Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-06T18:04:05Z No. of bitstreams: 1 NataliaMoraesMedeiros_DISSERT.pdf: 2096697 bytes, checksum: 6834bae91307b9e97d2a112010731b35 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-07T22:50:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 NataliaMoraesMedeiros_DISSERT.pdf: 2096697 bytes, checksum: 6834bae91307b9e97d2a112010731b35 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T22:50:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NataliaMoraesMedeiros_DISSERT.pdf: 2096697 bytes, checksum: 6834bae91307b9e97d2a112010731b35 (MD5) Previous issue date: 2015-08-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / O consumo desenfreado de equipamentos eletr?nicos juntamente com a r?pida imers?o de novas tecnologias no mercado impulsiona o crescimento acelerado de res?duos eletroeletr?nicos. Esses res?duos s?lidos, em sua maioria, contem placas de circuito impresso em sua estrutura. Estas, por apresentarem muitos metais dentre eles metais pesados, s?o altamente t?xicas. Os res?duos eletr?nicos s?o descartados de forma indevida e indiscriminadamente, normalmente sem nenhum tratamento e junto com os demais res?duos urbanos, contaminando o meio ambiente e causando graves problemas a sa?de humana. Al?m desses metais, h? tamb?m metais preciosos e de base de alto valor agregado, que podem ser recuperados e reciclados, reduzindo a explora??o dos recursos naturais. Assim, devido ao alto potencial de crescimento e reutiliza??o desses res?duos, processos de tratamento, de caracteriza??o e de separa??o foram aplicados ?s placas de circuito impresso. As placas foram submetidas a tratamentos f?sicos, como desmantelamento, moagem, separa??o granulom?trica, separa??o magn?tica e por tratamentos qu?micos como pir?lise e lixivia??o. Atrav?s dos processos de caracteriza??o (pir?lise e lixivia??o) as propor??es dos componentes das faixas granulom?tricas foram determinadas: 46,08% de metais; 23,32% de pol?meros e 30,60% de cer?micos. Observou-se tamb?m pela separa??o granulom?trica, que os componentes met?licos tendem a se concentrarem nas fra??es mais grosseiras, enquanto que os materiais polim?ricos e cer?micos nas fra??es finas. Do processo de separa??o magn?tica obteve-se 12,08% de material magn?tico e 82,33% de material n?o magn?tico. / The unbridled consumption of electronic equipment associated with fast immersion of new technologies on the market leads to the accelerated growth of electronic waste. Such waste mostly contains printed circuit boards in its structure. Printed circuit boards have many metals, including heavy metals, being highly toxic. Electronic waste is discarded improperly and indiscriminately, usually without any previous treatment and with other municipal waste, contaminating the environment and causing serious problems to human health. Beyond these metals, there are also precious metals and high value-added basis, that can be recovered and recycled, reducing the exploration of natural resources. Thus, due to the high growth potential and reuse of these waste treatment processes, characterization and separation were applied to the printed circuit boards. The printed circuit boards were subjected to physical treatments such as dismantling, crushing, sizing separation, magnetic separation and chemical treatments such as pyrolysis and leaching. Through characterization process (pyrolysis and leaching) the proportions of the components of the granulometric range were determined: 46,08% of metals; 23,32% of polymers and 30,60% of ceramics. It was also observed by particle size separation that metal components tend to concentrate in coarse fractions, while polymeric and ceramic components in fine fractions. From the magnetic separation process was obtained 12,08% of magnetic material and 82,33% of non-magnetic material.

Dentre os setores mais promissores da indústria está o setor de equipamentos eletroeletrônicos. Parte destes equipamentos eletroeletrônicos apresentam componentes tóxicos podendo causar danos ao meio ambiente e a população e apresentam também materiais nobres e raros que, caso não reciclados correm o risco de desaparecer nas próximas gerações. Alguns desses equipamentos já possuem rotas de reciclagem definidas, no entanto novas tecnologias como a tela de cristal líquido (LCD) estão começando a sofrer os primeiros descartes. Os monitores de LCD são compostos por uma tela de LCD, partes poliméricas e placas de circuito impresso (PCI) que são componentes de composição muito heterogênea, sendo 70% da sua massa composta de frações não metálicas e 30% correspondem a metais como cobre, chumbo, ferro, níquel, ouro e prata. Neste trabalho, monitores e telas de LCD danificados foram coletados em assistências técnicas. Estes foram desmontados e caracterizados quanto a sua estrutura, composição e periculosidade. As placas de circuito impresso foram cominuídas a granulometrias específicas e caracterizadas quanto a quantidades de metais presentes. Posteriormente, estas placas foram submetidas a ensaios de separação gravimétrica com líquidos densos e com um concentrador Mozley. Os monitores têm suas partes poliméricas compostas principalmente por termoplásticos como PC, PET, ABS e acrílico exceto nas placas de circuito impresso, onde a fração polimérica é composta por resina epóxi. A tela de vidro, fração cerâmica, foi caracterizada por FRX e MEV/EDS, sendo observada a presença de metais como índio, estanho, cobre e alumínio, todos na forma de óxido. As PCI após serem cominuídas e classificadas foram submetidas a ensaio em meio denso a fim de determinar qual granulometria apresenta melhor grau de liberação, sendo escolhido o tamanho de partícula -1,0+0,25mm. As frações afundado e flutuado foram caracterizadas através de lixiviação com água régia e posterior análise por FAAS e ICP-AES. Nos ensaios realizados com o concentrador Mozley, variando parâmetros como inclinação