Recibido: 25 de Agosto de 2020
Aceptado: 22 de Enero de 2021
Disponible: 12 de Abril de 2021
El objetivo de este artículo es revisar el contexto mundial, y especialmente el colombiano, respecto al manejo de los residuos de equipos eléctricos y electrónicos, su aprovechamiento, recuperación y los principales métodos para la extracción de metales base y preciosos de alto valor agregado. Para ello, se realizó una revisión bibliográfica para obtener las cantidades de residuos, sus componentes principales y los métodos de extracción de metales base y preciosos; para Colombia, se realizó un estudio de caso, en el que, mediante un proceso de hidrometalurgia aplicado a teléfonos celulares, se calcularon las cantidades de metales base y preciosos que se pueden obtener. Se encontró que solo se aprovecha el 15,5 % de los residuos electrónicos en el mundo, que los principales componentes reciclables son el hierro (Fe), el cobre (Cu), el aluminio (Al), el plomo (Pb), el níquel (Ni), la plata (Ag), el oro (Au) y el paladio (Pd), y que el uso de los residuos electrónicos como fuente de metales podría reducir el consumo de energía entre 60 % y 95 %. Para el estudio de caso en Colombia, se encontró que se podrían obtener 3,8 t/año de Cu, 3,5 t/año de Fe, 56,5 kg/año de Ag, 6 kg/año de Pd y 10 kg/año de Au. Se concluye que es viable la recuperación de metales a partir de residuos eléctricos y electrónicos y que se deben buscar alternativas para aprovecharlos debido a su potencial valor agregado.
Palabras clave: Proceso químico, hidrometalurgia, recuperación de residuos, desarrollo sostenible.
This article aims to review the global context, and especially the Colombian context, regarding the management of waste electrical and electronic appliances, their use, recovery and the main extraction methods for high added-value base and precious metals. A literature review was carried out to obtain the quantities of residues, their main components and the extraction methods for base and precious metals; for Colombia, a case study was carried out in which, through a hydrometallurgy process applied to cellular phones, the quantities of base and precious metals that can be obtained were calculated. Only 15.5 % of e-waste in the world is recycled, the main recyclable components are iron (Fe), copper (Cu), aluminum (Al), lead (Pb), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au) and palladium (Pd), and that using e-waste as a source of metals could reduce energy consumption by 60-95 %. For the case study in Colombia, it was found that 3.8 t/year of Cu, 3.5 t/year of Fe, 56.5 kg/year of Ag, 6 kg/year of Pd and 10 kg/year of Au could be obtained. The conclusion is that recovering metals from electrical and electronic waste is feasible and that alternatives should be sought to take advantage of them due to their potential added value.
Keywords: Chemical process, hydrometallurgy, waste recovery, sustainable development.
Los residuos de equipos eléctricos y electrónicos (WEEE) son un problema mundial, ya que constituyen, en los países ricos, el 8 % del total de los residuos sólidos municipales y, como promedio mundial, representan entre el 1 % y el 3 % [
En la Tabla 1 se ilustran los aportes para algunos países desarrollados en el tema de WEEE y cómo se espera que sea el progreso y la evolución en la generación de este tipo de residuos hasta el 2020.
