Xử lí rác thải điện tử

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LONG AN
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LONG AN
—&–
Cuộc thi vận dụng kiến thức 
liên môn để giải quyết 
tình huống thực tiễn dành cho 
học sinh trung học
ĐỀ TÀI
XỬ LÍ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ
Trường: THPT Chuyên Long An
Địa chỉ: 213A, Nguyễn Thái Bình, phường 3, TP.Tân An, Long An
Điện thoại: 072.6251.060
 Email: c3chuyenlongan.longan@moet.edu.vn
Họ và tên nhóm học sinh:
Phạm Trần Anh Đạt
Nguyễn Tuấn Thành
Phan Tấn Phát
Năm học: 2013-2014
MỤC LỤC
I. Tên tình huống...3
II. Mục tiêu giải quyết tình huống....3
III. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống....3
IV. Giải pháp và thuyết trình quá trình giải quyết tình huống...4
V. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống......9
I. Tên tình huống:
 “ XỬ LÍ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ ”
II. Mục tiêu giải quyết tình huống:
 Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề về rác thải điện tử, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do loại rác thải này gây ra, giảm bớt gánh nặng cho xã hội.
III. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống:
 Để giải quyết vấn đề nêu trên một cách hiệu quả, chúng ta cần áp dụng kiến thức một số lĩnh vực sau:
+ Trong lĩnh vực Toán học: thống kê lượng rác thải điện tử cần xử lí, tính toán diện tích đầu tư.
+ Trong lĩnh vực Hóa học: tìm hiểu về thành phần hóa học, các chất độc hại trong rác thải qua đó phân loại chúng đồng thời nghiên cứu các phản ứng hóa học xảy ra để dễ dàng xử lí cho phù hợp và hiệu quả.
+ Trong lĩnh vực Sinh học: đảm bảo hạn chế tối đa ô nhiễm môi trường, đảm bảo sức khỏe con người.
+ Trong lĩnh vực Công nghệ: Đảm bảo quy trình xử lý rác thải. Kiểm tra chất lượng xử lí.
IV. Giải pháp và thuyết trình quá trình giải quyết tình huống:
- Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, các thiết bị điện tử ngày càng phổ biến và trở nên thiết yếu như: máy tính, ti vi, tủ lạnh,... Song song với đó công nghệ ngày càng phát triển, các thiết bị ngày càng hiện đại nên rác thải từ các máy móc cũ ngày càng nhiều: năm 1998, Hoa Kỳ loại bỏ 20 triệu máy tính; đến năm 2009 con số này đã tăng lên mức 47,4 triệu chiếc. Trong năm 2011, Trung Quốc đã cho “nghỉ hưu” 160 triệu thiết bị điện tử, bằng 40% của Hoa Kỳ. Ước tính mỗi năm có khoảng 50 triệu tấn rác điện tử, nhưng theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), chỉ 15-20% số rác đó được tái chế. Báo cáo của công ty tư vấn Pike Research năm 2011 ước tính khối lượng phế liệu điện tử toàn cầu sẽ tăng nhiều hơn 2 lần trong vòng 15 năm tới. Rác thải điện tử gồm nhiều vật liệu: kim loại, chất hữu cơ cao phân tử, kim loại quý hiếm (Al, Zn, Cu, Pb, Sn, Cr, Au, Ag, Pt, Pd) mà còn có chất độc hại: chì, thủy ngân, cadmium, selenium... gây ra các bệnh nguy hiểm như ung thư, suy thận. Mặc khác chúng trở thành rác thải với tốc độ gấp ba lần so với các loại rác khác. Vì vậy xử lí rác thải điện tử là rất quan trọng.
Hình: Rác thải điện tử
Dưới đây là một số ý tưởng về việc xử lí rác thải điện tử:
- Một trong những cách để xử lí loại rác thải này là có thể tái sử dụng những thiết bị có thể sử dụng lại cho các thư viện, trường học hay các nước kém phát triển để giảm thiểu rác.
- Đối với các thiết bị không còn có khả năng tái sử dụng thì chúng ta có thể xử lí như sau:
 + Đầu tiên chúng ta sẽ phân loại chúng thành những bộ phận có điểm chung, chẳng hạn về chất liệu hay những bộ phận gần giống nhau để dễ xử lí.
 + Chúng ta sẽ tiến hành xử lí các phần tử bên ngoài (vỏ máy...) của các thiết bị điện. Các vỏ máy này thường có chất liệu là nhựa nên chúng ta có thể tái sử dụng bằng cách làm sạch chúng để sử dụng lại nếu có thể. Còn trường hợp chúng bị hư hỏng nặng thì tiến hành tái chế như các loại nhựa thông thường.
