em sensores e interruptores presentes em PCI. O mercúrio é liberado quando o componente eletrônico é destruído em aterros. A vaporização de 15 mercúrio metálico e metilmercúrio (formado quando o mercúrio inorgânico é disperso na água) também é uma possibilidade, ambos são altamente tóxicos e causam danos cerebrais crônicos. Quando o mercúrio é introduzido nos sistemas naturais de água concentra-se em sedimentos e facilmente se acumula em organismos vivos, especialmente em peixes (MATTOS; PERALES, 2008 e HORNE; GERTSAKIS, 2006). O cádmio está presente nas PCI em resistores, detectores infravermelhos e semicondutores e seu descarte pode contaminar os lençóis freáticos. O cádmio é um composto tóxico que se acumula no corpo humano, principalmente nos rins. Pode ser absorvido por meio da respiração e pelo consumo de água ou alimentos contaminados. Os retardadores de chama bromados são regularmente incorporados em produtos eletrônicos como forma de assegurar uma proteção contra a inflamabilidade do produto. Nas PCI o principal retardador de chama reativo utilizado é o tetrabromobisfenol-A (TBBPA). O TBBPA forma dioxinas / furanos bromados em processos térmicos e causa disfunção hormonal no ser humano. O TBBPA também tem classificação como “muito tóxico para os organismos aquáticos” e pode causar efeitos adversos de longo prazo nesses ambientes (MATTOS; PERALES, 2008 e HORNE; GERTSAKIS, 2006). 2.3. Métodos de reciclagem de PCI Atualmente a maioria dos procedimentos aplicados para a reciclagem de PCI só consegue reciclar 28 % do peso total de seu conteúdo metálico, assim mais de 70 % dessa sucata não é eficientemente valorizada e reciclada, tendo frequentemente como destino final a incineração ou a deposição em aterros controlados (havendo ainda presença de componentes com alta taxa de toxidade e metais de alto valor agregado). Assim se justifica um estudo mais profundo da reciclagem para obtenção de melhores resultados de eficiência (BERNARDES, 2009). O tratamento de PCI é bastante complexo devido à variedade de compostos contido em sua estrutura, sendo assim várias técnicas estão sendo desenvolvidas ou aprimoradas para a reciclagem deste componente. A seguir serão explicados os processos utilizados atualmente para a reciclagem de PCI, que pode ser mecânico, químico ou térmico. As principais tecnologias utilizadas são a Pirometalurgia, Hidrometalurgia, Eletrometalurgia, Biotecnologia e Processamento Mecânico, sendo que o último é o menos agressivo ao meio ambiente e ao ser humano por gerar menos resíduo contaminante (OLIVEIRA; GERBASE, 2012, VEIT, 2001 e VEIT 2005). 16 A Figura 1 apresenta uma visão geral de algumas possibilidades de processamento das PCI. Figura 1 – Esquema de algumas possibilidades de processamento de sucata de placas de circuito impresso. Sucata de Placas de Circuito Impresso Peças Reutilizáveis Peças Contendo Compostos Tóxicos Desmontagem manual Pré-Tratamento Mecânico/Térmico Tratamento Hidrometalúrgico Cominuição Resíduos Processamento Mecânico Reator Flash Gás Escória Liga Metálica Fração Pesada (Principalmente Metais) Fração Leve (Principalmente Plásticos) Fundição Secundária do Cobre Pirólise Óleo Gás Metais Não Ferrosos Cobre Metais Preciosos Fonte: VEIT, 2001 Gás Escória Metais Preciosos Resíduos Sólidos: Coque, Metais 17 2.3.1. Pirometalurgia É um processo metalúrgico que utiliza altas temperaturas, podendo produzir metais puros, ligas ou compostos intermediários (OLIVEIRA; GERBASE, 2012). O processamento pirometalúrgico é essencialmente um mecanismo que concentra metais em uma fase metálica e rejeita a maioria dos materiais estranhos em uma fase de escória (HOFFMANN, 2006). A fase de escória é composta por uma fase líquida com valores caloríferos bastante elevados e é formada por uma mistura de compostos orgânicos aromáticos e oxigenados (denominados piro-óleos) e uma fase gasosa composta principalmente por hidrocarbonetos leves, CO, CO2, H2 e O2 (denominados piro-gases) e que podem servir para fins energéticos no processo, depois de purificados, tornando a pirólise autossustentável. Um processo pirometalurgico é constituído por várias etapas que vão desde a secagem até o refino final do produto, sendo a etapa principal a de transformação química. Essa etapa necessita de uma quantidade muito grande de energia para atingir as temperaturas necessárias para o processo, essa energia é gerada pela queima de combustíveis fósseis, reações exotérmicas das etapas do próprio processo ou aquecimento elétrico. Para que haja transformações químicas podem ser utilizados diversos processos, variando de acordo com o material de partida encontrado. Os processos mais utilizados são (OLIVEIRA; GERBASE, 2012): Calcinação (decomposição pelo calor na presença de oxigênio); Ustulação (calcinação aplicada em sulfetos); Pirólise (decomposição pelo calor em um ambiente com pouco ou nenhum oxigênio). A incineração de PCI elimina o material polimérico e orgânico obtendo-se no processo apenas uma forma uma liga metálica impura, sendo possível refiná-la eletroliticamente. Algumas vantagens do processo pirometalúrgico são (VEIT 2001 e VEIT 2005): O mesmo não necessita de um pré-tratamento de separação; Aceita qualquer tipo de sucata eletrônica; Poucas etapas de processo. Algumas desvantagens do processo pirometalúrgico são (VEIT 2001 e VEIT 2005): Polímeros e outros materiais isolantes poluem o ar devido a formação de dioxinas e furanos; 18 