A critical review on the recycling of copper and precious metals from waste printed circuit boards using hydrometallurgy

Highlights

Waste PCBs have a high content of valuable metals.

Hydrometallurgical technology has been widely used to extract valuable metal.

The recycling of waste PCBs using hydrometallurgy was critically reviewed.

Abstract

Currently, increasing amounts of end-of-life (EoL) electronic products are being generated due to their reduced life spans and the unavailability of suitable recycling technologies. In particular, waste printed circuit boards (PCBs) have become of global concern with regard to environmental issues because of their high metal and toxic material contents, which are pollutants. There are many environmental threats owed to the disposal of electronic waste; off-gasses, such as dioxins, furans, polybrominated organic pollutants, and polycyclic aromatic hydrocarbons, can be generated during thermal treatments, which can cause serious health problems if effective off-gas cleaning systems are not developed and improved. Moreover, heavy metals will dissolve, and release into the ground water from the landfill sites. Such waste PCBs contain precious metals which are of monetary value. Therefore, it is beneficial to recover the metal content and protect the environment from pollution. Hydrometallurgy is a successful technique used worldwide for the recovery of precious metals (especially gold and silver) from ores, concentrates, and waste materials. It is generally preferred over other methods because it can offer high recovery rates at a relatively low cost. This article reviews the recent trends and developments with regard to the recycling of precious metals from waste PCBs through hydrometallurgical techniques, such as leaching and recovery.

Graphical abstract

Keywords

Waste PCBs / Precious metals / Hydrometallurgy / Recycling / Leaching / Recovery

References

[1] Akcil A, Erust  C, Gahan C S ,  Ozgun M ,  Sahin M ,  Tuncuk A . Precious metal recovery from waste printed circuit boards using cyanide and non-cyanide lixiviants—A review. Waste Management, 2015, 45: 258–271

[2] Baldé C P ,  Wang F, Kuehr  R, Huisman J . The Global E-waste Monitor 2014: Quantities, Flows and Resources. Tokyo & Bonn: United Nations University, 2015

[3] Guo J, Guo  J, Xu Z . Recycling of non-metallic fractions from waste printed circuit boards: A review. Journal of Hazardous Materials, 2009, 168(2–3): 567–590

[4] Hischier R, Wäger  P, Gauglhofer J . Does WEEE recycling make sense from an environmental perspective? The environmental impacts of the Swiss take-back and recycling systems for waste electrical and electronic equipment (WEEE). Environment Impact Assessment, 2005, 25(5): 525–539

[5] Kahhat R, Kim  J, Xu M ,  Allenby B ,  Williams E ,  Zhang P . Exploring e-waste Management systems in the United States. Resources, Conservation and Recycling, 2008, 52(7): 955–964

[6] Marques A C, Cabrera Marrero  J M, de Fraga Malfatti  C. A review of the recycling of non-metallic fractions of printed circuit boards. SpringerPlus, 2013, 2(1): 521

[7] Kowalska E, Radomska  J, Konarski P ,  Diduszko R ,  Oszczudłowski J ,  Opalińska T ,  Więch M ,  Duszyc Z . Thermogravimetric investigation of wastes from electrical and electronic equipment (WEEE). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2006, 86(1): 137–140

[8] Nnorom I C, Osibanjo  O. Overview of electronic waste (e-waste) Management practices and legislations, and their poor applications in the developing countries. Resources, Conservation and Recycling, 2008, 52(6): 843–858

[9] Widmer R, Oswald-Krapf  H, Sinha-Khetriwal D ,  Schnellmann M ,  Böni H . Global persp ectives on e-waste. Environmental Impact Assessment Review, 2005, 25(5): 436–458

[10] Sinha-Khetriwal D, Kraeuchi  P, Schwaninger M . A comparison of electronic waste recycling in Switzerland and in India. Environmental Impact Assessment Review, 2005, 25(5): 492–504

[11] Vats M C, Singh  S K. Assessment of gold and silver in assorted mobile phone printed circuit boards (PCBs): Original article. Waste Management, 2015, 45: 280–288

