Disassembly, recovery and recycling of waste of selected electrical and electronic equipment

Archives of Waste Management and Environmental Protection Archiwum Gospodarki Odpadami http://ago.helion.pl ISSN 1733-4381, Vol. 10 (2008), p-85-94 Demontaż, odzysk oraz recykling wybranych odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego Alwaeli M. Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, tel. (+48 32 264 21 15), fax (+48 32) 237 11 67, e-mail: mohamed.alwaeli@.polsl.pl Streszczenie Odpady sprzętu elektronicznego i elektrycznego wg Katalogu Odpadów zaliczane są do grupy odpadów przemysłowych 16 02 09 oraz grupy odpadów komunalnych 20 01 35. Najczęściej klasyfikowane są jako odpady niebezpieczne ze względu na zawartość substancji szczególnie szkodliwych dla zdrowia ludzi i środowiska. Wśród odpadów EiE, duży udział mają odpady sprzętu komputerowego. Jest to spowodowane rozwojem technicznym, a także konsumpcyjnym stylem życia. Stąd duża część pracy będzie poświęcona przedstawieniu metody postępowania z wyeksploatowanym sprzętem komputerowym, możliwościami recyklingu i problemami z tym związanymi. Abstract Disassembly, recovery and recycling of waste of selected electrical and electronic equipment Waste of selected electrical and electronic (E&E) equipment appertain to 16 02 09 industrial waste group and 20 01 35 municipal waste group. In view of deleterious substance content, most often E&E, classified as hazardous waste. Among of E&E waste, the greatest part come from computer equipment waste. Hence, considerable part of this work will be devote for present the methods of recycling and dealing with computer equipment waste. Wstęp Odpady sprzętu elektronicznego i elektrycznego wg Katalogu Odpadów zaliczają się do grupy odpadów przemysłowych 16 02 09 oraz grupy odpadów komunalnych 20 01 35. Najczęściej klasyfikowane są jako odpady niebezpieczne ze względu na zawartość substancji szczególnie szkodliwych dla zdrowia ludzi i środowiska. Najczęściej jest to ołów

86 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) zawarty w paście ołowiowej wykorzystywanej do lutowania, oraz halogenki powodujące niepalność tworzyw sztucznych [1]. Rozwój techniczny, a także konsumpcyjny styl życia sprawia, że wymiana różnego rodzaju sprzętu następuje coraz szybciej. Przykładowo okres używalności sprzętu komputerowego oscyluje od 5 do 8 lat [2]. W praktyce sprzęt komputerowy starzeje się szybciej. W ciągu kilku ostatnich lat okres używalności komputerów skracał się z roku na rok o około 2-3 miesięcy. Było to związane z szybkim postępem w dziedzinie mikroelektroniki. Obecnie tendencja ta ze względu na wolniejszy rozwój nowinek technicznych została spowolniona, a w związku z tym wymiana sprzętu komputerowego będzie następować wolniej [3]. W Polsce obowiązuje Hierarchiczny Model Gospodarki Odpadami. Jest to rozwiązanie mało elastyczne, które sprawia, że niekiedy całkowity wpływ na środowisko nie jest wcale najmniejszy z możliwych do osiągnięcia. Dlatego też wielu autorów sugeruje przejście do Zintegrowanego Systemu Gospodarki Odpadami, gdzie wszystkie procesy będą oceniane indywidualnie w oparciu o filozofię LCA [4]. Zintegrowane systemy gospodarki odpadami komunalnymi i przemysłowymi powinny objąć swym zasięgiem recyklingu wszystkie strumienie odpadów tzn. odpady z gospodarstw domowych, usług i handlu oraz odpady przemysłowe.