Metais nobres podem ser perdidos pela volatilização de seus cloretos; Componentes cerâmicos e fibras de vidro aumentam a quantidade de escória no forno, aumentando as perdas de metais nobres e metais base; A taxa de recuperação de alguns metais é baixa (ex. Sn e Pb) ou até mesmo nula (ex. Al e Zn). Jie, Ying-Shun e Mai-Xi (2008) estudaram em 2008 um método de pirólise onde amostras de 2x2 cm foram submetidas a uma atmosfera de nitrogênio em um forno tubular com temperaturas de 300, 400, 500, 600 e 700 °C durante 30 minutos. Constatou-se que não há influência significativa de uma temperatura de processo abaixo de 500 °C e que os resíduos sólidos têm cerca de 75 a 80 % em peso, os piro-óleos cerca de 9 % em peso e os piro-gases cerca de 12 a 14 % em peso. 2.3.1.1 Pré-tratamento de reciclagem de PCIs utilizando altas temperaturas Em 2004, Cunha et al (2004) propôs um experimento de desmantelamento de PCIs por via térmica. Inicialmente cabos e suportes metálicos foram retirados manualmente das PCIs e estas foram separadas em amostras. No processo de remoção dos componentes eletrônicos das placas foram estabelecidas as seguintes variações de temperatura para as condições do ensaio: Temperatura = 200, 215, 220 e 230 ºC; Tempo = 5, 10, 15, 20, 25 e 30 minutos. Os testes de aquecimento foram realisados em estufa e os resultados obtidos foram analisados via FRX/DE (Fluorescência de Raios-X Dispersivas de Energias) e DRX (Difração de Raios-X). Após a realização do procedimento foi verificado que a máxima eficiência do processo ocorria a 220 ºC e com o tempo de 5 minutos removendo cerca de 70 % dos componentes eletrônicos das PCIs. Observou-se depois que com a utilização de um papel alumínio sobre as PCIs no processo foi obtido 100 % de remoção dos componentes eletrônicos das PCIs. Após o desmantelamento por via térmica observou-se que cerca de 40 % em peso refere-se as placas de circuito impresso, 2 % à solda (estanho e chumbo), 8 a 18 % de polímeros e 40 a 50 % de metais e cerâmicos. Mostraram também que mesmo após a exposição às condições experimentais de desmantelamento das PCIs por via térmica ainda havia uma grande quantidade de bromo nos componentes eletrônicos. 19 2.3.2. Hidrometalurgia O processo hidrometalúrgico se baseia na separação de metais, onde sua fase mais importante é a prática de dissolução do material em soluções lixiviantes, ácidas ou alcalinas, seguida de etapas de separação como extração por solvente, precipitação, troca iônica, filtração e destilação para isolar e concentrar o material de interesse (SUM, 1991). Algumas vantagens do processo hidrometalúrgico se comparado com o processo pirometalúrgico são (BERNARDES, 2009 e HORNE; GERTSAKIS, 2006): Economia de energia; Menor poluição do meio ambiente; Recuperação mais fácil dos principais componentes; Fácil recuperação de reagentes químicos. Algumas desvantagens são (BERNARDES, 2009 e HORNE; GERTSAKIS, 2006): Dificuldade em aceitar sucatas eletrônicas mais complexas; Necessidade de redução de volume via processamento mecânico; O ataque químico só é efetivo se o metal estiver exposto; Grande volume de soluções lixiviantes; Efluentes contendo metais base que são corrosivos, tóxicos ou ambos; Geração de resíduos sólidos. Chmielewski (1997) utilizou a hidrometalurgia para a recuperação de ouro de resíduos provenientes da indústria de joalharia e eletrônica. O processo utilizado iniciou-se com a operação de carbonização a baixas temperaturas e calcinação dos resíduos, lixiviação com solução de ácido nítrico para a remoção de prata e outros metais e depois a lixiviação com água régia, como solvente seletivo do ouro, seguido de extração com solventes. Nesse processo foram utilizados vários solventes como extratores, e como resultados obtidos o dietil malonato foi considerado o melhor solvente para aplicações industriais. Martins (2007), em 2007, apresentou um trabalho experimental com o objetivo de recuperar cobre e estanho de PCI, por meio da combinação de processamento mecânico e hidrometalurgia. Em seu estudo, inicialmente as PCIs foram desmanteladas e fragmentadas em moinhos de rolos separando-se as amostras com granulometria < 0,208 mm por peneiração. Estas amostras foram então misturadas à água destilada para que, por diferença de densidade, houvesse a retirada das partes não metálicas que interfeririam nas etapas de lixiviação e precipitação. Nessa etapa de separação por densidade houve uma perda de 13 % 20 de cobre e 9 % de estanho em relação à quantidade inicial presente na amostra moída. Em seguida essa amostra foi exposta a uma lixiviação a 60 °C utilizando várias misturas de ácidos em diversas concentrações, sendo elas (MARTINS, 2007): H2SO4 2,18N; H2SO4 2,18N + HCL 3,0N; HCL 3,0N; HCL 3,0N + HNO3 1,0N. Entre eles a lixiviação utilizando H2SO4 2,18N foi a que obteve piores resultados de recuperação de estanho e cobre, sendo 2,7 % de estanho e < 0,01 % de cobre. A utilização da solução HCL 3,0N + HNO3 1,0N para a lixiviação foi a que obteve melhores resultados de recuperação de estanho e cobre, sendo recuperados 98 % de estanho e 93 % de cobre que, após a lixiviação, foi neutralizado com NaOH obtendo-se um precipitado rico em cobre e estanho (MARTINS, 2007). Kelsall (2002) estudou a recuperação de metais em PCI por meio da dissolução com HCl e subsequente eletrodeposição. Lee, Ahn, J. G. e Ahn J. W. (2003) estudaram a recuperação de metais e a regeneração de soluções usadas. O ácido nítrico foi extraído por fosfato de tributila (TBP), o cobre metálico foi obtido por eletro-obtenção, o estanho foi precipitado pelo ajuste do pH da solução com Pb(OH) 2 e o chumbo metálico foi obtido por cementação com pó de ferro. Gluszczyszyn et al (1990) obteve o ouro por dissolução utilizando H2SO4 e H2O2 e posteriormente um ataque com água-régia. 