[12] Ghosh B, Ghosh  M K, Parhi  P, Mukherjee P S ,  Mishra B K . Waste printed circuit boards recycling: An extensive assessment of current status. Journal of Cleaner Production, 2015, 94: 5–19

[13] Yang T, Xu  Z, Wen J K ,  Yang L M . Factors influencing bioleaching copper from waste printed circuit boards by Acidithiobacillus ferrooxidans. Hydrometallurgy, 2009, 97(1–2): 29–32 

[14] Park Y J, Fray  D J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. Journal of Hazardous Materials, 2009, 164(2–3): 1152–1158

[15] Yamane L H, de Moraes  V T, Espinosa  D C R, Tenório  J A S. Recycling of WEEE: Characterization of spent printed circuit boards from mobile phones and computers. Waste Management, 2011, 31(12): 2553–2558

[16] Li J Y, Xu  X L, Liu W Q . Thiourea leaching gold and silver from the printed circuit boards of waste mobile phones. Waste Management, 2012, 32(6): 1209–1212 

[17] Cui J, Zhang  L. Metallurgical recovery of metals from electronic waste: A review. Journal of Hazardous Materials, 2008, 158(2–3): 228–256

[18] Das A, Vidyadhar  A, Mehrotra S P . A novel flowsheet for the recovery of metal values from waste printed circuit boards. Resources, Conservation and Recycling, 2009, 53(8): 464–469

[19] Wang X, Gaustad  G. Prioritizing material recovery for end-of-life printed circuit boards. Waste Management, 2012, 32(10): 1903–1913

[20] Liu P Y, Zhao  Y X, Zhu  Y Y, Qin  Z F, Ruan  X L, Zhang  Y C, Chen  B J, Li  Y, Yan S S ,  Qin X F ,  Fu S, Xu  X B. Determination of polybrominated diphenyl ethers in human semen. Environment International, 2012, 42(1): 132–137

[21] Luo C, Liu  C, Wang Y ,  Liu X, Li  F, Zhang G ,  Li X. Heavy metal contamination in soils and vegetables near an e-waste processing site, South China. Journal of Hazardous Materials, 2011, 186(1): 481–490

[22] Noon M S, Lee  S J, Cooper  J S. A life cycle assessment of end-of-life computer monitor management in the Seattle metropolitan region. Resources, Conservation and Recycling, 2011, 57(4): 22–29

[23] Tsydenova O, Bengtsson  M. Chemical hazards associated with treatment of waste electrical and electronic equipment. Waste Management, 2011, 31(1): 45–58

[24] Bi X H, Simoneit  B R T, Wang  Z Z, Wang  X M, Sheng  G Y, Fu  J M. The major components of particles emitted during recycling of waste printed circuit boards in a typical e-waste workshop of South China. Atmospheric Environment, 2010, 44(35): 4440–4445

[25] Owens C V Jr, Lambright C, Bobseine  K, Ryan B ,  Gray L E  Jr,  Gullett B K ,  Wilson V S . Identification of estrogenic compounds emitted from the combustion of computer printed circuit boards in electronic waste. Environmental Science & Technology, 2007, 41(24): 8506–8511

[26] Duan H, Li  J, Liu Y ,  Yamazaki N ,  Jiang W . Characterization and inventory of PCDD/Fs and PBDD/Fs emissions from the incineration of waste printed circuit board. Environmental Science & Technology, 2011, 45(15): 6322–6328

[27] Duan H, Li  J, Liu Y ,  Yamazaki N ,  Jiang W . Characterizing the emission of chlorinated/brominated dibenzo-p-dioxins and furans from low-temperature thermal processing of waste printed circuit board. Environmental Pollution, 2012, 161: 185–191

[28] Hall W J, Williams  P T. Pyrolysis of brominated feedstock plastic in a fluidised bed reactor. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2006, 77(1): 75–82

