Elektromos és elektronikai hulladékok kezelése I. Az E-hulladékok jellemzői I.1. Az E-hulladék definíciója, csoportosítása (Meghatározások: a 264/2004. (IX. 23.) Korm. rendelet 2. §, a–c pontjai és a 2000. évi XLIII. törvény 3. §-a) Def.: az elektromos és elektronikai berendezés legfeljebb 1000 V váltakozó feszültségű, illetve 1500 V egyenfeszültségű árammal működő berendezés, (amelynek rendeltetésszerű működése elektromágneses mezőktől vagy villamos áramtól függ, ideértve az elektromágneses mező, illetve villamos áram előállítását, mérését, átvitelét biztosító eszközöket is). Háztartási elektromos berendezés. Történelmi hulladék (2005.VIII.13 előtt gyártott). Veszélyes hulladék.
A háztartási elektromos berendezések csoportosítása: 1. Háztartási nagygépek („fehér áruk”) 2. Háztartási kisgépek 3. Információs (IT) és távközlési berendezések 4. Szórakoztató elektronikai cikkek (3.+4. együtt „barna áruk”) 5. Világítótestek, kivéve a normálizzók, halogénizzók és a háztartásban használt lámpatestek 6. Elektromos és elektronikus barkácsgépek, szerszámok, kivéve a helyhez kötött, nagyméretű ipari szerszámok 7. Játékok, szabadidős és sportfelszerelések 8. Orvosi berendezések, kivéve a beültetett és a fertőzött orvosi berendezések 9. Ellenőrző, vezérlő és megfigyelő eszközök 10. Adagoló automaták
1
I.2. Az E-hulladékok összetétele
Vasfém+műanyag együtt 70%! NYHL (ami gazdag nemesfémekben) csak 2%.
Fehér áruk: nagy tömegű készülékek, fő tömegük fém (főleg vas), kevés elektronika (hűtőberendezések külön csoport (zárt rendszerben visszanyerendő hűtőközeg) Kisgépek: fő tömeg az elektromos motor, kevés (növekvő mennyiségű) elektronika Barna áruk: nyomtatott áramkörök jelentős részben, képernyős berendezések: 50-55 % képcső üveg, 20 % műanyag, 16 % elektronika
Az értékesíthető anyagok (bevétel lehetősége): • fémek • NyHL • papír • fa Kezelendő anyagok (a veszélyes anyagtartalom miatt kezelési díj!): • képcsövek • hűtőgépek • kondenzátorok • akkumulátorok, elemek
Műanyagok: Sokfélék (pl. ABS (akrilnitril-butadién-sztirol, vegyes polimer), PS (polisztirol) és PC (polikarbonát)) 2
Sűrűségük alapján a fémektől jól elkülöníthetők, de „tiszta” műanyagok előállítása már speciális technológiákat igényel(ne). Jelentős részük veszélyes hulladék (bróm tartalmú égésgátló, fémtartalmú festékbevonat). Jelenleg a műanyagok válogatva (idegen anyagot nem tartalmazva) anyagukban hasznosíthatók, de válogatatlanul csak égetőművekben (pl. cementgyár) kerülnek energetikai hasznosításra,
II.Az E-hulladékokkal kapcsolatos technológiai lépések II.1. Begyűjtés A háztartási elektromos és elektronikai berendezések (HEEB) begyűjtése történhet 1. Más hulladékokkal együtt (pl. lomtalanítás) 2. Elkülönítve: D,A,CH,NL
Gyűjtési rendszerek: 1. Hulladékudvar: Nagygépek 30 m3-es, járműre gördíthető acél konténerben, kisgépek 0,8 m3-es ládákba 2. Gyűjtőjáratok (évi 1-2 alkalommal): Kisebb berendezésekre. Drága, de tiszta frakciót ad, és a lakosságnak kényelmes. 3. Gyűjtőszigetek: Kerülendő E-hulladékok esetén. A felügyelet hiánya miatt a tartályba nem illő anyagok bedobása, vonzó a „hulladékturistáknak” (kivétel veszélye). Veszélyes hulladékok nálunk így nem gyűjthetők.
