1 Transformação do lixo eletrônico em concentrados

Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
Transformação do lixo eletrônico em concentrados metálicos: caracterização das
espécies
Matheus Eduardo Alves Leal e Carolina Maria Goetz ( UnUCET-UEG)
[email protected] e [email protected]
Resumo:
A presença de componentes de elevada toxicidade nos resíduos de equipamentos
eletroeletrônicos (REEE), pode ocasionar prejuízos ao meio ambiente e a saúde humana
quando descartados de maneira inadequada. Apoiados em legislações especificas, novos
regulamentos são estabelecidos quanto ao descarte dos REEE, descrevendo como
responsabilidade dos produtores a correta destinação dos resíduos eletrônicos. E
necessário desenvolver técnicas eficazes de reciclagem, principalmente das placas de
circuito eletrônico (PCI) de microcomputadores, as quais apresentam vários metais
tóxicos. Através desta linha de pensamento, o objetivo deste trabalho é realizar extração
dos metais das PCI possibilitando futura reutilização em novos processos de fabricação.
Para verificar se o método de extração foi eficaz, foram feitas analises dos sólidos
residuais ao final de cada etapa do tratamento por difração de raios X (RX). Os
resultados das analises resultantes do RX comprovaram a funcionalidade dos processos
de tratamento. Metais como níquel, cromo, zinco e alumínio foram detectados na
difratometria de RX.
Palavras chave: Reciclagem, extração de metais, resíduos sólidos.
Introdução
A produção de equipamentos elétricos e eletrônicos (EEE) é um dos setores da
indústria de manufaturas que apresenta rápido crescimento pelo mundo.
Concomitantemente, a constante inovação tecnológica intensifica as alterações, em
design e funcionalidades destes produtos, resultando em substituição e posterior
descarte (CHANCEREL, 2009) o que torna a geração de resíduos de equipamentos
elétricos e eletrônicos (REEE) cada vez maior. (WIDMER et al. 2005).
Todos os anos, 20 a 50 milhões de toneladas de lixo eletrônico são geradas de
acordo com a diretiva européia. Estes resíduos podem causar sérios riscos ao meio
ambiente e a saúde humana, quando descartados de maneira incorreta (GUO et
al.,2008).
A necessidade de regularização dos descartes e minimização dos danos causados
pela incorreta deposição dos resíduos e uma questão discutida atenciosamente pelas
comitivas ligadas a preservação de recursos naturais. Em decorrência do âmbito de
preservação ambiental, na União Européia, foram elaboradas diretivas especificas para
fabricação e descarte de resíduos de componentes eletrônicos. O plano de maior
destaque, a diretiva RoHS, sigla para restriction of certain hazardous subtances
(restrição de certas substancias perigosas) visa redução de produtos que utilizam ou
contenham substancias perigosas em sua composição.
A diretiva RoHS, limitou a utilização de substâncias como cádmio, mercúrio,
cromo hexavalente entre outras, em processos produtivos, proibindo desde 1° de julho
de 2006 que produtos que não atendam a esta diretiva, sejam comercializados em
território europeu (WIENOLD et al.,2010).
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No Brasil, as primeiras iniciativas quanto a reciclagem de resíduos sólidos
partiram de resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Através
da resolução no. 257 (1999) tornaram-se responsabilidades dos produtores, o
gerenciamento da coleta, transporte, classificação e métodos adequados de tratamento
prévio, de pilhas e baterias que findaram o seu uso (VEIT, 2005).
Aprovada em 2 de agosto de 2010, a lei no. 12.305, instituiu a Política Nacional
de Resíduos Sólidos (D.O.U. DE 03/08/2010, P. 2). Esta determinação busca a
instalação de centros específicos de coleta e recuperação de componentes sólidos. Desta
maneira espera-se finalizar os descartes destes produtos em aterros, reduzindo,
conseqüentemente, a perda de metais presentes nestes resíduos e evitando a
contaminação do meio ambiente.
Além dos planos de reciclagem do governo federal, existem planos de ação dos
governos estaduais que assumem regulamentos mais rígidos quanto ao descarte do lixo
tecnológico.
Uma das alternativas encontradas para a redução dos riscos apresentados ao
meio ambiente e a saúde do homem é a reciclagem dos componentes eletrônicos. Os
projetos de reciclagem estão presentes em vários países. Países como Turquia, Coréia
do Sul e Áustria investem em cadeias produtivas que visam desenvolver a manutenção
dos recursos naturais, crescimento do pólo tecnológico e sustentabilidade. Os
investimentos são voltados para a criação de plantas industriais limpas (BUYUKBAY
et.al. 2009).
