Новые методы извлечения металлов из потоков электронных отходов

В то время как традиционная гидрометаллургия полагается на агрессивные кислоты и цианид, появляется новое поколение «зеленых» растворителей для выполнения извлечения металлов с пониженной токсичностью. Особое внимание привлекают два класса: ионные жидкости (IL) и глубокие эвтектические растворители (DESs). Ионные жидкости представляют собой соли, которые являются жидкими при комнатной температуре, с незначительным давлением пара и настраиваемыми химическими свойствами. Они могут быть разработаны для избирательного растворения конкретных металлов из электронных отходов, оставляя другие компоненты нетронутыми. Например, некоторые ионные жидкости могут быть регенерированы и повторно использованы, минимизируя отходы растворителя. Глубокие эвтектические растворители, часто производимые путем смешивания четвертичной соли аммония с донором водородных связей (например, холин хлорид и мочевина), предлагают аналогичные преимущества при гораздо более низкой стоимости и с лучшей биоразлагаемостью. Недавние исследования показывают, что DESs могут растворять оксиды металлов и даже металлическую медь в

Фитоминирование: выращивание металлического урожая

Фитоминирование — это использование растений-гипераккумуляторов — видов, которые естественным образом поглощают высокие концентрации металлов из почвы или раствора — для извлечения ценных металлов. В то время как концепция была изучена в основном для никеля, кобальта и золота в загрязненных почвах, исследователи в настоящее время изучают ее применение для электронных отходов. В этом подходе электронные отходы сначала обрабатываются для получения лишата или твердого субстрата, а затем растения выращиваются или орошаются металлической средой. Растения накапливают металлы в своих тканях, которые затем собирают, высушивают и золят для получения «био-оре», содержащей высокую концентрацию металла. Эта металлическая зола может быть дополнительно очищена с использованием обычной пирометаллургии или гидрометаллургии. Фитоминирование по своей сути является солнечным, недорогим и экологически чистым, но оно медленное (растениям нужны недели до месяцев) и поглощение металла ограничено физиологией растения. Исследования в области генной инженерии гипераккумуляторов могут улучшить урожайность, но на данный момент фитомин

Инновации в области физической предварительной обработки: крио-комминационное и электростатическое разделение

Перед любой химической или биологической экстракцией электронные отходы должны быть измельчены, сортированы и разделены для концентрации богатых металлом фракций. Новые физические методы делают эту предварительную обработку более эффективной. Крио-сокращение, например, включает охлаждение электронных отходов до криогенных температур (с использованием жидкого азота) для хрупких пластмасс и металлов, что облегчает их разрушение и отделение. Это может улучшить освобождение металлов от их инкапсулирующих пластмасс, что приводит к более высокому восстановлению в процессах ниже по течению. Еще одно новшество - это передовое электростатическое разделение, которое использует различия в электропроводности для отделения металлов от неметаллов с очень высокой чистотой. Недавние разработки улучшили пропускную способность и уменьшили требования к размеру частиц, делая электростатическое разделение жизнеспособным для мелких фракций измельченных печатных плат. Эти физические методы не извлекают металлы напрямую, но повышают эффективность последующего этапа экстракции, способствуя общей оптимизации процесса.

Сравнительные преимущества и тенденция к интегрированным системам

Каждый новый метод имеет свои сильные и слабые стороны, и ни один метод не является панацеей. Биоочистка является экологически доброкачественной, но медленной; электрохимические методы точны и быстры, но требуют тщательной настройки химии раствора; зеленые растворители обеспечивают высокую селективность, но могут быть дорогими. Будущее утилизации электронных отходов, вероятно, лежит в интегрированных многоступенчатых системах, которые объединяют эти методы для максимизации восстановления при минимизации затрат и воздействия на окружающую среду. Например, процесс может начаться с крио-свертывания и электростатического разделения для получения богатого металлом концентрата, а затем биоочистка для солюбилизации базовых металлов, затем электрохимический шаг для выборочного извлечения драгоценных металлов и, наконец, извлечение зеленого растворителя для обработки редкоземельных элементов. Такая интеграция может достичь скорости извлечения выше 95% для многих металлов, как это продемонстрировано в пилотных проектах в Европе и Азии.

Проблемы и соображения масштабируемости

Несмотря на их обещание, новые методы сталкиваются с несколькими препятствиями на пути к коммерческому масштабу. Стоимость остается основным барьером: специализированные микроорганизмы, пользовательские электроды и ионные жидкости могут быть дорогими в производстве и требуют тщательной обработки. Скорость производства является еще одной проблемой — биологические и фитоминирующие методы по своей сути медленнее, чем обычная плавка, которая может обрабатывать тонны материала в час. Неоднородность отходов представляет собой проблему, поскольку состав электронных отходов широко варьируется в зависимости от типа устройства, возраста и производителя. Регуляторные и проблемы безопасности также вступают в игру: обработка материалов, устойчивых к растворителям, обеспечение биологической защиты и соблюдение стандартов выбросов требуют надежной инженерии и надзора. Наконец, инфраструктура и логистика сбора остаются узким местом во многих регионах.

Тем не менее, экономические стимулы сильны. Стоимость сырья в электронных отходах в 2019 году оценивалась в 57 миллиардов долларов США, но только около 17% было официально собрано и переработано. Правительства и промышленность начинают признавать потенциал. План действий по круговой экономике Европейского союза явно нацелен на переработку электронных отходов и поддерживает исследования в области инновационных технологий восстановления. Аналогичным образом, инициативы в Японии и Южной Корее финансируют пилотные заводы, которые интегрируют биовыщелачивание и электрохимическое восстановление.