Bioleaching of electronic waste

Eyoel Legesse Teklemariam

Master's thesis

Abstract:

This thesis focuses on exploring the potential of bioleaching as a sustainable solution for the recovery of rare and precious metals from Waste Printed Circuit Boards (WPCBs). The research objectives mainly include investigating the influence of sulphur concentrations and size reduction on bioleaching efficiency and comparing bioleaching with the chemical leaching method, in this case, microwave-assisted acid digestion, for total recovery. The methodology involved preparing WPCBs in the dust ( 1mm) and coarse forms (15 x 25 mm) and subjecting them to varying sulphur concentrations (1 g/L, 2 g/L and 3 g/L) biomediums containing Acidothiobacillus ferrooxidans. pH, ORP and Fe3+ were measured during a 7-day bacterial cultivation period in which 1 g/L and 2 g/L showed optimal bacterial growth and ORP potential. Leaching data of flame atomic absorption spectroscopy (FAAS) after 24 hours demonstrates significant recovery efficiencies for copper and nickel in WPCB waste. While dust samples exhibited better efficiency for manganese, with the highest 29.3 % efficiency, nickel recovery rates were remarkable in coarse samples, with values ranging from 85% to 102.4%. Interestingly, the size difference between dust and coarse samples did not significantly affect metal concentration levels. Moreover, an extended contact time of 55 days resulted in increased recovery efficiencies in the tested dust samples, with all Dust samples reaching 100% of Nickel and 30% of copper efficiency, highlighting the potential of bioleaching for enhanced metal recovery over time. These findings underscore the selective nature of bioleaching in recovering target metals from WPCB waste and emphasize the importance of optimizing bioleaching conditions for improved efficiency.

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na možnosti bioloužení jako udržitelného řešení pro obnovu vzácných a drahých kovů z odpadních desek s plošnými spoji (WPCB). Mezi výzkumné cíle patří především zkoumání vlivu koncentrací síry na účinnost bioloužení. V této práci je i zahrnuto porovnání bioloužení s metodou chemického loužení mikrovlnným rozkladem. Metodika zahrnovala přípravu základních desek jako vzorky, které neměly velikost větší než ( 1 mm) a vzorky, které měly velikost cca (15 x 25 mm). Dále pak byl otestován vliv koncentrací síry (1 g/l, 2 g/l a 3 g/l) na růst mikroorganismů Acidothiobacillus ferrooxidans, což bylo ověřeno měřením parametrů jako pH, ORP a Fe3+ během 7 dnů. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u vzorků, které obsahovaly 1 g/l a 2 g/l přídavku síry. Koncentrace sledovaných prvků byly poté měřeny na přístroji plamenové atomové absorpční spektroskopie (FAAS). Bylo zjištěno, že po 24 hodinách prokazují významnou účinnost regenerace mědi a niklu v odpadu WPCB. Zatímco vzorky prachu vykazovaly lepší účinnost pro mangan s nejvyšší účinností 29,3 %, míra regenerace niklu byla pozoruhodná ve větších vzorcích s hodnotami v rozmezí od 85 % do 102,4 %. Je zajímavé, že velikostní rozdíl mezi prachem a většími vzorky významně neovlivnil úrovně koncentrace kovů. Navíc prodloužená bioloužení až 55 dní vedla ke zvýšené účinnosti regenerace v testovaných vzorcích prachu, přičemž všechny vzorky prachu dosahovaly 100 % účinnosti niklu a 30 % účinnosti mědi, což zvýrazňuje potenciál biologického vyluhování pro lepší regeneraci kovů v průběhu času. Tato zjištění podtrhují selektivní povahu biologického loužení při získávání cílových kovů z odpadu WPCB a zdůrazňují důležitost optimalizace podmínek biologického loužení pro zlepšení účinnosti.

Keywords

Klíčová slova, bioloužení, Acidithiobacillus ferrooxidans, elektronický odpad, mikrovlnný rozklad, kovy, odpadní desky s plošnými spoji (WPCB)

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Štěpán Vinter, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Environmental Engineering / -