2.3.3. Eletrometalurgia Define-se como eletrometalurgia o conjunto de procedimentos metalúrgicos que empreguem eletricidade, seja como fonte de energia térmica, ou como agente de redução química. Sendo o princípio básico da eletrometalurgia a obtenção de metal por eletrólise (BERNARDES, 2009). A eletrometalurgia é um processo tanto de extração quanto de refino de metais por eletrólise onde o eletrólito é uma solução aquosa ou uma mistura de sais fundidos na qual envolve reações de oxirredução, não espontânea, em que o metal presente se dissolve sob a forma de íons metálicos e é eletrodepositado no cátodo na forma pura (OLIVEIRA; GERBASE, 2012 e BERNARDES, 2009). 21 A maioria dos processamentos eletroquímicos para reciclagem de PCI são utilizados como eletrorefino após um pré tratamento utilizando processos mecânicos ou de material fundido obtido por métodos pirometalúrgicos. Após a pirólise é feita uma “pasta” (metais pulverizados, pó de carbono e um líquido iônico) do resíduo para compor o eletrodo (DILLS et al, 2009). As vantagens de utilizar processos eletrometalúrgicos para recuperação dos metais preciosos são (VEIT, 2001 E VEIT, 2005): Necessidade de poucas etapas; O concentrado de metais preciosos coletado representa de 95 a 97 % do metal encontrado na sucata; É aplicável em todo tipo de sucata contendo uma camada superficial de metais preciosos sobre um substrato de metais base; Todos os metais preciosos podem ser dissolvidos simultaneamente ou seletivamente e o substrato a base de cobre permanece inalterado; O eletrólito ainda pode ser reciclado além de não haver nenhum impacto negativo ao meio ambiente. A principal desvantagem é que a sucata deve ser pré-classificada, pois nem todo tipo de sucata eletrônica pode ser usada como alimentação (HAYES, 1993). Segundo Bernardes (2009), Jioa Tong da Universidade de Shangai na China, desenvolveu uma técnica que envolve moagem das PCIs e posteriormente a utilização de um campo elétrico de alta voltagem para a separação dos materiais metálicos dos não metálicos utilizando a diferença de condutividade elétrica entre os dois tipos de materiais. Assim os metais então podem ser recuperados por destilação fracionada a vácuo, enquanto os não metais podem ser compactados em placas para serem utilizados como material de construção. 2.3.4. Biometalurgia A biometalurgia utiliza as interações entre os micro-organismos e minerais para recuperar metais valiosos, principalmente ouro, cobre e cobalto. Sua principal utilização tem sido a biolixiviação de sulfetos metálicos. O processo biometalúrgico possui como principais vantagens ser simples, barato e fácil de operar, e como desvantagens o tempo requerido para a biolixiviação e a necessidade 22 do metal estar em uma forma que fique exposto para o possível ataque microbiano (OLIVEIRA; GERBASE, 2012). Em 2001, Brand, Bosshard e Wegmann (2001) desenvolveram um processo de biolixiviação com fungos (Aspergillus Níger, Penicillium simplicissimum) e bactérias (Thiobacillus, Thiooxidans e T. ferrooxidans) dos REEE. O processo precisou ser realizado em duas etapas, pois além do fato da adição de quantidade elevada de REEE ocasionar um aumento considerável do pH inicial devido a alcalinidade dos resíduos, houve a necessidade de redução dos efeitos tóxicos nos microorganismos que ocorriam com o processo sendo realizado em apenas uma etapa. Na primeira etapa a biomassa foi produzida sem a presença de resíduos eletrônicos havendo assim um tempo de adaptação. Após esse tempo, na segunda etapa, foram adicionados os resíduos eletrônicos em diferentes concentrações e as culturas foram encubadas por um período adicional. Como resultados da biolixiviação com concentrações de REEE de 5 e 10 g/L, os Thiobacilli foram capazes de lixiviar mais de 90 % do alumínio, cobre, níquel e zinco. Assim foi demonstrado que é possível solubilizar REEE através da utilização de microorganismos como bactérias e fungos, porém, apesar de a colônia de bactérias Thiobacilli e os fungos A. Níger e P. simplicissimum sejam capazes de se desennvolver na presença de REEE o processo de biolixiviação deverá ser realizado em duas etapas onde se separa o crescimento microbiano da lixiviação dos metais para que haja viabilidade econômica no processo de recuperação dos metais. Choi, Cho e Kim (2004) estudaram em 2004 a biolixiviação de cobre presente nas placas de circuito impressos moídas em moinhos de lâminas utilizando A. ferrooxidans. A ação do A. ferrooxidans no meio produz Fe2(SO4)3 que por sua vez reage com o cobre contido nas PCIs dando origem a formação de íon cúprico que entra na solução. Foi experimentada então a adição de um agente complexante - ácido cítrico – para melhorar a solubilidade do cobre e a eficiência do processo de biolixiviação. Sem a adição do ácido cítrico no processo cerca de 37 % em peso total de cobre lixiviado permanecia dissolvido, com a adição do ácido cítrico esse número aumentou para cerca de 80 % em peso total de cobre lixiviado. Concluiu-se então que com a adição de um agente complexante como o ácido cítrico à solução de biolixiviação tem-se um aumento de solubilidade dos íons metálicos lixiviados permitindo um processo de recuperação mais eficiente. 