[5]. Większości odpadów EiE można poddać recyklingowi materiałowemu lub surowcowemu jednakże w praktyce nie zawsze okazuje się to łatwe i możliwe. Ze względu na zawartość substancji szczególnie szkodliwych dla zdrowia ludzi i środowiska, odpady te mogą być spalone z odzyskiem energii. Pomimo, iż spalanie odpadów nastręcza wiele problemów - zwłaszcza natury społecznej - ze względu na to, że jest ono traktowane jako ogromne źródło zanieczyszczeń gazowych kierowanych do atmosfery. Niekoniecznie jest to prawda. Indywidualne i kompleksowe podejście do oceny uciążliwości ekologicznej pokazuje, że spalanie - w wielu przypadkach - może być metodą przyjazną środowisku naturalnemu. [7] 2.Charakterystyka jakościowa i ilościowa wybranych urządzeń złomu elektrycznego i elektrycznego Wymiana sprzętu EiE następuje średnio co kilka lat. Ilość nowego sprzętu wprowadzanego na rynek jak i proporcjonalna ilości sprzętu zużytego także trafiająca na rynek wzrasta z roku na rok. Skład materiałowy jest bardzo różny w zależności od grupy, do której należy taki sprzęt. 2.1. Charakterystyka ilościowa urządzeń złomu elektrycznego i elektronicznego. Ilość sprzętu elektrycznego i elektronicznego wprowadzana na rynek wzrasta z roku na rok. W tabeli 1. oraz ma rys. 1. przedstawiono szacunkowe ilość wprowadzanego sprzętu w latach 1990 2005 oraz prognozę na lata 2006 2010. Tabela1. Szacunek wielkości mas sprzętu EiE wprowadzanej na rynek w latach 1990 2005 oraz prognoza na lata 2006 2010 [8]. Rok Ilość (tys. Mg) Wzrost (%) 1990 214,1 5

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) 87 1991 225,3 5 1992 237,2 5 1993 249,7 5 1994 271,4 8 1995 308,4 12 1996 350,5 12 1997 398,3 12 1998 419,2 5 1999 441,3 5 2000 464,5 5 2001 484,1 5 2002 551,3 4 2003 625,3 14 2004 656,6 5 2005 689,4 5 2006 723,9 5 2007 760,1 5 2008 798,1 5 2009 838,0 5 2010 879,9

88 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) [tys. Mg] 1000 800 600 400 200 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 lata 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Rys.1. Szacunkowe wielkości mas sprzętu elektrycznego i elektronicznego wprowadzanego na rynek w latach 1990 2005 oraz prognoza na lata 2006 2010 [8]. Z przedstawionych danych wynika, że strumień odpadów EiE wprowadzanych na rynek z roku na rok wzrasta i tendencja ta wg prognoz utrzyma się. Strumień ten w 2010 roku w porównaniu do roku 1990 wzrośnie 4-krotnie.[4] 2.2. Charakterystyka jakościowa urządzeń złomu elektrycznego i elektronicznego. Odpady sprzętu elektronicznego i elektrycznego składają się głównie z metali i tworzyw sztucznych. Metale to przeważnie żelazo oraz metale nieżelazne takie jak miedź, aluminium, cynk, nikiel i ich stopy, cyna, ołów, a także niewielki ilości metali szlachetnych takich jak złoto, srebro, platyna, pallad, rod[1]. Grupa tworzyw sztucznych zawarta w odpadach EiE to około 80 rodzajów różnych tworzyw. Jest to miedzy innymi polistyren (PS), kopolimer akrylonitrylu, butadienu, styrenu (ABS), poliamid (PA), polichlorek winylu (PVC), poliolefiny (polietylen PE, polipropylen PP), poliuretany (PUR) oraz tworzywa termoutwardzalne (PF, MF, UF, UP, EP, FF, SI). Pozostałe niemetale to drewno oraz ceramika[9]. W tabeli 2 przedstawiono procentowy udział tworzyw sztucznych oraz metali w drobnym sprzęcie AGD. Tabela 2. Udział procentowy tworzyw sztucznych oraz metali w drobnym sprzęcie AGD. Składnik Czajnik bez Ekspres do Suszarka do Młynek do Żelazko Odkurzacz prze. kawy włosów kawy Tw. szt. 60,6 46,9 36,2 28,8 24,5 14,6 Metale 20,7 9,8 42,8 61,5 44,5 66,3 2.2.1. Charakterystyka ilościowa i jakościowa sprzętu komputerowego