II. 2. Válogatás, szétszerelés Tárolóeszközök (átmeneti tárolás, mozgatás): -műanyag (PE) konténerek (2.ábra): raklapemelő villával mozgatható, egymásra rakható, szabványos (EU raklapoknak megfelelő) alapterületű, V=0.5 m3, mmax=500 kg -Big Bag zsák (3. ábra): sűrű szövésű műanyagszálból (PP), négyzet alapú, négy emelőfül. V=1-3 m3, mmax=500-2000 kg
3
2.ábra PE konténer
3.ábra Big Bag zsák
Szétszerelés kézi bontóüzemekben A kézi bontás eszközei az (elektromos) berendezések alkalmi javításainál alkalmazott szerszámok, pl.: csavarhúzó, fogó, satu, fúró- és vágógépek, stb. Gazdaságosság! Az értékesítési lehetőségek és a bontási műveletek munkaigényességének függvényében kell dönteni, hogy milyen berendezéseket milyen mértékig és milyen módszerrel (roncsolásos, roncsolásmentes) érdemes szétbontani. A kinyert frakciók értékének fedeznie kell a ráfordított élőmunka költségét! Hangsúly a nagy értékű anyagokat (nemesfémeket, sok nehéz- és könnyűfémet) tartalmazó eszközökön. Kézi
bontással
sokkal
tisztább
frakciók
nyerhetőek,
mint
gépesített
aprítási
technológiákkal.
Speciális kezelést igénylő készülékek bontása -Hűtőgépek: hűtőközegek szerinti válogatás, majd a hűtőközeg gáz és a gépekben lévő olajok biztonságos leszívása, ezután aprítás. A poliuretán-szigetelésből a feldolgozás során veszélyes (üvegházhatású) gázok válnak ki, ezért az aprítást zárt rendszerben, a gázok biztonságos elvezetésével kell megvalósítani.
-Katódsugárcsöves monitorok, TV készülékek: a képcső illetve a kadmiumot is tartalmazó, a képcső belső felületén lévő porbevonat jelent problémát. A képcső kiszerelése után a többi rész a többi E-hulladékkal együtt kezelhető. A régebbi készülékeknél a műanyag burkolatot is el kell különíteni, azok égéskésleltető tartalma miatt. A képcsövek a frontüveg leválasztására tervezett célberendezéseken ólomüveg és káliüveg frakcióra bonthatóak. 4
II.3. Aprítás A gépi bontást megelőzően kézi előkészítés szükséges: - az újrahasználhatóság vizsgálata, -a gépi bontás során környezetszennyezést, vagy a gép károsodását okozó anyagok eltávolítása. Gépesített bontás, aprítás A gépi aprítás célja: -a kötések felszakítása révén hozzáférhetővé tenni az eszközök belső részeit, -az alkatrészeket anyagukban lehetőleg egynemű, válogatható részekre bontani. Minden gépi aprítási művelet szerszámkopással és energiafelhasználással, esetenként jelentős anyagveszteséggel (nemesfémek) jár, így mértékét a szükséges minimumra kell korlátozni. Az energiaigényt meghatározza: -az anyagtípus (szemcseméret eloszlás, keménység stb.), -a kívánt aprítási fok, -az anyag nedvességtartalma. A technológiát aprítási próbák alapján, a szétválasztási módszerrel összhangban választják ki. E-hulladék aprítására leggyakrabban forgó, vagy álló és forgó kések között, illetőleg különböző zúzó szerkezetek révén kerül sor. A gépek betétei (élek, kések) cserélhetők.
Anyag szerinti gépi válogatás (aprítás után) Cél az előaprított anyag szétválasztása értékesíthető frakciókra. A szétválasztás történhet: - az anyagok elektromágneses tulajdonságai, -sűrűségkülönbség, -a különböző tartományokban visszavert fény vizsgálata alapján.