23 2.3.5. Processos Mecânicos Os processos mecânicos podem também ser compreendidos como uma espécie de pré-tratamento visando a separação de metais, materiais poliméricos e cerâmicos para depois serem encaminhados para os processos metalúrgicos anteriormente descritos para uma separação mais refinada. Várias etapas fazem parte dos processos mecânicos de reciclagem, mas as mais comumente usadas para a reciclagem de PCIs são: cominuição, classificação granulométrica, separação gravimétrica, separação magnética e separação eletrostática (OLIVEIRA; GERBASE, 2012, VEIT, 2001 e VEIT, 2005). Em 2002, Veit et al. (2002) estudaram um processo de tratamento mecânico que se inicia com a cominuição das placas de circuito impresso obtendo uma granulometria menor que 1mm, após esta primeira etapa realizaram uma separação granulométrica em três frações (< 0,25 mm; 0,25 mm à 0,50 mm; 0,50 mm à 1,00 mm). Após análise química realizaram um processo de separação por diferença de densidades utilizando tetrabromoetano diluído com acetona em uma proporção 1:0,27 (mistura realizada para diminuir a densidade do tetrabromoetano de 2,96 g/cm3 para 2,5 g/cm3 e baixar a viscosidade) tornando o processo de separação mais rápido e obtendo novas frações pesadas ricas em metais e novas frações leves ricas em plásticos e cerâmicos. Após análise química concluíram que é possível concentrar 30 % dos metais a partir de classificação granulométrica e 65 % a partir de separação por densidade, sendo que os metais principais estão presentes em maior porcentagem nas frações pesadas, validando o processo por diferença de densidade. Ao fim desse processo de separação as analises mostraram que houve uma recuperação de aproximadamente 55 % de cobre, tornando o processo bastante eficaz na recuperação do mesmo. A partir deste primeiro experimento, em 2004, Veit et al. (2004) iniciaram um estudo de recuperação de cobre de PCIs utilizando cominuição, classificação granulométrica, separação magnética e separação eletrostática. O experimento iniciou-se utilizando dois tipos de amostras, PCIs (Amostra 1) e componentes eletrônicos utilizados nas placas de circuito impressos (Amostra 2). As amostras foram cominuídas em moinhos de lâminas obtendo uma granulometria máxima de 1mm e separadas em três frações como no experimento anterior (< 0,25 mm; 0,25 mm à 0,50 mm; 0,50 mm à 1,00 mm), foi então utilizado um separador magnético por via seca com um campo magnético de 6000 a 6500 Gauss para separar cada fração obtida anteriormente. Dessa separação o grupo obteve uma fração magnética e outra fração não magnética. Foi então utilizado um processo de separação eletrostática (separador ES1010 Equimag) na fração não magnética obtida anteriormente com o objetivo de separar 24 materiais condutores de não condutores, sendo por fim os produtos analisados quimicamente. Os resultados obtidos foram que na fração magnética obtiveram, em média, 43 % de ferro na amostra 1 e 46 % de ferro na amostra 2. Na separação eletrostática utilizando a amostra 1 obtiveram em média 50 % de cobre, 25 % de estanho e 7 % de chumbo, já na utilização da amostra 2 obtiveram 46 % de cobre, 23 % de estanho e 8 % de chumbo. Dois anos mais tarde, em 2006, Veit e Bernardes (2006) realizaram a continuação do estudo de recuperação de cobre descrito, com o intuito de recuperar separadamente os metais da fração separada eletrostaticamente das amostras 1 e 2. Foi utilizado para esse procedimento um processo de eletroextração iniciando-se com a lixiviação das amostras utilizando duas soluções lixiviantes, uma de ácido sulfúrico e uma de água régia. Após a lixiviação foi realizada a eletroextração, com uma densidade de corrente de 40 mA/cm3, durante 30, 60 e 120 minutos. Após o procedimento foi possível concluir que é possível recuperar os metais separadamente, especialmente o cobre, no qual o teor atingiu aproximadamente 98 % na maioria dos ensaios. Em 2004 Cunha e Lima (2004) propuseram o desmantelamento de PCIs via tratamento mecânico direto, onde as mesmas foram cortadas em até 2,2 cm e depois moídas à menos de 3 mm utilizando um moinho de martelo e peneiração. Posteriormente foi utilizado enquartação e divisor de Jones como etapa de amostragem até obterem amostras com 0,080 kg. Para realização da separação de componentes importantes foram experimentados três métodos de separação por concentração, a separação magnético, a aeroseparação e a flutuação em coluna de vidro. Na separação magnética utilizou-se uma barra magnética de 5x25 cm sendo obtido produto magnético e não magnético e através de análise química (FRX), foi observado uma grande concentração de ferro e níquel no produto magnético. No processo de aeroseparação utilizaram-se três frascos lavadores em sequencia onde era reduzido o fluxo de ar de um frasco a outro, um quarto frasco com filtro de vidro com o objetivo de reter as partículas mais finas e por fim um balão de vidro para garantir que as partículas sejam retidas no sistema. Através de difração de raios-X e de FRX/DE foi observada uma grande concentração de cobre na fração mais grosseira do produto e uma fração de bromo na fração de partículas finas. Na execução do processo de flutuação em coluna de vidro foi utilizada agitação mecânica e injeção de ar comprimido. Neste processo foi observado que existe separação de cobre no afundado e uma alta concentração de bromo no flutuado. 