Thesis:

Recuperación selectiva de cobre a partir del reciclaje de WPCBs mediante ruta hidrometalúrgica: lixiviación en medio citrato y peróxido de hidrógeno, extracción por solventes en medio citrato, re-extracción y electro-obtención en medio sulfato.

Los residuos de tarjetas de circuitos impresos (WPCB) son una materia prima fundamental en la minería urbana para el reciclaje de metales en las sociedades modernas. En ese contexto, se llevaron a cabo procedimientos de reducción de tamaño para luego comparar los procesos de clasificación magnética de residuos de teléfonos móviles (MP-WPCB) y por clases de tamaño de residuos de computadores portátiles (NC-WPCB), obteniendo una eficiencia de separación del 76.8% y 53.7% para el hierro. Posteriormente, se estudió la lixiviación de cobre de MP-WPCB y NC-WPCB a diferentes temperaturas (20, 30, 40 y 50 °C), diferentes dosificaciones de peróxido de hidrógeno (6%, 3%, 1% y 0,5%/hora) y distinta razón sólido:líquido en solución de ácido cítrico, donde a 1.5% de H₂O₂, 0.1 mol/L de ácido cítrico, razón sólido:líquido de 1 g:100 mL y agitación de 300 rpm a 25 °C se logró generar un PLS estable con 3.11 g/L de cobre y bajas concentraciones de impurezas de hierro, plomo, níquel y cinc (11, 5, 12 y 100 mg/L, respectivamente), dando cuenta de un proceso ácido-oxidativo con mecanismo de control de reacción mixto y una energía de activación de 45.69 kJ/mol, estimada a partir del modelo del núcleo sin reaccionar. Además, existe la posibilidad de formar oxalato de cobre sólido cuando se emplean altas concentraciones de H₂O₂ y se incrementa la temperatura de operación, lo que se asocia a un abrupto incremento del pH y de la temperatura de la solución, además de un intenso burbujeo, lo anterior concuerda con la naturaleza exotérmica de las reacciones de descomposición del peróxido de hidrógeno. Sumado a lo anterior, se estudió la concentración, purificación y cambio de matriz del PLS mediante extracción por solventes, utilizando LIX84-IC al 10% v/v y al 15% v/v (extractante/diluyente), reportando eficiencias de extracción superiores al 95% y 99% a partir de la razón 1:2 (O:A), respectivamente. La re-extracción se llevó a cabo con el orgánico cargado en contacto con medio citrato, descartado del proceso por baja eficiencia de re-extracción, o sulfato, utilizando ácido cítrico o ácido sulfúrico, respectivamente, obteniéndose en matriz de sulfato eficiencias de re-extracción superiores al 97% y 94% a partir de la razón 2:1 (O:A) para los orgánicos cargados provenientes de extracción. Finalmente, se generan dos cátodos mediante electro-obtención que superan la inspección visual y física, mientras que el análisis químico por EAA arroja 99.93% y 99.94% de cobre y ausencia de elementos contaminantes acorde con la norma ASTM B115-10; además, los cátodos se producen con eficiencias de corriente de 94.2% y 94.75% y consumos específicos de energía de 1912 kWh/ton y 1914 kWh/ton. Por lo tanto, integrando en una línea productiva lo descrito anteriormente, se desarrolló un nuevo enfoque de proceso aplicado a la ruta hidrometalúrgica tradicional para generar cobre catódico de grado A: lixiviación en medio citrato–peróxido de hidrógeno (75.1% de recuperación), extracción en medio citrato–peróxido (99.7% de eficiencia promedio), re-extracción (93.6% de eficiencia promedio) y electro-obtención en medio sulfato (94.5% de eficiencia de corriente promedio), obteniendo un cátodo con una pureza superior al 99.9%.

Waste Printed Circuit Boards (WPCB) are a fundamental raw material in urban mining for metal recycling in modern societies. In this context, size reduction procedures were carried out and, subsequently, magnetic separation processes for waste from mobile phones (MP-WPCB) and size-class separation for waste from notebook computers (NC-WPCB) were compared, obtaining separation efficiencies of 76.8% and 53.7% for iron. Subsequently, the leaching of copper from MP-WPCB and NC-WPCB was studied at different temperatures (20, 30, 40, and 50 °C), different dosages of hydrogen peroxide (6%, 3%, 1%, and 0.5% per hour), and varying solid–liquid ratios in a citric acid solution. Under specific conditions of 1.5% H₂O₂, 0.1 mol/L citric acid, a solid–liquid ratio of 1 g:100 mL, and agitation at 300 rpm at 25 °C, a stable PLS with 3.11 g/L of copper and low concentrations of impurities such as iron, lead, nickel, and zinc (11, 5, 12, and 100 mg/L, respectively) was achieved, corresponding to recoveries of 75.11%, 3.46%, 28.8%, 83.90%, and 82.77% for copper, iron, nickel, zinc, and lead, respectively. The process was found to be acid-oxidative, with a mixed reaction control mechanism and an activation energy of 45.69 kJ/mol, estimated from the shrinking core model. There is the possibility of forming solid copper oxalate when high concentrations of H₂O₂ are used and the operating temperature is increased, which is associated with an abrupt increase in the pH and temperature of the solution, as well as intense bubbling, consistent with the exothermic nature of hydrogen peroxide decomposition reactions. Moreover, the concentration, purification, and matrix change of the PLS were studied using solvent extraction with LIX84-IC at 10% v/v and 15% v/v (extractant/diluent), reporting extraction efficiencies exceeding 95% and 99% at a 1:2 (O:A) ratio, respectively. Stripping of the loaded organic phase in contact with a citrate medium, discarded due to low efficiency, or a sulfate medium, using citric acid or sulfuric acid, respectively, showed stripping efficiencies above 97% and 94% at a 2:1 (O:A) ratio for the loaded organics from extraction. Finally, two cathodes were produced through electrowinning that passed visual and physical inspections, while chemical analysis by AAS revealed copper contents of 99.93% and 99.94% with no contaminant elements, in accordance with ASTM B115-10 standards. The cathodes were produced at current efficiencies of 94.2% and 94.75%, with specific energy consumptions of 1912 kWh/ton and 1914 kWh/ton. Therefore, by integrating the aforementioned processes into a production line, a new process approach was developed for the traditional hydrometallurgical route to generate grade A cathode copper: leaching in a citrate–hydrogen peroxide medium (75.1% recovery), extraction in a citrate–hydrogen peroxide medium (average efficiency of 99.7%), re-extraction (average efficiency of 93.6%), and electrowinning in a sulfate medium (average current efficiency of 94.5%), resulting in a cathode with purity exceeding 99.9%.