Abfall

Die WEEE-Behandlung zur Rückgewinnung von Metallen

WEE

EElektro- und Elektronik-Altgeräte (Elektro- und Elektronikaltgeräte) oder Elektro- und Elektronikaltgeräte (Altgeräte und Elektroaltgeräte) sind Altgeräte, Elektronikprodukte am Ende ihrer Lebensdauer oder in keinem Fall von Verbrauchern mehr verwendet. Diese Kategorie umfasst PCs, Displays, Telefone, integrierte Schaltkreise usw. Die Produktion von Elektro- und Elektronik-Altgeräten ist mit technologischen Innovationen und der wachsenden Nachfrage im elektronischen Sektor verbunden. Die Verkürzung der Lebensdauer der Geräte in Verbindung mit einer unzureichenden Sensibilisierung der Verbraucher spielen eine wesentliche Rolle bei der Steigerung der Produktion von Elektro- und Elektronik-Altgeräten. Das Problem ist in Entwicklungsländern besonders akut, da die Menge an Elektro- und Elektronik-Altgeräten positiv mit der wirtschaftlichen Entwicklung korreliert. Erwarten Sie in den nächsten Jahrzehnten ein rasches Wachstum der Elektro- und Elektronik-Altgeräte-Produktion in diesen Ländern.Vor diesem Hintergrund sind neue Lösungen erforderlich, um diese Abfallmenge zu bewältigen, die aufgrund ihrer falschen Entsorgung zu verschiedenen Umweltgefahren führen kann. Darüber hinaus verbraucht der Bau elektrischer und elektronischer Geräte erhebliche Mengen an Edelmetallen, die in Ländern Afrikas, Asiens und Südamerikas von Menschen gewonnen werden, die häufig unter ausbeuterischen Bedingungen arbeiten.Aus diesen Gründen besteht die beste Lösung darin, die Elektro- und Elektronik-Altgeräte zu verbessern und in den Wirtschaftskreislauf zu integrieren, indem Metalle und die darin enthaltene Kunststofffraktion zurückgewonnen werden. Insbesondere angesichts ihres kritischen Metallgehalts ist die Rückgewinnung des letzteren ein vorrangiges Ziel. Kritische Metalle sind eine Gruppe von Metallen, die von der EU als ausschlaggebend für die technologische Entwicklung bezeichnet werden, für die aus geopolitischen Gründen und aufgrund ihrer Verknappung ein Risiko besteht, dass ihre Lieferung zur Verfügung steht. Angesichts der Knappheit dieser Rohstoffe ist es erforderlich, die Effizienz der Wiederverwertung von Sekundärrohstoffen zu steigern und den Druck auf die Gewinnung von Rohstoffen zu verringern. Elektro- und Elektronik-Altgeräte könnten daher eine wichtige Metallressource beim Übergang zur Kreislaufwirtschaft darstellen.Es wurden mehrere technische Neuerungen entwickelt, um zu versuchen, die Elektro- und Elektronik-Altgeräte auf nachhaltige Weise zu verwalten, wobei ein Ansatz zum Verständnis der gesamten WEEE-Managementkette (Sammlung,Vorbehandlung, Verwertung und Endlagerung). Das Hauptproblem liegt in der Tatsache, dass WEEESie sind reich an komplexen Mischungen aus Metallen, Multielementlegierungen und polymetallischen Strukturen, die die Extraktion und Trennung schwierig machen. Die Komplexität von Elektro- und Elektronik-Altgeräten steigt auch mit der technologischen Entwicklung einher. Moderne Geräte können auch aus 60 Elementen bestehen, die als Metallmischungen vorliegen.

