Enrichment of electronic waste to recover valuable metals and chlorinated dioxin analysis of open burning

Electronic waste (E-waste) recovery plays a vital role in a country’s economy, also proper handling of E-waste shows the nation's interest in waste management and sustainability. The increasing trend of E-waste along with economy and technology makes the developed and technologically advanced nations to be the highest in per-capita E-waste generation. The hazards of improper treatment of E-waste are very severe since it contains heavy metals and brominated flame retardants (BFR) which might generate harmful dioxins and furans during improper burning. Also, the necessity of a circular economy and urban mining is rising due to the decreasing trend of natural resources availability. The growing population and the high materialistic needs of the people have forced us to search for an alternative resource, one of the routes is by extracting valuable elements from E-waste. The optimization and enrichment of E-waste for the recovery of valuable metals including precious metals like Au, Ag, Pd, Pt from waste Printed Circuit Board (PCB) from computers and mobile phones using a three-step enrichment namely size reduction using a hammer mill, size separation using ASTM sieves and thermal treatment using tubular furnace was done. The size reduction enhanced the surface area of the material and led to the easy liberation of metallic and non-metallic fraction, while after size separation of E-waste into three different size fractions XRF/ICPMS analysis showed that the metals are concentrated in all three but the amount of plastic is less in the least size fraction. XRD showed the presence of various metals including precious metals in E-waste. TGA analysis carried out for the three samples at 900℃ at a heating rate of 10℃/min showed that the thermal decomposition temperature is 390℃-410℃ when the plastic was degraded. Thermal treatment at 900℃ was carried out using a horizontal tubular furnace in an air atmosphere showed a high metal enrichment due to the removal of plastic with no loss of metallic fraction. The weight losses of all three samples showed some discrepancies with the results of TGA analysis, which could be due to the lack of a proper sampling procedure. A temperature of 900℃ is chosen since the harmful dioxin and furans are not stable under such conditions. Plasma routes of recovery were done using a DC plasma furnace where the raw PCBs are directly fed without any pre-treatment. The voltage and current were varied and studied for motherboard PCBs. The liberation of metals is comparatively good here and there is the formation of metallic alloys which is separated using simple density separation using bromoform. The plastic removal is achieved in 3-8 mins using plasma treatment. The environmental hazards due to the formation of dioxin from brominated flame retardants and chlorinated compounds while burning the E-waste PCBs was estimated by using a burn hut simulation experiment. The average emission factor of chlorinated dioxins to air is found to be 57.17 µg PCDD/F TEQWHO / ton of waste PCB which could affect 11836 persons in the nearby areas of open burning of 1 ton of E-waste PCBs.

Il recupero dei rifiuti elettronici (RAEEEs) svolge un ruolo vitale nell'economia di un paese, inoltre una corretta gestione mostra l'interesse delle nazioni verso la gestione sost enible dei rifiuti. La crescente tendenza dei rifiuti elettronici, insieme all'economia e alla tecnologia, rende le nazioni sviluppate e tecnologicamente avanzate la più alta generazione pro-capite di rifiuti elettronici. I rischi di un trattamento improprio dei rifiuti elettronici sono molto gravi in quanto contengono metalli pesanti e ritardanti di fiamma bromurati (BFR) che rilasciano diossine e furani durante una combustione impropria. Inoltre, la necessità di un'economia circolare e di estrazione urbana sta aumentando a causa della diminuzione della disponibilita delle risorse naturali. La crescente popolazione e le elevate esigenze materialistiche delle persone ci hanno costretto a scegliere una risorsa alternativa, uno dei percorsi è quello di estrarre metalli preziosi dai rifiuti elettronici. L'ottimizzazione e l'arricchimento dei rifiuti elettronici per il recupero di elementi, compresi elementi come Au, Ag, Pd, Pt dai rifiuti di circuiti stampati (PCB) da computer e telefoni cellulari utilizzando un arricchimento in tre fasi, ovvero la riduzione delle dimensioni mediante un mulino a martelli, la separazione dimensionale con setacci ASTM e il trattamento termico mediante forno tubolare. La riduzione dimensionale ha aumento la superficie del materiale e ha portato alla facile liberazione della frazione metallica e non metallica, mentre dopo la separazione dimensionale dei rifiuti elettronici in tre frazioni di dimensioni diverse, l'analisi XRF / ICPMS ha mostrato che i metalli sono concentrati in tutti e tre ma la quantità di plastica è inferiore nella frazione di dimensione minima. XRD ha mostrato la presenza di vari metalli, compresi i metalli preziosi nei rifiuti elettronici. L'analisi TGA è stata eseguita per i tre campioni a 900℃ad una velocità di riscaldamento di 10℃/ min, mostrando che la temperatura di decomposizione termica è di 390℃ -410℃ dove la frazione plastica è stata degradata. Il trattamento termico effettuato a 900℃ è stato effettuato utilizzando un forno tubolare orizzontale in aria, mostrando un elevato arricchimento dei mettali dovuto alla rimozione della frazione plastica senza perdita di frazione metallica. La perdita in peso di tutti e tre i campioni presenta alcune discrepanze con i risultati dell'analisi TGA che potrebbero essere e alla mancanza di un'adeguata procedura di campionamento. Viene scelta una temperatura di 900℃ in quanto le diossine e i furani non sono stabili in tali condizioni. Le sperimentazioni di recupero mediante plasma sono state eseguite utilizzando un forno al plasma DC in cui i PCB grezzi vengono alimentati direttamente senza alcun pretrattamento. La tensione e la corrente sono state variate e studiate per i PCB della scheda madre. La liberazione dei metalli è risultata buona, con la formazione di leghe metalliche che vengano separate per mezzo di una semplice separazione di densità usando il bromoformio. La rimozione della frazione plastica viene eseguita in 3-8 minuti usando il trattamento al plasma. I rischi ambientali dovuti alla formazione di diossine da ritardanti di fiamma bromurati e composti clorurati durante la combustione dei PCB dei rifiuti elettronici sono stimati utilizzando un esperimento di simulazione di combustion in condizioni non controllate. Il fattore di emissione medio di diossine clorurate nell'aria è risultato essere di 57,17 µg di PCDD / F TEQWHO / tonnellata di PCB di scarto che potrebbe impattare su 11836 persone nelle aree vicine alla sorgente di combustione aperta di 1 tonnellata di PCB di rifiuti elettronici.