I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna EKOLOGIA W ELEKTRONICE Przemysłowy Instytut Elektroniki Warszawa, 16-17.10.2000 PRZERÓB ZŁOMU ELEKTRONICZNEGO I ELEKTRYCZNEGO METODĄ ROZDRABNIANIA I SEPARACJI GRAWITACYJNEJ Jerzy KOZŁOWSKI 1, Tadeusz MAZUREK 1, Henryk CZYŻYK 1 1 Instytut Metali Nieżelaznych 44-100 Gliwice, ul. Sowińskiego 5, tel. (032) 238 07 07, email: jerzyk@zyzio.imn.gliwice.pl Złom elektroniczny i elektrotechniczny należy do tzw. złomu zespolonego do których zaliczamy złom pochodzenia wojskowego, złom telekomunikacyjny telefoniczny, przyrządy pomiarowe, liczniki elektryczne. Złom ten zawiera mieszaninę różnych metali i stopów, głównie stali, aluminium i miedzi oraz składników niemetalicznych tj. mas plastycznych, ceramiki, szkła, gumy, papieru, ebonitu, drewna. Ze względu na różnorodność występujących w nim składników najbardziej racjonalnym sposobem przerobu jest rozdrabnianie na urządzeniach strzępiących oraz separacji grawitacyjnej w separatorach powietrznych, cieczach ciężkich i separatorach elektrodynamicznych oraz separatorach magnetycznych. Badania prowadzone w Instytucie Metali Nieżelaznych w Gliwicach wykazały, że po przerobie złomu elektronicznego i elektrycznego otrzymuje się granulaty polimetaliczne z których otrzymać można normowane stopy miedziowe i aluminiowe lub stopy wstępne.. 1. WSTĘP Złom elektroniczny i elektryczny stanowi mieszaninę różnych metali i stopów, głównie stali, aluminium i miedzi oraz składników niemetalicznych tj. mas plastycznych, ceramiki, szkła, gumy, papieru, ebonitu, drewna. Składniki złomu tzn. metale i niemetale połączone są sposobami mechanicznymi (poprzez śruby, nity) lub termicznymi (poprzez lutowanie, spawanie, klejenie). Wśród metali dominującą pozycję zajmuje stal około 50 %, natomiast aluminium waha się w granicach 10 30 %, miedź i stopy miedzi 5 15 %. 156
Złom elektroniczny i elektryczny obejmuje wszelkiego rodzaju zużyte lub wycofane z eksploatacji urządzenia elektryczne lub elektroniczne i ich podzespoły takie jak: sprzęt komputerowy; aparaturę i podzespoły urządzeń wojskowych; urządzenia gospodarstwa domowego, wyposażenia biur; urządzenia radiowe i telewizyjne; urządzenia laboratoryjne i techniki medycznej; sprzęt łącznościowy (centrale i aparaty telefoniczne); aparaturę i instalacje mierzące, sterujące i regulujące (liczniki energii elektrycznej) 2. PRZERÓB ZŁOMU ZESPOLONEGO 2.1 Linia technologiczna do przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego Złom elektroniczny i elektryczny ze względu na swoją różnorodność pod względem wielkości oraz jego złożonego składu jest jednym z trudniejszych złomów do przerobu. W roku 1991 w PPWMN Wtórmet uruchomiono pierwszą w kraju nowoczesną linię mechanicznego przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego. Linia mechanicznego przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego, dostarczona przez firmę Scandinavian Recykling, składa się z [1]: urządzenia podstawowego strzępiarki SR 8/10, separatora magnetycznego, układu separacji sitowo powietrznej: - separatora komorowego - przesiewacza bębnowego TRV 190. 2.2. Przerób złomu elektronicznego i elektrycznego z zastosowaniem Shreddera 2.2.1 Demontaż i sortowanie ręczne dużych elementów: Demontaż polega na usuwaniu większych elementów stalowych i aluminiowych oraz na oddzielaniu podzespołów z dużą zawartością metali szlachetnych. Sortowanie polega na oddzieleniu podzespołów zawierających podwyższoną zawartość metali szlachetnych, a także na usunięciu podzespołów niebezpiecznych dla pracy strzępiarki tj. naczynia zamknięte oraz bardzo grube elementy stalowe. Operacje demontażu i sortowania wykonuje się na utwardzonym placu, natomiast jeśli złom poddawany jest wyłącznie sortowaniu, wówczas czynność tą wykonuje się na wolno przesuwającym przenośniku taśmowym. W wyniku demontażu otrzymuje się produkty gotowe tj. stal, aluminium oraz złom zespolony pozbawiony metali szlachetnych, a także elementy i podzespoły zawierające metale szlachetne. Oba wymienione półprodukty przerabia się według różnych schematów technologicznych. 