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Estudio de ingeniería de perfil de una planta de reciclaje para la obtención de metales de valor económico a partir de tarjetas de circuito impreso en Chile

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Date
2022-12
Authors
Mellado Aspee, José Miguel
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Abstract
El aumento del PIB percapita en la sociedad, como indicador de desarrollo, incrementa el consumo de tecnologías, lo que ha estado asociado a un crecimiento en la cantidad de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) en Chile y el mundo, esto último producto de la temprana obsolescencia de los RAEE y la alta demanda existente, que para 2050 aumentara 10 veces respecto de la actual, como resultado de la oferta de vehículos eléctricos y energías renovables, superando así la producción metálica de mina. El componente principal de estos residuos es la tarjeta de circuito impreso (TCI), que contiene leyes en los rangos de 350-566 [ppm] Au, 13-14,3% Cu y 639-1.380 [ppm] Ag, en computadores y celulares, leyes que son superiores a las encontradas comúnmente en los minerales polimetálicos, con 5,7 [ppm] Au, 0,4 % Cu y 22,9 [ppm] Ag, resaltando que la contribución proveniente de reciclaje es significativamente mayor que la proveniente de mina. Considerando lo anterior, se plantea como objetivo de esta tesis diseñar una planta de reciclaje sostenible que recupere sobre el 60% del Au y el 80% de Ag y Cu contenidos en las TCI, contribuyendo a satisfacer la demanda de metales por la sociedad, favoreciendo la minería circular con cero residuos bajo un esquema de procesamiento sostenible. El diseño se hace en función de la planta Pullalli como caso base, lo que resulta en una producción de 648 [kg] anuales de oro, en una operación continua de 24 horas diarias, obteniendo 3 productos comerciales a partir del procesamiento de TCI: metal doré, al ser la forma principal de comercialización del oro, precipitado de sulfuro de cobre y hormigón. Para alcanzar dicha producción se requieren procesar 10.054 [t] anuales de RAEE. El proyecto considera que existen instalaciones previas capaces de llevar a cabo la gestión y pretratamiento de los RAEE, del que se obtendrán las TCI que alimentarán la planta de tratamiento. Esta decisión se justifica, pues la venta de TCI por parte de gestoras en Chile ya tiene consumidores externos y el costo de comprar sobre 300 [Kg] de TCI se estima en 14 UF + IVA. De este modo se calcula que adquirir 152 [t] de TCI tiene un costo de 86.560 [USD] anuales, mientras que una planta gestora de residuos con capacidad de 760 [t] de RAEE que logre producir 152 [t] de TCI, tiene un costo de inversión de 354.693 [USD], que constituye solo 4 veces más el costo de comprarlas. Se seleccionaron las operaciones unitarias de acuerdo con los requerimientos, definiéndose una etapa de trituración primaria y secundaria, un circuito de concentración , dos circuitos de molienda en el área 100. Un circuito de lixiviación múltiple, constituido de una lixiviación de metales base en contracorriente, una lixiviación de metales valiosos y una etapa de precipitación de metales base en la forma de sulfuros en el área 200. Un circuito de intercambio iónico y electroobtención en el área 300 y un circuito de fusión en horno de inducción en área 400. El proceso logra recuperaciones globales de Au, Ag y Cu que corresponden a 67%, 73% Ag y 83% Cu, respectivamente. A partir de los procesos seleccionados se desarrollaron balances para diseñar los equipos, estimar costos, ganancias y evaluar la rentabilidad del proyecto. De los resultados se estimó un área total de 517,77 [m2] y una inversión de 2.500.802 [USD]. Concluyendo que el proyecto es rentable según los indicadores: VAN positivo de 17.364.201 [USD] , TIR de 109% y payback de 1 año. Comparando estos resultados con la inversión hecha por Minera Pullalli, resulta que la inversión de este proyecto corresponde solo a un 20,84% del usado por Pullalli, además de presentar un consumo 92,35% y 50,67% menor en agua y potencia eléctrica instalada, respectivamente. Se plantea un análisis de sensibilidad, para estudiar la variación del VAN frente distintas condiciones, donde destaca el caso más realista, con un tonelaje de alimentación de 12.552 [t año-1] de RAEE y 6% en peso de TCI, alcanzando valores de VAN $ 6.716.767 [USD], TIR del 78% y 2 años de retorno de la inversión, indicando que el proyecto continúa siendo rentable. Para lograr retornos iguales o menores a 2 [años] se necesitaría una alimentación superior o igual a 4.184 [t año-1] Finalmente se evalúan las principales fuentes de contaminación, analizando si se superan los límites establecidos por la norma, revelando formación de CO en la etapa de fusión y la presencia de iones metálicos en la solución resultante de precipitación, superan los valores límites en concentración establecidos. De modo que, se propone el uso de lavadores de gases y precipitación por pH como tratamientos de gases y de riles, hasta que se alcancen las composiciones permitidas por el decreto N°29 y N°90 en los residuos.
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Keywords
RAEE , RECICLAJE , PCB , TARJETAS DE CIRCUITO IMPRESO , ORO , PLATA , COBRE , DISEÑO DE PROCESO
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