País | Cantidad de dispositivos en el Mercado para el 2012 (Mt) | WEEE estimado para el 2013 (Mt) | WEEE por persona (kg/persona) | WEEE estimado para el 2020 (Mt) | Incremento (2013-2020) |
EU-28 | 9800 | 10 205 | 19,6 | 11 430 | 12 % |
USA | 9350 | 9359 | 29,3 | 10 050 | 7 % |
China | 12 405 | 6033 | 4,4 | 12 066 | 98 % |
Japón | 3300 | 3022 | 23,8 | 3200 | 5 % |
India | 3026 | 2751 | 2,2 | 6755 | 145 % |
Alemania | 1752 | 1696 | 21,9 | 1974 | 16 % |
Rusia | 1599 | 1556 | 10,9 | 2000 | 28 % |
Brasil | 1850 | 1530 | 7,1 | 1850 | 20 % |
Francia | 1520 | 1224 | 21,6 | 1625 | 32 % |
Italia | 1124 | 1154 | 19,3 | 1343 | 16 % |
Corea | 959 | 961 | 19,2 | 1050 | 9 % |
Turquía | 726 | 661 | 8,8 | 800 | 21 % |
Holanda | 432 | 394 | 23,3 | 421 | 6 % |
Rumania | 217 | 157 | 7,9 | 227 | 44 % |
Noruega | 175 | 127 | 25,8 | 136 | 7 % |
Bulgaria | 86 | 62 | 8,6 | 89 | 43 % |
La problemática radica en que los WEEE no son dispuestos de una manera adecuada; por ejemplo, de los 41,8 Mt de WEEE generados en todo el mundo en el año 2014, el sistema de recolección de residuos sólidos tan solo colectó y dispuso correctamente 6,5 Mt de desechos electrónicos, mientras que el resto de los desechos electrónicos fueron arrojados a rellenos sanitarios, incinerados, desechados sin ningún control [
Por lo tanto, esto se convierte en un problema ambiental de índole mundial, debido a que los dispositivos eléctricos y electrónicos (televisores, circuitos impresos, celulares, máquinas de copiado, monitores LED/LCD, etc.) tienen una vida útil más corta [
A lo anterior hay que sumarle el hecho de que los países con mayor ingreso per cápita y con economías desarrolladas están acelerando la generación de este tipo de residuos, dado que las personas poseen mejores ingresos, lo que les permite cambiar constantemente de equipos electrónicos [
El reciclaje de residuos de fuentes urbanas se está posicionando como una opción sostenible y rentable de obtención de materias primas de alto valor agregado [
Además, se tienen grandes beneficios ambientales, ya que se evitaría el uso de sustancias químicas tóxicas convencionalmente usadas en la minería tradicional; por ejemplo, el agua regia, la cual es altamente corrosiva [
E-Waste | Fe (wt %) | Cu (wt %) | Al (wt %) | Pb (wt %) | Ni (wt %) | Ag (ppm) | Au (ppm) | Pd (ppm) |
Tableros de TV | 28 | 10 | 10 | 1,0 | 0,3 | 280 | 20 | 10 |
Tableros PC | 7 | 20 | 5 | 1,5 | 1 | 1000 | 250 | 110 |
Desechos de teléfonos móviles | 5 | 13 | 1 | 0,3 | 0,1 | 1380 | 350 | 210 |
Dispositivos de audio | 23 | 21 | 1 | 0,14 | 0,03 | 150 | 10 | 4 |
Reproductores de DVD | 62 | 5 | 2 | 0,3 | 0,05 | 115 | 15 | 4 |
Desechos de calculadora | 4 | 3 | 5 | 0,1 | 0,5 | 260 | 50 | 5 |
Tableros principales de PC | 4,5 | 14,3 | 2,8 | 2,2 | 1,1 | 639 | 566 | 124 |
Desechos de circuitos impresos de tableros | 12 | 10 | 7 | 1,2 | 0,85 | 280 | 110 | – |
Desechos de TV | – | 3,4 | 1,2 | 0,2 | 0,038 | 20 | <10 | <10 |
Desechos electrónicos | 8,3 | 8,5 | 0,71 | 3,15 | 2,0 | 29 | 12 | – |
Desechos de PC | 20 | 7 | 14 | 6 | 0,85 | 189 | 16 | 3 |
Desecho electrónico típico | 8 | 20 | 2 | 2 | 2 | 2000 | 1000 | 50 |
Desechos electrónicos: Muestra 1 | 37,4 | 18,2 | 19 | 1,6 | – | 6 | 12 | – |
Desechos electrónicos: Muestra 2 | 27,3 | 16,4 | 11,0 | 1,4 | – | 210 | 150 | 20 |
Circuitos impresos de tableros | 5,3 | 26,8 | 1,9 | – | 0,47 | 3300 | 80 | – |
Desechos electrónicos (1972) | 26,2 | 18,6 | – | – | – | 1800 | 220 | 30 |
Mezcla WEEE | 36 | 4,1 | 4,9 | 0,29 | 1,0 | – | – | – |
La mayor parte de los elementos químicos enumerados en la Tabla 2 se utilizan para aplicaciones de alta tecnología o son instalados en los equipos eléctricos y electrónicos. La principal razón para el peligro de la disponibilidad y la demanda de estos materiales es la falta o carente implementación de estrategias de reciclaje de WEEE [
