Tekst referatu w formacie - Przemysłowy Instytut Elektroniki

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 KOZŁOWSKI1, Tadeusz MAZUREK1, Henryk CZYŻYK1
1
Instytut Metali Nieżelaznych
44-100 Gliwice, ul. Sowińskiego 5, tel. (032) 238 07 07, email: [email protected]
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.
2.2.1
Przerób złomu elektronicznego i elektrycznego z zastosowaniem Shreddera
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
Fot.4 Separator obrotowy TRV-10
Strzępiarka Shredder
159
WSAD
Fe
PYŁY
SORTOWANIE RĘCZNE
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
ZŁOM ZESPOLONY
(liczniki +centrale telefoniczne)
duże elementy
SEPARACJA RĘCZNA
Pyły
Fe
ROZDRABNIANIE SHREDDER
SEPARATOR POWIETRZNY KOMOROWY
Frakcja 18
odpad
SEPARATOR POWIETRZNY OBROTOWY TRV
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 %
SEPARACJA
CIECZE CIĘŻKIE
Frakcja lekka
Fe .................... .0,2 %
Al+Zn ...........95,5 %
Mos. + Ni ...... .0,2 %
Cu .................. .0,1 %
Zespolony ......4,0 %
Niemetale .........0,0 %
Fe .....................0,5 %
Al+Zn .............0,9 %
Mos. + Ni ...... 59,8 %
Cu ...................32,4 %
Zespolony ...... 1,1 %
Niemetale ..........5,3 %
Frakcja 28 B
Frakcja 28 A
Frakcja 28
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
Frakcja ciężka
Frakcja lekka
Fe ..................... 0,1 %
Al+Zn .............88,9 %
Mos. + Ni ........ 1,8 %
Cu ..................... 0,3 %
Zespolony ...... 3,0 %
Niemetale ..........5,9 %
Fe .....................1,1 %
Al+Zn .............3,9 %
Mos. + Ni ...... 70,8 %
Cu ...................23,4 %
Zespolony ...... 0,7 %
Niemetale ..........0,1 %
do
granulacji
Frakcja ciężka
Odpad
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
ZŁOM ZESPOLONY
(liczniki +centrale telefoniczne)
duże elementy
SEPARACJA RĘCZNA
Pyły
ROZDRABNIANIE SHREDDER
Fe
SEPARATOR POWIETRZNY KOMOROWY
Frakcja 18
SEPARATOR POWIETRZNY OBROTOWY
odpad
Frakcja 28
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
Frakcja aluminionośna
Frakcja 28 A
Frakcja 28 B
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 %
Fe ..................... 6,57 %
Al+Zn .......... . 31,33 %
Mos. + Ni ........ . 6,82 %
Cu ................... 10,71 %
Zespolony ...... 13,68 %
Niemetale ........ 30,83 %
El. powlekane .....0,06 %
Frakcja miedzionośna
Frakcja aluminionośna
Fe .....................0,0 %
Al...................97,95 %
Mos. + Ni .......1,02 %
Cu .................. 0,06 %
Zespolony ....0,27 %
Niemetale ........0,70 %
do granulacji
SEPARACJA
ELEKTRODYNAMICZNA
Frakcja miedzionośna
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 %
do separacji
w cieczach
ciężkich
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
Ogółem
Frakcja drobna ciężka
(przed separacją sitową)
4,25
46,94
10,68
24,02
6,45
7,66
100,00
Klasy ziarnowe
0 - 6 mm
6 - 15 mm 15 - 30 mm
15,52
10,96
1,09
11,55
32,81
60,53
14,25
9,84
8,09
36,87
29,54
19,74
5,83
8,48
4,93
15,93
8,37
5,62
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 normo164
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.
2.
3.
4.
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.
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.
J.Kozłowski, T. Mazurek, H. Czyżyk "Recovery of metals and alloys from complex scrap" 4th
ASM International Conference and Exhibition on the recycling of metals, Austria, 1999.
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