Mögliche Umweltgefahren
Elektro- und Elektronik-Altgeräte werfen eine Reihe von Umweltproblemen auf, da sie Bleiglas, bromierte Flammschutzmittel, bromierte und chlorierte Polydiphenyle (PBBs und PCBs) und polybromierte Diphenylether (PBDEs) enthalten können. Das Vorhandensein verschiedener Schadstoffklassen birgt bei unsachgemäßer Entsorgung eine Reihe von Umweltrisiken. Unangemessene Behandlungsaktivitäten von Elektro- und Elektronik-Altgeräten, wie Säurenstrippen oder Verbrennung in offenen Räumen, beinhalten die Freisetzung der darin enthaltenen Schadstoffe. Diese Aktivitäten sind leider in Ländern wie China, Indien und Afrika, insbesondere in Ghana, weit verbreitet. Tatsächlich sind diese Länder die größten globalen Elektro- und Elektronik-Altgeräte, in denen die Entsorgung von Deponien die häufigste Methode zur Entsorgung dieser Abfälle ist.In Europa und in den USA werden Elektro- und Elektronikaltgeräte häufig als gebrauchte Geräte oder als Altgeräte in Entwicklungsländer transportiert. Der Export solcher Materialien in sich entwickelnde Volkswirtschaften beeinträchtigt häufig die öffentliche Gesundheit, die Ökosystemdienstleistungen und die Primärressourcen.In Italien werden schätzungsweise rund 14 kg / Einwohner Elektro- und Elektronik-Altgeräte produziert (insgesamt etwa 800.000 Tonnen), von denen nur 20 bis 30% korrekt behandelt werden.

Kritische Metalle in Elektro- und Elektronikaltgeräten
Der Gehalt an kritischen Metallen in elektrischen und elektronischen Geräten ist von wirtschaftlicher Bedeutung, parallel zu dem mit der Verfügbarkeit verbundenen hohen Risiko. Beispielsweise sind REE (Rare Earth Elements), Indium, Metalle der Platingruppe (Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin), Lithium und Kupfer kritische Metalle. Diese Elemente werden verwendet, um zu produzierenMikroprozessoren, gedruckte Schaltungen, Kathodenstrahlröhren, Flüssigkristallanzeigen, LEDs und Permanentmagneten. Die Verfügbarkeit von REE ist jedoch auch für die innovativen Technologien der umweltfreundlichen Wirtschaft von grundlegender Bedeutung: Sie spielen eine grundlegende Rolle bei der Herstellung von Elektroautos, Windkraftanlagen und Photovoltaik-Paneelen. Daher ist die Trennung zwischen Wirtschaftswachstum und der Abhängigkeit von Kohlenwasserstoffen als Ziel der Kreislaufwirtschaft durch den Metallmangel für technologische Zwecke gefährdet. Ein erhebliches Problem ist die Tatsache, dass diese Metalle mit geringen Konzentrationen in Elektro- und Elektronik-Altgeräten und nur zu einem geringen Prozentsatz in einer komplexen Matrix vorliegen. Daher ist es manchmal gerade die wirtschaftliche Unhaltbarkeit, die eine Erholung unmöglich macht.

Indium
Indium ist eine grundlegende Komponente für die Displayproduktion. Aufgrund der geförderten Metallmengen und des hohen Verbrauchs von LCD-Bildschirmen könnten die Indiumreserven in der Erdkruste bereits bis 2020 erschöpft sein. Indium ist auch aus geopolitischen Gründen von entscheidender Bedeutung, da die weltweite Produktion von einigen asiatischen Ländern einschließlich der USA dominiert wird China, das seit 2005 den Export dieses Metalls reduziert hat. Mit der Weiterentwicklung der Display-Technologie wird erwartet, dass die Nachfrage nach Inder enorm ist.
REE
REEs sind eine relativ häufige Gruppe von 17 Elementen: die 15 Lanthaniden, Scandium und Yttrium. REEs sind Schlüsselkomponenten in vielen technologischen Produkten wie Smartphones, Flachbildschirmen, Batterien und speziellen Metalllegierungen. Obwohl sie geografisch gut verteilt sind, werden sie in China größtenteils abgebaut, konzentriert und getrennt. Seit 2010 hat China die Verteilung von REE durch Quoten, Lizenzen und Steuern zur Aufrechterhaltung seiner Reserven und wegen Bedenken hinsichtlich der durch die Gewinnung verursachten Umweltfolgen reduziert. Im Allgemeinen werden die Elemente mit zunehmender Ordnungszahl seltener und die Elemente mit gerader Ordnungszahl sind häufiger als solche mit ungeraden Ordnungszahlen (Oddo-Harkins-Regel). Dieses Ungleichgewicht wird durch die höhere Nachfrage nach selteneren Elementen noch verstärkt.
Metalle der Platingruppe
Die Metalle der Platingruppe sind eine Gruppe von Metallen mit ähnlichen chemisch-physikalischen Eigenschaften wie guter elektrischer Leitfähigkeit, hohem Schmelzpunkt und Korrosionsbeständigkeit, die sie für viele industrielle Anwendungen und elektronische Geräte unverzichtbar machen. Sie werden in Südafrika, Russland, Simbabwe, Kanada und den USA gefördert.