2.2.2 Przebieg procesu przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego Przed strzępieniem złomu elektronicznego i elektrotechnicznego materiał poddaje się pomniejszeniu na prasonożycy. Tak przygotowany wsad przewozi się do instalacji strzępienia. Złom do linii strzępiąco-separującej podawany jest za pomocą ładowarki "Fuchs" 157
(fot.1). Następnie za pomocą podajnika wibracyjnego i dwóch przenośników taśmowych (fot.2) podawany jest do strzępiarki. Rozdrabnianie wstępne złomu odbywa się w strzępiarce "Shredder" SR 8/10 przy zastosowaniu rusztu o oczkach 25x110 mm lub 40x110 mm (fot.3). Pierwszy przenośnik taśmowy, stanowi jednocześnie stanowisko separacji ręcznej, gdzie usuwane są elementy niebezpieczne lub niepożądane dla strzępienia. Rozdrobniony materiał spada przez ruszt na przenośnik taśmowy, gdzie kierowany jest do separatora komorowo - powietrznego. Nad taśmą pomiędzy strzępiarką, a separatorem powietrznym komorowym znajduje się separator magnetyczny usuwający części magnetyczne. W separatorze komorowo - powietrznym następuje wstępne oddzielenie lekkich zanieczyszczeń niemetalicznych. W separatorze tym znajduje się regulowana przegroda uchylna oddzielająca strumień materiału na frakcję lekką i ciężką. Frakcja lekka traktowana jest jako odpad. Oczyszczony z lekkich części rozdrobniony materiał, kierowany jest przenośnikiem taśmowym do separatora powietrzno obrotowego TRV 190 (fot.4). Bęben separatora posiada wymienne sita o średnicy otworów oczek 15, 20 i 30 mm. Na sicie pozostaje frakcja gruba ciężka 28, natomiast pozostałość wyprowadzana strumieniem powietrza tworzy frakcję lekką 28 B. Drobny materiał przechodzący przez sito bębna tworzy frakcję ciężką drobną 28 B, pozostałość na sicie stanowi gruba frakcja 28. Otrzymane frakcje 28 A, 28 B, 28 z separatora bębnowego odbierane są za pomocą podajników taśmowych do pojemników. Pyły ze strzępiarki i z separatorów powietrznych kierowane są do cyklonów i odpylni workowej. Schemat instalacji do przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego przedstawia rys. 1 [2]. 158
Fot.1 Ładowanie złomu ładowarką Fuchs Fot. 2 Rynna załadowcza złomu do strzępiarki Shredder ' Fot. 3 Strzępiarka Shredder Fot.4 Separator obrotowy TRV-10 159
WSAD Fe SORTOWANIE RĘCZNE PYŁY PRASONOŻYCA STRZĘPIARKA SHREDDER SEPARATOR KOMOROWY FRAKCJA 18 SEPARATOR OBROTOWY 28 B 28 A 28 Rys. 1 Schemat przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego z zastosowaniem rozdrabniacza Shredder [2] Po przerobie złomu elektronicznego i elektrycznego na linii strzępienia i separacji w PPWMN "Wtórmet" otrzymujemy: 1. Frakcję grubą ciężką 28 o granulacji powyżej 15, 20 lub 30 mm (decyduje rodzaj zastosowanego sita). W zależności od rodzaju przerabianego złomu składa się ona głównie z grubych kawałków aluminium oraz miedzi i jej stopów, a także ze stali niemagnetycznej. We frakcji tej spotkać można także stopy niklu i cynku. Średnia zawartość metali w tej frakcji wynosi około 95 %, resztę stanowią niemetale. 2. Frakcję drobną ciężką 28 A o granulacji poniżej 15, 20 lub 30 mm. W zależności od rodzaju przerabianego złomu składa się ona głównie z drobnych kawałków miedzi i stopów miedzi, aluminium i cynku. Metaliczność tej frakcji wynosi około 90 %. 160