Adicionalmente, la recuperación de recursos valiosos implica contar con tecnologías eficientes para la ejecución de las operaciones unitarias en las etapas iniciales de reciclaje de los WEEE, ya que cuentan con una matriz plástica de bajo valor [
Por otro lado, los beneficios ambientales son más que considerables, ya que el reciclaje de WEEE para la recuperación de metales preciosos y metales demandados por la industria en general, como el cobre (Cu) y el aluminio (Al), ayuda a mantener las fuentes primarias intactas, eliminando todos los daños colaterales que trae la minería convencional, disminuyendo la cantidad de desperdicios generados por una población al darle valor y uso a los WEEE, eliminando la polución causada por los metales pesados contenidos en estos [
Adicionalmente, el consumo energético es menor que en los procesos de extracción convencionales (ver Tabla 3) [
Material | Ahorro de energía (%) |
Aluminio | 95 |
Cobre | 85 |
Hierro y acero | 74 |
Plomo | 65 |
Zinc | 60 |
Papel | 64 |
Plásticos | >80 |
Adicionalmente, se cuenta con que los metales base y preciosos recuperados son tranzados como materias primas de alta importancia en los mercados internacionales [
Aunque el plástico sea cercano al 30 % o 35 % del peso del WEEE, la generación de valor de este componente es mínima debido a la heterogeneidad de los materiales que lo componen, lo que dificulta su separación y reciclaje [
Adicionalmente, es difícil su reutilización debido a que este tipo de plásticos contienen sustancias muy contaminantes, tales como bromuros de llama retardante o los contaminantes orgánicos persistentes [
Colombia es un gran productor en la región de desechos electrónicos y se considera que el problema ambiental será cada vez mayor debido a la mala disposición de los WEEE y a las sustancias tóxicas contenidos en estos, tales como los bromuros de llama retardante, los metales pesados, las resinas epóxicas y los plásticos [
Los WEEE reciclados en Colombia son recolectados en puntos de acopio y entregados a los fabricantes e importadores o gestores especializados [
Por estas razones es que el Gobierno Nacional ha establecido políticas públicas que fomenten la recolección de WEEE, buscando garantizar el derecho colectivo de gozar de un ambiente sano y el deber de proteger la diversidad e integridad del ambiente, planificar el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales a fin de garantizar su desarrollo sostenible. Para esto, se expidió el Decreto 284 de 2018, en el cual se establecen las directrices, para realizar un adecuada recolección de los WEE, su transporte y gestión final del residuo, la cual puede ser una disposición final integral para el aprovechamiento y reciclaje de piezas funcionales o para la obtención de materiales y, de este modo, reincorporarlos en los ciclos económicos y productivos del país [
Por lo tanto, para que este tipo de medidas en pro de la recuperación reincorporación de metales se presenten de forma efectiva en el ciclo productivo, se debe establecer una armonía y compromiso de diferentes actores a lo largo de la cadena de valor y ciclo de vida de estos equipos electrónicos, ya que en países subdesarrollados las técnicas de recuperación siguen siendo artesanales y realizadas con bajos estándares de calidad y de tecnificación debido a la falta de legislación y políticas públicas acertadas [
A pesar de que, se describe un esquema de la cuna a la tumba, es algo lineal y de poca interactividad entre actores, incluso dejan por fuera a otros actores; por ejemplo, del sector industrial, los cuales pueden presentar nuevas ideas sobre reaprovechamiento y generación de valor a partir de los WEEE. Por lo tanto, es importante considerar dentro del esquema la aparición de nuevos actores que propongan nuevas rutas de disposición final o revalorización. Por ejemplo, la recuperación de metales base y preciosos a partir de los WEEE, cuyas metodologías son descritas a continuación.