[29] Wen S, Yang  F, Li J G ,  Gong Y, Zhang  X L, Hui  Y, Wu Y N ,  Zhao Y F ,  Xu Y. Polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofurans (PCDD/Fs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), and polychlorinated biphenyls (PCBs) monitored by tree bark in an E-waste recycling area. Chemosphere, 2009, 74(7): 981–987

[30] Li J H, Duan  H B, Yu  K L, Liu  L L, Wang  S T. Characteristic of low-temperature pyrolysis of printed circuit boards subjected to various atmosphere. Resources, Conservation and Recycling, 2010, 54(11): 810–815

[31] Long Y Y, Feng  Y J, Cai  S S, Ding  W X, Shen  D S. Flow analysis of heavy metals in a pilot-scale incinerator for residues from waste electrical and electronic equipment dismantling. Journal of Hazardous Materials, 2013, 261(20): 427–434

[32] Huang K, Guo  J, Xu Z . Recycling of waste printed circuit boards: A review of current technologies and treatment status in China. Journal of Hazardous Materials, 2009, 164(2–3): 399–408

[33] Ni K, Lu  Y, Wang T ,  Kannan K ,  Gosens J ,  Xu L, Li  Q, Wang L ,  Liu S. A review of human exposure to polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in China. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 2013, 216(6): 607–623

[34] Tue N M, Takahashi  S, Subramanian A ,  Sakai S ,  Tanabe S . Environmental contamination and human exposure to dioxin-related compounds in e-waste recycling sites of developing countries. Environmental Science. Processes & Impacts, 2013, 15(7): 1326–1331

[35] Hilson G, Monhemius  A J. Alternatives to cyanide in the gold mining industry: what prospects for the future? Journal of Cleaner Production, 2006, 14(12–13): 1158–1167

[36] Lu Y, Xu  Z M. Precious metals recovery from waste printed circuit boards: A review for current status and perspective. Resources, Conservation and Recycling, 2016, 113: 28–39

[37] Parga J R, Valenzuela  J L, Francisco  C T. Pressure cyanide leaching for precious metals recovery. JOM, 2007, 59(10): 43–47

[38] Hill R F, Potter  N M. Dissolution of palladium and platinum from automotive catalysts. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1979, 26(5): 4704–4706

[39] Quinet P, Proost  J, Van Lierde A . Recovery of precious metals from electronic scrap by hydrometallurgical processing routes. Minerals & Metallurgical Processing, 2005, 22(1): 17–22

[40] Petter P M, Veit  H M, Bernardes  A M. Evaluation of gold and silver leaching from printed circuit board of cellphones. Waste Management, 2014, 34(2): 475–482

[41] Behnamfard A, Salarirad  M M, Veglio  F. Process development for recovery of copper and precious metals from waste printed circuit boards with emphasize on palladium and gold leaching and precipitation. Waste Management, 2013, 33(11): 2354–2363

[42] Kim E Y, Kim  M S, Lee  J C, Pandey  B D. Selective recovery of gold from waste mobile phone PCBs by hydrometallurgical process. Journal of Hazardous Materials, 2011, 198: 206–215

[43] Moses L B, Petersen  F W. Flotation as a separation technique in the coal gold agglomeration process. Minerals Engineering, 2000, 13(3): 255–264

[44] Wang H X, Sun  C B, Li  S Y, Fu  P F, Song  Y G, Li  L, Xie W Q . Study on gold concentrate leaching by iodine-iodide. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, 2013, 20(4): 323–328

[45] Xu Q, Chen  D H, Chen  L, Huang M H . Iodine leaching process for recovery of gold from waste PCB. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2009, 3(5): 911–914 (in Chinese)

[46] Xu Q, Chen  D H, Chen  L, Huang M H . Gold leaching from waste printed circuit board by iodine process. Nonferrous Metals, 2010, 62(3): 88–90 (in Chinese)

[47] Baghalha M. Leaching of an oxide gold ore with chloride/hypochlorite solutions. International Journal of Mineral Processing, 2007, 82(4): 178–186