da bandeja, vazão de água e tempo, os resultados obtidos mostram que é possível concentrar metais nobres como ouro (92%), prata (94%) e cobre (88%) em uma fração com um baixo teor de não metais. / Among the most promising sectors of the industry is that of electronic equipment. Part of these electronic equipments has toxic components, which can cause damage to the environment and population and also have rare and precious materials which, if not recycled they are at risk of disappearing in the next generations. Some of these devices already have recycling routes defined; however, new technologies such as liquid crystal display (LCD) are starting to suffer the first discart. The LCD monitors are composed of an LCD screen, polymeric parts and printed circuit boards (PCB) which are components with a very heterogeneous composition, being 70% of its mass consisting of non-metallic fractions and 30% are metals such as copper, lead, iron, nickel, gold and silver. In this work, LCD monitors and screens were collected in technical assistance. These were dismantled and characterized for their structure, composition and dangerousness. The printed circuit boards were comminuted to specific particle sizes and characterized for their amounts of metals present. Later, these boards were analyzed by gravimetric separation with dense liquids and Mozley concentrator. The monitors have their polymeric parts mainly composed of thermoplastics such as PC, PET, ABS and acrylic except for printed circuit boards, where the polymeric fraction is composed of epoxy resin. The screen glass, ceramic fraction, was characterized by XRF and SEM / EDS, showing the presence of metals such as indium, tin, copper and aluminum, all in oxide form. The PCI after being comminuted and classified were realized assays in dense medium to determine which granulometry provides a better degree of particle release, being chosen particle size -1.0 +0.25 mm. The sunk and floated fractions were characterized by leaching with aqua regia and subsequent analysis by FAAS and ICP-AES. For assays realized with the concentrator Mozley, varying parameters such as tilt tray, water flow and time, the results show that it is possible to concentrate noble metals like gold (92%), silver (94%) and copper (88%) in a fraction with a low content of non-metals.

As placas de circuito impresso (PCI) estão presentes em quase todos os equipamentos eletroeletrônicos (EEE) e são componentes fundamentais dos computadores. Estes dispositivos são compostos de polímeros, cerâmicos e metais, sendo que nestes últimos encontra-se uma fração significativa de metais valiosos tais como ouro, prata e cobre. A mistura heterogênea dos referidos materiais torna sua reciclagem complexa, de forma que, tecnologias têm sido desenvolvidas e aprimoradas para a reciclagem das PCI. Esta pesquisa apresenta uma rota alternativa para recuperação do cobre contido nas PCI estudadas. Inicialmente, realizou-se um processamento mecânico constituído de fragmentação e moagem, classificação granulométrica e separação magnética, visando à liberação dos metais contidos nas placas e, principalmente, à concentração metálica do cobre. Esta rota não inclui a clássica separação eletrostática para a recuperação metálica. Foram realizadas duas lixiviações ácidas com ácido sulfúrico; a primeira para a remoção de elementos indesejados (Fe, Ni ,Zn, Al) e, a seguir, uma segunda lixiviação ácida, em meio oxidante, para obtenção de um eletrólito concentrado de íons cobre. A solução eletrolítica produzida na segunda lixiviação foi submetida à eletrodeposição, obtendo-se cobre na forma de pó para a sua utilização em processos da metalurgia do pó, como matéria prima para a indústria de componentes mecânicos e científicos sinterizados. Os resultados indicaram que é possível a recuperação do cobre presente nas PCI provenientes de REEE. O pó de cobre obtido atende adequadamente a requisitos técnicos necessários para sua aplicabilidade nos processos de metalurgia do pó, como por exemplo: estrutura dendrítica, composição química apropriada e distribuição granulométrica das partículas, atingindo o objetivo geral desta pesquisa. / The printed circuit boards are found in almost all electrical electronic equipments (EEE) and are essential components of computers. The PCBs consist of polymers, ceramics and metals, and among the metals, there is a significant fraction of valuable metals such as gold, silver and copper. The heterogeneous mixture of these materials makes their recycling difficult. Therefore, many kinds of technologies have been developed and improved for the recycling of these electronic components. This scientific research proposes an alternative route for recovery of copper contained in the analyzed PCB. Initially, a mechanical process consisting of fragmentation and grinding, size classification and magnetic separation was performed, aiming the liberation of metals from the boards, especially the concentration of copper. This route does not include the classical electrostatic separation for metal recovery. Two acid leaching procedures were performed with sulfuric acid: the first one for removing the unwanted elements (Fe, Ni, Zn, AL), followed by a second acid leaching, in an oxidizing medium, to obtain a concentrated copper ion electrolyte. The electrolytic solution produced in the second leaching was submitted to electrodeposition obtaining copper powder, which is used in powder metallurgy processes as raw material for the industry of sintered mechanical and scientific components. The results indicate that the recovery of metals contained in PCB originated from WEEE is possible. The obtained copper powder adequately meets the technical requirements for its applicability in powder metallurgy processes, such as: dendritic structure, appropriate chemical composition and particle size distribution, reaching the general objective of this research.