II.4 Anyagazonosítási módszerek Az alkatrészek illetve az anyagok újrahasznosításához szükséges a beépített sokféle anyag azonosítása. A szétválasztandó fő anyagtípusok: • Fémek: acél (vas), korrózióálló acél, alumínium, réz, rézötvözet 5
• Műanyagok: tiszta, egynemű műanyagok, klórmentes műanyagok keveréke, PVC • Üveg: ólommentes, ólomtartalmú • Fa Kézi bontásnál, illetve a durva darabolás utáni kézi válogatásnál a fenti főcsoportok könnyen szétválaszthatók, amennyiben a kötések bonthatók.
Szemrevételezés Fémek: -A korrózióálló acél fényes, sima felületű. -Az alumínium és alumíniumötvözetek (Mg, Mn, Cr, Cu stb) színe matt, ezüstszürke. A láthatóan öntött alkatrészek biztosan magas Si tartalmúak. -Az ötvözetlen (vörös-) réz vörös, míg a pl. a cinkkel ötvözött réz sárgás színű. A különböző ötvözésű (ón, ólom) bronzok színük alapján nehezen különböztethetők meg a sárgaréztől. -A cink ötvözetek is felismerhetőek színükről, valamint törékenységükről.
A műanyagok, az üveg és a fa megjelenése alapján egyértelműen elkülöníthető a fémektől.
A fémek azonosítása - Sűrűségmérés: 1 dm3-es mérőhengerbe bemért vízbe tett fém által okozott tömeg- és térfogatnövekedést mérik. - Cseppelemzés: A tisztított, zsírtalanított fémfelületre kis mennyiségű oldószert juttatnak, mely reakcióba lép a fém felületével, majd a fémfelületről eltávolított oldatot vizsgálják (az egyes ötvözők jelenléte kimutatható, mennyiségük közelítőleg meghatározható). - Szikrapróba: Vasalapú ötvözetek széntartalmának meghatározása. A vizsgálandó anyagot gyorsan forgó csiszolókoronggal hozzuk érintkezésbe. A keletkező apró forgácsok a súrlódás következtében felmelegednek, és röptükben elégnek, így pályájuk fényes vonalként látható. A részecskék elégésekor a széndioxid robbanásszerűen képződik, ettől az izzó vonalak csillagszerűen elágaznak. Minél nagyobb a vizsgált minta széntartalma, annál több csillagszerű elágazás keletkezik. - Azonosítás spektrofotométerrel: Emissziós színkép elemzés: az elemzendő anyag egy részét elgőzölögtetjük, atomjait gerjesztjük. A gerjesztett atom a felvett energiát fény formájában leadja. A kisugárzott fény hullámhossza a gerjesztett atomra, intenzitása az adott elem koncentrációjára jellemző. 6
III. Nyomtatott huzalozású lemezek (NyHL-ek, NyÁK-ok) Az E-hulladékok csaknem mindegyikében van NyHL, ami egy szigetelő lemez felületére felvitt, fémfóliából kialakított forrasztási pontok, és ezeket összekötő vezető sávok hálózata. Az alkatrészek a forrasztási pontokra vannak felvive. A lemezek lehetnek merevek vagy hajlékonyak, egy- vagy több rétegűek. A szigetelő lemezek általában fenol- vagy epoxigyanta alapúak, cellulóz papír, vagy üvegszövet vázanyaggal megerősítve. Általában 40 % fémet, 30 % műanyagot és 30% kerámiát tartalmaznak. Részarányuk az E-hulladékok között fokozatosan növekszik. Veszélyes anyagokat (pl. nehézfémek) tartalmaznak. Réz- és nemesfémtartalmuk megfelelő újrahasznosítást alkalmazva gazdaságosan kinyerhető.
III.1 AzNYHL-ek jellemző összetétele és fémtartalma Az NyHL-ekben a fémek közül a réz aránya a legnagyobb (17. és 18. ábra), hiszen jó vezetőképessége mellett viszonylag olcsó. Nemes- (Au, Ag, Pt, Pd), valamint mérgező fémek (Be, Hg, Ba, Cd, As) is előfordulnak benne.
