Обработка и рециклиране на електронни отпадъци

През последните десетилетия пазарът на електронно оборудване расте експоненциално, а експлоатационният срок на продуктите става все по-кратък. Световният бизнес е изправен пред ново предизвикателство – е-отпадъци.

Електронните отпадъци се разглеждат като проблем, причиняващ сериозни щети на околната среда и човешкото здраве. Въпреки че нерядко е пренебрегван, той води не само до значителни екологични проблеми, но и до систематично изчерпване на ресурсната база на редките метали. Съвременните електронни устройства съдържат елементи, които са и ценни, и опасни, а една от най-сложните комбинации от вещества се намира в печатните платки. Те са основен консуматор на благородни метали и съществен фактор в процеса на възобновяване и рециклиране.

„Плодовете на нашата хай-тек революция са чиста отрова, ако тези продукти са неправилно изхвърлени в края на полезния си живот”, твърди Тед Смит, основател на Silicon Valley Toxics Coalition. Електронните отпадъци нерядко се депонират или се изгарят, вместо да се рециклират. А това означава токсични вещества като олово, кадмий и живак да замърсяват земята, водата и въздуха. От друга страна, електронните отпадъци съдържат ценни метали като злато, платина, кобалт, паладий, които могат да бъдат извличани многократно за повторна употреба. Проучвания показват, че за вноса им държавите от Европейския съюз ежегодно дават 130 милиарда евро - колкото целия годишен бюджет на ЕС.

Въпреки всички законодателни усилия за създаване на затворен икономически цикъл по отношение на електронните отпадъци в развитите страни, по-голямата част от ценните ресурси все още не се оползотворяват. Като причини биха могли да бъдат определени факти като недостатъчните усилия за събиране, неподходящите технологии за рециклиране и не на последно място - големият и често незаконен износ на електронни отпадъци към региони без или със неподходящи технологии за рециклиране. С все по-суровите европейски закони за защита на околната среда Китай бързо се превръща в основна дестинация за електронни отпадъци, като се смята че 80% от световния електронен скрап отива към Азия, а Китай приема 80% от него.

Нов подход към електронния скрап
Много от търговските вериги за продажби на дребно в САЩ и Европа имат програми за рециклиране на електроника. Не са редки примерите обаче на компании, на пръв поглед образец за рециклиращата индустрия, които се придържат към строги етични и екологични норми на поведение, прозрачност и отчетност, но в действителност изпращат електронните отпадъци в чужбина и нарушават законите за внос. В световен мащаб се въвеждат регулиращи закони, които да не позволяват неконтролиран износ на е-отпадъци за развиващите се страни. Стремежът е процесите на производство и рециклиране да вървят ръка за ръка, за да може страни като Индия и Китай да не се превръщат в сметище на останалия свят. Големи технологични компании, сред които Dell, Hewlett Packard, Samsung, Apple и Cisco Systems подкрепят инициативите за справяне с проблема с електронните отпадъци. Стив Рокхолд, мениджър на глобалната програма на HP за повторна употреба и рециклиране на продукти, отбелязва: “HP не разрешават износ на е-отпадъци от развитите страни към развиващите се страни... и ние насърчаваме други компании да се присъединят към усилията ни за отговорно рециклиране.”

Електронните отпадъци съдържат стратегически ценни метали, но често се изнасят за страни от третия свят, където се преработват с примитивни и вредни за околната среда и човешкото здраве методи. В същото време, ключови високотехнологични европейски индустрии имат нужда от тези ценни суровини на стабилни и предвидими цени за дълъг период от време, за да поддържат конкурентоспособността и иновативността си. Европейският съюз прие директива, с която този износ да бъде намален и част от отпадъците да остават в Европа, защото тук има модерни, технологични и екологични решения. Ценните метали могат да се регенерират, без да загубят свойствата си, което може да подтикне развитието на екологични нови енергийни източници. По този начин се създават нови пазарни ниши, работни места и технологично развитие. Предвижда се в ЕС да бъдат въведени редица изменения като например задължителното събиране на т. нар. малки отпадъци. Технологиите днес позволяват от тях да се извлекат до 85% от ценните компоненти. Новата директива предвижда също на държавите да бъде наложена квота за годишно събиране на електрически и електронни отпадъци, равняващи се на 65 на сто от новопродадената техника.

“В един милион мобилни телефона се съдържат 250 кг сребро, 24 кг злато, 9 кг паладий и 9 тона мед. В един тон мобилни телефони има 50 пъти повече злато отколкото в 1 тон златоносна почва. Така че става въпрос за ценна суровина. Ние можем да рециклираме около 90% от тези отпадъци”, заявява Карл Хайнц Флоренц, докладчик по Директивата за електронните и електрическите отпадъци в Европейския парламент.

Създават се заводи за рециклиране, които използват автоматизирани технологии за по-добро разделяне и рециклиране на компонентите от излезлите от употреба електронни изделия. Модерните системи позволяват всяка електронна част да бъде рециклирана по ефективен начин. Разработени са технологии, съобразени с особеностите на електрониката, които осигуряват по-високи нива на рециклиране, съчетани със строгите екологични стандарти за природосъобразност и безопасност. Освен прякото въздействие на ефективното рециклиране, то допринася и за намаляване на вредните емисии. Първичното производство – добив, обогатяване, извличане и рафиниране на благородни и ценни метали, е съпътствано със значителни емисии на въглероден диоксид поради ниската концентрация на тези метали в рудата и често усложнения добив. За възстановяването на ценните метали от електронния скрап, рециклиран по екологосъобразен начин, е достатъчна само част от енергията, необходима за получаването им чрез рудодобив. Световни компании в областта на рециклирането създават заводи за рециклиране на благородни метали от електронен скрап и предлагат крайни продукти с високи експлоатационни характеристики, като се намалява използването на оскъдните ценни суровини и се щади природата.

