OBTENÇÃO DE CUSO4 A PARTIR DA RECUPERAÇÃO DE COBRE DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO: APLICAÇÃO EM PRÁTICAS DE LABORATÓRIO.

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1 OBTENÇÃO DE CUSO4 A PARTIR DA RECUPERAÇÃO DE COBRE DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO: APLICAÇÃO EM PRÁTICAS DE LABORATÓRIO. Camila Iamamoto de Siqueira, Roberta Martins da Costa Bianchi. Laboratório de Soluções Ambientais Grupo de Pesquisa em Meio Ambiente e Sustentabilidade (GPMAS) Universidade São Francisco, Campus Itatiba - Avenida Senador Lacerda Franco, 360, Centro CEP.: Itatiba-SP, Brasil, camilasya@hotmail.com, robertacosta84@hotmail.com. Resumo Tendo em vista os problemas ambientais causados pelo descarte indevido de materiais eletrônicos, provocado, principalmente, pelo seu alto consumo, medidas ecológicas e sustentáveis devem ser pensadas para evitar os acúmulos desse lixo, bem como as contaminações dos solos ocasionadas por metais tóxicos como, por exemplo, chumbo, cobre, prata, todos presentes no lixo eletrônico. Uma das alternativas para esse problema é a reciclagem do lixo eletrônico a partir da recuperação de metais, como por exemplo, o cobre. O cobre é um metal maleável, dúctil e um bom condutor térmico, de muita utilidade em várias áreas, este pode ser reciclado e reutilizado. A composição média de uma placa de circuito impresso contém 28% de metal e dentre essa porcentagem 14% refere-se ao cobre. Nesse trabalho, propomos a recuperação de cobre de lixo eletrônico por lixiviação ácida formando o produto sulfato de cobre. O material obtido pode ser utilizado em aulas práticas de laboratório como, pesagem de materiais, preparo de solução e aferição de meniscos nos cursos de Engenharia da Universidade São Francisco. Palavras-chave:Lixo eletrônico, Cobre, Sulfato de cobre. Área do Conhecimento: Ciências Exatas e da Terra. Introdução O cobre é um metal dúctil, maleável e um bom condutor térmico e elétrico, relativamente barato e resistente a corrosão. Seus átomos apresentam configuração eletrônica [Ar]3d 10 4s 1 e seus cátions podem apresentam número de oxidação: Cu 1+, Cu 2+ (em solução aquosa) e até Cu 3+ (em alguns compostos de coordenação e são fortes oxidantes). De maneira geral, em solução aquosa, os sais de cobre Cu 1+ são insolúveis, diamagnéticos e de cor branca, enquanto os de cobre Cu 2+ tendem a serem solúveis, paramagnéticos e coloridos. O metal é o mais utilizado em equipamentos e sistemas elétricos, tais como fios condutores, transformadores, conectores de aterramento, entre outros (RODRIGUES et. al., 2012). Nos últimos anos, a aquisição de equipamentos eletrônicos, como computadores e aparelhos celulares entre outros, tem sido uma prática frequente entre os consumidores em geral. Vários fatores podem ser destacados quanto a estas aquisições, sejam pelo fato de ter um produto de tecnologia ultrapassada, pela manutenção tornar inviável financeiramente em comparação com aparelhos novos ou até mesmo pela indisponibilidade de peças de reposição ao equipamento usado. É nestas trocas que surgem, assim, os resíduos tecnológicos. Grande úmero de aparelhos eletrônicos fabricados usa metais tóxicos, tais como mercúrio, chumbo e cádmio. Nos computadores o cobre é encontrado na parte dos condutivos, representado 6,9287%, com esse valor pode-se reciclar 90% deste material. Bem como, a composição média de uma placa de circuito impresso contém 28% de metal e dentre essa porcentagem o cobre encontra-se em média de 14% (BERNARDES, 2009). A reciclagem é uma opção importante que vêm sedo implementada e incentivada por governos, instituições e ONGs. É a alternativa ecologicamente correta para o tratamento da sucata eletrônica. Reciclar o resíduo eletrônico contribui para a preservação do meio ambiente, além de reduzir a extração de recursos naturais não renováveis como, por exemplo, o cobre, que pode ser recuperado no processo (OLIVEIRA, 2010). A recuperação do cobre pode ser aplicada a sua reutilização em aulas laboratoriais, de modo qualitativo, visto várias práticas as quais o metal é inserido, tal como o sal sulfato de cobre. Sua 1

