Утилизация продуктов производства электроники (печатных плат)

 

2.2 Контроль твердых отходов

Материалы относятся к твердым отходам, если их ликвидируют, сбрасывают, сжигают, прокаливают или накапливают, хранят и обрабатывают перед ликвидацией или вместо нее. Опасные отходы обычно характеризуются: воспламеняемостью, коррозионностью, химической активностью, токсичностью. В зависимости от характеристики опасного материала или отхода применяются разные средства контроля. Сжигание - распространенный альтернативный вариант обработки остатков растворителей и металлических отходов изготовления печатных плат и полупроводниковых приборов.

Сжигание. Сжигание (догорание) или термическое разрушение стало распространенным методом обработки воспламеняющихся и токсичных отходов. Во многих случаях воспламеняющиеся отходы (растворители) применяются в качестве топлива (топливной смеси) в термических и каталитических печах для сжигания отходов. При правильном сжигании растворителей и токсичных отходов обеспечивается полное окисление топлива и превращение горючего материала в двуокись углерода, воду и золу, тем самым не оставляя остатков опасных отходов. Обычно для сжигания отходов используются термические и каталитические печи. Выбор типа печи зависит от температуры горения, характеристик топлива и времени горения. Термические печи для сжигания отходов работают при высоких температурах и широко применяются с галогенными соединениями. К термическим печам для сжигания отходов относятся такие виды печей, как ротационная печь для обжига или сушки, флюидизационная установка с инжекцией жидкости и фиксированным очагом, а также другие усовершенствованные в конструкторском отношении печи. В каталитических печах для сжигания отходов горючие материалы (например, летучие органические соединения) окисляют путем пропускания потока нагретого газа через слой катализатора. Слой катализатора максимизирует площадь поверхности, и с помощью пропускания потока нагретого газа через слой катализатора сгорание может происходить при более низкой температуре, чем при сжигании в термических печах.

Представить технологические схемы утилизации твердых отходов, т.е каталитические, термические печи ит.д.

Эмиссии химических веществ в воздух

Сжигание  также применяется при контроле эмиссий химических веществ в воздух. Кроме того, используются абсорбция и адсорбция.

Абсорбция. Абсорбция воздуха обычно применяется при очистке от коррозионных веществ путем пропускания и растворения загрязненного вещества в нелетучей жидкости, т.е. жидкости, которая испаряется не быстро (например, воде). Поток после процесса абсорбции обычно сливается в систему обработки отработанной воды, где производится регулировка уровня рН.

Адсорбция - это прилипание (при физическом или химическом воздействии) молекулы газа к поверхности другого вещества, которое называется адсорбентом. Как правило, адсорбция применяется для извлечения растворителей из источника эмиссии в воздух. Наиболее распространенные адсорбенты: активированный уголь, активированный корунд и силикагель.

 

2.3 Вторичная переработка

Материалы, которые поддаются вторичной переработке, используются, также повторно, или подвергаются утилизации в качестве ингредиентов в промышленном процессе для изготовления какого-либо продукта. Вторичная переработка материалов и отходов экономически и экологически выгодна, когда речь идет о таких видах отходов, как металлы и растворители. Материалы и отходы могут подвергаться вторичной переработке на предприятии, где они были произведены или поставляются на рынки вторичного сырья. Решение о выборе вторичной переработки как альтернативном варианте ликвидации отходов необходимо принимать, исходя из финансовых соображений, регулирующих положений и имеющейся технологии для вторичной переработки материалов.⁵

Основными поставщиками вторичных ДМ является цветная металлургия, приборостроительная и электронная отрасли промышленности.  В большинстве случаев отходы содержат больше металлов, чем руды, из которых добываются первичное золото, серебро,  платина,  и поэтому их выгодно перерабатывать,  так как использование ценных компонентов,  извлеченных из них,  рентабельно вследствие их высокой стоимости.

Использование вторичного сырья в мировом производстве металлов неуклонно растет. В ряде промышленно развитых стран производство вторичных цветных металлов  (ЦМ) составляет 30…40 % от общего объема производства металлургической промышленности. По оценкам, в США из вторичного сырья производят около 20 % золота и до 30 % серебра, в Европе этот показатель еще выше.

Сбор  и переработка сырья, содержащего  ДМ, является приоритетным направлением: содержание этих металлов во вторичном сырье значительно выше, чем в природном, они высоко ценятся и имеют постоянно высокую ликвидность на рынке. Так как себестоимость производства ДМ из вторичного сырья в 6…10  раз ниже,  чем из первичного,  тонакопленные запасы сырья, особенно военно-промышленного лома, делают его важным источником благородных металлов.

