Composición de los residuos electrónicos y tratamiento

Los residuos electrónicos carecen de  una composición estándar. La composición de los mismos está  dada en función del tipo de aplicación para la cual están diseñados.generalmente poseen tres tipos de componentes: metales (base, preciosos, etc.), óxidos refractarios y metal plastico. en la siguiente se presenta el aporte en peso y en valor de los componentes presentes en los residuos electrónicos

                             

Como se puede apreciar en la tabla, aunque el aporte en peso de los metales preciosos es inferior al 1%, su aporte en el valor para el caso delas tarjetas de circuitos impresos. teléfonos celulares y calculadoras es superior al 80%. Esto permite confirmar la importancia del reciclaje de este tipo de aparatos y componentes electrónicos.

Valores de los metales basados en la cotización diciembre de 2007 de london Metal Exchange (LME) (Park y Fray,2009,p.1153)

Dentro de los residuos electrónicos, las computadoras descartadas son uno de los equipos más ampliamente gestionados en los sistemas de reciclaje de RAEE, debido a sus cortos períodos de  obsolescencias (tiempo de renovación del equipo) y a la amplia utilización de este tipo de equipos a nivel industrial, empresarial y doméstico

Una computadora personal contiene en promedio 27.3g/ton de plata y 6.8g/ton de oro, lo que permite considerarla como una fuente alternativa de metales precioso, que permitirá reducir la extracción de estos de fuentes naturales y el gasto energético asociado a la misma. 

A pesar de la composición de la chatarra promedio fluctuante entre los distintos RAEE, más del 70% de su valor depende de su alto contenido en metales. Por lo tanto, la recuperación metalúrgica de metales de los RAEE tiene tres enfoques posibles: pirometalurgia, hidrometalurgia y biometalúrgia.

Procesamiento Pirometalúrgico:

Es el proceso más antiguo y más común utilizado para la recuperación de metales de los RAEE, este consiste en fundir los desechos electrónicos en un horno de alta temperatura. El proceso de fundición se realiza en diversas etapas:

Tostación: es un tratamiento químico preliminar que consiste específicamente en la oxidación de los sulfuros a óxidos, ya que muchos de los metales no ferrosos se presentan en forma de sulfuros. La tostación de los sulfuros es un proceso (de reacción de gas - sólido) en el que se pone en contacto aire en grandes cantidades, a veces enriquecido con oxígeno, con los concentrados del mineral de sulfuro. Esto se hace a una temperatura elevada que varía entre 500-900 °C a la que se combine el oxígeno del aire con el azufre del sulfuro para formar SO2 gaseoso y con los metales para formar óxidos metálicos, con una presión externa de 1 atm. Al producto sólido de la tostación se le llama calcinado. 

Fusión: La fusión es un proceso de concentración que se lleva acabo con la intención de liberar el elemento metálico del compuesto en que está contenido en la carga, en una forma pura y eficiente. Este consiste en alimentar a un horno de fusión que varía entre 1200 y 1400 °C, las impurezas de carga se depositan formando un producto ligero de desecho llamado escoria, el cual puede separarse por gravedad de la porción más pesada que contiene prácticamente todos los componentes metálicos deseados. Los valores metálicos se recuperan del proceso de fusión en forma líquida, o como líquidos y luego productos metálicos solidificados, mientras que los productos de desecho se dejan como residuos sólidos sin fundir, escoria líquida, gases o compuestos líquidos que se han solidificado. Los gases y vapores emanados por la extracción de los productos (metal blanco y escoria), son captados y conducidos mediante ventilación a un sistema de limpieza de gases secundarios, donde un filtro de mangas recupera las partículas en suspensión (las que luego son recirculadas como carga fría al Horno de Fusión). Luego, los gases y vapores son neutralizados disolviéndolos en agua y posteriormente emitidos a la atmósfera.

Conversión: es la etapa segunda y final en la fundición de minerales o concentrados de sulfuros y es también una operación de concentración. Mediante la inyección de aire, oxigeno o aire enriquecido se lleva a cabo un proceso de oxidación selectiva por medio del cual los elementos con mayor afinidad por el oxígeno se oxidan primero y pueden separarse. 

Refinación: es la operación final en la que se separan, y generalmente se recuperan, las últimas cantidades de impurezas de los procesos extractivos de los metales mayores. La operación de refinación se considera por lo general separadamente del proceso extractivo y sus características dependen del tipo de impurezas y de las cantidades a separar, así como de la pureza deseada del producto metálico refinado.

Básicamente el material obtenido de la etapa de conversión pasa a un horno de refinación entre 500 – 800 °C donde primero ocurre la oxidación comúnmente con dióxido de azufre, que permite remover el sulfuro contenido hasta un nivel de 50 ppm; una vez limpio el cobre, se inicia la etapa de reducción del nivel de oxígeno presente en el baño fundido, mediante la inyección de gas natural fraccionado con vapor de aire. Así se obtiene un metal anódico con un alto porcentaje de pureza; por consiguiente, el metal anódico se extrae del horno de ánodos por una canaleta cubierta. El tiempo de este proceso es de alrededor 8 horas.