Com o transcorrer dos anos a problemática da geração de resíduos sólidos vem ganhando destaque no âmbito ambiental. Atualmente, várias tecnologias na área de tratamento de resíduos sólidos estão sendo estudadas com o objetivo de reduzir o volume de resíduos gerados e obter ganhos econômicos adicionais. As placas de circuito impresso (PCIs) descartadas são classificadas como resíduos sólidos e na sua composição, por vezes, possuem quantidades de metais maiores que as encontradas em minérios. O presente trabalho estudou a separação de metais não ferrosos encontrados em dois tipos de placas de circuito impresso de computadores descartados (placas mãe e placas de vídeo), visando a sua recuperação. O procedimento utilizado incluiu etapas de processamento físico e processamento hidrometalúrgico. O processamento físico foi iniciado com a cominuição das PCIs utilizando moinho de facas e moinho de martelos. Em seguida, foi retirada uma parte do resíduo moído para ser quarteado e encaminhado para os ensaios hidrometalúrgicos. As amostras obtidas após o quarteamento foram denominadas amostras da rota I. Com o restante do material moído foi realizada separação magnética, na qual foram obtidas amostras de material não magnético, denominadas: amostras da rota II, tais amostras seguiram também para tratamento hidrometalúrgico. A seguir foi realizada a caracterização dos materiais presentes nas PCIs e nas suas respectivas amostras (amostras da rota I e amostras da rota II). O processamento hidrometalúrgico foi então iniciado com a etapa de lixiviação. Nesta etapa, parâmetros como tempo, temperatura e concentração do ácido foram avaliados. O licor coletado na lixiviação das amostras da rota II seguiu para fase de extração por solventes (SSX), na qual os metais foram purificados e separados. Nos ensaios de SSX foram empregados os extratantes ácidos Cyanex 272, D2EHPA, TBP e suas misturas. Experimentos variando a relação aquosa/orgânica (A/O), a temperatura e a concentração de extratante foram desenvolvidos. Finalmente foram determinados o número de estágios teóricos de extração para purificar o licor obtido na lixiviação das amostras da rota II. Os resultados mostraram que as placas mãe possuem na sua composição 35,8% de metais; 38,4% de polímeros e 25,9 % de cerâmicos, já as placas de vídeo estudadas possuem 35,8 % de metais, 33 % de polímeros e 31,2 % de cerâmicos. Na etapa de lixiviação foi possível recuperar 100% do cobre contido nas amostras da rota II (fração não magnética da placa de vídeo e da placa mãe). A etapa de extração por solventes permitiu separar o alumínio e o zinco do licor obtido na lixiviação das amostras da rota II (fração não magnética da placa de vídeo e da placa mãe). A extração do alumínio e o zinco empregou 10% v/v D2EHPA, temperatura ambiente, tempo de reação de 10 min e pH igual a 3,5. Além disso, o cobre foi separado usando-se 20% v/v de D2EHPA, temperatura ambiente, tempo de reação de 10 min e pH igual a 3,5. Finalmente foi encontrado que este procedimento permite recuperar 82 % do cobre contido na placa mãe e 60 % do cobre da placa de vídeo. / Over the years, the solid waste generation problem has been gaining strength in an environmental context. Currently, several technologies on the field of waste treatment are been studied aiming to reduce the volume of produced waste and gain additional economic value. Discarded printed circuit boards (PCBs) are classified as solid waste and in it composition, sometimes, they hold greater quantities of metal than ores. The present research studied the separation of non-ferrous metals from two types of printed circuit boards from discarded computers (motherboards and video boards) aiming its recovery. The overall process used physical treatment and hydrometallurgical treatment. The physical processing started with griding the PCBs using a knife mill and a hammer mill. Quartered samples from the grinded material were utilized on the hydrometallurgical process. Samples obtained after quartering were called samples from route l. The remained milled material was magnetically separated generating non-magnetic samples, called: samples from route ll, also followed by hydrometallurgical treatment. After, present materials on the PCBs and its respective samples were characterized (samples from route l and samples from route ll). Leaching those materials was the first step of the hydrometallurgical step. Leaching parameters time, temperature and acid concentration were evaluated. The resulting liquor from leaching samples from route ll followed to the solvent extraction (SSX) phase, in which metals were screened and purified. On the extraction phase there were utilized the acid extractants: Cyanex 272, D2EHPA, TBP and its mixtures. Experiments varying extraction parameters as organic/aqueous (O/A), temperature and extractant concentration were carried out during this phase. Finally, the number of theoretical stages of extraction were determined to purify the liquor obtained by leaching samples from route ll. The results showed that the mother PCBs are constituted by 35.8% of metals; 38.4% of polymers and 25.9% of ceramic, while the video PCBs are composed by 35.8% of metals, 33% polymer and 31.2% of ceramic. In the leaching step was possible to recover 100% of the copper contained in the route II samples (non-magnetic fraction of the video boards and motherboards). The solvent extraction step can separate aluminum and zinc from the liquor produced in leaching process of the Route II samples (non-magnetic fraction of the video board and motherboard). Aluminum and zinc extraction used 10% v/v of D2EHPA, room temperature, reaction time 10 min and pH 3.5. Moreover, copper was removed using 20% v/v of D2EHPA, room temperature, reaction time of 10 min and pH 3.5. Finally it was found that this procedure allows recovering 82% of the copper contained in the motherboard and 60% of the copper video board.

