Precious metal recovery from secondary copper anode slimes: A sensitivity analysis study using life cycle assessment approach
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2024-08-29
Department
Major/Subject
Chemical and Process Engineering
Mcode
CHEM3042
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
126+9
Series
Abstract
Presently, PCBs are recycled in black copper route process for recovery of copper while also producing copper anode slimes (CAS) as a waste that contains a high precious metal content. The precious metals, Ag, Au and Pd, are highly valuable due to their rarity and the scarcity of their natural sources. The recovery of precious metals from CAS over natural sources is considered highly beneficial as it contains more precious metals, and traditional mining practices with high environmental impact are avoided when using secondary sources instead. In this work, a conventional and an experimental precious metal recovery process for conceptual CAS were designed and simulated by using the various of existing conventional and experimental metallurgical methods for precious metal recovery in HSC software. In the experimental process, polar aprotic solvent was utilized to recover precious metals. The recovery efficiencies for Ag, Au and Pd for both processes were around 94.8%, 99.1–99.27% and 99–99.2% respectively. The results of the simulations were used to conduct a life cycle assessment (LCA) to estimate the environmental impact of the designed precious metal recovery processes, while also comparing their overall environmental impact. The impact assessment was done with a gate-to-gate approach with a functional unit of 1 kg CAS. The environmental impacts of conventional process resulted in 0.52–0.93 kg SO_2 eq of acidification potential (AP), 0.67–1.21 kg PO_2^(3-) eq of eutrophication potential (EP), and 0.67–110.4 kg CO_2 eq depending on the CAS. Whereas the experimental process resulted in 0.59–0.1.26 kg SO_2 eq of AP, 0.7–1.33 kg PO_2^(3-) eq of EP, and 75.1–134.9 kg CO_2 eq of GWP depending on the CAS composition. The overall environmental impact of the conventional process was lower. A sensitivity to CAS composition was also conducted when comparing high precious metal content CAS with high base metal content CAS. In the sensitivity analysis it was concluded that the high precious metal content resulted in higher environmental impact when compared to CAS with high base metal content.Nykyisin PCB:t kierrätetään sekundäärisulatuksessa ja elektrolyysissä kuparin talteenottoa varten tuottaen samalla jätteenä kuparianodiliejua (CAS), joka sisältää runsaasti jalometallia. Jalometallit, Ag, Au ja Pd, ovat erittäin arvokkaita ja harvinaisia niiden luonnonvarojen niukkuuden takia. Jalometallien talteenotto CAS:ta luonnonvarojen sijaan on erittäin hyvä, koska se sisältää enemmän jalometallia ja sekundäärilähteitä käyttämällä vältetään perinteistä louhintaa. Perinteistä ja kokeellista jalometallien talteenottoprosessia käsitteellisille CAS:lle suunniteltiin ja simuloitiin käyttämällä useita perinteisiä ja kokeellisia metallurgisia jalometallien talteenottotapoja HSC-ohjelmassa. Kokeellisessa prosessissa käytettiin aproottista liuotinta jalometallien talteenotossa. Jalometallien talteenoton tehokkuudet Ag:lle, Au:lle ja Pd:lle olivat noin 94.8%, 99.1– 99.27% and 99–99.2% vastaavasti. Simulaatioiden tuloksia käytettiin elinkaariarvioinnissa (LCA), jolla arvioitiin suunniteltujen jalometallien talteenottoprosessien ympäristövaikutuksia, joita myös vertailtiin keskenään. Vaikutuksien arviointi tehtiin käyttämällä portilta-portille lähestymistapaa käyttämällä 1 kg CAS:ia funktionaalisena yksikkönä. Perinteisen prosessin ympäristövaikutukset olivat 0.52–0.93 kg SO_2 eq happamoituspotentiaalia (AP), 0.67–1.21 kg PO_2^(3-) eq of rehevöitymispotentiaalia (EP), and 0.67–110.4 kg CO_2 eq ilmastonlämpenemispotentiaalia (GWP) CAS:sta riippuen. Kun taas, kokeellisen prosessissa tulokset olivat 0.59–0.1.26 kg SO_2 eq AP:a, 0.7–1.33 kg PO_2^(3-) eq of EP:a, and 75.1–134.9 kg CO_2 eq of GWP:a riippuen CAS:sta. Perinteisen prosessin kokonaisympäristövaikutus oli alhaisempi kuin kokeellisen prosessin. Herkkyysanalyysi tehtiin CAS:n koostumukselle vertaamalla korkean jalometallipitoisuuden omaavia CAS:ä korkean epäjalometallipitoisuuden omaavaan CAS:n. Herkkyysanalyysissä todettiin korkea jalometallipitoisten CAS:n tuottavan enemmän ympäristövaikutuksia kuin korkean epäjalometallipitsuuden omaavan CAS:t.Description
Supervisor
Aromaa, JariThesis advisor
Parvez, AshakAromaa-Stubb, Riina
Keywords
copper anode slime, precious metal recovery, process design and simulation, life cycle assessment, metallurgy, sensitivity analysis