25 Considerando o fato de a aeroseparação ser uma alternativa de separação mecânica limpa e um método em que se pode obter uma boa separação entre os metais e os plásticos, em 2006 este processo foi estudado por Eswaraiah et al. (2006), onde primeiramente foi realizada a redução de tamanho das PCIs utilizando uma guilhotina e obtendo-se produtos de tamanhos aproximados a 25x15 mm. Em seguida foi realizada uma moagem em moinho de martelo obtendo-se produtos com granulometria < 2 mm e realizaram uma separação granulométrica por peneiração desse material. Após a separação foi utilizada uma solução de cloreto de zinco com densidade de 1,85 g/cm3 para realizar uma separação por meios densos, onde os sólidos com densidades superiores à do cloreto de zinco afundam (sendo eles os metais) e os sólidos com densidade inferior à do cloreto de zinco flutuam (sendo eles os plásticos), a partir daí puderam definir os parâmetros necessários para a aplicação do modelo utilizado no estudo da aeroseparação (modelo de Lynch e Rao). Utilizando um aeroclassificador (coluna vertical com o objetivo de separar partículas através de granulometria e densidade) a amostra moída foi separada em metais e plásticos. Iniciaram então um estudo detalhado desta aeroseparação empregando o modelo de simulação de Lynch e Rao (“Classifier Model”) no qual é realizada a determinação da curva de eficiência do processo. Os resultados mostraram que utilizando o modelo de simulação é possível prever os resultados de forma bastante satisfatória. Também em 2007 Li, Xu e Zhou (2007) estudaram um novo processo de reciclagem de PCIs a partir de um processo de separação mecânica em que utilizou-se cominuição por moinho de martelos, triagem, secagem em estufa a 100 °C por 3 horas e separação eletrostática de corona. Seus resultados mostraram que com duas etapas de cominuição foi possível retirar todos os metais das PCIs e que as partículas entre 0,6 e 1,2 mm foram as que mais se mostraram viáveis para separação e futuras aplicações industriais. Os resultados também mostraram que a separação eletrostática de corona mostrou-se como um meio bastante eficiente e ambientalmente adequado para a separação de materiais metálicos e não metálicos das amostras devido a diferença de densidade e condutividade entre eles. A seguir são descritas as operações de reciclagem mecânicas mais comuns. 2.3.5.1. Cominuição A cominuição, também conhecida como moagem ou redução de tamanho, se resume na utilização de força bruta, com o uso de martelos, facas ou bolas dentro de um 26 compartimento fechado que possui o objetivo de reduzir o tamanho dos fragmentos de sucatas. Para a cominuição de componentes eletrônicos os equipamentos geralmente utilizados são (VEIT, 2005): Moinho de martelo: o equipamento possui martelos capazes de girar em seu próprio eixo, moendo o material de interesse através da força bruta dos martelos ou pela colisão com as paredes do moinho. O material despedaçado é transferido automaticamente quando atinge o tamanho de interesse por atravessar os orifícios de uma grade na parte inferior do moinho, Figura 2; Moinho de corte: possui facas girando em dois eixos e em direções opostas, frequentemente também possui uma grade na parte inferior do moinho para que se obtenham produtos relativamente do mesmo tamanho; Fragilização Criogênica: é a utilização de nitrogênio líquido com o objetivo de reduzir a fragilidade do metal através de congelamento e assim aumentar a eficiência do moinho utilizado; Figura. 2 – a) Moinho de martelo; b) Interior de moinho de martelo com grelha de 10 mm. a) Fonte: BERNARDES, 2009 b) 2.3.5.2. Classificação granulométrica: A classificação granulométrica é comumente usada após a moagem dos equipamentos eletrônicos, é realizada por peneiras com suas superfícies perfuradas ou vazadas sobre a qual é realizado o movimento das partículas. Esse processo separa o material exclusivamente pelo tamanho da partícula (não identifica a composição do material ou 27 qualquer outra propriedade) mantendo as partículas de maior tamanho acima da superfície perfurada e as de menor tamanho abaixo, Figura 3. A classificação granulométrica é frequentemente utilizada antes de um processo de separação de materiais, sendo que conforme o tamanho da partícula pode-se obter maior concentração de uma determinada substância contida no produto reciclado. A eficiência da classificação granulométrica pode ser afetada tanto por características do material a ser peneirado quanto do equipamento utilizado, são elas (VEIT 2005): Densidade do material; Distribuição do tamanho de partículas do material; Forma das partículas do material; Superfície das partículas do material; Superfície da peneira (área, % da área que é vazada, tamanho dos orifícios, forma dos orifícios e espessura da peneira); Movimento do procedimento (amplitude, frequência e direção); Ângulo de inclinação; Método de alimentação da peneira. Fig. 3 – Agitador de peneiros e conjunto de peneiros empilhados. Fonte: BERNARDES, 2009 28 2.3.5.3. Separação gravimétrica: A separação gravimétrica se baseia na diferença de densidade entre os diversos tipos de materiais constituintes de um produto analisado, inicialmente o processo de separação gravimétrica era utilizado na separação de minérios (HAYES, 1993) porém, atualmente se adapta a várias