Nowoczesne rozwi zania utylizacji odpadów elektronicznych

Transkrypt

1 13 X SYMPOZJUM POSTAWY PROEKOLOGICZNE U PROGU XXI WIEKU Su ów k/milicza, 27 wrze nia 2008 Nowoczesne rozwi zania utylizacji odpadów elektronicznych prof. dr hab. in. W odzimierz Szczepaniak Instytut In ynierii Ochrony rodowiska Wydzia In ynierii rodowiska Politechniki Wroc awskiej dr in. Monika Zab ocka-malicka Zak ad Metalurgii Chemicznej Wydzia Chemiczny Politechniki Wroc awskiej Odpady elektroniczne stanowi cz strumienia odpadów zdefiniowanego w Ustawie o zu ytym sprz cie elektrycznym i elektronicznym [1]. Strumie ten obejmuje 10 grup sprz tu. Wymieniono je w tabeli 1, wraz z informacj o ilo ci sprz tu wprowadzonego do obrotu i zebranego z gospodarstw domowych oraz innych róde. Odpady elektroniczne nie tworz wyodr bnionej grupy, lecz wyst puj jako g ówne lub uzupe niaj ce elementy konkretnego wyrobu. Ze wzgl du na z o ono strumienia odpadów elektrycznych i elektronicznych oraz zale no struktury tego strumienia od kraju, regionu, sposobu zbierania itp., jego u redniony sk ad podawany w ró nych ród ach literaturowych bywa rozbie ny. Na rysunku 1 przedstawiono przyk ad takiego oszacowania. Charakterystyczn cech odpadów elektronicznych jest wyst powanie w nich struktur scalaj cych wiele materia ów, czego najlepszym przyk adem s p yty obwodów drukowanych i nabudowywane na nich elementy elektroniczne. P yty drukowane wykonywane s z ywic epoksydowych, fenolowych, poliimidów i poliestrów zbrojonych tkanin szklan, bawe nian i arkuszami papieru. S one no nikiem cie ek przewodz cych (obwodów drukowanych) wykonanych najcz ciej z miedzi, rzadziej z niklu lub innych metali. W cie ki wlutowywane s elementy elektroniczne, w tym uk ady scalone o ró nym stopniu integracji. Tak e one s z o on struktur ceramiczno/metalowo/ organiczn przyk ad procesora AMD przedstawiono na rysunku 2. Struktury tego typu nie s wtórnie wykorzystywane. Nie mo na równie wyodr bni z nich poszczególnych materia ów metodami mechanicznymi. W a ciwe w tym przypadku jest zastosowanie technologii metalurgicznych. Scalaj ce struktury kompozytowe materia y organiczne ulegaj w wysokiej temperaturze destrukcji z uwolnieniem wodoru i tlenu oraz cz ci

2 14 W odzimierz Szczepaniak Tabela 1. Ilo ci wprowadzonego i zebranego (zu ytego) sprz tu elektrycznego i elektronicznego w Polsce w 2007 roku dane za [2] Nazwa grupy sprz tu Ca kowita masa Masa zebranego sprz tu wprowadzonego Mg do obrotu sprz tu z gospodarstw z innych Mg domowych róde Wielkogabarytowe urz dzenia gospodarstwa domowego Ma ogabarytowe urz dzenia gospodarstwa domowego Sprz t teleinformatyczny i telekomunikacyjny Sprz t audiowizualny Sprz t o wietleniowy (rodzaje 1 6) Narz dzia elektryczne i elektroniczne Zabawki, sprz t rekreacyjny i sportowy Przyrz dy medyczne Przyrz dy do nadzoru i kontroli Automaty do wydawania elementy stalowe 47,9 % tworzywa sztuczne 15,4% miedź 7,0% szkło 5,4 % aluminium 4,8% tworzywa sztuczne z dodatkami 5,4 % inne 4,6 % obwody drukowane 3,3 % elementy ceramiczne 2,2 % drewno 2.0 % inne metale 1,0 % kauczuki 0,9 % Rys. 1. Struktura materia owa odpadów EE [3]

3 Nowoczesne rozwi zania utylizacji odpadów elektronicznych 15 Rys. 2. Ogólny sk ad materia owy procesora AMD Athlon OPGA [5] w gla do fazy gazowej w postaci pary wodnej, wodoru, tlenku w gla i w glowodorów, zale nie od sposobu prowadzenia procesu (temperatura, szybko jej narostu, czas przebywania materia u w strefie reakcji itd.). Gdy w procesie dost pny jest tlen, w postaci gazowej lub pary wodnej, teoretycznie ca o w gla mo e zosta przeprowadzona do fazy gazowej. Je eli temperatura procesu nie b dzie zbyt wysoka, mo liwe jest uzyskanie produktu b d cego wzgl dnie kruchym spiekiem metali, substancji ceramicznych, ewentualnie w gla pirolitycznego. Produkt mo e by poddany obróbce mechanicznej i rozdzia owi na wybrane frakcje. Gazowe produkty procesu zgazowania i pirolizy mog (i powinny) by wykorzystane do celów energetycznych z odzyskiem lotnych po cze metali i halogenów. Mo liwe jest prowadzenie procesu jednostadialnego, w którym materia organiczny jest wypalany wnosz c udzia do ogólnego bilansu energetycznego procesu, natomiast metale gromadzone s fazie ciek ej, a sk adniki mineralne w fazie u lowej. Procesy takie realizowane s w krajach Unii Europejskiej [4]. Tak prowadzony proces kojarzy odzysk energetyczny z odzyskiem materia owym na poziomie elementarnym (metale w fazach stopowych, po przeróbce w fazach czystych) oraz przetworzeniem pozosta o ci u lowej w materia inertny, neutralny dla rodowiska. Proces