Lithium
Lithium ist nur in einigen Gegenden wie Chile, Bolivien, Argentinien, Australien, Kongo und China zu finden, was aus geopolitischer Sicht problematisch ist. Die Nachfrage nach Lithium hängt mit seiner umfangreichen Verwendung in Batterien zusammen.

Kupfer
Kupfer ist das vorherrschende Metall in integrierten Schaltungen mit einer variablen Konzentration zwischen 15 und 35 Gew .-% und bildet die leitfähige Schicht für elektrische Verbindungen. Rebe wird hauptsächlich in Chile, China und Peru gewonnen.

Wichtigste Technologien zur Rückgewinnung von Metallen
Die meisten industriellen Metallrückgewinnungsverfahren für Elektro- und Elektronik-Altgeräte beinhalten eine physikalische Vorbehandlung, gefolgt von pyrometallurgischen Prozessen oder seltener von hydrometallurgischen Prozessen. Die physische Trennung ist eine übliche Technik für die Verarbeitung aller Arten von Elektro- und Elektronikaltgeräten. Ein gemeinsamer Ansatz für alle Arten von Elektro- und Elektronikaltgeräten ist jedoch in Anbetracht der großen Vielfalt unzureichend. Darüber hinaus stellen ein hoher Energieverbrauch, eine relativ geringe Rückgewinnungseffizienz und eine potenzielle Metallkontamination wichtige Hindernisse bei der Bewirtschaftung dieser Abfälle dar.

Vorbehandlung
Die mechanischen Prozesse bilden normalerweise den ersten Schritt bei der Rückgewinnung von Metallen aus Elektro- und Elektronik-Altgeräten und ermöglichen die Trennung der darin enthaltenen Metallelemente. Auf der Grundlage der chemischen und physikalischen Unterschiede der in den Elektro- und Elektronik-Altgeräten enthaltenen Materialien wurden verschiedene physikalische Behandlungen entwickelt. Tatsächlich gibt es derzeit mehrere Verfahren: manuelle und halbautomatische Demontage, Dimensionsreduzierung, gravimetrische Trennung, magnetische Auswahl und optische Trennung. Manuelle Systeme werden derzeit am häufigsten verwendet, da sie eine höhere Effizienz bei der Wiederherstellung aufweisen.

Pyrometallurgische Behandlung
Pyrometallurgische Behandlungen, dh Schmelzen und Pyrolyse, erfordern die Erhitzung von Elektro- und Elektronik-Altgeräten bei sehr hohen Temperaturen (bis zu 1500 ° C). Der Zusammenschluss ist derzeit die beste verfügbare Technik (BVT) und es gibt bereits Betriebsstätten. Bei Boliden Rönnskär (Skelleftehamn, Schweden) werden die ausrangierten integrierten Schaltungen in einen Konverter eingefügt, um die Metalle zurückzugewinnen. Im belgischen Umicore werden integrierte Schaltkreise zunächst in einem Ofen behandelt, um Edelmetalle zurückzugewinnen, die anschließend durch hydrometallurgische und elektrolytische Prozesse gereinigt werden.Die Pyrolyse ist ein endothermer Prozess in Abwesenheit von Sauerstoff, der es ermöglicht, in Abhängigkeit von den Bedingungen feste flüssige und gasförmige Produkte zu erhalten. Die Hochtemperaturpyrolyse von integrierten Schaltkreisen erzeugt in Gegenwart von Inertgasen Öl, Gas und einen an Metallen reichen Rückstand. Es ist jedoch eine Methode mit hohen Energiekosten und hohem Reagenzienverbrauch.Hierbei handelt es sich um Verfahren, die einige Nachteile mit sich bringen, wie etwa ein hoher Energieverbrauch, mögliche negative Auswirkungen auf die Umwelt und eine geringe Selektivität für verschiedene Metalle. Darüber hinaus eignen sich viele Elektro- und Elektronik-Altgeräte aufgrund des geringen Heizwerts nicht für direkte Fusionsprozesse.