В последнее  время большое значение приобретает  переработка вторичного сырья, бедного по содержанию металлов. Для производства ДМ все более используется многокомпонентный лом, к которому относятся лом военно-технических средств; электронно-вычислительная и электрическая аппаратура, брак и отходы электротехнической,  электронной,  автомобильной и машиностроительной промышленности.

Лом и  отходы продукции радиоэлектронных и электротехнических отраслей промышленности –  богатый источник вторичных ЦМ и ДМ. Особенная ценность электронного и электротехничного лома заключается в том, что это постоянно возобновляемый источник вторичного сырья,  так как техника быстро устаревает и подлежит демонтажу и переработке. До недавнего времени доминирующая роль в ломе электроники принадлежала золоту.  Традиционные платы содержат 0,05…0,09  мас. % золота.  Основные металлы составляют 40 %  от общей массы отходов и представлены медью (50 %), железом (20 %),  оловом (10 %),  никелем,  свинцом и алюминием  (по 5 % каждого)  и цинком (3 %).  В одной тонне электронного лома содержится около 1,8  кг серебра, 930 г золота и 45 г палладия. Многокомпонентный электронный лом не может направляться в плавку без предшествующей первичной обработки с целью выделения отдельных (или группы) компонентов.

Технология  комплексной переработки такого лома обычно включает демонтаж и предварительную сортировку элементов аппаратуры,  измельчение и сепарацию лома, получение чистых металлов и других продуктов или использование полученного вторичного сырья в качестве добавок к первичному сырью. Многокомпонентные отходы можно разделить на три группы по способности к обогащению:

– легко  сепарируются  (микросхемы, транзисторы и т.п., которые покрыты золотом, палладием или серебром);

– трудно сепарируются (лом электронной продукции);

– вовсе  не сепарируются (металлы, сплавы ЦМ).

Первичная обработка многокомпонентного лома обычно заключается в его фрагментации,  дроблении,  измельчении,  которые обеспечивает разделение металлов и неметаллических компонентов с получением механической смеси.

Лом электронной  продукции представляет собой смесь  различных металлов, в частности, меди, алюминия, стали, соединенных, покрытых и смешанных с различными видами пластика или керамики.  Эта смесь разнородна, благородные металлы обычно присутствуют в ней в виде покрытий различной толщины,  припоев и,  в небольших количествах,  в виде компонентов сплавов. ДМ часто используются в контактах телефонных и прочих реле, язычковых переключателях,  кромочных покрытиях и различных печатных схемах компьютеров.

Известны  четыре основных способа переработки  электронного лома:

– механический;

– гидрометаллургический;

– механический в сочетании с гидрометаллургической  переработкой;

– механический в сочетании с пиро- и гидрометаллургическими процессами.

На  практике применяются технологии переработки, как смешанного лома, так и его отдельных узлов  (печатных плат) и элементов  (полупроводниковых приборов). Наиболее широкую известность получили технологии фирм стран Западной Европы: Германии, Франции, Швеции, Швейцарии и др.

 

Глава III. Утилизация продуктов производства печатных плат

 

Обычно  при утилизации используют следующие  технологические маршруты:

• повторное  использование компонентов путем  их демонтажа;

• восстановление материалов посредством их механической переработки, пирометаллургии, гидрометаллургии или сочетания этих технологий.

Бракованные платы, отправляемые в плавильную печь, редко подвергаются какой-либо форме обогащения. Производятся только выборочный демонтаж, сортировка и измельчение демонтированных плат. Компании, занимающиеся утилизацией отходов электроники, довольно часто теряют примерно 10%

драгоценных металлов, даже применяя процессы флотационного  разделения. Потери при переработке плат, содержащих драгоценные

металлы в компонентах, составляют примерно 35%. Известно, что драгоценные металлы в основном присутствуют на выводах компонентов и на контактных площадках плат.

В США  и в Европе существуют специальные  рынки, где продаются демонтированные и восстановленные компоненты плат. Они поступают на рынок с производств, где используют робототехнические системы, обеспечивающие возможность идентификации и демонтажа только тех компонентов, которых недостает на складе. Однако приходится считаться с тем, что быстрое обновление элементной базы и относительно низкая стоимость новых компонентов приведут к серьезному ограничению повторного использования демонтированных компонентов неопределенной давности.

