خلاصه اختراع

بردهاي مدار چاپي از رده خارج بخش قابل توجهي از زباله هاي الكترونيكي را در دنيا و ايران شامل مي شوند. اين زباله ها به دليل داشتن قلع و سرب از نظر زيست محيطي خطرناك محسوب مي شوند. با توجه به حجم بالاي بردهاي از رده خارج در ايران و عدم وجود روشي مناسب و زيست سازگار براي امحاء آنها، در اين تحقيق روشي مناسب براي بازيافت آنها و استحصال فلزات خطرناك همچون سرب و قلع پيشنهاد شده است. روشي كه به منظور استحصال فلزات قلع، سرب و روي استفاده شده است در دسته روش هاي الكتروشيميايي قرار ميگيرد و راندمان بالايي را ايجاد مي نمايد. اين روش در نهايت ۲ نوع پودر با تركيب آلياژ لحيم (تقريبا ۶۵٪ قلع و ۳۵ سرب) و مس با خلوص حدودا ۹۵٪ به دست مي دهد. ضمن اينكه قطعات روي بردها نيز در پايان به صورت سالم بازيابي و قابل استفاده مي باشند. در اين تحقيق در ابتدا بردهاي مدار چاپي از رده خارج در اسيد فلويوريك ۴۲٪ حاوي تيتانيوم، غوطه ور شده تا قلع و سرب آن حل شود. سپس محلول به دست آمده الكتروليز شده تا قلع و سرب حل شده بر روي كاتد رسوب نمايد. در گام بعد و به منظور رسوب مس در ابتدا پايه بردها خرد شده و در اسيد نيتريك حل مي شود. سپس نمك كلريد سديم به محلول اضافه شده تا نقره به صورت كلريد نقره رسوب نمايد. سپس محلول الكتروليز شده و مس بر روي كاتد رسوب مي كند.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع در زمینه های مهندسی شیمی و متالورژی کاربرد دارد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

بردهای مدار چاپی از رده خارج بخش قابل توجهی از زباله های الکترونیکی را در دنیا و ایران شامل می شوند این زباله ها به دلیل داشتن قلع و سرب از نظر زیست محیطی خطرناک محسوب می شوند. در حال حاضر روشی در ارتباط با استحصال قلع و سرب از بردهای از رده خارج در ایران وجود ندارد و اغلب عملیات بازیافت زباله های الکترونیکی برای برای استحصال فلزات ارزشمند همچون طلا و نقره انجام می پذیرد. پس از عملیات بازیابی این فلزات ارزشمند، باقی زباله ها که حاوی فلزات خطرناکی همچون سرب و قلع هستند دفن می گردند که خود باعث مشکلات زیست محیطی فراوانی می شود. این پژوهش می تواند به عنوان راهکاری برای بازیافت زیست سازگار بردها در نظر گرفته شود. در این پژوهش روشی مناسب برای بازیافت زباله های الکترونیکی و استحصال فلزات خطرناک همچون سرب و قلع پیشنهاد شده است. روشی که به منظور استحصال فلزات قلع، سرب و روی استفاده شده است در دسته روش های الکتروشیمیایی قرار میگیرد و راندمان بالایی را ایجاد می نماید و سازگار با محیط زیست است. این روش در نهایت ۲ نوع پودر با ترکیب آلیاژ لحیم (تقریبا ۶۵٪ قلع و ۳۵٪ سرب) و مس با خلوص حدودا ۹۵٪ به دست می دهد. این روش در صنعت بازیافت زباله های الکترونیکی و صنعت تولید سیم و لحیم مورد استفاده است.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

در این تحقیق در ابتدا بردهای مدار چاپی از رده خارج در اسید هیدروفلوبوریک ۴۲٪ حاوی تیتانیوم، غوطه ور شده تا قلع و سرب آن حل شود. سپس محلول به دست آمده الکترولیز شده تا قلع و سرب حل شده بر روی کاتد رسوب نماید. در گام بعد و به منظور رسوب مس در ابتدا پایه بردها خرد شده و در اسید نیتریک حل می شود، سپس نمک کلرید سدیم به محلول اضافه شده تا نقره به صورت کلرید نقره رسوب نماید. سپس محلول الکترولیز شده و مس بر روی کاتد رسوب می کند. در این پژوهش از یک کیلوگرم برد از رده خارج استفاده شده است. به منظور استحصال آلیاژ لحیم از بردها ابتدا اسید هیدروفلو بوریک ۴۲٪ را با مقداری تیتانیوم مخلوط کرده و اکسیژن در آن دمیده می شود تا زمانی که حلول بیرنگ شود. سپس دمش اکسیژن را قطع کرده و بردها را به محلول اضافه می نماییم و همزمان دمش نیتروژن را نیز انجام میدهیم.پس از انحلال كامل لحیم در محلول حال باید آن را الکترولیز نمود. اطلاعات سلول الکترولیز محلول فوق به شرح زیر می باشد:
آند: گرافیت
کاتد: فولاد زنگ نزن ۳۱۶ 7
دانسيته ی جریان: ۴۰۰ آمپر بر مترمربع
غشاء: غشاء تبادل یون نافیون
آنولیت: آب
کاتولیت: اسید هیدروفلویوریک به دست آمده از مرحله قبل
برای الکترولیز، از یک منبع تغذیه ۵ آمپر جریان مستقیم استفاده شده است. در حین فرایند الکترولیز دمش نیتروژن با هدف خروج اکسیژن و ممانعت از اکسید شدن قلع و سرب صورت میگیرد. در پایان فرایند الکترولیز قلع وسرب حل شده در اسید بر روی کاتد فولادی رسوب میکند. شکل ۱ سلول الکترولیز قلع و سرب را به نمایش گذاشته است. برای استحصال مس بایستی بردهایی که در مرحله قبل از قطعات جداشده اند را تا ابعاد کوچکتر از ۲ سانتی مترمربع خرد نمود و در ۲ لیتر اسید نیتریک حل کرد. هر چه اندازه ذرات کوچکتر باشد سرعت حل شدن مس در اسید بیشتر خواهد شد. حدود ۸ ساعت زمان لازم است تا مس بردها به صورت کامل حل شود. سپس محلول از بردها جداشده و برای الکترولیز به رآکتور منتقل می شود. رآکتور یک ظرف پلاستیکی با حجم ۴ لیتر می باشد. قبل از الکترولیز لازم است نقره حل شده در اسید رسوب داده شود تا در فرایند الکترولیز مس مزاحمت ایجاد ننماید. به همین منظور مقداری پودر نمک طعام (کلرید سدیم) به محلول اضافه شده است. این عمل باعث رسوب کردن نقره به شکل ذرات سفید رنگ کلرید نقره میگردد که در شکل مشاهده است.در ادامه فرایند و به منظور استحصال مس، محلول مرحله قبل فیلتر شده و در سلول الکترولیز قرار داده میشود. مشخصات سلول عبارتست از:
آند: گرافیت
کاتد: مس خالص
الکترولیت: محلول فیلتر شده از مرحله قبل
دانسیته جریان: ۴۰۰ آمپر بر مترمربع
غشایی وجود ندارد
در این گام نیز از یک منبع تغذیه مشابه حالت قبل استفاده می شود. در انتها مس بر روی کاتد رسوب می نماید و به صورت پودر قابل جمع آوری است.