La tecnología de procesamiento que se aplica para la recuperación de metales base y preciosos a partir de desechos electrónicos está impulsada por su impacto ambiental o las regulaciones locales. Sin embargo, debe de considerar aspectos relacionados con la importancia o aplicabilidad económica-industrial, como lo es el costo de procesamiento, los posibles valores de salida de los desechos y las ganancias ocasionadas por la venta de los metales recuperados [
4.1 Descripción del proceso de recuperación de metales base y preciosos
El proceso de recuperación inicia con un pretratamiento, el cual implica lavado, trituración, separación e incineración, dependiendo de la naturaleza de los desechos [
Para la recuperación de metales preciosos a partir de residuos electrónicos, se proponen métodos convencionales (ver Figura 3), los cuales se basan en procesos físicos, biohidrometalúrgicos, hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos [
La mayoría de procesos de reciclaje y recuperación de metales a escala industrial son físicos y pirometalúrgicos; es decir, primero se deben separar varios componentes de los WEEE mediante clasificación, trituración, procesos magnéticos, etc., para concentrar los metales y aumentar el área superficial y luego proceder con el tratamiento térmico más complejo, el cual se basa en la diferencia de los puntos de fusión de los diferentes metales para lograr una separación secuencial mientras se presenta el aumento de la temperatura [
En la actualidad se prefiere un tratamiento físico seguido de uno hidrometalúrgico, ya que es un proceso más amigable con el medio ambiente que el pirometalúrgico, porque i) durante el proceso no se emiten a la atmosfera químicos tóxicos, como dioxinas, furanos, metales volátiles, Cl2, Br2, SO2 y CO2 ; ii) se tiene un bajo consumo de energía; (iii) se alcanzan altos rendimientos en la recuperación de metales; (iv) no hay generación de escoria, excepto algunos plásticos; y (v) se cuenta con condiciones favorables y fáciles de trabajo y operación [
El proceso hidrometalúrgico comienza con una lixiviación de los WEEE con ácido sulfúrico, para posteriormente seguir con una separación sólido-líquido. El líquido o filtrado obtenido en la etapa anterior es una solución que se encuentra enriquecida en cobre, el cual es recuperado mediante tratamientos químicos (cementación, coagulación, precipitación, etc.) [
Por otro lado, el sólido residual retenido en la separación sólido-líquido, es llevado a un proceso de lixiviación con tiourea o cianuro para la recuperación de metales preciosos, tales como el oro y la plata [
A pesar de todos las discusiones y preocupaciones por el ambiente que ha suscitado la aplicación de la hidrometalurgia para la recuperación de metales preciosos y de interés industrial, se puede afirmar que este procedimiento es el más rápido y eficiente que hay a escala industrial, y es más limpio y amigable con el ambiente si se compara con otras metodologías usadas para este fin [
4.2 Descripción del proceso hidrometalúrgico
Inicialmente, los residuos eléctricos y electrónicos que contienen los metales de interés son fragmentados para reducir el tamaño de partícula, aumentando de esta forma el área superficial o el área de contacto sólido-líquido, lo que mejoraría el proceso hidrometalúrgico. Lo recomendado es tener un tamaño de partícula de 0,01 m [
Primero, se deben recuperar los metales base que se encuentran en mayor cantidad, como, por ejemplo, el Cobre (Cu), Aluminio (Al), Hierro (Fe), Níquel (Ni), entre otros. Para este propósito se propone una lixiviación con peróxido de hidrogeno (H2O2) y ácido sulfúrico (H2SO4), el cual tiene porcentajes de recuperación superiores al 95 %. Posterior a esto, se realiza una filtración, de la cual saldrá un líquido, en el que estará disuelto el Cu y un sólido en el que estarán presentes los metales preciosos (Pd, Ag y Au), y que irá al proceso de recuperación de Paladio (Pd). Sin embargo, de acuerdo con [