2 recuperação pode colaborar com a redução de gastos de reagentes, bem como para a conscientização a Educação Ambiental (SOTILES, 2015). Metodologia A pesquisa envolveu processos de cominuição, separação magnética e lixiviação ácida. As placas de circuito impresso (PCI s) foram obtidas por doações, totalizando 2 Kg, oriundos de computadores e outros aparelhos eletrônicos descartados. Elas foram desmontadas via processo mecânico (MARTINS, 2007) com ajuda de um martelo e soprador térmico. EM seguida, foram moídas utilizando um moinho de facas a fim de obter grânulos inferiores a 1 mm. Com o auxílio de um ímã, os grânulos foram separados em duas classes, magnéticos e não magnéticos (VEIT, et al., 2008). A parte que contém cobre corresponde os grânulos mão magnéticos. A separação do cobre dos demais materiais ocorreu por meio da lixiviação em soluções ácidas (YANG, et al.,2011). No primeiro momento, foram adicionadas aos grânulos não magnéticos uma solução de HNO3 2,0 M na proporção 1:10 e mantevese em constante agitação durante 3 horas. Após esse período, à solução foram adicionados solução de H2SO4 2,0 M nas mesmas condições descritas acima. Após essa etapa, foi possível separar via filtração simples o precipitado PbSO4. Ao filtrado foi adicionado H2SO4 2,0 M e H2O2 1,0 M na proporção 1:10, manteve-se em agitação durante 3 horas a fim de favorecer a formação de CuSO4. Para a obtenção de sal, a amostra foi aquecida em uma chapa de aquecimento a fim de reduzir o volume líquido da amostra, posteriormente o restante da amostra foi passado a uma placa Petri e aquecido na estufa. Após o aquecimento a amostra foi filtrada para a retirada do líquido remanescente e sua massa foi medida. Resultados As placas foram recolhidas de doações promovidas por amigos e familiares. A seguinte etapa foi a separação das PCI'se dos seus componentes, como por exemplo, capacitores, resistores, transmissors, entre outros, para esta etapa foi utilizado um soprador térmico, o qual auxilio a retirada dos materiais assim como no estanho que continha na placa. O processo de cominuição se baseia na moagem e fragmentação do material. Foram utilizados 2 Kg de PCI's. A Figura 1 apresenta o material antes e após o processo de moagem no moinho de facas. Figura1: (A) Placas de circuito impresso. Placas de circuito impresso após o processo de moagem no moinho de facas. (A) A separação granulométrica foi inviável a este processo uma vez que haviam uma maior quantidade de granulos de tamanhos superiores ao desejado, já a separação magnética foi realizada com um imã, cuja atração possibilitou a retirada do material magnético, o qual poderia intervir nas reações futuras durante o processo de lixiviação em meio ácido. A adição do pirmeiro ácido, HNO3, possibilitou a dissociação dos íons de cobre. Após a adição de H2SO4, foi possível separar o metal chumbo presente nas PCI's pela formação de um precipitado branco insolúvel de PbSO4. O filtradolixiviado apresentou uma coloração azul. Para promover que a maior quantidade de íons de cobre presente no filtrado formasse CuSO4, foram adicionaods mais H2SO4 eh2o2, a reação global é apresentada na Equação 1 (YANG et al., 2011). Cu + H2SO4 + H2O2 = CuSO4 + 2H2O 2

3 Para verificar a preseça de cobre na solução lixiviada, foram realizadas análises no Espectrofotômetro na região do ultravioleta visível, como mostra a Figura 2. Para análise comparativa, foi feito uma solução padrão de CuSO4 0,1 M (Figura 2(A)). Observa-se em ambos os espectros uma banda no intervalo de comprimento de onda entre 700 e 800 nm aproximadamente (Figura 2), que corresponde a absorção da cor complementar da cor azul, indicando a presença do cobre na solução padrão (linha preta). Dessa maneira, é possível verificar na solução lixiviada a presença de cobre tanto pela cor azul (Figura 2(C)) como pelo espectro ( linha azul) devido a presença da bada no mesmo intervalo de comprimento de onda. Figura 2: (A) Solução padrão de CuSO4 0,1 M. Espectros de absorção UV-Vis da solução padrão de CuSO4 0,1M e das soluções da amostra após a adição de HNO3 2,0M, H2SO4 2,0 M e H2SO4 2,0 M + H2O2 1,0 M, respectivamente. (C) Solução obtida após os processos de lixiviação ácida. Solução Padrão CuSO 4 0,1 M Absorbância (u. a) Solução Lixiviada após adição de H 2 SO 4 0,2 M+ H 2 O 2 0,1 M Comprimento de onda (nm) A obtenção do sal foi realizada por meio do aquecimento da solução lixiviada em uma chapa de aquecimento, para a redução do volume da amostra, posteriormente esta foi passada a uma placa Petri para a sua secagem em estufa. Tratando-se de um sal hidratado, houve um remanescente de líquido (Figura 3), o qual foi filtrado, e no papel filtro permanceu o sal CuSO4 (Figura 4), o qual foi secado em temperatura ambiente e pesado, o valor da massa do sal e do papel filtrado úmidos, a massa do papel umidificado com o líquido filtrado, a massa do CuSO4 seco recuperado e o percentual de cobre recuperado em relação a alíquota de 0,01 Kg de PCI's é mostrado na Tabela 1. Figura 3: Amostras contendo sulfato de cobre úmidas antecedendo o processo de filtração. 3