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) 89 Do sprzętu komputerowego zaliczamy jednostkę centralną komputera wraz z jej poszczególnymi elementami, monitor, mysz komputerową, klawiaturę drukarki, skanery oraz serwery. Głównymi grupami materiałów, z których zbudowany jest sprzęt komputerowy jest metal, tworzywo sztuczne, metal + tworzywo sztuczne, podzespoły elektroniczne [10]. Tabela 3. Udział procentowy poszczególnych rodzajów materiałów odzyskanych po procesie demontażu sprzętu komputerowego [10]. Rodzaj sprzętu jednostka centralna: Składniki [%] tw. szt. metale metal + tw. szt. szkło podzespoły elektroniczne karta graficzna - - 14,3-85,7 karta dźwiękowa - - 25,0-75,0 dysk twardy 1,0 86,9 - - 12,1 zasilacz 11,1 53,3 1,5-34,1 stacja dyskietek 3,6 57,8 6,0-32,6 monitor 13,1 7,7 12,0 53,4 13,8 mysz komputerowa 66,7-23,3-10 klawiatura 55,8 1,4 30,8-12 drukarka 44,5 45,4 3,8-6,3 W grupie sprzętu komputerowego największy udział posiadają tworzywa sztuczne. Średnia wartość dla tej grupy to 37%. W przypadku myszy komputerowej, klawiatury i drukarki średni udział tworzywa sztucznych wzrasta do ok. 56%. Drugą grupę pod względem udziału zajmuje grupa metali. Średnia wartość wynosi 26%. Dla podzespołów jednostki centralnej wartość ta przekracza 50%, a w przypadku dysku twardego jest to ok. 87%. Średni udział podzespołów elektronicznych wynosi ok. 11%, lecz w przypadku karty graficznej i dźwiękowej udział wzrasta do ok. 80% [10]. 3. Postępowania z odpadami sprzętu komputerowego 3. 1. Technologia mechanicznego przerobu złomu komputerowego z zastosowaniem rozdrabniacza typu Shredder Technologia polega na mechanicznym przerobie złomu w urządzeniu strzępiącym typu Shredder oraz w procesach separacji. Odpady sprzętu komputerowego przed przerobem mechanicznym poddaje się procesowi demontażu, gdzie usuwa się elementy niebezpieczne dla środowiska takie jak kineskopy, które należy przerabiać oddzielnymi metodami. Procesowi demontażu poddaje się również elementy niemetaliczne (głównie obudowy),

90 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) które w łatwy sposób można wydzielić bez konieczności strzępienia razem z płytkami PCB. Następnie wymontowuje się elementy metaliczne np. obudowy stalowe i aluminiowe, które mogą być materiałami handlowymi bez procesu strzępienia. Pozostałe elementy zespolone, poddaje się procesowi strzępienia i granulacji. 3.1.1. Linia strzępienia i separacji powietrznej otrzymanych granulatów Złom do linii strzępiąco-separującej podawany jest za pomocą ładowarki. Następnie za pomocą podajnika wibracyjnego i taśmy sortowniczej podawany jest do strzępiarki. Rozdrabnianie wstępne złomu elektronicznego odbywa się w strzępiarce "Shredder", przy zastosowaniu rusztu o oczkach 25 110 mm lub 40 110 mm. Do strzępiarki materiał podawany jest za pomocą przenośnika taśmowego, stanowiącego jednocześnie stanowisko separacji ręcznej, gdzie usuwane są elementy niebezpieczne i niepożądane. Rozdrobniony materiał spada przez ruszt na przenośnik taśmowy, gdzie kierowany jest do separatora komorowo - powietrznego. Nad taśmą pomiędzy strzępiarką, a separatorem powietrznokomorowym 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. Rozdrobniony materiał wpada w silny strumień powietrza, gdzie zostają usunięte zanieczyszczenia niemetaliczne. W wyniku przerobu otrzymuje się frakcje metali lekkich (aluminiowe), frakcje metali ciężkich (Cu, mosiądz, brąz, cynk), oraz żelazo. Podzespoły zawierające metale szlachetne, po procesie granulacji i separacji są materiałem handlowym lub kierowane mogą być bezpośrednio do procesu hydrometalurgicznego celem odzysku metali szlachetnych [11,12]. W celu otrzymania handlowych granulatów polimetalicznych lub materiału będącego wsadem dla stopów gatunkowych uzyskane frakcje ciężkie na wcześniej omówionej linii technologicznej poddaje się dalszej separacji z zastosowaniem separatora elektrodynamicznego i ciężkich cieczy [11,12].