17. ábra: Alkatrészekkel sűrűn beültetett NyHL átlagos összetétele
Az NyHL majdnem fele műanyag – ám mivel ez hőre keményedő, és többnyire halogénezett égésgátlókat is tartalmaz, anyagában nemigen hasznosítható. Elméletileg az üveg- és kerámiarészek feldolgozása is lehetséges. 7
18. ábra: NyHL jellemző fémtartalma
Mérgezőségi Potenciál Mutató (Toxicity Potential Index) Az elektronikai termékek összetevőinek potenciális káros környezeti hatásait számszerűsíti tömegegységre vonatkoztatva. Alapja a jogszabály szerinti besorolás: – Veszélyes alkotók deklarációja („R-mondatok”) – Megengedett munkahelyi koncentráció – Vízszennyezési besorolás Az egyes alkatrészek, termékek ΣTPI értéke a felhasznált anyagok tömegének és TPI-je szorzatának összege. Néhány nagy TPI értékű anyag: Cr2O3 (73 mg-1) Ni és vegyületei (42,5), Ag (37,8), Co (33,7), Pb (20,8), forrasz (9). A rézé csak 1,6.
A kis koncentrációban előforduló, de nagy fajlagos TPI-jű összetevők (Ni (20%), Ag (17%), forrasz (4%)) nagy arányban veszik ki részüket a NYHL-ek (és mobiltelefonok) teljes toxicitásából. A réz aránya 45 % (magas (15) tömeg%-a miatt). A forrasztóón is tekintélyes tömeget képvisel, ami a feldolgozást nehezíti, hiszen termikus, vagy pirometallurgiás feldolgozás esetén a forrasz ólomtartalma elpárolog. A forrasztóón ólomtartalma miatt a lapokat veszélyes hulladékként kell kezelni. A jelenleg gyártott NyHLek már nem tartalmaznak ólmot, a forrasztóanyag vagy tiszta ón, vagy ón-ezüst ötvözet. Emellett ragasztott kötéseket is próbálnak alkalmazni, amelyek bontása könnyebb a forrasztottnál.
8
Halogénezett égésgátlók A halogénezett égésgátlók a NyHL-ben, gépházakban, burkolatokban találhatók. Akut toxicitásuk csekély, de többségük rákkeltő. Előállításuk és hőkezelésük során belőlük dioxinok és furánok keletkezhetnek. A tendenciózus miniatürizálással az alkatrészekben – így a NyHL-ok egészében – nő az ártalmas anyagok koncentrációja.
Új típusú, környezetbarát NYHL (TWINflex®, Würth Elektronik) Folyékony kristálypolimereken vagy polyimideken alapuló, hajlékony nyomtatott áramköri lapok, MicroVia technológiával. Rugalmas forma és funkció: alkalmas nagy sűrűségű rugalmas, félrugalmas és 3D áramkörök gyártására. A nyomtatott áramköri fóliák homogén műanyag és fém hordozókra rögzíthetők. A hagyományos rétegelt NYHL-lel szemben a hordozó és az áramkör (a mechanikai és elektronikai funkciók) elkülönülnek. Környezeti szempontok: - Az értékes anyagok (pl. nemesfémek) hatékonyan visszanyerhetők. - A további anyagok könnyen elkülöníthetők és hasznosíthatók előkészítés nélkül. - Az életciklus végén jelentkező költségek a könnyű szétválaszthatóság miatt lecsökkennek. - A gyártás során alkalmazott veszélyes anyagok mennyisége lényegesen csökkenthető.