3. Frakcję 28 B - głównym składnikiem są niemetale (ponad 50 %). W zależności od charakteru przerabianego złomu składnikami metalicznymi są aluminium o miedź (druciki) 4. Frakcję 18 - może zawierać do 10 % metali. jest traktowana jako odpad. 5. Frakcję magnetyczną. Wydzielana jest z produktów strzępienia za pomocą separatora magnetycznego. 6. Pyły - odprowadzane są z całego układu strzępienia i separacji poprzez cyklony do filtra workowego. 2.3 Technologia przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego z zastosowaniem separatora elektrodynamicznego i cieczy ciężkich Dla otrzymania handlowych granulatów polimetalicznych lub materiału będącego wsadem dla stopów gatunkowych otrzymane frakcje 28 i 28 A należy poddać dalszej separacji na urządzeniach separujących z zastosowaniem separatora elektrodynamicznego i cieczy ciężkich. Liniami takimi w Polsce dysponują jedynie Zakłady Metalurgiczne "Skawina" S.A. w Skawinie. Zastosowanie powyższych urządzeń pozwala na otrzymanie nie tylko granulatów handlowych (lepiej oczyszczone od niemetali - wyższe ceny zbytu) ale również bardziej ekologicznych odpadów zawierające mniejszą ilość metali. Badania Instytutu Metali Nieżelaznych w Gliwicach wykazały, że zastosowanie równoczesne obu separatorów t.j separatora elektrodynamicznego i cieczy ciężkich pozwala na otrzymanie optymalnych efektów technologicznych. Już zastosowaniu separatora elektrodynamicznego zwiększa metaliczność frakcji 28 i 28 A o 7,25 %. Natomiast zawartość metali w odpadzie niemetalicznym wynosi ok. 33 %. Odpad taki nie nadaje się na wysypisko i musi być poddany dalszej przeróbce. W przypadku zastosowania cieczy ciężkich jakość granulatu jest lepsza gdzie otrzymuje się granulaty aluminiowe o zawartości do 95,5 % Al oraz miedzionośne o zawartości do 94,2 % Cu i jej stopów. Frakcja odpadowa niemetaliczna gromadzi się jako frakcja lekka pływająca o zawartości ok. 90-95 % niemetali [3]. Schematy przerobu przykładowego złomu zespolonego w skład którego wchodził złom liczników elektrycznych oraz central telefonicznych wraz z procentowym bilansem otrzymanych frakcji przedstawiają rys. 2 i 3 [4]. Rys 2 przedstawia proces przerobu złomu z zastosowaniem cieczy ciężkich, natomiast rys. 3 proces przerobu z zastosowaniem separatora elektrodynamicznego. 161
Fe ZŁOM ZESPOLONY (liczniki +centrale telefoniczne) SEPARACJA RĘCZNA ROZDRABNIANIE SHREDDER duże elementy Pyły SEPARATOR POWIETRZNY KOMOROWY Frakcja 18 SEPARATOR POWIETRZNY OBROTOWY TRV odpad Frakcja 28 Frakcja 28 A Frakcja 28 B Fe...0,8 % Al+Zn...57,2 % Mos. + Ni...36,9 % Cu...2,4 % Zespolony...0,5 % Niemetale...2,2 % Fe...1,2 % Al+Zn...36,3 % Mos. + Ni...42,7 % Cu...1,0 % Zespolony...1,0 % Niemetale...5,3 % Inne+straty... 12,5 % Fe...3,8 % Al+Zn... 16,4 % Mos. + Ni... 6,9 % Cu...30,5 % Zespolony...1,2 % Niemetale...30,7 % Inne+straty...10,5 % SEPARACJA CIECZE CIĘŻKIE SEPARACJA CIECZE CIĘŻKIE do granulacji Frakcja lekka Fe....0,2 % Al+Zn...95,5 % Mos. + Ni....0,2 % Cu....0,1 % Zespolony...4,0 % Niemetale...0,0 % Frakcja ciężka Frakcja lekka Fe... 0,1 % Al+Zn...88,9 % Mos. + Ni... 1,8 % Cu... 0,3 % Zespolony... 3,0 % Niemetale...5,9 % Frakcja ciężka Odpad Fe...0,5 % Al+Zn...0,9 % Mos. + Ni... 59,8 % Cu...32,4 % Zespolony... 1,1 % Niemetale...5,3 % Fe...1,1 % Al+Zn...3,9 % Mos. + Ni... 70,8 % Cu...23,4 % Zespolony... 0,7 % Niemetale...0,1 % Fe...0,0 % Al+Zn...1,5 % Mos. + Ni + Cu... 0,1 % Zespolony... 8,6 % Niemetale... 89,8 % Rys. 2 Schemat przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego (złomu zespolonego) z zastosowaniem Shreddera i cieczy ciężkich [4] 162