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) 91 WSAD żelazo, duże elementy i niebezpieczne SORTOWANIE RĘCZNE STRZĘPIARKA SHREDDER pył żelazo SEPARATOR MAGNETYCZNY SEPARATOR KOMOROWY pył SEPARATOR POWIETRZNO-OBROTOWY pył frakcja metali ciężkich frakcja metali ciężkich Rys. 2. Schemat instalacji do przerobu złomu EiE z zastosowaniem rozdrabniacza Shredder 3. 1. 2. Separacja elektrodynamiczna (separator linearny) Granulat po rozdrobnieniu złomu elektrycznego i elektronicznego, w którego skład wchodzą metale oraz niemetale w pierwszym etapie wpada na separator magnetyczny bębnowy gdzie usuwana zostaje frakcja magnetyczna. W dalszym etapie granulat zawierający metale nieżelazne i niemetale podawany jest za pomocą taśmy do separatora bębnowego z wirującym polem magnetycznym. W cząstkach znajdujących się w

92 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) wirującym polu magnetycznym indukuje się pole magnetyczne, które nadaje cząsteczce metalowej przyspieszenie w kierunku prostopadłym do jej ruchu własnego lub ruchu pola. Przyspieszenie to powoduje odrzucenie cząsteczki w kierunku poprzecznym do jej ruchu. W zależności od bezwładności cząsteczki (gęstości, wielkości ziarna i przewodności właściwej) odległość, na którą będzie odrzucona jest większa lub mniejsza. Na bębnie tym w pierwszym etapie wydziela się frakcję metali nieżelaznych od frakcji niemetalicznej. Następnie zmienia się częstotliwość wirującego pola magnetycznego dla rozdzielenia frakcji zawierającej miedź i jej stopy oraz frakcji aluminiowej i jego stopów. W rezultacie po separacji na separatorze elektrodynamicznym otrzymuje się 4- frakcje: - magnetyczną, - Cu + stopy, - Al + stopy, - niemetaliczną. Najlepsze rezultaty separacji granulatu na separatorze elektrodynamicznym otrzymuje się, gdy cząstki metalowe posiadają zbliżoną wielkość i postać, co daje proces przesiewania. Dlatego przed separacją elektrodynamiczną granulat polimetaliczny poddaje się często procesowi przesiewania na sitach otrzymując zbliżone frakcje sitowe, które oddzielnie poddaje się separacji elektrodynamicznej [12]. 3.1.2. Separacja w cieczach ciężkich Separacja w cieczach ciężkich polega 2 stopniowym rozdziale frakcji lekkich od ciężkich. W pierwszym etapie usuwa się frakcje niemetaliczne stosując ciecz o ciężarze właściwym 1,7-2,0 g/cm 3, następnie w drugim etapie usuwa się frakcję aluminiową stosując ciecz o ciężarze właściwym w granicach 2,7-3,1 g/cm 3. Pozostałość, czyli frakcja tzw. opadająca stanowi frakcję miedzionośną [12]. 3.2. Recykling odzyskanych surowców Większość odpadów EiE można poddać recyklingowi jednakże w praktyce nie zawsze okazuje się to łatwe i możliwe. Poniżej omówione zostaną możliwości recyklingu niektórych składników wchodzących w skład zużytego sprzętu EiE. 4.1. Recykling drewna Drewno odzyskane w procesie unieszkodliwiania odpadów EiE, z powodu utraty odpowiednich właściwości wytrzymałościowych nadaje się jedynie do recyklingu surowcowego lub energetycznego. Recykling materiałowy drewna polega na wykorzystaniu go przy produkcji płyt wiórowych. Natomiast celu wykorzystania energetycznego, a zwłaszcza drewno nasączone substancjami do konserwacji i impregnacji można spalać bezpośrednio w kotłowniach lub termicznie unieszkodliwiać z odpadami komunalnymi. 4.1.1. Recykling metali Wszelkiego rodzaju metale nieżelazne i ich stopy zawarte w odpadach sprzętu EiE w różnych postaciach (płytki obwodów drukowanych, kable) miedź, aluminium czy ołów mogą być wykorzystywane w zakładach przetwórczych lub w hutach odpowiednich metali, gdzie zostaną przetworzone na pełnowartościowe produkty [8]. 4.1.2. Recykling tworzyw sztucznych.

