Optimized copper leaching from e-waste via rapid analytical methods

Abstract

The increasing accumulation of waste electrical and electronic equipment (WEEE) poses significant environmental and health risks, necessitating efficient recycling methods for the recovery of metals. This study explores a hydrometallurgical approach for extracting copper from e-waste through sequential leaching, using powdered printed circuit board (PCB) samples from desktops, laptops, smartphones, and tablets. A comparative analysis of copper leaching rates was conducted using nitric acid (HNO₃), water (H₂O), and a combination of HNO₃ and sodium chloride (NaCl) under varying temperatures, concentrations, and extraction times, employing a full factorial design with a central point. Energy-dispersive X-ray fluorescence (ED-XRF) was used to monitor copper emission intensities before and after extraction, with principal component analysis (PCA) confirming that copper was the element exhibiting the most significant variation, thereby validating the leaching efficiency. Additionally, laserinduced breakdown spectroscopy (LIBS) was employed, monitoring 37 Cu emission lines, with six key lines (203.713 nm II, 229.384 nm I, 282.437 nm I, 510.554 nm I, 578.213 nm I, and 809.263 nm I) selected based on their high correlation (r = -0.6637 to -0.6061), indicating an inverse relationship between emission line areas and energy. The results demonstrated that HNO₃ was the most effective form of extractor. HNO₃ combined with NaCl showed signs of being an extractor, while water was the least effective form of extractor for copper recovery. This study highlights the importance of e-waste recycling in promoting a circular economy, reducing mining demands, and conserving natural resources, in alignment with the Sustainable Development Goals.

A crescente acumulação de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos (REEE) representa riscos ambientais e à saúde significativos, exigindo métodos eficientes de reciclagem para recuperação de metais. Este estudo explora uma abordagem hidrometalúrgica para extração de cobre de resíduos eletrônicos por meio de lixiviação sequencial, utilizando amostras em pó de placas de circuito impresso (PCI) de desktops, laptops, smartphones e tablets. Uma análise comparativa das taxas de lixiviação de cobre foi realizada utilizando ácido nítrico (HNO₃), água (H₂O) e HNO₃ combinado com cloreto de sódio (NaCl) sob variações de temperatura, concentração e tempo de extração, empregando um delineamento fatorial completo com ponto central. A espectrometria de fluorescência de raios-x por dispersão de energia (EDXRF) foi utilizada para monitorar as intensidades de emissão de cobre antes e após a extração, com análise de componentes principais (PCA) confirmando o Cu como o elemento que apresentou a variação mais significativa, validando a eficiência da lixiviação. Adicionalmente, espectroscopia de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) foi empregada, monitorando 37 linhas de emissão de Cu, com seis linhas-chave (203,713 nm II, 229,384 nm I, 282,437 nm I, 510,554 nm I, 578,213 nm I e 809,263 nm I) selecionadas com base em sua alta correlação (r = -0, 6637 a -0, 6061), indicando uma relação inversa entre as áreas das linhas de emissão e a energia. Os resultados demonstraram que o HNO₃ foi o melhor agente extrator, enquanto a combinação de HNO₃ com NaCl apresentou potencial como extrator, e a água foi a forma menos eficiente para recuperação de cobre. Este estudo reforça a importância da reciclagem de resíduos eletrônicos na promoção de uma economia circular, reduzindo a demanda por mineração e conservando recursos naturais, em alinhamento com os objetivos de desenvolvimento sustentável.