O processo tradicional de recuperação de metais de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE) geralmente envolve processamento pirometalúrgico. Entretanto, o uso desta tecnologia para processar placas de circuito impresso (PCI) obsoletas pode levar à liberação de dioxinas e furanos, devido à decomposição térmica de retardantes de chama e resinas poliméricas presentes no substrato das placas. Portanto, este trabalho propõe uma rota hidrometalúrgica para recuperação de metais. O comportamento dos metais, com destaque para cobre, zinco e níquel, durante a lixiviação ácida, foi estudado em três temperaturas diferentes (35ºC, 65ºC e 75ºC), com e sem adição de um agente oxidante (peróxido de hidrogênio H2O2). A cinética de dissolução ácida desses metais foi estudada baseada na análise química por ICP-OES (Espectrometria de emissão ótica por plasma acoplado indutivamente) e EDX (Espectroscopia de fluorescência de raios-X por energia dispersiva). O balanço de massa e a análise química indicaram que a etapa de lixiviação sem adição de oxidante é pouco eficaz na extração dos metais, sendo responsável pela dissolução de menos do que 6% do total extraído. A 65ºC e H2SO4 1 mol/L, com adição de 5 mL de H2O2 (30%) a cada quinze minutos e densidade de polpa de 1 g / 10 mL, 98,1% do cobre, 99,9% do zinco e 99,0% do níquel foram extraídos após 4 horas. A cinética de dissolução desses metais é controlada pela etapa da reação química, seguindo, dependendo da temperatura, a equação 1 (1 XB)1/3 = k1.t ou a equação ln (1 XB) = k4.t. / The traditional process for recovery of metals from waste electric and electronic equipment (WEEE) usually involves pyrometallurgical processing. However, the application of this technology to processing waste printed circuit boards (WPCBs) might lead to the formation of dioxins and furans, due to thermal degradation of flameretardants and polymeric resins present in the board substrate. Therefore, this work proposes a hydrometallurgical route for the recovery of metals. The acid leaching behavior of metals, especially copper, zinc and nickel, has been investigated at three different temperatures (35ºC, 65ºC e 75ºC) with and without the addition of an oxidizing agent (hydrogen peroxide H2O2). The dissolution kinetics for acid leaching of these metals was studied based on chemical analysis by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry) and EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy). The mass balance and chemical analysis showed that the acid leaching without the addition of an oxidizing agent is inefficient at extracting the metals, being responsible for less than 6% of the total mass leached during the hydrometallurgical route proposed. At 65ºC with 1 mol/L H2SO4 added 5 mL H2O2 (30%) each fifteen minutes under pulp density of 1 g / 10 mL, 98,1% of copper, 99,9% of zinc and 99,0% of nickel were extracted after 4 hours. The dissolution kinetics of these metals, depending on the temperature, followed 1 (1 XB)1/3 = k1.t or ln (1 XB) = k4.t, i.e. chemically controlled reaction model.