Fe ZŁOM ZESPOLONY (liczniki +centrale telefoniczne) SEPARACJA RĘCZNA ROZDRABNIANIE SHREDDER duże elementy Pyły SEPARATOR POWIETRZNY KOMOROWY Frakcja 18 odpad SEPARATOR POWIETRZNY OBROTOWY Frakcja 28 Frakcja 28 A Frakcja 28 B Fe...0,05 % Al+Zn...79,31 % Mos. + Ni... 9,27 % Cu...1,57 % Pb... 1,60 % Zespolony...3,25 % Niemetale...4,95 % SEPARACJA ELEKTRODYNAMICZNA Fe...21,16 % Al+Zn... 13,88 % Mos. + Ni... 36,15 % Cu... 6,07 % Zespolony....9,66 % Niemetale....7,36 % Pb... 4,93 % El.owlekane...0,79 % SEPARACJA ELEKTRODYNAMICZNA Fe... 6,57 % Al+Zn.... 31,33 % Mos. + Ni.... 6,82 % Cu... 10,71 % Zespolony... 13,68 % Niemetale... 30,83 % El. powlekane...0,06 % do granulacji Frakcja aluminionośna Fe...0,0 % Al...97,95 % Mos. + Ni...1,02 % Cu... 0,06 % Zespolony...0,27 % Niemetale...0,70 % Frakcja miedzionośna Frakcja miedzionośna Frakcja aluminionośna do separacji w cieczach ciężkich Fe... 0,00 % Al+Zn... 97,39 % Mos. + Ni... 1,68 % Cu... 0,31 % Zespolony... 0,51 % Niemetale...0,11 % do separacji w cieczach ciężkich Fe...0,00 % Al+Zn...7,48 % Mos. + Ni + Cu... 16,07 % El. powlekane... 0,83 % Niemetale... 67,08 % Zespolony... 8,54 % Frakcja odpadowa do dalszego przerobu (np. ciecze ciężkie, lub osadzarka) Rys. 3 Schemat przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego (złomu zespolonego) z zastosowaniem Shreddera i separatora elektrodynamicznego [4] 163
3. PODSUMOWANIE W wyniku przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego na linii z zastosowaniem urządzenia typu Shredder otrzymuje się frakcje metali lekkich (aluminiowe), frakcje metali ciężkich (Cu, mosiądz, brąz, cynk), oraz żelazo. Ponieważ charakter i skład produktów strzępienia i separacji jest określany rodzajem przerabianego surowca, szczególną uwagę należy zwrócić na właściwe przygotowanie wsadu na strzępiarkę. Kierować się należy dwoma podstawowymi zasadami: eliminacją w maksymalnym stopniu składników i elementów niebezpiecznych (np. kondensatory z PCB) lub zanieczyszczających granulaty (płytki obwodów drukowanych, większe elementy z tworzyw, lampy, kable), grupowaniem złomu według pochodzenia lub podobieństwa składu (złom pochodzenia wojskowego, złom o podwyższonej zawartości aluminium, złom central telefonicznych itp.). Ze złomu wielkogabarytowego - przed skierowaniem do pomniejszania na prasonożycy należy usuwać większe elementy konstrukcji stalowej, większe silniki i transformatory. Z całości złomu usuwać także elementy szkodliwe lub niebezpieczne (kondensatory, lampy akumulatory, przekaźniki rtęciowe, płytki obwodów drukowanych). Przy przygotowaniu granulatów polimetalicznych do rozdziału na metale lekkie (głównie Al) i ciężkie z zastosowaniem separatora elektrodynamicznego i cieczy ciężkich szczególną uwagę należy zwrócić na ujednorodnienie materiałów pod względem postaci fizycznej jak i składu, co ma wpływ na precyzyjne sterowanie procesami rozdziału. Cel ten można osiągnąć, poprzez zastosowanie przesiewania frakcji drobnej ciężkiej na sitach o oczkach 6 mm i 15 mm. Otrzymuje się 3 klasy ziarnowe: pon.6 mm, 6 do 15 mm, 15 do 30 mm. Każda z tych klas - poza ziarnistością - różni się także zawartością głównych składników. Przykładowy rozdział na klasy granulatów po strzępieniu złomu elektronicznego pochodzenia wojskowego przedstawia tabela 1. Tabela 1 Zawartość składników w granulatach w poszczególnych klasach ziarnowych, % Składnik Fe Al Cu Ms + Br Niemetale Pozostałe Frakcja drobna ciężka K l a s y z i a r n o w e (przed separacją sitową) 0-6 mm 6-15 mm 15-30 mm 4,25 15,52 10,96 1,09 46,94 11,55 32,81 60,53 10,68 14,25 9,84 8,09 24,02 36,87 29,54 19,74 6,45 5,83 8,48 4,93 7,66 15,93 8,37 5,62 Ogółem 100,00 100,00 100,00 100,00 Badania przerobu złomu elektronicznego i elektrycznego metodą strzępienia i separacji grawitacyjnej oraz przetopu wykazały możliwość uzyskania gatunkowych stopów. W przypadku przetopu frakcji lekkich w których głównym składnikiem jest aluminium można otrzymać stop normowany A6 i AK 64 (stop AlSi5Cu - wg Normy europejskiej EN 1676). W przypadku występowania w niektórych partiach granulatu podwyższonej zawartości krzemu i magnezu granulaty można przetopić razem co w pełni pozwoli na uzyskanie gatunku stopu AK 64. Stopy otrzymane z przetopu frakcji ciężkiej (granulatu metali ciężkich po rozdziale w cieczach ciężkich) - ze względu na podwyższoną zawartość głównie ołowiu i cyny - nie mogą być użyte bezpośrednio do wytwarzania normo- 164