Hydrometallurgische Behandlung
Die hydrometallurgischen Verfahren umfassen eine oxidative Laugung zur Extraktion von Metallen, gefolgt von Trennungs- und Reinigungsverfahren. Bei hydrometallurgischen Behandlungen werden Laugungsmittel in wässriger Lösung als starke Säuren (Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure) und / oder Basen (Natriumhydroxid, Natriumhypochlorit) verwendet, die oft mit Oxidationsmitteln (Wasserstoffperoxid und Wasserstoffperoxid) gekoppelt sinddreiwertiges Eisen) und Komplexbildner (Cyanid und Thiosulfat) zur Gewinnung von Metallen. Gegenüber der Pyrometallurgie hat es einige Vorteile wie geringere Rückstände und toxische Emissionen sowie eine höhere Energieeffizienz. Diese Verfahren haben jedoch Nachteile aufgrund der Verwendung großer Mengen korrosiver und entzündbarer toxischer Reagenzien und der Erzeugung großer Mengen an festem Abfall.
Bioidrometallurgia
Die Verwendung von Mikroorganismen zur Metallverarbeitung ist eine Technologie, mit der Metalle aus Abfällen gewonnen werden können. Bei diesem Verfahren werden acidophile Bakterien, cyanogene Heterotrophen und / oder Heterotrophen verwendet, die Säuren erzeugen, die die Metalle solubilisieren. Das Vorhandensein großer Mengen an Metallen in Lösung ist toxisch, daher müssen sich die verwendeten Mikroorganismen an diese Bedingungen anpassen können. Diese Prozesse haben den großen Vorteil, ökologisch nachhaltig zu sein. Trotz der im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren relativ langsamen Kinetik ist die biologische Diskriminierung nun eine ausgereifte Technologie, die entwickelt werden muss.In jüngster Zeit wurden auch Hybridtechnologien eingesetzt, die chemische (effizientere) und biologische (weniger umweltschädliche) Prozesse kombinieren. Bei diesen Verfahren wird die biogene Ausscheidung des Auslaugungsmittels durch chemische Prozesse erhöht, katalysiert oder unterstützt. Für den Fall, dass das biologische Auslaugungsmittel unzureichend ist, gleicht der chemische Auslauger die zum Lösen der Metalle erforderliche oxidative Kapazität aus.
Schlussfolgerungen
Die Herstellung von elektrischen und elektronischen Geräten (und damit von Elektro- und Elektronikaltgeräten) hängt stark von der Verfügbarkeit von Rohstoffen ab. Viele von ihnen sind wegen ihrer Verknappung, ihrer wirtschaftlichen oder politischen Bedeutung kritisch: Die primären Mineralien dieser Metalle sind in der Tat heterogen in der Welt verteilt und verursachen eine Monopolkontrolle dieser Ressourcen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, fortzufahren, indem versucht wird, diese Metalle am Ende ihrer Lebensdauer aus elektrischen und elektronischen Geräten zu gewinnen. Dafür sind jedoch mehrere Behandlungen erforderlich. Anfangs dieDurch die Vorbehandlung werden die Metalle von der Matrix befreit, in der sie enthalten sind. Anschließend wird eine pyrometallurgische oder hydrometallurgische Behandlung durchgeführt, wobei letztere weniger teuer und weniger energieintensiv ist. Es wurde auch eine biohydrometallurgische Behandlung entwickelt, die, obwohl noch nicht verbreitet, weniger umweltschädlich ist. Schließlich sind Hybridbehandlungen zwischen Hydrometallurgie und Biohydrometallurgie möglich, die eine höhere Rückgewinnungseffizienz mit ökologischer Nachhaltigkeit verbinden.
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