Dentre os setores mais promissores da indústria está o setor de equipamentos eletroeletrônicos. Parte destes equipamentos eletroeletrônicos apresentam componentes tóxicos podendo causar danos ao meio ambiente e a população e apresentam também materiais nobres e raros que, caso não reciclados correm o risco de desaparecer nas próximas gerações. Alguns desses equipamentos já possuem rotas de reciclagem definidas, no entanto novas tecnologias como a tela de cristal líquido (LCD) estão começando a sofrer os primeiros descartes. Os monitores de LCD são compostos por uma tela de LCD, partes poliméricas e placas de circuito impresso (PCI) que são componentes de composição muito heterogênea, sendo 70% da sua massa composta de frações não metálicas e 30% correspondem a metais como cobre, chumbo, ferro, níquel, ouro e prata. Neste trabalho, monitores e telas de LCD danificados foram coletados em assistências técnicas. Estes foram desmontados e caracterizados quanto a sua estrutura, composição e periculosidade. As placas de circuito impresso foram cominuídas a granulometrias específicas e caracterizadas quanto a quantidades de metais presentes. Posteriormente, estas placas foram submetidas a ensaios de separação gravimétrica com líquidos densos e com um concentrador Mozley. Os monitores têm suas partes poliméricas compostas principalmente por termoplásticos como PC, PET, ABS e acrílico exceto nas placas de circuito impresso, onde a fração polimérica é composta por resina epóxi. A tela de vidro, fração cerâmica, foi caracterizada por FRX e MEV/EDS, sendo observada a presença de metais como índio, estanho, cobre e alumínio, todos na forma de óxido. As PCI após serem cominuídas e classificadas foram submetidas a ensaio em meio denso a fim de determinar qual granulometria apresenta melhor grau de liberação, sendo escolhido o tamanho de partícula -1,0+0,25mm. As frações afundado e flutuado foram caracterizadas através de lixiviação com água régia e posterior análise por FAAS e ICP-AES. Nos ensaios realizados com o concentrador Mozley, variando parâmetros como inclinação da bandeja, vazão de água e tempo, os resultados obtidos mostram que é possível concentrar metais nobres como ouro (92%), prata (94%) e cobre (88%) em uma fração com um baixo teor de não metais. / Among the most promising sectors of the industry is that of electronic equipment. Part of these electronic equipments has toxic components, which can cause damage to the environment and population and also have rare and precious materials which, if not recycled they are at risk of disappearing in the next generations. Some of these devices already have recycling routes defined; however, new technologies such as liquid crystal display (LCD) are starting to suffer the first discart. The LCD monitors are composed of an LCD screen, polymeric parts and printed circuit boards (PCB) which are components with a very heterogeneous composition, being 70% of its mass consisting of non-metallic fractions and 30% are metals such as copper, lead, iron, nickel, gold and silver. In this work, LCD monitors and screens were collected in technical assistance. These were dismantled and characterized for their structure, composition and dangerousness. The printed circuit boards were comminuted to specific particle sizes and characterized for their amounts of metals present. Later, these boards were analyzed by gravimetric separation with dense liquids and Mozley concentrator. The monitors have their polymeric parts mainly composed of thermoplastics such as PC, PET, ABS and acrylic except for printed circuit boards, where the polymeric fraction is composed of epoxy resin. The screen glass, ceramic fraction, was characterized by XRF and SEM / EDS, showing the presence of metals such as indium, tin, copper and aluminum, all in oxide form. The PCI after being comminuted and classified were realized assays in dense medium to determine which granulometry provides a better degree of particle release, being chosen particle size -1.0 +0.25 mm. The sunk and floated fractions were characterized by leaching with aqua regia and subsequent analysis by FAAS and ICP-AES. For assays realized with the concentrator Mozley, varying parameters such as tilt tray, water flow and time, the results show that it is possible to concentrate noble metals like gold (92%), silver (94%) and copper (88%) in a fraction with a low content of non-metals.

O consumo de produtos eletroeletrônicos, em especial de computadores pessoais, aliado ao avanço tecnológico, diminui a vida útil dos equipamentos a cada geração e o intenso marketing gera um rápido processo de substituição. As placas de circuito impresso são encontradas em praticamente todos os equipamentos eletroeletrônicos e são particularmente problemáticas para reciclar devido à mistura heterogênea de material orgânico, metais e fibra de vidro. As placas de circuito impresso são industrialmente recicladas através de processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos. A biolixiviação, que é baseada na capacidade de microrganismos solubilizarem metais, pode ser usada para recuperar metais de placas de circuito impresso de computadores. O presente trabalho investigou a recuperação de metais de placas de circuito impresso de computadores obsoletos através de processo biohidrometalúrgico. Para isto, as placas de circuito impresso foram processadas através de cominuição seguida de separações magnética e eletrostática. A bactéria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR foi cultivada e adaptada na presença de placas de circuito impresso. Um estudo de frascos agitados foi realizado com amostras do material não-magnético das placas de circuito impresso para avaliar a influência da adaptação bacteriana, densidade de polpa, velocidade de rotação e concentração inicial de Fe+2 sobre o processo de biolixiviação. Lixiviação com sulfato férrico também foi estudada para efeitos de comparação. Os parâmetros analisados foram: pH, Eh, concentração de Fe+2, extração de metais, análises por EDS e MEV. Os