[48] Liu Y, Ruan  J L, Guo  Y W, Qiao  Q, Liu J Y ,  Zhang J Q . Comparison study of gold leaching methods of waste printed circuit boards (PCBs) from mobile phone. China Resources Comprehensive Utilization, 2013, 31(1): 38–41 (in Chinese)

[49] Zhang Y H, Liu  S L, Xie  H H, Zeng  X L, Li  J H. Current status on leaching precious metals from waste printed circuit boards. Procedia Environmental Sciences, 2012, 16: 560–568

[50] Gönen N. Leaching of finely disseminated gold ore with cyanide and thiourea solutions. Hydrometallurgy, 2003, 69(1–3): 169–176

[51] Schulze R G. New aspects in thiourea leaching of precious metals. JOM, 1984, 36(6): 62–65

[52] Birloaga I, Vegliò  F. Study of multi-step hydrometallurgical methods to extract the valuable content of gold, silver and copper from waste printed circuit boards. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2016, 4(1): 20–29

[53] Senanayake G. Analysis of React ion kinetics, speciation and mechanism of gold leaching and thiosulfate oxidation by ammoniacal copper(II) solutions. Hydrometallurgy, 2004, 75(1–4): 55–75

[54] Aylmore M G, Muir  D M. Thiosulfate leaching of gold––A review. Minerals Engineering, 2001, 14(2): 135–174

[55] Ha V H, Lee  J C, Huynh  T H, Jeong  J, Pandey B D . Optimizing the thiosulfate leaching of gold from printed circuit boards of discarded mobile phone. Hydrometallurgy, 2014, 149: 118–126

[56] Ficeriová J ,  Baláž P ,  Gock E. Leaching of gold, silver and accompanying metals from circuit boards (PCBs) waste. Acta Montanistica Slovaca, 2011, 16(2): 128

[57] Sheng P P, Etsell  T H. Recovery of gold from computer circuit board scrap using aqua regia. Waste Management & Research, 2007, 25(4): 380–383

[58] Dong T G, Hua  Y X, Zhang  Q B, Zhou  D G. Leaching of chalcopyrite with Brønsted acidic ionic liquid. Hydrometallurgy, 2009, 99(1–2): 33–38

[59] Fraga-Dubreuil J, Bazureau  J P. Grafted ionic liquid-phase-supported synthesis of small organic molecules. Tetrahedron Letters, 2001, 42(35): 6097–6100

[60] Berenblyum A S ,  Katsman E A ,  Karasev Y Z . The nature of catalytic activity and deactivation of chloroaluminate ionic liquid. Applied Catalysis A, General, 2006, 315(1): 128–134

[61] Kumari A, Jha  M K, Singh  R P. Recovery of metals from pyrolysed PCBs by hydro-metallurgical techniques. Hydrometallurgy, 2016, 165(Part 1): 97–105

[62] Ma B M, Zhang  M, He C J ,  Sun J F . New binary ionic liquid system for the preparation of chitosan/cellulose composite fibers. Carbohydrate Polymers, 2012, 88(1): 347–351

[63] Huang J, Chen  M, Chen H ,  Chen S, Sun  Q. Leaching behavior of copper from waste printed circuit boards with Brønsted acidic ionic liquid. Waste Management, 2014, 34(2): 483–488

[64] Chen M, Huang  J, Ogunseitan O A ,  Zhu N, Wang  Y M. Comparative study on copper leaching from waste printed circuit boards by typical ionic liquid acids. Waste Management, 2015, 41: 142–147

[65] Chen M J, Zhang  S, Huang J X ,  Chen H Y . Lead during the leaching process of copper from waste printed circuit boards by five typical ionic liquid acids. Journal of Cleaner Production, 2015, 95: 142–147

[66] Koyama K, Tanaka  M, Lee J C . Copper leaching behavior from waste printed circuit board in ammoniacal alkaline solution. Materials Transactions, 2006, 47(7): 1788–1792