De acuerdo con [
Por otro lado, para la recuperación del Oro (Au), [61] recomiendan una lixiviación con cianuro y tiourea, ya que son procesos que permiten obtener altos rendimientos en la recuperación de este metal precioso, son económicos y han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, estos procesos generan gran cantidad de contaminantes, afectando drásticamente la salud y el medio ambiente [
Existen métodos que utilizan reactivos más inocuos, como son el tiosulfato ((NH4)2S2O3) o con persulfato de amonio ((NH4)2S2O8), ya que son de bajo costo, son amigables con el medio ambiente, promueven una tasa de lixiviación alta [
La reacción química representada por (7), no solo reduce la concentración de ion cúprico, sino que también consume tiosulfato, los cuales son esenciales para la lixiviación del oro. Como se desconoce la selectividad de cada una de las reacciones involucradas en el proceso de lixiviación de oro con tiosulfato y dado que este tipo de proceso requiere bastantes recursos, tiempo y equipos auxiliares, y ya que un inadecuado tratamiento de los subproductos podría ocasionar serios problemas para la salud y el ambiente [
El proceso de extracción utilizando MIBK, ilustrado en la Figura 5, tiene varias ventajas sobre los procesos de extracción convencionales [
Finalmente, el material sólido resultante de la destilación es sometido a un proceso de calcinación a 500 °C por 2 horas [
Las ecuaciones (8), (9), (10) y (11), representan las reacciones químicas involucradas en este tratamiento.
Este proceso es continuo, aprovecha subproductos en el mismo y es de lazo cerrado, por lo que las aguas residuales y los gases contaminantes generados son dispuestos correctamente, para evitar daños ambientales y a la salud humana [
Es escogido este tipo de WEEE, ya que, mundialmente, este es uno de los residuos electrónicos de más rápido crecimiento y de menores porcentajes de recuperación; por ejemplo, entre el 2004 y 2014 fueron vendidos 14 mil millones de unidades de celulares en todo el mundo, de los cuales menos del 3 % fueron recuperados; en países desarrollados como Alemania fue del 5 % y, en China, menos del 1 % [
Por otro lado, Colombia cuenta con 25 millones de suscriptores en servicios móviles, ocupando el cuarto puesto de América Latina, por lo que el número de teléfonos importados y vendidos ha ido en continuo crecimiento en el país (Ver Figura 7).
Además, según StEP Initiative y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la vida útil de un teléfono móvil es de 3 años a 5 años [
6.1 Recuperación de Cobre (Cu) y Plata (Ag)
Los datos ilustrados en la Tabla 4 son los porcentajes y las cantidades de Plata y Cobre presentes en los residuos electrónicos representados en este caso por los dispositivos móviles desechados, y en la Tabla 5 aparecen los kilogramos de Ag y Cu recuperados por año, de acuerdo con la estequiometria de las reacciones químicas, representadas por (1), (2) y (3).
Además, en ambas tablas se establecen los consumos de las materias primas para la separación y recuperación de estos dos metales a partir de estos WEEE.
Cu en WEEE (% w/w) | Cu en WEEE (kg) | Ag en WEEE (ppm) | Ag en WEEE (kg) | Peróxido (H2O2) consumidos Rxn 1 (kg/año) | Ac Sulfúrico (H2SO4) consumidos Rxn 1 (kg/año) |
13,00 | 24 050,00 | 1380,00 | 255,30 | 6437,14 | 18 560,93 |
Cobre (Cu) recuperado (kg/año) | Hierro (Fe) consumidos Rxn 3 (kg/año) | Plata (Ag) recuperada como AgCl (kg/año) | Ag recuperado por año (kg/año) | NaCl consumidos Rxn 2 (kg/año) |
3807,92 | 3523,03 | 56,53 | 42,55 | 23,05 |
6.2 Recuperación de Paladio (Pd)
Los datos ilustrados en la Tabla 6, muestran los kilogramos de Paladio (Pd) presentes en los WEEE analizados y su cantidad recuperada por año, de acuerdo con la estequiometria de las reacciones químicas, ilustradas en (4) y (5). También en esta tabla se pueden observar las cantidades necesarias de reactivos para la separación y recuperación de este metal precioso.
