Thu hồi vàng, đồng từ bo mạch: luyện kim trong mỏ đô thị

Bo mạch điện tử cũ là một "mỏ đô thị": trong mỗi tấn bo mạch điện thoại, máy tính có đồng, thiếc, niken và một lượng vàng, bạc, paladi cao hơn nhiều so với quặng vàng đang khai thác. Ở nhà máy chuyên dụng, kim loại được thu hồi bằng luyện hoả (nấu bo mạch cùng tinh quặng đồng ở nhiệt độ cao, kim loại quý đi theo đồng) rồi điện phân (tinh luyện đồng, gom kim loại quý vào bùn anốt để tách tiếp). Còn đốt bo mạch ngoài trời để lấy kim loại thì sinh ra dioxin, furan và khói kim loại nặng, là một trong những cách làm độc hại nhất của nghề phế liệu.

Vì sao gọi bo mạch là "mỏ đô thị"?

Một bo mạch in là tấm nhựa epoxy gia cường sợi thuỷ tinh, trên đó có các đường dẫn bằng đồng, mối hàn thiếc, linh kiện chứa đủ loại kim loại. Các tiếp điểm, chân linh kiện thường được mạ vàng mỏng để chống ôxy hoá; tụ gốm nhiều lớp có bạc, paladi; một số linh kiện có tantali.

Hàm lượng vàng trong bo mạch thay đổi rất nhiều tuỳ loại thiết bị và đời máy, nhưng các nghiên cứu thường dẫn rằng bo mạch điện thoại, máy tính có thể chứa hàng trăm gam vàng mỗi tấn, trong khi quặng vàng khai thác hiện nay thường chỉ vài gam mỗi tấn. Đồng chiếm phần lớn khối lượng kim loại, thường là một phần đáng kể khối lượng bo mạch.

Tuy giàu, mỏ đô thị khó khai thác hơn mỏ thật ở chỗ nó phức tạp: hàng chục nguyên tố trộn lẫn với nhựa, sợi thuỷ tinh, chất chống cháy, trong khi quặng thường chỉ có vài khoáng vật chính.

Nhà máy thu hồi kim loại từ bo mạch bằng cách nào?

Thu hồi kim loại từ bo mạch ở quy mô công nghiệp thường gồm ba giai đoạn: tiền xử lý, luyện hoả và tinh luyện. Chỉ một số ít nhà máy luyện kim lớn trên thế giới có đủ dây chuyền để làm trọn từ bo mạch tới kim loại quý tinh khiết.

Tiền xử lý

• Tháo dỡ: gỡ pin, tụ điện lớn, màn hình, quạt, vỏ; pin phải tách riêng vì dễ cháy.
• Phân loại bo: bo giàu kim loại quý (bo mạch chủ, bo điện thoại) tách khỏi bo nghèo (bo nguồn, bo đồ gia dụng).
• Nghiền và tách: một số dây chuyền nghiền bo, dùng nam châm tách sắt, dòng điện xoáy tách nhôm, tách theo khối lượng riêng.

Luyện hoả

Bo mạch, có khi cả nguyên tấm sau khi gỡ pin, được nạp vào lò luyện đồng cùng tinh quặng đồng hoặc phế liệu đồng. Ở nhiệt độ cao, phần nhựa cháy và góp nhiệt cho lò, sợi thuỷ tinh và ôxít vào xỉ, còn đồng lỏng hoạt động như một "dung môi" kéo vàng, bạc, paladi đi theo. Khí thải lò đi qua hệ thống đốt sau ở nhiệt độ cao, làm nguội nhanh và lọc nhiều cấp để kiểm soát dioxin, furan và bụi kim loại. Đây là khâu đòi đầu tư rất lớn và là lý do không thể làm việc này an toàn ở quy mô nhỏ.

Điện phân và tinh luyện

Đồng thô từ lò được đúc thành tấm anốt rồi đưa vào bể điện phân. Đồng tan khỏi anốt và bám lên catốt thành đồng tinh khiết rất cao. Vàng, bạc, paladi không tan theo mà rơi xuống đáy bể thành bùn anốt. Bùn anốt được xử lý tiếp trong nhà máy kim loại quý để tách riêng từng kim loại.

Ngoài luyện hoả, các phòng thí nghiệm và một số nhà máy dùng luyện thuỷ, tức là hoà tan kim loại bằng dung dịch rồi thu hồi có chọn lọc. Các hoá chất dùng ở đây độc và ăn mòn, đòi hệ thống xử lý nước thải nghiêm ngặt. Bài này cố ý không mô tả hoá chất hay quy trình cụ thể, vì mọi phiên bản "tự làm" đều nguy hiểm cho người làm và cho nguồn nước.