Технологиите днес
Едно от основните предизвикателства пред индустрията е рециклирането на печатни платки. Те са изключително проблематични за рециклиране заради хетерогенната смес от органични материали, метали и стъклени влакна и изискват процеси, които да могат ефективно да възстановят по-голяма част от тези материали и едновременно с това да се справят безопасно с токсичните вещества.

Рециклирането на печатни платки обхваща няколко процеса - предварителна обработка, физическо и химическо третиране. Етапът на предварителна обработка включва демонтаж на елементите, подлежащи на повторна употреба и токсичните части, а след това платката преминава към физическо рециклиране. Възстановяването на материалите става по три основни подхода – пирометалургичен, хидрометалургичен и биотехнологичен.

Чрез нарязване и раздробяване на печатните платки се получават малки частици, които могат да бъдат разделени чрез различни физически или химически процеси. Широко използвани са магнитните сепаратори, които отделят феромагнитните метали от цветните метали и другите немагнитни отпадъци. Използването на електропроводимостта е друг подход за разделяне на материали с различни електрически свойства като цветни метали от инертни материали. Различната плътност също се използва за отделяне на метални от неметални частици от печатната платка. Физическото рециклиране е обещаващ метод, защото не замърсява околната среда, необходими са по-малки инвестиции и експлоатационни разходи и има сравнително ниска консумация на енергия.

Някои технологии, използвани при обработката на минерални суровини, могат да предоставят възможност за възстановяване на ценни метали от електронния скрап. Пирометалургичната технология се използва за възстановяването на благородни метали, за да подобри механичната сепарация на електронните отпадъци. Химическото рециклиране представлява разлагане чрез химични реакции на отпадъчния полимер до неговите мономери или до други подходящи състояния. Обикновено химичните процеси на рециклиране включват пиролиза, деполимеризация, хидрогенолиза и газификация. Пиролизата на полимерите води до образуването на газове и масла, които могат да бъдат използвани като химически суровини и горива. Пиролизата разгражда органичната част на печатната платка, което улеснява разделянето и рециклирането й. Една от основните съставки на печатната платка е смола, произведена от суров нефт и може чрез термообработка да бъде превърната в нефтопродукт. При процеса натрошеният скрап се изгаря в пещ или в баня от разтопени пластмаси и огнеупорните оксиди заедно с металните оксиди образуват шлака. Възобновените метали се пречистват посредством химична обработка. Енергоемкостта на процеса се намалява чрез захранване на горенето от пластмаси и други материали. Пиролизата е икономична и екосъобразна алтернатива за третиране и оползотворяване на е-отпадъка, но тя има и своите ограничения. Това са например трудното възобновяване на алуминий и желязо от вече готова шлака, а присъствието на бромиди, забавящи процеса на горене може да доведе до образуването на диоксини, ако не се съблюдават специални условия и не се използват подходящи съоръжения.

Хидрометалургичната технология използва процеси, които са по-предвидими и по-лесно контролируеми. Първоначално раздробените печатни платки се третират в NH3/NH5CO3 разтвор за отделяне на медта. След дестилация утайката от меден карбонат се превръща чрез нагряване в меден оксид. След извличането на медта останалата част се третира със солна киселина за премахване на материали като калай и олово.

Биотехнологичните методи са сред най-обещаващите в металургичната преработка. В продължение на много години биоличингът (bioleaching) е използван за извличане на благородни метали и мед от руда, но този метод не е добил разпространение при рециклирането на електронни отпадъци. Някои биоорганизми имат способността да се свързват с метални йони, намиращи се във външната среда, чрез което взаимодействие може да реализира селективно и неселективно възстановяване на метали. Въпреки че тази технология все още не се прилага за електронните отпадъци, е доказано, че може да бъде извлечено златото от печатна платка, а посредством комбинация от бактерии в естествено кисели руднични води медта може да бъде ефективно извлечена от платката за около 5 дни. Получаването на медта се извършва главно индиректно чрез окисление от железни йони, генерирани от бактериите. Биосорбцията е пасивен физико-химичен процес на взаимодействие между йонен разтвор и микроогранизми от отпадъчна биомаса от водорасли, гъбички или бактерии. Физико-химичните механизми, както и йонообменът зависят от специфичните свойства на биомасата. В сравнение с конвенционалните методи, този процес предлага редица предимства, включително ниски експлоатационни разходи, малък обем на химичните и биологични утайки и висока ефективност на детоксикацията. Необходими са обаче и допълнителни мероприятия като точното определяне на най-подходящата за случая биомаса.
Рециклиращата индустрия обръща внимание и на собствените си емисии. Материалите, които ще бъдат рециклирани са винаги известни предварително. Нерециклируемите части в крайна сметка се използват в други процеси. Пластмасата, съдържаща се в платката, например, се изгаря за генериране на енергия, необходима за други етапи на рециклиране.

Рециклирането на електронни отпадъци, в частност на печатни платки, все още е трудна задача, поради комплексността на материалите и наличието на токсични субстанции, но се развива усилено, не на последно място заради значителните икономически приходи. Успешният подход за рециклиране на печатни платки трябва да отчита валоризацията на възстановените продукти, за да се компенсират разходите по процеса. Химичният състав на е-отпадъците се променя с развитието на технологиите като резултат от стремежа за използване на алтернативни на вредните за околната среда материали. В процес на разработка са и нови обещаващи технологии.

Тенденцията за миниатюризиране на електронните елементи може да намали обема на отпадъците от електронни устройства, но и да направи процесите по рециклиране още по-трудни и скъпи. Ето защо проблемът с електронния скрап продължава да очаква своето решение.