Pd en WEEE (ppm) | Pd en WEEE (kg) | Paladio (Pd) recuperado por año (kg/año) | Ac Nítrico (HNO3) consumidos Rxn 4 (kg/año) | Ac Clorhídrico (HCl) consumidos Rxn 4 y 5 (kg/año) | Peróxido (H2O2) consumidos Rxn 5 (kg/año) | NaCl consumidos Rxn 4 y 5 (kg/año) |
210 | 38,85 | 6,02 | 1,28 | 4,44 | 1,03 | 7,11 |
6.3 Recuperación de Oro (Au)
Finalmente, en la Tabla 7 se ilustran las cantidades Oro (Au) contenidos en los teléfonos móviles desechados en Colombia, los resultados con el Au recuperado a través de un proceso de óxido-reducción, representado por la reacción 6, y las cantidades de químicos necesarios para efectuar dicha reacción química.
Au en WEEE (ppm) | Au en WEEE (kg) | Au recuperado por año (kg/año) | Tiosulfato de Amonio consumidos Rxn 6 (kg/año) | Oxigeno (O2) consumidos Rxn 6 (kg/año) |
350 | 64,75 | 10,04 | 16,22 | 0,438 |
Dado el acelerado avance de la tecnología, la generación de residuos de equipos eléctricos y electrónicos va en aumento, , lo que a su vez ha provocado que la vida útil de estos dispositivos sea más corta, lo que, al mismo tiempo, se está convirtiendo en un problema mundial por el potencial daño que le pueden ocasionar al ambiente los contaminantes que contienen, como por ejemplo los metales pesados y los volúmenes tan altos que dificultan una correcta disposición final, por lo que se hace imperativo buscar soluciones innovadoras, rentables y sostenibles que generen el mayor valor agregado y que posibiliten una adecuada disposición final de estos residuos.
La recuperación de metales preciosos y de interés para la industria, a partir de WEEE, es una alternativa viable, innovadora y rentable dado que valoriza y le da un segundo uso a un residuo, permitiendo obtener, mediante el reciclaje, materias primas fundamentales para la actividad humana, en este caso, metales de todo tipo, sin la necesidad de explotar las fuentes naturales de estas. El proceso más adecuado para la recuperación de metales a partir de residuos de dispositivos eléctricos y electrónicos es emplear primero uno físico, seguido de uno hidrometalúrgico, pues este proceso es el más amigable y eficiente con el ambiente, con el cual se obtienen los mejores rendimientos en la recuperación de metales. Sin embargo, se debe seguir estudiando e investigando este proceso, porque algunos reactivos utilizados durante la recuperación y/o vertimiento de subproductos aún son considerados tóxicos y dañinos para la salud humana y el ambiente.
Colombia es un gran generador de residuos eléctricos y electrónicos en la región. Sin embargo, la política actual para el manejo posconsumo y disposición final de los WEEE solo tiene en cuenta la recolección y entrega de estos dispositivos al fabricante, sin retribución alguna, lo que desconoce el valor potencial que estos residuos tendrían si son sometidos a algún tratamiento de recuperación de metales preciosos y de interés industrial, por lo que sería una gran oportunidad para el país por la generación de valor agregado en la consolidación de un nuevo tipo de industria rentable y sostenible, y en la disminución de la actividad minera convencional, la cual le hace tanto daño al bienestar de las personas y al medio ambiente.
Los autores expresan su agradecimiento al Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín (ITM) y CEA agradece a Sapiencia por su apoyo, a través de la media beca de maestría, dentro del programa Extendiendo Fronteras. El proyecto no contó con apoyo financiero por parte de ninguna entidad para el desarrollo de esta investigación.
Los autores expresan que no tienen ningún conflicto de interés.
Los autores contribuyeron en la misma medida, ya que al ser un trabajo teórico y de revisión lo plasmado en el presente artículo es el resultado de las discusiones y trabajo mancomunado de los autores.