Технологии переработки печатных плат

Печатные платы являются одним из наиболее важных компонентов электронного оборудования. Они представляют собой платформу, на которой устанавливаются и связываются между собой микроэлектронные компоненты, такие как полупроводниковые микросхемы и конденсаторы.

Более всего используют ручной демонтаж. Автоматизированный демонтаж электронного оборудования хорошо развит, но, к сожалению, его применение в утилизации электронного оборудования, по прежнему, сталкивается со многими проблемами. Опасные вещества удаляются только частично, особенно из очень малых компонентов. Это означает, что значительное количество опасных веществ направляются на последующие механические процессы дробления и переработки, в результате чего значительно повышается количество загрязняющих веществ.

В полуавтоматических методах демонтажа электронные компоненты удаляются с помощью комбинаций нагревания и нанесения ударов, механических ножниц, вибрации для разъединения паяных соединений и нагревом до температуры на 40-50 °C выше, чем температура плавления припоя. Во время нагревания может происходить пирполиз, а это значит, что возможно образование диоксинов.

Переработка плат включает в себя три типа обработки: предварительная обработка, физическая переработка и химическая переработка. Предварительная обработка включает в себя демонтаж многоразовых и токсичных элементов, измельчение или разделение. Затем следует физическая переработка. Потом материалы извлекают путем химического процесса переработки.

Механическая переработка – это физический метод, при котором разобранные детали размалываются до необходимых размеров, после чего они поступают на установку тонкого измельчения. Температура печатных плат быстро возрастает из-за сжатия и достигает более 250°С в процессе дробления, поэтому пиролитическое расщепление химических связей в матрице производит бромированные и не бромированные фенолы и простые эфиры.

Магнитные сепараторы и барабанные сепараторы низкой интенсивности широко используются для извлечения ферромагнитных металлов из цветных металлов и других немагнитных отходов. Использование сепараторов высокой интенсивности позволяет отделить медные сплавы из матрицы отходов.

Разделение по электрической проводимости на основе таких технологий, как вихретоковое разделение, электростатическое и трибоэлектрическое разделения отделяют материалы различной электропроводности цветных металлов из инертных материалов.

Методом воздушной сепарации разделение диспергированных твердых частиц происходит благодаря различным размерам частиц и их различным плотностям. Подвешенные в газе частицы, в основном воздухе, занимают разные положения в сепараторе под воздействием различных сил в зависимости от материала. У тяжелых частиц предельная скорость осаждения больше, чем скорость воздуха, в то время как у более легких частиц предельная скорость осаждения меньше скорости воздуха. Следовательно, тяжелые частицы перемещаются вниз против воздушного потока, в то время как легкие частицы поднимаются вместе с воздушным потоком в верхнюю часть сепаратора.

Электростатический метод разделения для разделения сыпучих материалов использует электростатическое поле, которое воздействует не заряженные или поляризованные тела. Эти технологии применяются для переработки металлов и пластмасс из промышленных отходов. Электростатические технологии разделения могут использоваться для отделения Cu, Al, Pb, Sn и железа и некоторых благородных металлов и пластика.

Магнитные сепараторы широко используются для отделения ферромагнитных металлов от цветных металлов и других немагнитных отходов. Недостатком магнитного разделения является агломерация частиц, вследствие которой магнит вытягивает вместе с ферромагнитными металлами и неметаллические включения. Следовательно этот метод не очень эффективен.

Химические методы переработки отходов печатных плат включают пиролиз, гидрометаллургический, биометаллургический методы и газификацию.

Пиролиз — это химической метод, который широко используется для переработки синтетических полимеров, включая полимеры со стекловолокном. При пиролизе таких полимеров образуются газы, углеводороды и обугленный остаток. Эти вещества в дальнейшем можно использовать в качестве химического сырья или топлива. Платы нагревают до достаточно высокой температуры, чтобы расплавить припой, используемый для связывания электрических компонентов. Обугленный конгломерат, который называется также «черным металлом», содержит в себе большой процент меди, а также небольшое количество железа, кальция, никеля, цинка и алюминия, эти металлы можно затем восстановить.