áreas, incluindo a separação de materiais na reciclagem de PCIs. O processo mais utilizado em pesquisas para a reciclagem de placas de circuito impresso é o de líquidos densos (VEIT, 2005). A separação gravimétrica utilizando líquidos densos envolve a utilização de um liquido com densidade intermediária à das partículas nas quais se deseja separar, sendo assim as partículas mais densas que o liquido utilizado se acumulam no fundo do recipiente enquanto as partículas com densidades menores que a do liquido flutuam na superfície do recipiente (VEIT, 2005). A Tabela 2 apresenta alguns líquidos densos usados e suas respectivas densidades. Tabela 2 – Tabela de líquidos densos e suas densidades empregadas em testes afunda/flutua. Líquidos Densos Densidade (g/cm3) H2O 1,0 NaCL + H2O 1,2 CaCL2 + H2O 1,5 Acetona : TBE = 4 : 5 2,0 Acetona : TBE = 0,27 : 1 2,5 TBE 2,96 Fonte: ZHANG; FORSSBERG, 1997 Em 2001, Veit (2001) estudou a técnica de líquidos densos utilizando tetrabromoetano (TBE) a fim de separar os metais (parte que afunda) dos polímeros e cerâmicos (parte que flutua). Neste caso foi utilizado a mistura acetona : TBE = 0,27 : 1 com uma densidade de 2,5 g/cm3 durante um período de 2 horas. A técnica mostrou-se bastante eficiente para a separação de metais dos polímeros e cerâmicos, porém, pela toxidade dos líquidos orgânicos empregados e seus custos este procedimento, mostra-se viável apenas para testes em laboratórios. 29 2.3.5.4. Separação magnética A presença de um campo magnético afeta todos os materiais de alguma maneira. Os materiais que são submetidos a processos de seleção de partículas magnéticas, que se baseia no movimento diferencial de materiais em campo magnético, são divididos em duas grandes categorias (HAYES, 1993): Materiais diamagnéticos: são repelidos pelo campo magnético e se movem para posições de mais baixa intensidade de campo; Materiais paramagnéticos: são atraídos pelo campo magnético e se movem para posições de mais alta intensidade de campo. As propriedades magnéticas de um material são extensivas, dependendo diretamente de quanto cada material está presente, além disso, dependem tanto da estrutura eletrônica dos elementos presentes quanto do arranjo dos átomos no sólido. Outras características como tamanho, forma e distribuição dos grãos dentro das partículas praticamente não interferem no comportamento desses materiais compostos em um campo magnético (VEIT, 2001 e VEIT 2005). Na reciclagem de placas de circuito impresso o processo de separação magnética é utilizado na separação de ferro e níquel (fração magnética) do restante dos metais, polímeros e cerâmicos (fração não magnética). A fração não magnética é então enviada a um separador eletrostático para que seja realizada a separação dos materiais condutores dos não condutores (OLIVEIRA; GERBASE, 2012). 2.3.5.5. Separação eletrostática A utilização de um campo elétrico para a separação de partículas sólidas de uma mistura é possível através da utilização das forças atuantes nas partículas carregadas ou polarizadas. Cada material possui suas próprias características elétricas, resultando em diferentes movimentos das partículas no campo elétrico e sua subsequente seleção dentro de diferentes processos a base de um fluxo (HAYES, 1993). Os separadores eletrostáticos são utilizados na separação de materiais condutores e não condutores, como existe uma grande diferença entre as condutividades elétricas ou resistências elétricas específicas entre metais e não metais o método se torna uma excelente ferramenta para ser utilizada em processos de reciclagem de resíduos (VEIT, 2001 e VEIT 2005). 30 Em reciclagem de placas de circuito impressos essa separação é principalmente utilizada na separação de cobre e alumínio de fios e cabos picotados e também na recuperação de cobre e metais preciosos das sucatas de PCIs (VEIT, 2001 e VEIT 2005). 3. METODOLOGIA O estudo foi realizado utilizando método exploratório por meio de pesquisa bibliográfica, considerando a relevância do tema na atualidade. Na última década várias pesquisas foram realizadas sobre os problemas do descarte indevido de resíduos elétricos e eletrônicos, seus componentes e os procedimentos viáveis de reciclagem de placas de circuito impresso utilizando diversos métodos metalúrgicos, essas pesquisas foram descritas no trabalho, assim como seus resultados de viabilidade e eficiência, assim atendendo aos objetivos propostos a esse trabalho. Para a realização da pesquisa bibliográfica foram utilizados artigos científicos, livros e publicações periódicas disponíveis na internet. 3.1. Tipo de estudo Foi realizado um estudo de revisão sistemática de literatura científica, utilizando a modalidade denominada revisão integrativa. Esse tipo de revisão, segundo Cooper (1989) é caracterizado por ser um método que agrega os resultados obtidos de pesquisas primárias sobre o mesmo assunto, com o objetivo de sintetizar e analisar esses dados para desenvolver uma explicação mais abrangente sobre um tema específico. Ainda segundo Cooper (1989), a revisão integrativa é a mais ampla modalidade de pesquisa de revisão bibliográfica devido à inclusão simultânea de estudos experimentais e não experimentais. Em relação a sua importância, estudiosos afirmam que a revisão integrativa cria uma forte base de conhecimento, capaz de guiar a prática profissional e identificar a necessidade de novas pesquisas sobre o tema (MANCINI, 2006). 