Innovative green technologies for the recovery of strategic metals from residues

Considering the continuous increase in the production of electronic waste, the aim of this thesis is to develop sustainable procedures for the recovery of precious metals from the end-of-life printed circuit boards (PCBs). One of the most innovative techniques for the extraction of precious metals is the bioleaching process, which employ microorganisms. In this regard, the ability of the cyanogenic bacteria Pseudomonas aeruginosa to produce cyanide and mobilize Ag and Au from PCBs was analysed. The results showed the mobilization of 90% Ag and 20% Au. Considering the current availability of PCBs on the market, these results are very promising for the development of recycling processes. A possible strategy for increase the extraction of Au can be the previous removal of Cu, that is one of the most interfering metals, or of Ag, thus the synthetized cyanide can complex more selectively with Au. The extraction of Au, Ag and Pd was also evaluated with a chemical leaching with thiosulfate, employed as an alternative to cyanidation. The results showed good extraction efficiencies based on the different granulometry of the PCBs. In addition, a preliminary study on the precious metal recovery from a thiosulfate solution with the resin adsorption and the electrodeposition technique was performed. The adsorption step on the anionic resin allowed to separate the recovery of Cu from that of precious metals, increasing the purity of the final products. Similarly, the electrodeposition allowed the recovery of 90% of the precious metals in the first 24 hours, with only a small percentage of Cu. The results suggest combining the two techniques for a selective recovery. Furthermore, the carbon footprint of bioleaching and thiosulfate leaching was evaluated with the life cycle assessment (LCA). The thiosulfate leaching represents the best choice for precious metals recovery in terms of greater environmental credit derived from the good extraction efficiencies.

L’obiettivo di questa tesi è quello di sviluppare delle procedure sostenibili per il recupero di metalli preziosi da circuiti stampati a fine vita (PCB), nell’ottica del riciclo dei rifiuti elettronici. Una delle tecniche più innovative per l’estrazione dei metalli preziosi da PCB è il processo di bioleaching, che impiega i microorganismi. A questo proposito la capacità del batterio Pseudomonas aeruginosa di produrre cianuro e mobilizzare Ag e Au da PCB è stata analizzata. I risultati hanno mostrato una mobilizzazione del 90% di Ag e 20% di Au. Considerando l'attuale disponibilità di PCB sul mercato, questi risultati sono molto promettenti per lo sviluppo dei processi di riciclo. Una strategia per aumentare l’estrazione di Au può essere la rimozione di Cu, che è uno dei maggiori competitori, o di Ag, così che il cianuro sintetizzato possa complessare più selettivamente l’Au. L'estrazione dei metalli preziosi è stata anche valutata con la tecnica della lisciviazione con tiosolfato, un’alternativa sostenibile all’utilizzo del cianuro. I risultati hanno dimostrato che la lisciviazione dei metalli preziosi è correlata alla diversa granulometria dei PCB. Inoltre, è stato effettuato uno studio preliminare per il recupero dei metalli dalla soluzione di tiosolfato. L’adsorbimento su resina ha permesso di separare il recupero del Cu da quello dei metalli preziosi, aumentando la purezza dei prodotti. Allo stesso modo, l'elettrodeposizione ha consentito il recupero del 90% dei metalli preziosi nelle prime 24 ore, con solo una piccola percentuale di Cu. I risultati di questo lavoro suggeriscono di combinare le due tecniche per un recupero selettivo dei metalli preziosi. Infine, è stata valutata la carbon footprint dei processi con l’analisi del ciclo di vita (LCA). La lisciviazione con il tiosolfato è risultata la scelta migliore per il recupero dei metalli preziosi in termini di maggior credito ambientale derivato dalle ottime rese di estrazione.