Thu hồi kim loại bán dẫn từ rác thải điện tử nhờ công nghệ xung nhiệt

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) đã phát triển kỹ thuật thu hồi antimon (một kim loại bán dẫn) từ nhựa chống cháy trong rác thải điện tử, với hiệu suất khoảng 90%. Phương pháp sử dụng các xung điện để tạo nhiệt trong thời gian cực ngắn, giúp tách kim loại và hạn chế hình thành các sản phẩm phụ nguy hại.

Kỹ thuật này được gọi là gia nhiệt Joule chớp nhoáng với nhiệt độ được kiểm soát đẳng nhiệt (isothermal-clamped flash Joule heating). Nhóm nghiên cứu đã nghiền nhỏ nhựa thải, đặt vật liệu giữa hai tấm giấy carbon dẫn điện rồi truyền các xung điện qua hệ thống để làm nóng nhanh. Khi antimon bay hơi, kim loại được thu lại sau khi ngưng tụ tại bộ phận thu gom.

Các nhà khoa học Mỹ sử dụng kỹ thuật xung nhiệt để tách antimon khỏi nhựa chống cháy trong thiết bị điện tử.

Theo các nhà khoa học, vật liệu được xử lý trong khoảng nhiệt độ 200-500°C, nhưng chỉ trong 9,4 mili giây. Thời gian gia nhiệt rất ngắn giúp hạn chế hình thành các hợp chất brom hữu cơ nguy hại, vốn có thể xuất hiện khi nhựa chống cháy bị đun nóng lâu hơn.

“Các phương pháp gia nhiệt thông thường khiến antimon thoát ra dưới dạng dễ bay hơi, khó thu gom, đồng thời tạo ra và giải phóng các hợp chất brom hữu cơ nguy hại”, Leo Haoxin Ye, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Antimon là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhựa chống cháy, thường được sử dụng trong vỏ thiết bị điện tử để giảm nguy cơ cháy. Theo số liệu được nhóm nghiên cứu dẫn lại, gần 39% nguồn cung antimon toàn cầu được dùng cho mục đích này. Phần lớn sản phẩm nhựa chống cháy cuối cùng bị thải bỏ, khiến việc thu hồi antimon có ý nghĩa trong bối cảnh nguồn tài nguyên khoáng sản ngày càng hạn chế.

Ngoài thu hồi khoảng 90% antimon, quy trình còn chuyển hóa 83% lượng brom trong nhựa thải thành hydro bromide (HBr), một hóa chất được sử dụng trong công nghiệp. Nhóm đã thử nghiệm phương pháp trên nhiều loại nhựa chống cháy lấy từ vỏ bộ nguồn, bo mạch và đầu nối điện. Vật liệu dùng trong thí nghiệm là nhựa thải từ chính phòng thí nghiệm của nhóm.

Theo các nhà nghiên cứu, những phương pháp thu hồi hiện nay thường sử dụng axit mạnh, dung môi hữu cơ hoặc trải qua nhiều công đoạn xử lý, tiềm ẩn rủi ro và khó triển khai. Kỹ thuật xung nhiệt có thể giúp thu hồi antimon nhanh hơn, đồng thời hạn chế các sản phẩm phụ nguy hại. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đánh giá khả năng ứng dụng ở quy mô công nghiệp và chi phí triển khai thực tế.