 + Bộ phận còn lại: ruột máy chứa các phần tử như cuộn cảm, tụ điện, đặc biệt là các vi mạch. Chúng ta tiến hành gỡ thủ công những bộ phận có kích thước lớn có thể tách rời như điện trở, cuộn cảm, dây dẫn nối các bản mạch hay những bộ phận biến đổi điện áp,để tái sử dụng hoặc tiến hành tái chế chúng (do chúng thường được làm bằng kim loại). Còn những bộ phận gắn liền với bản mạch là những bộ phận được tạo nên từ polime và các kim loại như (vàng, thiết, chì, sắt,.. và các vật liệu bán dẫn như silic, các điện môi trong các vi mạch) thì chúng ta áp dụng phương pháp sau:
Hình: Bản mạch
 Bước đầu tiên bản mạch sẽ được nghiền nhỏ thành bột (lúc này cần phun một ít nước vào để hạn chế bụi bay ra), chúng ta có thể sử dụng một số loại máy nghiền đá trong xây dựng hay một số loại máy nghiền được các vật cứng. Cho bột chảy qua mương nước, kim loại nặng sẽ lắng xuống, bột nhựa sẽ nổi lên trên tách theo dòng nước, kim loại đi ra sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp, sau đó sẽ được đưa qua máy quay lợi dụng lực li tâm để tách phần tử giàu và nghèo kim loại ra khỏi nhau (phần tử nghèo kim loại thì nhẹ hơn nên sẽ bị tách ra sớm hơn) sau đó phần giàu kim loại được tuyển từ từ qua từ trường để tách sắt và các vật liệu từ bằng nam châm. Còn bộ phận giàu kim loại thu được sẽ được tánh ra sau đó sẽ dùng phương pháp điện phân hóa học... để tách và thu hồi các kim loại khác nhau. Còn phần bột nhựa nổi lên thì chúng ta thu gom, sau đó tiến hành dùng nhiệt nung chúng nóng chảy để các chất còn lại kết lại với nhau rồi tiến hành tái chế chúng.
Hình: Máy nghiền
Hình: Bản điện sau khi được nghiền
+ Ngoài phương pháp trên, chúng ta còn có thể dùng phương pháp khác có thể thu hồi được thiếc và chì (những kim loại có nhiều trong rác thải điện tử) từ bản mạch điện tử bằng phương pháp thủy luyện sử dụng axit HCl. Thiếc và chì được được hòa tách cùng đồng thời với hiệu suất cao nhất trong dung dịch axit HCl nồng độ cao (khoảng 5M) ở nhiệt độ 800oC trong thời gian gần 2 giờ (để axit có thể hòa tan kim loại với hiệu suất cao). Trong cùng điều kiện, đồng hầu như không tan. Chì được thu hồi ở dạng chì clorua, thiếc được thu hồi ở dạng thiếc oxit với hiệu suất thu hồi tương ứng có thể trên 80% lượng kim loại trong bản mạch và độ tinh khiết đạt khoảng trên 90% cả hai loại. Sau khi đã thu được thiếc và chì thì chúng ta tiến hành thu hồi đồng, cho dung dịch H2SO4 và H2O2 vào phần còn lại thì đồng sẽ tan hết vào dung dịch, tiếp theo chúng ta sẽ tách đồng (cần đun nhẹ để đuổi H2O2 ra) bằng cách tạo ra môi trường có pH từ 12 đến 14 bằng kiềm để có kết tủa Cu(OH)2, chúng ta sẽ lọc lấy nó nung dược CuO rồi khử bằng một số tác nhân như CO, H2. Các sản phẩm thu hồi có thể làm nguyên liệu cho các cơ sở tinh luyện kim loại màu.
Hình: Chì và thiếc trên bản mạch
Hình: Cấu tạo cơ bản 
 của một bản mạch.
+ Còn đây là phương pháp để xử lí bản mạch có nhiều đồng trong thành phần. Phần bản mạch bao gồm các tấm đồng được dát mỏng (loại 142g đồng/30,5 cm2) và các tấm sợi thủy tinh với lớp phủ bên ngoài bằng hợp kim hàn (37% chì, 63% thiếc) độ dày khoảng 0.0005 inch để chống axit và dễ hàn. Hình dưới cấu tạo cơ bản của một bản mạch: 
Với bản mạch nhiều lớp (một bản mạch với 2 lớp đồng) một mảnh nhựa tổng hợp được đặt giữa tạo thành lõi cách điện, có chất dính bổ sung sẽ dính chặt 2 lớp đồng bên trên và bên dưới vào. Hình dưới là hình ảnh các lớp nhựa:
Chúng ta tiến hành xử lí bằng nhiệt. Các tấm bắt đầu bộc lộ dấu hiệu của sự tách lớp từ nhiệt độ 2500C, nhưng khoảng nhiệt độ tốt nhất để sự tách lớp xảy ra nhiều nhất là 3250C đến 3500C và thời gian tại nhiệt độ đó là 15 đến 30 phút, nếu quá trình tách lớp diễn ra khó khăn thì có thể dùng một số dung môi hữu cơ (toluen) hòa tan polime để tách kim loại ra dễ hơn. Khi một mẻ 200g mảnh bản mạch được nung trong lò nung kín ở nhiệt độ 3500C trong 20 phút, khối lượng mất khoảng 20%. Bằng cách bóc các tấm đồng từ các tấm sợi thuỷ tinh và tách chúng một cách thủ công, các mảnh đồng chiếm đến 55% khối lượng và các tấm sợi thủy tinh là 45%.
V. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống:
 Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ, sự gia tăng nhanh chóng của khối lượng rác thải điện tử đang tạo ra mối hiểm họa khó lường, chẳng khác nào như “quả bom hẹn giờ” treo trước tương lai nhân loại. Rác thải điện tử đã và đang hủy hoại môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người. Vì vậy, xử lí rác thải điện tử là vấn đề cấp bách cần phải thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả. Bằng những phương pháp xử lí nêu trên chúng ta có thể thu được nguồn kim loại và nhựa khá lớn có thể tái sử dụng, giúp hạn chế tác hại của rác thải điện tử đến môi trường và sức khỏe con người cũng như tận dụng lại được nguồn nguyên liệu một cách hiệu quả.
 Trên đây chỉ là ý tưởng và chút hiểu biết về một số môn học của chúng em. Mong rằng phương pháp xử lí rác thải trên sẽ được đưa vào thực tiễn và thực hiện thành công.
 Tuy còn nhiều hạn chế nhưng mong mọi người thông cảm và cho chúng em lời khuyên. Chân thành cảm ơn!