Vì sao đốt bo mạch ngoài trời lại cực độc?

Ở nhiều nơi trên thế giới, người thu gom rác điện tử đốt dây cáp, bo mạch trên bãi đất trống để lấy kim loại nhanh. Những địa danh như bãi phế liệu Agbogbloshie ở Ghana hay khu Quý Tự (Guiyu) ở Quảng Đông, Trung Quốc từng được báo chí và giới nghiên cứu nhắc tới như hình ảnh của rác điện tử bị xử lý thô sơ.

Đốt bo mạch ở nhiệt độ không kiểm soát sinh ra:

• Dioxin và furan, cả loại chứa clo (từ nhựa PVC) và loại chứa brom (từ chất chống cháy). Đây là những chất rất bền, tích tụ trong mỡ động vật, trứng, sữa, và có liên quan tới ung thư, rối loạn nội tiết.
• Khói kim loại nặng: chì, cadmi, antimon, thuỷ ngân từ linh kiện cũ.
• Tro và nước rửa chứa kim loại, ngấm vào đất, ao, ruộng quanh nơi đốt.

Nghiên cứu ở các khu xử lý rác điện tử thủ công thường ghi nhận đất, trầm tích nhiễm kim loại nặng và chất ô nhiễm hữu cơ, cùng nồng độ chì máu cao ở trẻ em sống quanh đó. Thêm vào đó, việc đốt chỉ thu được một phần kim loại, phần lớn vàng và kim loại quý bị mất vào tro, nên vừa độc vừa phí.

Rác điện tử của Việt Nam đi đâu?

Ở Việt Nam, thiết bị điện tử thải bỏ thường đi qua mạng lưới thu gom phế liệu, sửa chữa, tháo linh kiện dùng lại, phần còn lại được phân loại và bán đi. Một phần bo mạch được xuất sang các nhà máy luyện kim chuyên dụng ở nước ngoài theo quy định về vận chuyển chất thải nguy hại xuyên biên giới (Công ước Basel); một phần được xử lý trong nước bởi cơ sở có giấy phép xử lý chất thải nguy hại.

Luật Bảo vệ môi trường 2020 đưa thiết bị điện, điện tử vào nhóm sản phẩm thuộc trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất, nghĩa là nhà sản xuất, nhập khẩu phải tham gia thu hồi, tái chế. Câu chuyện người thu gom ve chai và đường đi của rác điện tử trong thành phố là một chủ đề lớn riêng; bài này tập trung vào phần luyện kim.

Thu hồi kim loại từ bo mạch có lãi không?

Có với bo giàu kim loại quý ở quy mô lớn, nhưng không dễ như con số "hàng trăm gam vàng mỗi tấn" gợi ra. Lý do:

• Bo mạch đời mới dùng ít vàng hơn đời cũ vì lớp mạ ngày càng mỏng, linh kiện nhỏ đi.
• Bo nghèo (bo nguồn, bo đồ gia dụng) có rất ít kim loại quý, giá trị chủ yếu ở đồng.
• Chi phí thu gom, tháo dỡ, vận chuyển, xử lý khí thải là lớn.
• Chỉ nhà máy có dây chuyền tích hợp mới thu hồi được nhiều kim loại cùng lúc; nơi khác chỉ lấy được vài thứ, phần còn lại thành rác.

Vì vậy, kinh tế của mỏ đô thị dựa vào quy mô và sự tập trung: gom đủ lượng bo mạch về những nơi có công nghệ, thay vì để hàng nghìn điểm nhỏ tự đốt, tự ngâm hoá chất.

Góc nhìn hôm nay: làm gì với điện thoại, máy tính cũ?

Thứ người dùng làm được nhiều nhất là giữ thiết bị cũ ở trong dòng chảy đúng: dùng lâu hơn, sửa khi có thể, bán hoặc tặng lại để dùng tiếp, và khi thật sự hỏng thì giao cho chương trình thu hồi của nhà sản xuất, cửa hàng điện máy có nhận, hoặc các đợt thu gom rác điện tử do chính quyền, trường học tổ chức. Nhớ xoá dữ liệu cá nhân trước khi giao.

Người muốn tìm hiểu thêm có thể đọc báo cáo Global E-waste Monitor của Liên Hợp Quốc về lượng rác điện tử toàn cầu, các tài liệu về Công ước Basel, và chương kim loại quý trong các giáo trình luyện kim màu.