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) 93 W urządzeniach EiE udział wagowy tworzyw sztucznych kształtuje się w granicach 10 do 80%. Brak jednak dominującego tworzywa. Zakłada się, że obecnie stosuje się około 80 rodzajów tworzywa sztucznego [8]. Przeważnie są to materiały takie jak: PS, ABS, PP, PE, PA, PU, TU i inne. Odpady te można poddać recyklingowi surowcowemu lub materiałowemu jak również mogą być spalane z odzyskiem energii [8]. Problemem z zagospodarowaniem tworzyw sztucznych jest znalezienie na nie odbiorcy. Odbiór następuje tylko przy dużych ilościach. Wiąże się to z potrzebą posiadania dużej powierzchnie magazynowej, gdyż stosunek wagi do objętości jest mały. Waga 1m 3 waha się średnio w granicach 25-40 kg. Poza tym cena mieszanki tworzyw sztucznych jest stosunkowo mała [7]. 4.1.3. Recykling płytek drukowanych Płytki drukowane są elementem składowym każdego urządzenia EiE. Głównymi grupami materiałów, z których zbudowana jest każda płytka są materiały organiczne, metale i ceramika. Otrzymany po rozdrobnieniu płytki granulat poddawany jest operacja mającej na celu odzysk głównie metali. Z jednej tony płytek możliwe jest odzyskanie ok. 100-200 kg miedzi, 50-100 kg żelaza, 10-50 kg ołowiu, 10-30 kg niklu, 0,5-3 kg srebra, 0,04-0,3 kg palladu oraz 0,003-0,01 kg złota [8]. 4.1.4. Recykling kineskopów Największym problemem jest recykling kineskopów. Nie ma firmy w Polsce, która przyjmowała by samych wydzielonych kineskopów do utylizacji. Koniecznością jest więc posiadanie własnej linii, której koszt zakupu jest bardzo duży. Nawet po rozdzieleniu surowców z kineskopu zostaje problem znalezienia odbiorców na nie. Na chwile obecną jedyną możliwością jest magazynowanie lub składowanie na składowiskach odpadów niebezpiecznych. W procesie recyklingu kineskopu odzyskuje się głównie luminofor, szkło oraz metal. Szkło zajmuje ok. 80 % objętości kineskopu. Obecnie wykorzystywane jest szkło ołowiowe oraz szkło barowe i strontowe. Wewnętrzna strona ekranu jest pokryta warstwą pierwiastków ziem rzadkich. Szkło ołowiowe i luminofor przekazywane jest do przedsiębiorstw produkujących nowe kineskopy i powtórnie wykorzystywane. Natomiast szkło stożkowe jest poddawane procesowi czyszczenia i ponownie może trafić do hut szkła [8]. 5. Podsumowanie Produkcja urządzeń elektronicznych jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin współczesnej gospodarki. Wzrost liczby wprowadzanego na rynek sprzętu elektrycznego i elektronicznego prowadzi do pojawiania się proporcjonalnej ilości zużytego sprzętu tego rodzaju. W Polsce obowiązuje Hierarchiczny Model Gospodarki Odpadami. Jest to rozwiązanie mało elastyczne, które sprawia, że niekiedy całkowity wpływ na środowisko nie jest wcale najmniejszy z możliwych do osiągnięcia. Dlatego też wielu autorów sugeruje przejście do Zintegrowanego Systemu Gospodarki Odpadami, gdzie wszystkie procesy będą oceniane indywidualnie w oparciu o filozofię LCA. Zintegrowane systemy gospodarki odpadami powinny objąć swym zasięgiem recyklingu wszystkie strumienie odpadów w tym odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego.