resultados da caracterização mostraram que através da separação magnética é possível obter duas frações: material magnético, na qual ficou concentrado o ferro, permitindo sua posterior recuperação, e material não-magnético, na qual ficou concentrado cobre, zinco, alumínio, estanho e ouro. Para a extração de cobre, zinco e alumínio, os resultados do estudo de frascos agitados permitiram a definição das condições: densidade de polpa de 15gL-1, volume de inóculo (bactérias adaptadas) de 10% (v/v), velocidade de rotação de 170rpm, e concentração inicial de Fe+2 de 6,75gL-1. A lixiviação com sulfato férrico extraiu menos de 35% do cobre do que a biolixiviação, porém é um fator contribuinte assim como a lixiviação promovida pelo ácido sulfúrico. Imagens obtidas no MEV mostraram diferenças entre as superfícies das amostras do material não-magnético antes e depois da biolixiviação, evidenciando os pits de corrosão formados pelo contato da bactéria. / Consumption of electric and electronic devices, especially personal computers, coupled with technological advances, decreases equipments lifespan in each generation and intense marketing generates a rapid replacement process. Printed circuit boards are found in all electric and electronic equipment and are particularly problematic to recycle because of the heterogeneous mix of organic material, metals, and fiberglass. Printed circuit boards are industrially recycled by hydrometallurgical and/or pyrometallurgical processes. Bioleaching, which is based on microorganisms capacity to dissolve metals into soluble elements, can be used to metal recovery from printed circuit boards of computers. This study investigated metal recovery from printed circuit boards of obsolete computers by biohydrometallurgical process. Printed circuit boards from obsolete computers were processed by size reduction followed by magnetic and electrostatic separation. Bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans-LR were grown and adapted in presence of printed circuit board. A shake-flask study was carried out with printed circuit board samples (non-magnetic material). Influence of bacterial adaptation, pulp density, rotation speed and initial Fe+2 concentrations on bioleaching were evaluated. Leaching in acidic ferric sulphate was also performed for comparison purposes. Analyzed parameters were: pH, Eh, ferrous iron concentration, metals extraction, EDS and SEM analysis. Characterization results shown that through magnetic separation, it is possible to obtain two fractions: magnetic material, which concentrated iron; and non-magnetic material, which concentrated copper, zinc, aluminum, tin and gold. Results obtained in the extraction of copper, zinc and aluminum allowed to define optimal conditions of bioleaching: pulp density of 15gL-1, inoculums volume (adapted bacteria) of 10% (v/v), rotation speed of 170rpm, and Fe+2 initial concentration of 6.75gL-1. Ferric iron leaching extracted less copper (35%) than bioleaching, but its a contribute factor as leaching promoted by diluted sulfuric acid. SEM analysis shown surface differences between non-magnetic material before and after bioleaching, showing corrosion pits formed by bacteria contact.

A geração global de resíduo eletrônico (REEE) cresce a uma taxa de cerca de 40 milhões de toneladas por ano. Este constante incremento na geração dos REEEs somado às recentes legislações tem impulsionado pesquisas focadas no desenvolvimento de processos para recuperação de materiais e sustentabilidade da indústria eletroeletrônica. Dentro destes resíduos encontram-se as placas de circuito impresso (PCIs) que estão presentes na maioria dos EEEs, têm composição heterogênea que varia conforme a fonte, país de proveniência e época, e tecnologia de fabricação. Assim, este trabalho teve por objetivo a realização de rota hidrometalúrgica (extração sólido/líquido) e biohidrometalúrgica para reciclagem de placas de circuito impresso provenientes de impressoras visando a recuperação de cobre. Para tanto fez-se inicialmente a caracterização da PCI e o desenvolvimento de uma rota combinada de processamento físico seguida por processo hidrometalúrgico ou biohidrometalúrgico. O processamento físico e de caracterização foi composto por etapas de cominuição, separação magnética, classificação granulométrica, visualização em lupa binocular, microscópio eletrônico de varredura acoplado com detector de energia dispersiva de raios X (MEV/EDS), digestão ácida, perda ao fogo e análise química por AAS e ICP. Já, o processamento hidrometalúrgico foi composto por duas etapas de extração sólido/líquido: a primeira em meio sulfúrico e a segunda em meio sulfúrico oxidante. Para os ensaios de biolixiviação utilizou-se uma cepa bacteriana composta por 3 espécies microbianas: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans e Leptospirillum ferrooxidans. Verificou-se que a placa possui 4 camadas de Cu intercaladas por fibra de vidro, é lead free e seus componentes representam 53,3 % do seu peso. A porcentagem em massa correspondente ao material não magnético é de 74,6 % e do magnético 25,4 %. Os materiais moído e não magnético apresentaram tendência em se acumular nas frações mais grossas. Já na fração magnética, o acúmulo do material ocorreu na fração mais fina (0,053 mm). A separação dos metais através de classificação granulométrica não foi possível. A PCI estudada é composta por: 44% de metais, 28,5 % de polímeros e 27,5 % de cerâmicas. Sendo: Ag-0,31 %; Al3,73 %; Au0,004 %; Cu 32,5 %; Fe1,42 %; Ni0,34 %; Sn0,96 % e Zn0,64 %. A extração de Cu no processamento hidrometalúrgico foi de 100 % e o fator de recuperação 98,46 %, o que corresponde a uma recuperação de 32 kg de Cu em 100 kg de PCI. Já no processamento biohidrometalúrgico, a extração de Cu alcança 100 % quando utilizados 2 % de densidade de polpa e 100 % de inóculo. O fator de recuperação é de 100 % e a recuperação de Cu em 100 kg de PCI é de 32,5 kg. O processamento hidrometalúrgico apresenta como vantagens quando comparado ao biohidrometalúrgico: menor tempo de extração (8 h versus 4 dias); seletividade de Cu; maior densidade de polpa (10 % versus 2 %). Já a biolixiviação utiliza menor temperatura de trabalho (36 ºC versus 75 ºC) e dispensa a etapa de separação magnética. / The increase in the generation of waste electrical and electronic equipment (WEEE), 40 tons per year, allied with the enactment of new laws encouraged researches focused on the developing of processes to reclaim materials and on the sustainability of the electrical and electronics industry. Whithin the WEEEs, printed circuit boards (PCB) composition is heterogeneous and varies according to several factors, including: kind of EEE, when and where it was produced and fabrication technology. The goal of this work is to perfom a hydrometallurgical route (solid/liquid extraction) and a biohydrometallurgical route to recycle PCB from discarded printers aiming the recovery of copper. To do so, the first step is to characterize the PCB and the development of a combined fisical processing followed by hydrometallurgical and biohydrometallurgical routes. The fisical and the characterization processes, in that order, consisted on griding, magnetic separation, granulometric screening, visual assessement by binocular magnifier, scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), acid digestion, loss on fire, and chemical analyzes by AAS and ACP-OES. The hydrometallurgical stage consisted on two steps: solid/liquid extraction by sulfuric acid leaching and solid/liquid extraction by sulfuric acid leaching with an oxidizing agent. The bioleaching tests used a mixed bacterial strain: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans and Leptospirillum ferrooxidans. The results showed that PCB consisted on 4 layers of copper and fiber glass, not possesing lead (leadfree) on its composition and its components constitute 53.3 % weight percentage. The non-magnetic fraction (NMA) weight percentage represents 74.6 %, the magnetc fraction (MA) represents 25.4 %. The grinded material and the non-magnetic fraction presented an inclination to build up on thickest fractions. On the magnetic fraction this behavior occurred on the thinnest fraction (0.053 mm). The metal separation using granulometric screening was not possible and the visual assessement by binocular magnifier was conclusive for this research. The composition of the studied PCB is: 44 % metal, 28.5 % polymer and 27.5 % ceramics. Beeing: Ag-0.31 %, Al-3.73 %, Au-0.004 %, Cu-32.5 %, Fe-1.42 %, Ni-0.34 %, Sn-0.96 %, Zn-0.64 % and other metals-4.10 %. Copper extraction in the hydrometallurgical process achieved 100 % and the recuperation factor 98.46 %, which means a recovery of 32 kg of copper in 100 kg of PCB. However in biohydrometallurgical process, the copper extraction reached 100 % on the forth day using a 2 % pulp density and 100 % inoculum. The recuperation factor achieved 100 % and, therefore, copper recovery in 100 kg of PCB is equivalent to 32.5 kg. The hydrometallurgical processing has many advantages compared to the biohydrometallurgical processing: a smaller extraction time (8 h versus 4 days); Cu selectivity; higher pulp density (10 % versus 2 %). However, bioleaching uses an inferior working temperature (36 ºC versus 75 ºC) and dont require magnetic separation.

Orientador: Yuzo Iano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T18:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camilo_Edson_M.pdf: 3518346 bytes, checksum: 0264cd60aaed512cef0dacda58a43540 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho de Mestrado tem como objetivo contribuir para a área de placa de circuito impresso no que se refere ao projeto de layout focado não só em satisfazer as conexões das trilhas, mas nas regras de projeto com foco na redução de curto circuito de solda para o processo de solda por onda. Projetos de PCB (Printed Circuit Board) ou PCI (Placa de Circuito Impresso) envolvem uma série de conhecimentos no que se refere ao entendimento das funcionalidades dos circuitos e para tanto é importante que se faça o correto posicionamento dos componentes em grupos de circuitos pela funcionalidade; além disso, é importante que se conheça as regras de capacidade de corrente, de distâncias de isolação em função das tensões aplicadas, características de impedância, áreas de restrição mecânica entre outras. O que será visto neste trabalho está focado na aplicação de conceitos e considerações ligadas ao processo de montagem da placa eletrônica por solda a onda. Muitos dos defeitos que ocorrem num processo de montagem da PCB são atribuídos ao processo de montagem da PCB como, por exemplo, a temperatura da solda, o tempo de solda, quantidade de fluxo aplicado na placa, altura da onda de solda, etc. Recomendações sobre posicionamento de componentes PTH (Pin Through Hole) e SMD (Surface Mounting Devise) em relação ao sentido em que a PCB entra em direção à solda a onda, recursos de aplicação de serigrafia, tipos de laminados, de formato das ilhas de solda, adição de técnica de ladrão de solda e as recomendações da IPC (Association Connecting Electronics Industries) serão descritos neste trabalho. O correto entendimento dos defeitos que ocorrem durante o processo de montagem da PCB reflete na constante melhoria e aperfeiçoamento do projeto do layout da placa, que por sua vez resulta num processo de montagem de placa com menos ocorrência de defeitos de fabricação e consequentemente melhor qualidade do produto. Menos retrabalho nas PCBs significa menos custo de produção que reflete em maior lucro para as empresas. As propostas apresentadas neste trabalho são fruto de resultados práticos vivenciados na indústria e de pesquisa em literatura dos assuntos relacionados a defeitos em PCB e processos de solda por onda. O conjunto destas recomendações e seus resultados estão aqui descritos e ilustrados para servirem de referência aos futuros pesquisadores e leitores / Abstract: This work aims to contribute to the area of the printed circuit board in regard to layout design focused not only