Procesamiento Hidrometalúrgico: 

Es un proceso donde se extraen los metales desde los materiales que los contienen mediante procesos fisicoquímicos acuosos. También se apoya en las distintas operaciones unitarias que utilizan métodos físicos para mejorar y lograr la concentración y separación de los metales. En general la hidrometalurgia se desarrolla en tres etapas distintivas y secuenciales

Lixiviación: en esta etapa intervienen además del material sólido de origen, un agente lixiviantes (disolvente) que normalmente está disuelto en la solución acuosa y ocasionalmente un agente externo que actúa como oxidante o reductor y participa en la disolución del metal de interés. La presión puede ser distinta a la atmosférica desde condiciones de vacío de unos pocos kilopascales hasta más de 5.000 kilopascales y la temperatura puede ser inferior o superior a las de ambiente desde 0°C hasta 250 °C manteniendo solamente el requisito de desarrollarse en un medio acuoso.

Purificación y/o concentración: Con el objetivo de concentrar y eliminar contaminantes la mezcla resultante de la lixiviación se deja decantar para que se separe en dos capas o fases. La fase superior corresponde a la capa orgánica, que se mantiene allí debido a su menor peso específico. En esta fase orgánica, que se conoce como fase cargada o fase extracto, se encuentra retenido el ion metálico de interés formando un complejo orgánicometálico. Luego esta mezcla se filtra y se diluye con un líquido de menor densidad que el agua (etanol, kerosene, propanol, etc.) cuya función es facilitar el atrapamiento del metal de interés y su purificación. 

Electro-obtención: esta se lleva a cabo en una celda compuesta por un cátodo sobre el cual se va recuperar el metal y por un ánodo que debe ser inatacable para evitar la contaminación de la solución. Para recuperar cierto tipo de metal se recomienda un electrolito y cátodo adecuado, por ejemplo, para el cobre se recomienda como electrolito una solución de sulfato y como cátodo acero inoxidable. Para realizar la electrólisis es necesario aplicar entre los electrodos una diferencia de potencial mayor que la diferencia mínima de electrolisis; el rango de densidades de corriente aplicadas en soluciones acuosas es de 200 y 300 A/m2. El tiempo en el que se lleva a cabo este proceso según la ley de Faraday depende de la masa depositada, en algunas industrias que manejan grandes cantidades el proceso toma entre 6 a 14 días.

Proceso Biometalúrgico

La Biometalúrgia para la recuperación de componentes valiosos de la basura electrónica ha ido ganando popularidad en los últimos años. Los microorganismos tienen la capacidad de unirse a iones metálicos presentes en el entorno externo en la superficie celular o para su transporte en la célula para diversas funciones intracelulares. Esta interacción podría promover la selectividad o no selectividad en la recuperación de los metales. Las interacciones entre las bacterias y los metales incluyen sorción, reducción, oxidación y precipitación de sulfuro. 

La biolixiviación se ha usado tradicionalmente en aplicaciones industriales con el fin de lixiviar el concentrado de metal a partir de minerales, especialmente de uranio y cobre. En este proceso se utilizan microorganismos que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y que viven en condiciones extremas: pH ácido (no puede pasar de 3), aireación, temperaturas que no supera los 45°C y altas concentraciones de metales. Los microorganismos utilizados con mayor frecuencia para este proceso son las bacterias que pertenecen al género de las Acidithiobacillus, entre las que destacan las Acidithiobacillus ferroxidans y Acidithiobacillus thiooxidans. El proceso se desarrolla generalmente en un tanque de acero inoxidable de gran tamaño, equipado con agitadores mecanizados y con la introducción de aire por ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxígeno y dióxido de carbono para los microorganismos. Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr la biolixiviación que opera en un proceso continuo; hay que tener en cuenta que a menor tamaño de partícula el tiempo de lixiviación aumenta y con ello el consumo de reactivos. Por otro lado, la biosorción se refiriere a la captación de metales que lleva a cabo una biomasa completa (viva o muerta), a través de mecanismos fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico. Es te proceso involucra una fase sólida 31 (sorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente el agua) que contiene las especies disueltas que van a ser sorbidas (sorbato, e. g. iones metálicos). Debido a la gran afinidad del sorbente por las especies del sorbato, este último es atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos. Este proceso continúa hasta que se establece un equilibrio entre el sorbato disuelto y el sorbato enlazado al sólido (a una concentración final o en el equilibrio). La afinidad del sorbente por el sorbato determina su distribución entre las fases sólida y líquida. La calidad del sorbente está dada por la cantidad del sorbato que puede atraer y retener en forma inmovilizada. Los hongos, incluyendo las levaduras, han recibido especial atención con relación a la biosorción de metales, particularmente porque la biomasa fúngica como la del ascomiceto Aspergillus niger, la cual se origina como un subproducto de diferentes fermentaciones industriales. Generalmente se utilizan reactores de cama empacada para pequeños volúmenes o fluidizada para grandes volúmenes que aumentan la resistencia mecánica y disminuyen la dificultad para separar la biomasa del efluente. El tiempo de biosorción depende de la concentración residual de metal en el efluente (Tapia, y otros, 2011) (Cañizares Villanueva, 2000). Los procesos biometalúrgicos de los desechos electrónicos tiene una serie de ventajas sobre los métodos tradicionales, incluyendo bajos costos de operación, la minimización del volumen de lodos biológicos y / o químicos para ser manipulados y la alta eficiencia en los efluentes de desintoxicación; y como desventajas esta la velocidad de reacción lenta y la presencia de metales pesados ( Zeljko, Korac, & Ranitovic , 2011).