III.2 Az NYHL-ek feldolgozási lehetőségei A feldolgozást meg kell előznie a NyHL-k kiszerelésének az elektromos berendezésből. Ez leggyakrabban kézi módszerekkel történik, de egyre elterjedtebb a gépi szétszerelés alkalmazása is. A robot általi szétbontás előnye, hogy az alkatrészeket sérülés nélkül választják le, így ezek elvileg újrahasználhatók. Így azokat az alkatrészeket is vissza lehetne vezetni, melyeket más módszerekkel csak szerkezeti anyag szinten hasznosítanának Az egyes elemek rögzítése az NyHL-en: – felületszerelt (Surface Mounted Device, SMD) – keresztüldugaszolásos (Through Hole Device, THD) Gépi szétszerelési módok: 9
- „look and pick” (megvizsgál és leszed): az automatika egy képfeldolgozó egységen keresztül azonosítja az alkatrészt, majd leválasztja a NyHL-ról, megfelelő frakcióba helyezve. Rendkívül értékes, vagy eltérő kezelést igénylő alkatrészek esetén kifizetődő. Nem alkalmas az összes beépített alkatrész felismerésére és eltávolítására. - „evacuate and sort” (eltávolít és osztályoz): előbb leszedik az összes alkatrészt, csak ezután szortírozzák. Kifejlesztették mindkét féle rögzítési mód oldására. Egy infravörös fűtőegységet is közbeiktatva a forrasztóón visszanyerésére is alkalmas. Főbb egységei: NyHL rögzítő (megfogó), IR fénnyel fűtő (180 ºC), leszerelő.
A nemesfémtartalom kinyerési technológiát az határozza meg, hogy a nemesfém a hulladék felületén, vagy annak belsejében (az oldószerek által nem hozzáférhető helyen) található: a. A nemesfém a hulladék felületén van (galvanizált aranyréteggel bevont gyengeáramú csatlakozó elemek, kontaktusok): azonnal szelektív aranyoldás pl. cianidokkal (nem oldják az aranyréteg alatt lévő alapfémet, például vörös- és sárgarezet). b. A nemesfém nem hozzáférhető helyen van: Lehetőségek: 1. Darálás, majd oldás 2. Rézkohászati feldolgozás (gyakoribb).
Termikus módszerek (kohászat, égetés, pirolízis) a. Kohászati módszerek: A fémek leolvasztása a NYHL-ről. A réz a legjobb összegyűjtője a nemesfémeknek, a hulladékban lévő összes nemesfém veszteség nélkül beoldódik a rézbe. A leolvasztással kapott, formába öntött és megszilárdult olvadékból elektrolízissel elválasztják a rezet, majd az így kapott anódiszapból nyerik ki a nemesfémeket. Európában 3 speciális rézkohó (S,B,D) az E-hulladékokból származó színes- és nemesfémek hasznosítására. Technológiai lépések: 1. Darálás (porszennyezés megelőzése!) 2. A meddő anyagok leválasztása ill. olvasztás: a. vasfémek eltávolítása, b.
a szerves anyagok (műanyagok) elégetése: vegyes fémolvadék (fekete réz) keletkezik. 10
3. A fekete réz elektrolízise: a réz különválik a nemesfémektől. 4. Az anódiszapban maradó nemesfémek egyenkénti kinyerése. b. Égetés: A fémek a nyákok szilárd égetési maradékából (salak) nyerhetők ki. c. Pirolízis: oxigénmentes közegben, a károsanyag kibocsájtás kisebb az égetéshez képest.
Hidrometallurgiai (nedveskémiai) eljárások A fémek savakban vagy lúgokban történő feloldásán alapulnak. A nyákról a Ni és Cu leoldása salétromsavval, az Au pelyhek (megfelelően magas hőmérsékleten (90 °C)) maguktól elkülönülnek a lapkákról, és nagy tisztaságban (98%) kinyerhetők.
Irodalom REC-LAB Elektro RECycling Kompetencia LABor: Elektro-Recycling Kézikönyv 1.0 (Vasvári Bálint, Vidák Gábor, Dajka Roland, Bognárné Pápai Márta, Dr. Csizmazia Ferencné, Dr. Kirchfeld Mária) Szende Balázs: Elektromos és elektronikai hulladékok kezelése és a nemesfémek kinyerése, Diplomamunka, BME VBK, 2009, témavezető: Dr. Pál Ferenc.
11