O alto valor econômico de metais associados às sucatas eletrônicas e as
limitadas reservas disponíveis fornecem aditivos adicionais para a recuperação de
metais oriundos de REEE (BEHRENDT, 2007 citado por CHANCEREL, 2009). De
acordo com (EHNER, 1998 citado por LI et. al., 2007) a extração de metais do meio
ambiente, de minas, se comparada à recuperação de metais presentes em sucatas de
equipamentos elétricos e eletrônicos, apresenta maior consumo de energia e recursos
naturais. Há ainda a constatação de que os metais reaproveitados dos circuitos
eletrônicos dos equipamentos descartados apresentam níveis de pureza, cerca de dez
vezes maiores, quando comparados aos metais presentes em minérios. A utilização
destes metais poderia garantir padrão de qualidade superior dos produtos finais. Além
disto, a associação da idéia que uma empresa utiliza tecnologia menos agressiva para
fabricação de seus produtos pode também ser utilizada como estratégia de marketing
para aumentar o numero de vendas (BUYUKBAY et.al. 2009).
Os métodos de tratamento de placas de circuito impresso (PCI) envolvem
sucessivas etapas de tratamento devido à diversidade de metais presentes. Os principais
processos de tratamento são: processamento mecânico, pirometalurgia, hidrometalurgia
e eletrometalurgia. Estas etapas constam de grande parte da literatura e apresentam
melhores resultados quando combinadas, nos diferentes estágios da recuperação.
Objetivo
O objetivo deste trabalho é realizar extração dos metais das PCI e caracterização
das espécies metálicas possibilitando futura reutilização em novos processos de
fabricação.
Material e Métodos
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Placas de circuito impresso oriundas de microcomputadores sucateados foram
utilizadas para a realização deste trabalho. As placas, provenientes de equipamentos da
UnUCET, foram doadas pelo Núcleo de Tecnologia de Informação (NTI).
A primeira etapa de processamento consistiu na separação manual dos
componentes visíveis, que são: parte puramente plástica, parte puramente metálica e
outra parte mista na qual o trabalho é realizado.
A parte mista foi reduzida a fragmentos menores, utilizando força mecânica,
através da prensa de corte e alicate comum. Depois levada à moagem em moinho de
facas (marca Marconi, modelo MA 580) por três vezes de aproximadamente 5 minutos,
até que o material processado atingisse granulometria de 28 mesh, da serie Tyler.
Uma nova etapa de cominuição, utilizando uma fração da amostra de 28 mesh,
foi realizada em moinho (marca Marconi, modelo MA 630) durante 3 minutos em seis
repetições. O pó obtido foi separado quanto a sua granulometria, utilizando peneira de
48 mesh.
As amostras com granulometria de 28 e 48 mesh, foram submetidas a
tratamentos semelhantes para extração de metais.
As etapas de cominuição geraram material constituído por parte metálica e
polimérica (MICHELINI, 2010). Com o intuito de promover a separação entre estas
fases, utilizou-se um sistema de decantação associado a etapas de lavagem do material
processado com água. Este material foi distribuído, após homogeneização, em seis
béqueres de capacidade nominal de 1000 mL. Em seguida, todas as seis alíquotas do
material foram submetidas a etapas de lavagem sobre fluxo constante de água,
intercaladas por etapas de decantação. As etapas de lavagem, associadas ao processo de
decantação, foram repetidas por 15 vezes para cada alíquota.
A fração supostamente metálica, proveniente de placas de circuito impresso de
microcomputadores, foi espalhada de maneira homogênea em uma placa de vidro e com
o auxilio de espátula e régua foram delimitados espaços de aproximadamente 5cm x
5cm. Este método foi realizado para garantir a distribuição homogênea dos metais
contidos na fração metálica e aumentar a confiabilidade das análises estatísticas.
Três amostras, escolhidas aleatoriamente, com peso aproximado de 10,0 g,
pesadas em balança analítica de bancada (marca Quimis, modelo QIS A210) foram
submetidas ao tratamento para extração de metais.
Para o tratamento foram realizados três métodos para extração de metais. O
primeiro tratamento realizado foi reação com NaOH (2 mol.L-1), para obtenção de
hidróxidos solúveis. (VOGEL, 1981), O tempo de reação foi 20 minutos a temperatura
de 40°C. Em seguida foi feita digestão completa do resíduo solido com HCl (1mol.L-1)
(MARTINS, 2007). E por fim, digestão completa do resíduo solido com HNO3
(1mo.L1) (MARTINS, 2007).
Estes tratamentos foram realizados separadamente para as amostras de placas de
circuito impresso, classificadas de acordo com sua granulometria (28 e 48 mesh).