4 Figura 4: Cristalização do sal CuSO4 penta hidratado. (A) Amostra 1 e amostra 2, respectivamente. (A) Tabela1: Valores de massas e percentual de amostras contendo cobre obtidas durante o processo de recuperação. Amostras (papel filtro + CuSO 4, úmidos, após a filtração) (papel filtro (umidificado com o líquido filtrado) (g) CuSO 4 seco Massa de cobre recuperado (g) Percentual de cobre recuperado(%) 1 6,7823 3,8278 2,9545 0,752 7,52 2 6,6748 3,8278 2,847 0,725 7,25 Discussão O recolhimento das placas demonstrou-se ser a etapa mais simples, embora a proposta inicial fosse obter este material em pontos de coletas distribuídos pelos campis da intituição, este não ocorreu devido a ausência de material. A etapa da desmontagem das placas apresentou ser a mais lenta, devido a variedade de materiais, os mesmos possuíam diferentes espessuras que dificultavam a retirada dos componentes, a utilização do soprador térmico auxiliou essa remoção destes componentes, bem como o estanho, o qual poderia vir a intervir nas futuras reações. O processo de cominuição trouxe bons resultados, visto que as placas foram bem moídas, apesar de a granulometria ser superior a desejada, com isso a separação granulométrica foi inviável. Já a separação magnética possibilitou a retirada do material magnético, o qual poderia também intervir nas reações futuras durante os processos de lixiviação em meio ácido. A lixiviação ácida evidenciou as reações ocorridas, dada a precipitação do sal PbSO4, além da alteração de cor da solução de incolor a azul, indicando a presença de cobre dissociado em solução, a confirmação foi realizada por meio do espectrofotrômetro da região do ultravioleta visível e comparação das absorbâncias da solução lixiviada e da solução padrão de CuSO4 0,1 M, pois há a presença da banda de absorção no mesmo intervalo de comprimento de onda. A critalização do sal CuSO4 ocorreu com o aquecimento da amostra em chapa de aquecimento, a cor permaneceu azul, quando passado em estufa a amostra obteve uma cor esbranquiçada, devido a desidratação do sal, após a filtração, havia um líquido remanescente na placa Petri, o sal foi secado em tempratura ambiente e pesado, a massa total das amostras foi de 5,8015 g recuperados de 20 g 4

5 de placas de circuito impresso. Devido ao processo ter ocorrido em sistema aberto, impurezas podem compor a massa deste sal e para sua aplicação deve-se tratar de modo qualitativo. Conclusão A recuperação do cobre foi atingida com a cristalização do sal sulfato de cobre penta hidratado, sua identificação foi realizada pela análise espectrofotométrica na região do ultravioleta visível, etapa que antecedeu a cristalização do mesmo, comparando as bandas de absorção do comprimento de onda da solução lixiviada com a solução padrão. O sal obtido possui aplicações em aulas práticas, uma vez que vários procedimentos experimentais demandam este reagente, de modo qualitativo, tratando de impurezas ocorridas durante o processo. Referências BERNARDES, I. P. Reciclagem de Placas de Circuitos Eletrônicos. Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais. Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nov Lisboa. Monte da Caprica MARTINS, A. H. Recuperação de estanho e cobre a partir da reciclagem de placas de circuito eletrônico de microcomputadores sucatados. Estudos tecnológicos, v.3, n.2, p , OLIVEIRA, C. R. Alternativas tecnológicas para o tratamento e reciclagem do lixo de informática. Dissertação do trabalho de conclusão de curso em Química Industrial. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre RODRIGUES, M. A.; SILVA, P.P.; GUERRA, W. Cobre. Química Nova na escola 2012, 34, SOTILES, A. R. et al. Determinação da pureza de sulfato de cobre recuperado das aulas práticas de química. Synergismusscyentifica UTFPR, v. 10, n. 1, p , VEIT, H. M. et al. Utilização de processos mecânicos e eletroquímicos para reciclagem de cobre de sucatas eletrônicas. Rem: revista Escola de Minas. Ouro Preto, MG. Vol. 61, n. 2 (abr./jun. 2008), p , YANG, H.; LIU, J.; YANG, J. Leaching copper from shredded particles of waste printed circuit boards. Journal of hazardous materials, v. 187, n. 1, p ,