СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНДИЯ ИЗ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD FOR EXTRACTING INDIUM FROM ELECTRONIC INDUSTRY WASTE

Изобретение относится к области защиты окружающей среды в сфере деятельности электронной промышленности, а также в области захоронения твердых коммунальных отходов и может найти применение для сохранения и повторного использования редких и дорогостоящих ресурсов.
Известен способ извлечения индия из сульфатных цинковых растворов (патент RU №2238994, опубл. 27.10.2004), который заключается в реэкстракции индия раствором серной кислоты без добавления хлорид-ионов. В качестве экстрагента используют смесь фосфорорганических реагентов в органическом разбавителе, реэкстракцию проводят раствором серной кислоты. Смесь фосфорорганического реагента представляет собой сочетание ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и изо-додецилфосфетановой кислоты.
Недостатком известного способа является сложность получения экстрагента и дополнительная нагрузка на окружающую среду за счет использования токсичных компонентов.
Известен способ выделения металлов с применением бактерий (патент RU №2716725, опубл. 16.03.2020). Данный способ предлагает проводить инкубацию суспензии, содержащей частицы минеральной руды, которая содержит требуемый металл, и биомассу, которая включает бактерии, способные связывать указанный металл.
Недостатком известного способа является то, что он требует многостадийности извлечения металлов. Процесс культивирования бактерий увеличивает время извлечения требуемого металла. Данный способ нуждается в применении сложного оборудования для получения эффективности процесса извлечения металла, что приводит к дополнительным экономическим затратам.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ извлечения индия из отходов электронной промышленности (CN103620070, опубл.05.03.2014), включающий измельчение отходов, которые потом подвергают кислотному выщелачиванию, затем осуществляют биосорбцию, используя в качестве биосорбента микроскопические водоросли. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ извлечения индия из отходов электронной промышленности, включающий измельчение отходов, кислотное выщелачивание измельченных отходов, осуществление биосорбции, при этом в качестве биосорбента используют микроскопические водоросли.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что применяется гидротермальное выщелачивание, которое требует соблюдения значительного количества определенных параметров.
Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление способа извлечения индия, позволяющего снизить нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения класса опасности электронного отхода, а также возвратить в производственный цикл редкий металл.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения индия, включающем процесс биосорбции, согласно изобретению извлекают индий из отходов электронной промышленности, для этого отходы измельчают, измельченные электронные отходы подвергают выщелачиванию при помощи серной кислоты, затем осуществляют процесс биосорбции, используя в качестве биосорбента микроскопические водоросли рода Chlorella, при показатели РН среды, равном 2,5-3,5.
Признаки заявляемого способа, отличительные от прототипа, -выщелачивание отходов проводят при помощи серной кислоты; в качестве биосорбента используют микроскопические водоросли рода Chlorella, причем показатель РН среды 2,5-3,5.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят снизить нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения класса опасности электронного отхода, а также возвратить в производственный цикл редкий металл при упрощении и удешевлении способа извлечения индия.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа извлечения индия с получением указанного технического результата.
Содержание индия в мониторах компьютеров составляет 0,077%, в экранах смартфонов - 0,0715%, в экранах мобильных телефонов 0,06% от общего количества металлов. В природной среде содержание индия варьируется в диапазоне от 0,001 до 0,1%. При этом индий не имеет собственных месторождений, и является побочным при добыче других металлов.
Заявленный способ осуществляется следующим образом:
Отходы электронной промышленности, на примере экранов мобильных телефонов/смартфонов и мониторов. Компонентный состав экранов представляется из пластиковой рамы, пленок, металлической рамы, дисплея и светодиодов (LED).
Экраны мобильных телефонов/смартфонов и мониторы измельчают в шаровой мельнице, при скорости измельчения 450 оборотов в минуту, степень измельчения менее 1 мм, время воздействия составляет 2 минуты.
Полученный порошок подвергается выщелачиванию при помощи 1М серной кислоты, соотношение твердого вещества к раствору составляет 1:50.
Следующим этапом извлечения индия из раствора является организация процесса биосорбции. В качестве биосорбента используют микроводоросли Chlorella Vulgaris, Chlorella Sorokiniana и Scenedesmus sp.Эффективность сорбции металлов данными микроводорослями доказаны многими исследователями. Процесс биосорбции проходит при заданных параметрах рН среды и дозы биосорбента.
В лабораторных условиях был смоделирован процесс биосорбции индия при комнатной температуре 22±2°С. Для более полноценного и качественного исследования был проведен полный факторный эксперимент. Параметр концентрации индия в растворе являлся постоянным и составлял 500 мг/кг. Время контакта раствора и биосорбента составило 90 мин. Остальные параметры, такие как доза биосорбента и рН среды были взяты различные для того, чтобы определить наиболее эффективные. Значение рН среды варьировалось в диапазоне от 2,5 до 3,5, так как при более высоком показателе рН среды индий выпадает в осадок, а при значениях рН среды ниже 2,5 биосорбция микроскопическими водорослями недопустимо, так как водоросли в данных условиях не функционируют. Доза биосорбента составила в диапазоне от 0,2 до 3,0 г/л.
Анализ полученных результатов показал, что наиболее эффективными параметрами извлечения индия являются: микроводоросли рода Chlorella, значение рН среды составило 3,0, при данных параметрах биосорбент имеет более высокую сорбционную емкость.
На основании проведенных экспериментальных исследований было доказано, что извлечение индия микроскопическими водорослями возможно. Эффективность извлечения составила до 70%. Благодаря извлечению редкого и токсичного металла из отходов снижается негативная нагрузка на окружающую среду и появляется возможность возврата металла в производственный цикл.
Таким образом, заявленный способ извлечения индия из отходов электронной промышленности (мониторов и экранов мобильных телефонов/смартфонов) является экологически безопасным при высокой эффективности процесса, так как в качестве биосорбента используются микроводоросли, которые являются природными сорбентами металлов, легко возобновляемыми в лабораторных условиях, и не требующие разработки системы очистки после процесса биосорбции. Способ позволяет существенно упростить, удешевить технологический процесс извлечения индия из отходов электронного сырья.