Para realizar o tratamento com NaOH (2 molL-1), 10 g das amostras foram
colocadas em três béqueres de vidro borossilicato com capacidade nominal de 250 mL,
os quais continham 25 mL de NaOH (2 molL-1). Os sistemas foram mantidos a
temperatura de 40+/-5°C em placa aquecedora (marca ZEZIMAQ, modelo 41x31)
durante 20 minutos.
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As soluções resultantes do tratamento com NaOH (2molL-1) foram filtradas a
pressão reduzida e armazenadas. As frações sólidas foram pesadas em balança analítica
de bancada (marca Quimis, modelo QIS A210). Aproximadamente 6,0 g, das três
frações de sólidos remanescentes, de foram colocadas em três béqueres de vidro
borossilicato com capacidade nominal de 1000 mL contendo 60 mL da solução de HCl
(1molL-1). Foram mantidas à temperatura de 60±5°C numa placa aquecedora (marca
ZEZIMAQ, modelo 41x31) até a secura. Estas condições de tratamento seguem as
proposições de Martins (2007). Depois da secura foram adicionados mais 60 mL da
solução de digestão aos sistemas e estes foram novamente aquecidos. Esta operação foi
repetida três vezes. Os sólidos remanescentes foram pesados e retiradas alíquotas de 3g
para serem submetidas à digestão completa com HNO3 (1molL-1) O restante foi enviado
para análise por difração de raios X.
As três amostras remanescentes da digestão com HCl foram colocadas em
béqueres com capacidade nominal de 1000 mL contendo 30 mL da solução de digestão
HNO3 (1molL-1) (MARTINS, 2007). Os sistemas foram mantidos à temperatura de 60 ±
5°C numa placa aquecedora (marca ZEZIMAQ, modelo 41x31) até a secura. As etapas
de digestão foram repetidas por cinco vezes associadas a quatro diluições. Ao final do
experimento, as digestões foram cessadas, pois já não se notava coloração alguma na
solução extraída.
Resultado e discussões
Através da análise dos difratogramas de Raios-X dos resíduos sólidos, posterior
aos três tratamentos verificou-se através das cartas do software do difratômetro:
a) Tratamento com NaOH (2molL-1): Pode-se perceber que alguns metais foram
solubilizados no tratamento com NaOH (2molL-1). Metais como zinco e as ligas
metálicas: zinco-titânio, cromo-níquel, níquel-cromo-ferro e alumínio-ferro; já que não
apresentaram picos compatíveis com as cartas do software após o tratamento das
amostras com NaOH. Isto é esperado visto que estes metais apresentam solubilidade na
faixa de pH da solução de NaOH (2molL-1) (VOGEL, 1985). Além destes metais
solubilizados, esperava-se que metais como: prata, ferro, níquel, alumínio estanho,
também fossem solubilizados, fato que não ocorreu. A detecção destes componentes nos
sólidos residuais indica que as condições de tratamento não foram totalmente eficazes.
Comparando-se os difratogramas, de amostras das duas diferentes faixas de
granulometria, não é possível notar grandes diferenças quanto à solubilização de metais
para este tratamento, ou seja, para esta etapa de tratamento a granulometria não é fator
determinante.
b) Através do tratamento com solução de HCl: Houve a solubilização das ligas
metálicas de cobre-zinco, níquel-titânio-alumínio, alumínio-ferro e níquel-ferro, e de
estanho. Isso ficou evidenciado através da comparação entre os difratogramas dos
sólidos residuais no final dos tratamentos com NaOH e com HCl. De acordo com Vogel
(1985) estes metais são solúveis na faixa de pH da solução de HCl (1molL-1). Porém, é
possível perceber que alguns compostos de alumínio e cobre, metais solúveis em HCl,
não foram totalmente extraídos, indicando que esta a extração não foi totalmente eficaz.
c) Digestão completa com HNO3: Somente através de caracterização visual, foi
possível perceber grande evidência de que os compostos metálicos em sua maioria
haviam sido removidos nesta etapa do tratamento. Metais residuais como cobre e ferro,
e as ligas metálicas alumínio-cromo, samário-alumínio, prata-zinco, cobre-níquel; foram
solubilizados, restando supostamente somente compostos poliméricos.
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Conclusão
A proposta do tratamento por combinação seqüencial de soluções básicas e ácidas
é eficaz para a extração dos metais presentes em PCI. Isto pode ser concluído pela
análise do difratograma do resíduo sólido do tratamento final com HNO 3 apresentar
apenas características de substância amorfa.
Ainda podemos concluir que a granulometria das amostras é fator determinante
somente na solubilização de ferro com HCl. A faixa granulométrica de 48 mesh
apresenta maior eficácia na solubilização deste metal, devido à sua maior superfície de
contato.
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de doutorado, Porto Alegre, 2005.
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