[67] Yazici E Y, Deveci  H. Extraction of metals from waste printed circuit boards (WPCBs) in H₂SO₄-CuSO₄-NaCl solutions. Hydrometallurgy, 2013, 139(3): 30–38

[68] Birloaga I, De Michelis  I, Ferella F ,  Buzatu M ,  Vegliò F . Study on the influence of various factors in the hydrometallurgical processing of waste printed circuit boards for copper and gold recovery. Waste Management, 2013, 33(4): 935–941

[69] Zhang Z, Zhang  F S. Selective recovery of palladium from waste printed circuit boards by a novel non-acid process. Journal of Hazardous Materials, 2014, 279(1): 46–51

[70] Brierley J A, Brierley  C L. Present and future commercial applications of biohydrometallurgy. Hydrometallurgy, 2001, 59(2–3): 233–239

[71] Wang J, Bai  J, Xu J ,  Liang B . Bioleaching of metals from printed wire boards by Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans and their mixture. Journal of Hazardous Materials, 2009, 172(2–3): 1100–1105

[72] Liang G, Tang  J, Liu W ,  Zhou Q. Optimizing mixed culture of two acidophiles to improve copper recovery from printed circuit boards (PCBs). Journal of Hazardous Materials, 2013, 250– 251(2): 238–245

[73] Arshadi M, Mousavi  S M, Rasoulnia  P. Enhancement of simultaneous gold and copper recovery from discarded mobile phone PCBs using Bacillus megaterium: RSM based optimization of effective factors and evaluation of their interactions. Waste Management, 2016, 57: 158–167

[74] Choi M S, Cho  K S, Kim  D S, Kim  D J. Microbial recovery of copper from printed circuit boards of waste computer by Acidithiobacillus ferrooxidans. Part A, 2004, 39(11–12): 2973–2982160;

[75] Brandl H, Lehmann  S, Faramarzi M A ,  Martinelli D . Biomobilization of silver, gold, and platinum from solid waste materials by HCN-forming microorganisms. Hydrometallurgy, 2008, 94(1): 14–17

[76] Xiang Y, Wu  P, Zhu N ,  Zhang T ,  Liu W, Wu  J, Li P . Bioleaching of copper from waste printed circuit boards by bacterial consortium enriched from acid mine drainage. Journal of Hazardous Materials, 2010, 184(1–3): 812–818

[77] Ilyas S, Ruan  C, Bhatti H N ,  Ghauri M A ,  Anwar M A . Column bioleaching of metals from electronic scrap. Hydrometallurgy, 2010, 101(3): 135–140

[78] Chi T D, Lee  J C, Pandey  B D, Yoo  K, Jeong J . Bioleaching of gold and copper from waste mobile phone PCBs by using a cyanogenic bacterium. Minerals Engineering, 2011, 24(11): 1219–1222

[79] Zhu N, Xiang  Y, Zhang T ,  Wu P, Dang  Z, Li P ,  Wu J. Bioleaching of metal concentrates of waste printed circuit boards by mixed culture of acidophilic bacteria. Journal of Hazardous Materials, 2011, 192(2): 614–619

[80] Bas A D, Deveci  H, Yazici E Y . Bioleaching of copper from low grade scrap TV circuit boards using mesophilic bacteria. Hydrometallurgy, 2013, 138(6): 65–70

[81] Hong Y, Valix  M. Bioleaching of electronic waste using acidophilic sulfur oxidising bacteria. Journal of Cleaner Production, 2014, 65(65): 465–472

[82] Ruan J, Zhu  X, Qian Y ,  Hu J. A new strain for recovering precious metals from waste printed circuit boards. Waste Management, 2014, 34(5): 901–907

[83] Işıldar A ,  van de Vossenberg J ,  Rene E R ,  van Hullebusch E D ,  Lens P N L . Two-step bioleaching of copper and gold from discarded printed circuit boards (PCB). Waste Management, 2016, 57: 149–157

