Российские исследователи разработали простой, альтернативный и экономичный способ извлекать из отходов электронной промышленности индий — редкий металл, используемый в изготовлении компьютерных мониторов и сенсорных экранов. Внедрение индия в производственный цикл поможет снизить негативную нагрузку на окружающую среду. Работа выполнена специалистами подведомственного Минобрнауки России Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ).
На фото: процесс биосорбции
В сплаве с серебром или самостоятельно оксид индия применяют для производства астрономических зеркал и зеркал автомобильных фар. На основе оксида индия, легированного (разбавленного) оловом, делают прозрачные электроды на жидкокристаллических экранах, обладающие высокой электропроводностью. Индий не имеет собственных месторождений, его побочно получают при добыче других металлов. По оценкам экспертов, запасы индия могут быть исчерпаны в ближайшие десятилетия, поэтому в различных лабораториях мира проводят исследования по замене дефицитного элемента на другие материалы, обладающие аналогичными свойствами.
На фото: процесс выщелачивания металлов
Содержание индия в мониторах компьютеров составляет 0,077%, в экранах смартфонов — 0,0715%, в экранах мобильных телефонов — 0,06%. Чтобы извлечь металл, ученые Пермского политеха измельчили экраны мобильных телефонов, смартфонов и мониторы в шаровой мельнице (устройстве для дробления твердых материалов) и подвергли полученный порошок выщелачиванию при помощи серной кислоты. Из полученного раствора с помощью высушенной биомассы микроскопических водорослей рода Chlorella политехники добыли ионы индия. Обезвоженные клетки водорослей за счет сохранившейся пористой структуры клеточной оболочки способны пассивно поглощать элементы. Этот процесс называется «биосорбция», а биомасса — биосорбентом. Биосорбция не влияет на свойства извлекаемого индия, что позволяет использовать его вторично.
На фото: сухая биомасса водорослей рода Chlorella
«Для получения достоверных данных мы провели полный факторный эксперимент, в котором исследовали влияние различных параметров (концентрации ионов индия в исходном растворе, pH, дозы сорбента, вида водорослей, времени контакта водорослей и раствора, температуры) на эффективность извлечения ионов индия. Значение pH среды варьировалось в диапазоне от 2,5 до 3,5. При более высоком показателе индий выпадает в осадок, а при значениях pH среды ниже 2,5 биосорбция микроскопическими водорослями становится невозможной из-за разрушения их клеточной структуры. В результате экспериментов удалось установить, что для наиболее эффективного извлечения индия значение рН среды должно быть равно 3,0. При соблюдении установленных параметров процесса биосорбент способен к максимальному извлечению ионов индия — до 70% от исходной концентрации», — рассказывает доктор технических наук, заведующая кафедрой охраны окружающей среды, научный сотрудник лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий ПНИПУ Лариса Рудакова.
По словам авторов, так как в качестве биосорбента используются микроводоросли, предложенный способ извлечения индия экологически безопасен. Природные сорбенты металлов быстро наращивают биомассу в лабораторных условиях, сжигание которой с целью извлечения металлов не приводит к образованию токсичных загрязняющих веществ. Метод позволит упростить и удешевить технологический процесс извлечения индия из отходов электронного сырья.