94 Literatura Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 10(2009) [1] Goździewicz B., Witkowska-Kita B., Analiza rodzajów i ilości odpadów odzyskanych po procesie demontażu sprzętu elektrycznego elektronicznego nie nadających się do ponownego zastosowania, III Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna EKOLOGIA W ELEKTRONICE, Materiały konferencyjne, PIE, październik 2004 Warszawa. [2] Kozłowski J., Czyżyk H., Zagospodarowanie złomu zespolonego metali pochodzących z odpadów urządzeń elektrycznych i elektronicznych, Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, vol.38, nr 3, maj-czerwiec 2004 [3] Kozłowski J., Czyżyk H., Odzysk materiałów użytecznych ze złomowanych urządzeń elektronicznych na przykładzie komputerów, III Krajowa Konferencja Naukowo- Techniczna EKOLOGIA W ELEKTRONICE, Materiały konferencyjne, PIE, Warszawa, październik 2004. [4] Pikoń K., Hierarchiczny i zintegrowany model gospodarki odpadami, Środowisko i Rozwój nr 16 (2/2007), s. 99-110, Wyd. Wyższej Szkoły Ekonomii i Administracji w Bytomiu 2007, s 41-54, ISSN 1641-7186. [5] Alwaeli M., Recykling surowców wtórnych z odpadów komunalnych, AGO i Ochrony Środowiska. (vol. 1/ 2005), s. 43-53, ISSN 1733-4381. [6] Pikoń K. Environmental Impact of combustion Applied Energy 75 (213-220), Elseiver 2003 [7] Alwaeli M., Konieczny T., Recykling odpadów sprzętu elektronicznego i elektrycznego na przykładzie wybranej instalacji, praca niepublikowana pod kierunkiem M. Alwaeli, 2007, Gliwice. [8] Czaplicka-Kolarz K., Machnicka-Hławiczka M., Rejman-Burzyńska A., Stan i perspektywy zagospodarowania tworzyw sztucznych ze zużytych urządzeń elektrycznych i elektronicznych, III Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna EKOLOGIA W ELEKTRONICE, Materiały konferencyjne, PIE, październik 2004 Warszawa. [9] Sprawozdanie Nr 1/2.7/NG z realizacji Projektu Celowego Zamawianego PCZ-o13-26 pt.: Krajowy system zbiórki i utylizacji wycofanych z eksploatacji urządzeń elektrycznych i elektronicznych, Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, listopad 2003. [10] Kozłowski J., Czyżyk H., Mazurek T., Przerób złomu elektronicznego i elektrycznego metodą rozdrabniania i separacji grawitacyjnej Materiały I Krajowej Konferencji Naukowo-Technicznej Ekologia w Elektronice, październik, 2000 Warszawa. [11] Maciuła J., Gospodarka odpadami elektronicznymi w Polsce, praca niepublikowana pod kierownictwem K. Pikonia, 2007, Gliwice.