31 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Por se tratar de um trabalho de revisão bibliográfica, os resultados e discussão apresentados a seguir levam em consideração os principais resultados da literatura pesquisada neste trabalho. Conforme mostrado em todo o conteúdo desse trabalho, há vários processos metalúrgicos sendo pesquisados com a finalidade de aumentar a eficiência na reciclagem dos metais contidos nas placas de circuito impresso, buscando a viabilidade financeira para que o processo seja realizado em escala industrial. Foi verificado por meio do procedimento realizado por Jie, Ying-Shun e Mai-Xi (2008) que o processo pirometalúrgico não é eficaz para a recuperação de todos os metais contidos nas PCIs, sendo que além de vários metais serem perdidos na fase de escória, a fase metálica necessita de outro processo metalúrgico de refino para então separar os metais de interesse na reciclagem. Porém a calcinação das PCIs e uma posterior lixiviação da fase metálica com ácido nítrico e água régia se mostrou bastante eficaz para a recuperação de ouro conforme procedimento realizado por Chmielewski (1997). Outra forma eficaz de recuperação de ouro, assim como prata e paládio é a utilização de eletrometalurgia, onde, segundo Veit (2005), obtém-se entre 95 e 97 % dos metais preciosos contidos em uma PCI e mostra-se mais interessante que o procedimento utilizando pirometalurgia por ser um processo menos poluente. O processamento mecânico mostrou-se ser um pré-tratamento indispensável para uma eficiente reciclagem de metais em PCIs, onde a cominuição e a classificação granulométrica são utilizadas em quase todos os procedimentos realizados pelos pesquisadores que utilizaram de eletrometalurgia, biometalurgia e hidrometalurgia. O metal base que se mostrou de maior interesse pelos pesquisadores, por estar em maior quantidade nas PCIs, podendo assim viabilizar financeiramente o processo de reciclagem foi o cobre. Com o intuito de recuperação de cobre foram realizados vários experimentos utilizando técnicas de processamento mecânico, entre elas um procedimento utilizando diferença de densidade, onde Veit et al. (2005) conseguiram obter 55 % de cobre, em outro experimento Veit et al. (2005) utilizaram de técnicas de separação magnética e separação eletrostática, conseguindo separar em média 43 % de ferro na separação magnética, 50 % de cobre, 25 % de estanho e 7 % de chumbo na separação eletrostática, utilizando posteriormente de lixiviação por água régia e eletroextração para obter o cobre puro a um teor de 98 % de 32 pureza. Os metais poderiam também ser recuperados separadamente com a utilização de um procedimento de destilação fracionada, segundo Bernardes (2009). Procedimentos bem interessantes devido a recuperação de chumbo, composto tóxico ao meio ambiente. Cunha e Lima (2004) mostraram também ser possível a recuperação de cobre a partir de aeroseparação e por flutuação em coluna de vidro e a recuperação de ferro e níquel utilizando de separação magnética Utilizando de pré tratamento mecânico e biometalurgia Brand, Bosshard e Wegmann (2001) conseguiram recuperar 90 % do metal base composto por cobre, alumínio, níquel e zinco composto em PCIs. Enquanto Choi, Cho e Kim (2004) conseguiram recuperar 80 % em peso total de cobre contido em PCIs também utilizando biometalurgia. Pode-se concluir então que a biometalurgia precedida por um pré tratamento mecânico é a melhor técnica para a recuperação de metais base, incluindo o cobre, alem de ser uma técnica pouco poluente, foi a que obteve um maior rendimento de recuperação de metais entre os processos, tendo como principal problema o tempo necessário para que haja a biolixiviação. 33 5. CONCLUSÃO Com base nas pesquisas realizadas ao longo da execução desse trabalho constatou-se que as placas de circuito impresso são matérias primas interessantes para a realização de reciclagem, tanto por conter quantidades significativas de metais com alto valor econômico como por conter substâncias degradantes à natureza. Apesar da quantidade de metais que compõem as placas de circuito impresso variar de acordo com o modelo e ano de fabricação, de modo geral é possível afirmar que dentre os materiais que possuem maior valor econômico, assim viabilizando o processo de reciclagem, são os metais base (cobre, estanho, ferro, níquel, chumbo, alumínio e zinco) por estarem em grandes quantidades, além dos metais preciosos (ouro, prata e paládio) que apesar de estarem em menor quantidade, possuem um alto valor financeiro. A reciclagem de PCIs também se mostra importante, pois se encontra em sua composição quantidades consideráveis de produtos degradantes a natureza, caso se descarte o resíduo de forma incorreta. Os principais componentes degradantes à natureza encontrados em PCIs são o chumbo, o mercúrio, o cádmio e os retardadores de chamas à base de bromo. Os processos atualmente estudados e utilizados para a recuperação de metais nas PCIs são a pirometalurgia, o hidrometalurgia, o biometalurgia, o eletrometalurgia e o processamento mecânico. Dentre eles os mais usuais se compõem por um pré tratamento utilizando o processamento mecânico seguido por uma técnica de refino utilizando hidrometalurgia, eletrometalurgia ou biometalurgia. Esses métodos se mostram menos degradantes ao meio ambiente além de conseguir obter uma melhor recuperação dos metais de interesse. 34 REFERÊNCIAS BERNARDES, I. P. T. P. Reciclagem de placas de circuitos electrónicos. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Nova de Lisboa, Lisboa. 2009. BRANDL, H.; BOSSHARD, R.; WEGMANN, M. Computer-munching microbes: metal leaching from electronic scrap by bacteria and fungi. Hydrometallurgy 59, 2001. 319–326 p. CHMIELEWSKI, A.G.; URBANSKI, T.S.; MIGDAL, W. Separation technologies for metals recovery from industrial wastes. Hydrometallurgy 45, 1997. 333–344 p. CHOI, M. S.;. CHO, K. S.; KIM, D. S. Microbial recovery of copper from printed circuit boards of waste computer by Acidithiobacillus ferrooxidans. J. Environ. Sci. Health – Part A Toxic/Hazard. Subst. Environ. Eng. 39 (11–12). 2004. 2973–2982 p. COOPER, H.M. Integrating Research: a guide for literature reviews. ed. London SAGE publication, [s.l], v.2, 1989. p.155. CUNHA, M.L.; LIMA, M.M.R.A. Scrap of the Electrical and Electronic Industries: A Raw Materials Source, “Paper” Nº PA0489, Proceedings of “Waste 2004 - Integrated Waste Management and Pollution Control, Policy and Practice, Research and Solutions Biennial International Conference”, oral presentation, www.thewasteconference.com, (ISBN 09539301-2-8), Stratford-upon-Avon, U.K., 2004, 863-872 p. DILLS, J. C.; HALLING, D. B.; WILKES, J. S.; TROTT, S.; US pat. 20,090,288,956 2009. ESWARAIAH, C.; KAVITHA, T.; VIDYASAGAR, S.; NARAYANAN, S.S. Classification of metals and plastics from printed circuit boards (PCB) using air classifier. Chemical Engineering and Processing 47. 2006. 565-576 p. GLUSZCZYSZYN, A.; ZAKRZEWSKI J.; SMIESZEK, Z.; ANYSZKIEWICZ K. Secondary gold – recovery from electronic scrap in Poland. Recycling of 51 35 Metalliferous Materials. IMM – The Institution of Mining and Metallurgy, April. 1990. 87 p. HAYES, P. C. Process Principles in Minerals and Materials Production. Hayes Publishing CO, v. 29. Brisbane, Austrália. 1993. HOFFMANN, J.E. Recovery of Precious Metals from Electronic Scrap. Journal of Metals, v. 44, 1992. 43 – 48 p. HORNE, R. E.; GERTSAKIS, J. A Literature Review on the Environmental and Health Impacts of Waste Electrical and Electronic Equipment. - Rmit University, Austrália. 2006. JIE, G.; YING-SHUN, L.; MAI-XI, L. Product characterization of waste printed circuit board by pyrolysis. Journal Analytical and Applied Pyrolysis 83, 2008. 185–189 p. KELSALL, G. H. Metal recovery from electronic scrap by leaching and electrowinning. In: Recycling and Waste Treatment in Mineral and Metal Processing: Technical and Economic Aspects, 16-20 junho, Lulea, Suécia, 2002. LEE, M. S.; AHN, J. G.; AHN, J. W. Recovery of cooper, tin and lead from the spent nitric etching solutions of printed circuit board and regeneration of the etching solution. Hydrometallurgy 70, 2003. 23-29 p. LI, J; XU, Z; ZHOU, Y; Application of corona discharge and electrostatic force to separate metals and nonmetals from crushed particles of waste printed circuit boards. Journal of Electrostatics 65, 2007. 233-238 p. MANCINI, M.C. Estudos de revisão sistemática: um guia para síntese criteriosa da evidência científica. 2006. Disponível em:<http://www.scielo.br/pdf/rbfis/v11n1/12.pdf.>. Acesso em: 25 out. 2014. MARTINS, A. H. Recuperação de estanho e cobre a partir da reciclagem de placas de circuito eletrônico de microcomputadores sucatados. Estudos tecnológicos, 3, 2007. 36 MATTOS, K. M. C.; MATTOS, K. M. C.; PERALES, W. J. S. Os impactos ambientais causados pelo lixo eletrônico e o uso da logística reversa para minimizar os efeitos causados ao meio ambiente. XXVIII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, RJ. 2008. MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Política Nacional de Resíduos Sólidos. 2010. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/política-de-resíduos-sólidos>, acesso em setembro de 2014. OLIVEIRA, C. R.; BERNARDES, A. M.; GERBASE, A. E. Collection and recycling of electronic scrap: A worldwide overview and comparison with the Brazilian situation. Waste Management 32, 2012. 1593–1596 p. OLIVEIRA, C. R.; GERBASE, A. E. Reciclagem do lixo de informática: uma oportunidade para a química. Quim. Nova, Vol. 35, No 7, 2012. 1486-1492 p. ROGERS, D. S.; TIBBEN-LEMBKE, R. S. Going backwards: reverse logistics trends and practices. University of Nevada, Reno. 1998. SCHLUEP, M.; HAGELUEKEN, C.; KUEHR, R.; MAGALINI, F.; MAURER, C.; MESKERS, C.; MUELLER, E.; WANG, F. Recycling – from e-waste to resources. United Nations Envirenment Programme, 2009. SUM, E. Y. L. The recovery of metals from electronic scrap. Journal of Metals,v. 43, 1991. 53-61 p. VEIT, H. M. Emprego do processamento mecânico na reciclagem de sucata de placas de circuito impresso. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rio Grande do Sul. 2001. VEIT, H. M. Reciclagem de cobre de sucatas de placas de circuito impresso. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rio Grande do Sul. . 2005. 37 VEIT, H.M; BERNARDES, A.M, Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy. 2006 VEIT, H.M; DIEHL, T.R.; SALAMI, A.P.; RODRIGUES, J.S.; BERNARDES, A.M. Using Mechanical Processing in Recycling Printed wiring boards, JOM (2002) VEIT, H.M; DIEHL, T.R.; SALAMI, A.P.; RODRIGUES, J.S.; BERNARDES, A.M. Utilization of magnetic and electrostatic separation in the recycling of printed cicuit boards scrap, 2004 ZHANG, S.; FORSSBERG, E. Mechanical separation-oriented characterization of electronic scrap. Resources, Conservation and Recycling, v. 21, 1997. 247-269 p.