on satisfying the connections of the tracks but the design rules focused on reducing short- circuit solder for wave solder process . Projects PCB (Printed Circuit Board) involve a lot of knowledge when it comes to understanding the features of both circuit and is important to make the correct positioning of components into groups of circuits for feature addition is important to know the rules of current capacity, isolation distances depending on the applied voltage, impedance characteristics, areas of mechanical restrictions among others. What will be seen in this work is focused on application of concepts and considerations involved in the process of mounting the electronic board by solder wave. Many of the defects which occur in the process of assembling the PCB are assigned to the PCB assembly process such as the temperature of the solder, weld time , amount of flux applied to the board, solder wave height, etc. Recommendations on positioning components PTH( Pin Through Hole) and SMD( Surface Mounting Devise) relative to the direction in which the PCB goes toward the wave solder , screen printing application features , format type of solder lands , techniques of solder thief and the IPC ( Association Connecting Electronics Industries) recommendations will be described on this work . The correct understanding of the defects that occur during the assembly process of the PCB reflects on constant improvement and refinement of the board layout design, which in turn results in a process of mounting plate with fewer occurrences of defects in workmanship and consequently better quality product. Less rework means less PCBs in production cost which reflects in higher profits for companies. The proposals presented in this paper are the result of practical results experienced in industry and research literature on the subjects related to defects in PCB and wave solder processes. All these recommendations and their results are described and illustrated to better serve as reference for future researchers and readers / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho foram estudadas as etapas de processo envolvidas na tecnologia Pin-in-Paste (PIP) de soldagem por refusão de componentes convencionais (THCs - Through Hole Components ou Componentes de Furo Passante) em placas de circuito impresso (PCIs), utilizando pasta de solda sem chumbo (lead-free) com liga SAC (Sn-Ag-Cu) de forma a atender as novas exigências ambientais para a montagem eletrônica. Inicialmente foi feito o projeto da PCI de teste com três diferentes componentes THCs e três componentes SMD com encapsulamentos distintos, com o objetivo de reproduzir uma PCI comercial. Foram gerados dois diâmetros de furos diferentes para inserir os THCs, possibilitando o estudo da variação de preenchimento com solda no PTH. Foi proposta uma equação para o cálculo do volume de pasta de solda a ser impresso sobre os furos no processo de montagem. A partir desta equação foram calculadas as dimensões dos furos do estêncil para a PCI de teste. Os parâmetros de impressão foram otimizados em função da variação de pressão e da velocidade do rodo. Duas curvas de refusão foram utilizadas, uma convencional e outra otimizada para verificar a variação na geração de defeitos. A impressão de pasta de solda ficou superior ao projetado, o que resultou em todas as amostras terem solda acima do parâmetro mínimo de aceitabilidade de volume de 75% de preenchimento do PTH. Esta sobre impressão ocasionou defeitos em boa parte dos componentes, excesso de solda nos filetes e resíduos de fluxo na solda nos PTHs. Tais defeitos foram expressivos para todos os THCs, mostrando que o excesso de pasta impressa foi decisivo na geração de defeitos para todas as combinações das variáveis estudadas. Os SMDs tiveram solda aceitável, apresentando apenas alguns casos de excesso de fluxo ou pouca solda em alguns QFPs devido ao uso de ilhas com dimensões maiores que o exigido em norma. O processo de Pin In Paste se mostra viável como substituto da solda onda em linhas de montagem para placas com SMDs e THCs, mas estudos posteriores deverão ser realizados para a geração de um modelo confiável de projeto de PCIs e estêncil com solda lead-free para que tal processo seja utilizado em grande escala na indústria. / This study describes the process steps involved in Pin-in-Paste (PIP) reflow soldering technology in printed circuit boards (PCBs) using lead-free solder paste with SAC alloy (Sn-Ag-Cu) in order to attend new environmental requirements for the electronics assembly. Initially it was designed a PCB test with three different THCs (Through Hole Component) and three different SMD (Surface Mount Device) packages in order to reproduce a commercial board. It was generated two different diameters of holes to insert the THCs, aiming to study the solder fill variation in PTH. An equation was proposed for calculating the volume of solder paste to be printed over the holes in the assembly process. From this equation it was calculated the dimensions of the holes of the stencil. The printing parameters were optimized according to the variation of pressure and speed of the squeegee. Two reflow curves were used in the process, a conventional one and an optimized one to determine the variations in the generation of soldering defects. The printed solder paste volume was higher than projected, which resulted in solder excess, causing defects in most of the components, such as excess solder in the fillet and solder flux residues in PTHs. Such defects were significant for all THCs, showing that the excess paste that was printed caused critical defects for all combinations of variables. Regarding that all samples were above the reflow minimum acceptable volume of 75% coverage of PTH. The SMDs solders were acceptable, with only few cases of solder flux excess. The Pin in Paste process was observed as a good option to replace the wave soldering thermal process for mixed PCBs. Further studies should be conducted to generate a reliable model of PCB and stencil design.