Пиролитическая  обработка обычно включает сжигание и плавление размельченного сырья при температуре примерно 1200 °C. Для этого требуется небольшое количество мазута, так как бóльшая часть энергии обеспечивается за счет сгорания органических компонентов. При этой температуре сгорают органические составляющие отходов, а образующиеся дымы направляются в камеру дожигания, где они теряют свою токсичность при температуре 1400 °C. Остающийся от сжигания конгломерат называется «черным металлом». Он, как правило, представляет собой продукт, богатый медью. Последующая электролитическая очистка и химическая обработка анодного осадка отделяет медь и другие компоненты от драгоценных металлов.

Новые технологии позволяют не сжигать, а  перерабатывать пустые платы в изделия. Например, фирма FUBA (Германия) перевела на коммерческую основу выделение от 92% до 95% металлов из отходов пустых печатных плат за счет использования механических и гидрометаллургических методов разделения (рис. 1). Они включают измельчение, гранулирование, магнитное разделение, классификацию и электростатическое разделение. Совокупность композиций, получаемая от этой обработки, нашла свое применение в изготовлении изделий, имеющих в своем составе большое количество стекловолокна, а также в качестве наполнителей в производстве строительных материалов. Особенно успешным оказалось применение стеклополимерных композиций для производства емкостей и поддонов, стойких к химическому воздействию, по технологии, разработанной фирмой FUBA. Металлические составляющие отходов печатных плат (в основном медь) растворяются в таких выщелачивателях, как серная и азотная кислоты, с последующим электролитическим восстановлением меди.

Рис. 1. Механические и гидрометаллургические методы разделения пустых печатных плат

 

Первичными  источниками отходов являются производители  комплексного оборудования (OEM), производители печатных плат, конечные пользователи (корпоративные или индивидуальные) и фирмы, ведущие демонтаж оборудования. Из этих источников продукция поступает непосредственно к тем, кто занимается утилизацией, для проведения операций по специальному восстановлению, или опосредованно к тем, кто занимается повторным использованием через подрядчиков по сбору (удалению) отходов. Демонтаж компонентов происходит, как правило, вручную и осуществляется как OEM с целью их перепродажи или повторного использования компонентов в сети поставок, так и фирмами, занимающимися повторным использованием. Такой фактор, как стоимость, делает ручной демонтаж уместным только при наличии элементов относительно высокой ценности.

Бракованные печатные платы обычно сортируют по трем категориям, которые отражают количество содержащихся в них драгоценных металлов. Это следующие категории: H— отходы с высоким содержанием драгоценных металлов, M — отходы со средним содержанием и L— отходы с низким содержанием драгметаллов.

• К  категории с низким содержанием  драгоценных металлов относятся  телевизионные платы и блоки  питания, тяжелые трансформаторы с  ферритовыми сердечниками и большие алюминиевые теплоотводы; обрезки ламината тоже считаются материалом с низким содержанием драгметаллов.

• К  отходам средней категории относится  высоконадежное оборудование с содержанием драгметаллов в разъемах с небольшим количеством установленных компонентов, таких как алюминиевые конденсаторы и т. п.

• К  материалам высокой категории отходов относятся дискретные компоненты; интегральные схемы, содержащие золото; устройства оптоэлектроники; платы с содержанием драгоценных металлов; платы с золочеными и палладированными контактами и др.

Эта классификация  по существу отражает присущее отходам содержание драгоценных металлов, но даже отходы низкой категории имеют небольшое содержание драгоценных металлов. Существует возможность перевода таких материалов из низкой категории в среднюю путем выборочного ручного демонтажа компонентов, совсем не содержащих никаких драгметаллов.

Необходимо  отметить, что бракованные платы  с компонентами по большей части  вывозятся в Китай для повторного использования. В настоящее время в Европе тонна отходов электроники стоит от 1000 до 5000 евро в зависимости от их категории. Недавно страны Европейского Союза подписали Базельскую конвенцию, которая налагает строгий запрет на экспорт всех опасных отходов из экономически развитых стран в бедные страны под любым предлогом, включая и их рециркуляцию. Однако отходы плат не попадают под определение опасных отходов, если в них содержится не более 3% свинца. Если допустить, что другие особо опасные элементы, такие как ртуть и кадмий, отсутствуют, то уровень свинца в отходах печатных плат с печатными схемами обычно составляет около 2%. Поэтому считается, что большая часть отходов плат выходит за рамки ограничений, установленных Базельской конвенцией. Тем не менее Базельская конвенция призывает все страны снизить уровень вывоза отходов до минимума и решать проблемы своих отходов в пределах национальных границ настолько, насколько это возможно.