4 16 W odzimierz Szczepaniak Spieczony (nadtopiony) produkt zgazowania w wysokiej temperaturze Oryginalna p yta obwodu drukowanego przygotowana do procesu zgazowania Wyodr bnione z materia u po zgazowaniu frakcje metaliczne osnowy miedziowej Produkt zgazowania w temperaturze ograniczaj cej spiekanie, po delikatnym skruszeniu mieszanina frakcji materia owych z resztkami w gla pirolitycznego Wyodr bniona z materia u po zgazowaniu frakcja drobna zawieraj ca w giel pirolityczny Wyodr bnione z materia u po zgazowaniu frakcje metaliczne lutowia Rys. 3. Pó produkty kontrolowanego zgazowania w warunkach laboratoryjnych p yt obwodów drukowanych [3] Wypalona (usuni cie w gla pirolitycznego) frakcja drobna pozosta o osnowy mineralnej p yty obwodu drukowanego

5 Nowoczesne rozwi zania utylizacji odpadów elektronicznych 17 powinien by prowadzony w odpowiednio du ej skali i przy wystarczaj cym wyposa- eniu technologicznym. Wynika to z faktu, e wszystkie fazy, w cznie z faz gazow, s w procesie traktowane jako reakcyjne i wykorzystywane do odzysku materia ów oraz energii. Pó produkty kontrolowanego zgazowania w warunkach laboratoryjnych p yt obwodów drukowanych przedstawiono na rysunkach poni ej rysunek 3. Ilustruj one bieg procesu (po rednio tak e etapy w skali technologicznej, w wysokich temperaturach b d to fazy ciek e). Uzyskane wyniki (prace dyplomowe pani mgr in. Marty Skrzypacz i pana Piotra Mo ki) wskazuj, e o warto ci uzyskanego produktu decyduje warto kilku metali wymieniono je w tabeli 2. Bezwzgl dna warto odpadów p yt drukowanych poddanych procesowi zgazowania i liczona w warto ci gie dowej metali, wynosi a w tym przypadku (praca dyplomowa pani mgr in. Marty Skrzypacz) oko o 5 USD za kg. Warto ta b dzie oczywi cie zmienna, podobnie jak ostateczny sk ad produktu po procesie prowadzonym w du ej skali. Wynika to ze zmienno ci surowcowej przetwarzanego materia u zale nie od pochodzenia (rodzaju elektroniki), udzia u elementów nabudowanych (procesorów) itp. Podsumowanie Proces metalurgiczny w perspktywie po czenia procesu metalurgicznego z kontrolowanym zgazowaniem wydaje si by najbardziej waro ciowymi, pozwalaj cymi w pe ni wykona recykling surowcowy w uj ciu elementarnym (metali) ze z o onych materia ów kompozytowych, w szczególno ci odpadów elektrycznych i elektronicznych, w powi zaniu z odzyskiem energii z zawartych w tych odpadach frakcji pochodzenia organicznego (tworzyw sztucznych). Tabela 2. Podzia metali stanowi cych o warto produktu przerobu p yty obwodu drukowanego pomi dzy poszczególne frakcje po procesie zgazowania [3] podzia metali pomi dzy frakcje [%] udzia Metal frakcja frakcja frakcja frakcja w warto ci, % metaliczna lutowia drobna < 0,16 0,16 < *< 0,40 Cu ,2 42 Au Sn ,3 14 Pd Pt Ag ,2 1

6 18 W odzimierz Szczepaniak Literatura [1] Ustawa o zu ytym sprz cie elektrycznym i elektronicznym (Dz.U. 2005, 1495). [2] G ówny Inspektorat Ochrony rodowiska, Raport o funkcjonowaniu systemu gospodarki zu ytym sprz tem elektrycznym i elektronicznym w 2007 roku, Warszawa, kwiecie 2008 r. [3] Praca dyplomowa mgr in. Marty Skrzypacz, Zgazowanie par wodn elementów odpadów elektrycznych i elektronicznych. Cz I. P yty drukowane, Instytut In ynierii Ochrony rodowiska, Wydzia In ynierii rodowiska Politechniki Wroc awskiej, Wroc aw [4] Termiczny recykling surowcowy odpadów elektronicznych, Recykling, 2007, 79 80, [5] Praca dyplomowa mgr in. Piotra Mo ki, Zgazowanie par wodn elementów odpadów elektrycznych i elektronicznych. Cz II. Uk ady scalone mikroprocesory, Instytut In ynierii Ochrony rodowiska, Wydzia In ynierii rodowiska Politechniki Wroc awskiej, Wroc aw 2008.