wanych stopów miedzi. Dlatego też mogą być stosowane jako dodatek przy produkcji mosiądzów (np. ołowiowego) względnie przerabiane w hutnictwie miedzi w konwertorze. Cechą charakterystyczną złomu elektronicznego jest występowanie w nim metali szlachetnych jak srebro (od kilku do kilkudziesięciu gramów w 1 tonie złomu) i złoto (w granicach od kilku do kilkudziesięciu gramów na 1tonę złomu). Metale szlachetne występują w postaci powłok na elementach konstrukcyjnych (srebro) lub elementach złącz (srebro i złoto), w postaci styków (srebro, złoto, pallad, rod, platyna), lub stanowią składniki drobnych elementów elektronicznych montowanych na płytkach obwodów drukowanych, takich jak tranzystory, układy pamięciowe (głównie złoto).wartość metali szlachetnych stanowi znaczący udział w wartości złomu, a w przypadku niektórych rodzajów złomu (np. złom komputerowy) jest pozycja dominującą. W próbach przemysłowych przerobu złomu elektronicznego wydzielano podzespoły zawierające złoto i srebro. Materiały złotonośne stanowiły produkt handlowy firmy "Wtórmet". Natomiast wyselekcjonowany złom srebronośny był przedmiotem badań naszego Instytutu w celu otrzymania koncentratu srebra. Technologia obejmowała rozdrabnianie (lub granulację), rozdział w cieczach ciężkich, przetop z konwertorowaniem i rafinację elektrolityczną. Srebro wydzielano w postaci szlamu anodowego. LITERATURA 1. J. Kozłowski, T. Mazurek, H. Czyżyk "Technologie odzysku metali ze złomu elektronicznego i elektrotechnicznego dla efektywnego zagospodarowania uzyskanych produktów", Projekt celowy KBN nr 7 1361 91 OC, 1995 r. 2. H. Czyżyk, T. Mazurek, J. Kozłowski "Opracowanie technologii otrzymywania produktów handlowych z przerobu wytypowanych rodzajów złomu zespolonego w warunkach PPWMN "Wtórmet" z wykorzystaniem urządzeń strzępiących i rozdrabniających". Spr. IMN nr 5654/99. 3. J.Kozłowski, T. Mazurek, H. Czyżyk "Recovery of metals and alloys from complex scrap" 4 th ASM International Conference and Exhibition on the recycling of metals, Austria, 1999. 4. K. Korona " Zagospodarowanie odpadów powstających w procesach przerobu złomu metali nieżelaznych" Praca dyplomowa magisterska. Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii Transportu. 1999 r THE TREATMENT OF ELEKTRIC AND ELECTRONIC SCRAP OF METHODS MELTING AND GRAVITATION SEPARATION The complex scrap includes different electric and electronic devices and subassembles worn out taken out of service, such as sub-assemblies of a military, hardware telecommunication equipment including telephone exchanges and telephone sets, household goods, measuriand control devices (electricity meters, laboratory and medical instrumentation). This scrap is a mixture of different metals and alloys, mainly steel, aluminium and copper, and non-metallic components: plastics, ceramics, rubber, paper, ebonite, wood and composites. The treatment of electric and electronic scrap its sorting, mechanical treatment separation by magnetic, air, screening, heavy medium and eddy current separator, and re-melting and fire and electrolytic refining of metallic fractions. The investigation carried out at the Institute of Non-Ferrous Metal s in Gliwice resulted in the development of a method for preliminary processing of the complex scrap, and selection of a method for metallic fraction separation, re melting and refining to obtain alloys of aluminium and copper. 165