[84] Sanyal S, Ke  Q D, Zhang  Y, Ngo T ,  Carrell J ,  Zhang H C ,  Dai L L . Understanding and optimizing delamination/recycling of printed circuit boards using a supercritical carbon dioxide process. Journal of Cleaner Production, 2013, 41(41): 174–178

[85] Calgaro C O, Schlemmer  D F, da Silva  M D C R, Maziero  E V, Tanabe  E H, Bertuol  D A. Fast copper extraction from printed circuit boards using supercritical carbon dioxide. Waste Management, 2015, 45: 289–297

[86] Xiu F R, Zhang  F S. Materials recovery from waste printed circuit boards by supercritical methanol. Journal of Hazardous Materials, 2010, 178(1-3): 628–634

[87] Xiu F R, Qi  Y, Zhang F S . Recovery of metals from waste printed circuit boards by supercritical water pre-treatment combined with acid leaching process. Waste Management, 2013, 33(5): 1251–1257

[88] Xiu F R, Qi  Y, Zhang F S . Leaching of Au, Ag, and Pd from waste printed circuit boards of mobile phone by iodide lixiviant after supercritical water pre-treatment. Waste Management, 2015, 41: 134–141

[89] Fleming C A, McMullen  J, Thomas K G ,  Wells J A . Recent advances in the development of an alternative to the cyanidation process: Thiosulfate leaching and resin in pulp. Minerals & Metallurgical Processing, 2003, 20(1): 1–9

[90] Zhang H G, Ritchie  I M, La Brooy  S R. The adsorption of gold thiourea complex onto activated carbon. Hydrometallurgy, 2004, 72(3–4): 291–301

[91] Jeffrey M I, Brunt  S D. The quantification of thiosulfate and polythionates in gold leach solutions and on anion exchange resins. Hydrometallurgy, 2007, 89(1): 52–60

[92] Grosse A C, Dicinoski  G W, Shaw  M J, Haddad  P R. Leaching and recovery of gold using ammoniacal thiosulfate leach liquors (a review). Hydrometallurgy, 2003, 69(1): 1–21

[93] Nicol M J, O’Malley  G. Recovering gold from thiosulfate leach pulps via ion exchange. JOM, 2002, 54(10): 44–46

[94] Zhang H G, Dreisinger  D B. The recovery of gold from ammoniacal thiosulfate solutions containing copper using ion exchange resin column. Hydrometallurgy, 2004, 72(3): 225–234

[95] Thomas K, Fleming  C, Marchbank A ,  Dreisinger D . Gold recovery from refractory carbonaceous ores by pressure oxidation, thiosulfate leaching and resin-in-pulp adsorption. US Patent, 5785736, 1998–7-28

[96] Fogarasi S, Imre-Lucaci  F, Egedy A ,  Imre-Lucaci Á ,  Ilea P. Eco-friendly copper recovery process from waste printed circuit boards using Fe³⁺/Fe²⁺ redox system. Waste Management, 2015, 40: 136–143

[97] Masavetas I, Moutsatsou  A, Nikolaou E ,  Spanou S ,  Zoikis-Karathanasis A ,  Pavlatou E A ,  Spyrellis N . Production of copper powder from printed circuit boards by electrodeposition. Global NEST Journal, 2009, 11(2): 241–247

[98] Lekka M, Masavetas  I, Benedetti A V ,  Moutsatsou A ,  Fedrizzi L . Gold recovery from waste electrical and electronic equipment by electrodeposition: A feasibility study. Hydrometalluryg, 2015, 157: 97–106

[99] Lister T E, Wang  P, Anderko A . Recovery of critical and value metals from mobile electronics enabled by electrochemical processing. Hydrometallurgy, 2014, 149: 228–237

Acknowledgements

This research was financially supported, in part, by the National Natural Science Foundation of China (No. 21407105), Shanghai Municipal Natural Science Foundation (No. 14ZR1416700), SPU Graduate project fund (A01GY17F002), SPU Key Disciplines Subject (XXKZD1602) and Shanghai Cooperative Centre for WEEE Recycling (ZF1224).

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag GmbH Germany