Гидрометаллургический метод главным образом используется для переработки плат с целью извлечения металлической фракции. Метод заключается в выщелачивании металлов с применением растворов кислот и щелочей, за которым следует электрорафинирование желаемых металлов. Этот метод считается более гибким и энергосберегающим, следовательно, экономически эффективным. Широко используемыми выщелачивателями являются царская водка, азотная кислота, серная кислота и цианистые растворы. В случае неметаллических подложек, металлы выщелачиваются в раствор с подложки. Металлические подложки перерабатываются электрохимическим способом. Таким образом, гидрометаллургический метод позволяет восстанавливать металлы без какой-либо дополнительной обработки. Остальные материалы в плате перед повторным использованием или захоронением должны подвергаться дополнительной термической обработке. Основным недостатком этого метода является едкость и ядовитость используемых жидкостей.

Биометаллургический метод сепарации используется для извлечения драгоценных металлов и меди из руды уже давно, однако до сих пор он не очень хорошо развит. Микроорганизмы используют металлы, присутствующие во внешней среде и на поверхности клеток для своих внутриклеточных функций. Каждый тип микроорганизма имеет характерную тенденцию переносить конкретный металл в определенной среде. Биовыщелачивание и биосорбция в целом – два основных направления биометаллургии, используемые для извлечения металлов. Биовыщелачивание успешно применяется для извлечения драгоценных металлов и меди из руд в течение многих лет. Та же методика может применяться для извлечения меди и других ценных металлов из отходов печатных плат.

Основное применение процесса газификации — это генерация синтез-газа (CO, H₂). Газификация протекает приблизительно при температуре 1600 °С и давлении около 150 бар. Богатый водородом синтез-газ — основной продукт газификации, который является ценным сырьем для производства метанола. После соответствующей обработки, некоторые фракции этого газа могут использоваться для производства тепловой и электрической энергии. Схема процесса газификации отходов печатных плат включает печь газификации, в которую подается кислород, высокотемпературную печь, охладитель и анализатор газов.

Преимущества физических методов переработки, таких как магнитные сепараторы, сепараторы отделяющие материалы в зависимости от плотности, и т.д. по сравнению с химической переработкой заключаются в том, что они не требуют больших финансовых вложений, относительно просты, удобны, меньше загрязняют окружающую среду, требуют меньших затрат энергии. Металлические фракции, полученные физическими методами, можно использовать в коммерческих целях без значительных процедур восстановления. Однако для использования в коммерческих целях неметаллических фракций последние должны подвергнуться химической переработке. Таким образом, физические методы являются более экономически выгодными для переработки металлических фракций, чем неметаллических. Основная цель химических методов переработки, таких как пиролиз, заключается в преобразовании полимеров, содержащихся в неметаллических фракций, в химическое сырье или топливо. Химические методы переработки имеют преимущества в преобразовании бром антипиренов и извлечении тяжелых металлов, оставшихся после физических методов переработки.

Большое количество неметаллических отходов печатных плат, которые зачастую являются опасными для людей и окружающей среды (из-за наличия бромированных антипиренов и тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, бериллий и т.п.) сбрасываются на свалках. Чтобы предотвратить это необходимо найти им оптимальное применение. Неметаллические фракции получаются легче, чем цемент и песок, их гранулы гораздо меньше, следовательно, они обладают более надежной микроструктурой. Механическая прочность материала повышается в присутствии грубых стекловолокон. Поэтому, благодаря вышеуказанным свойствам, неметаллические фракции могут успешно использоваться в качестве наполнителя в строительных материалах, для изготовления клеев и декоративных агентов.

Разработана методика использования неметаллических фракций печатных плат в производстве неметаллических пластин, которые могут использоваться для получения композитных плит. Композитные плиты находят применение во многих областях, включая автомобильную промышленность, мебель, различное оборудование и отделочные материалы. Фенольные компаунды используется в производстве радиодеталей и кухонной утвари. В связи с уменьшением лесных ресурсов и повышения их стоимости, производители ищут альтернативы деревянному полу. Неметаллические фракции печатных плат на бумажной основе кажутся хорошим вариантом замены деревянному полу.

Переработка электроники очень важна, так как компоненты технических средств и предметов электроники – это скорее ресурсы, чем отходы. В компонентах электроники, подлежащих переработке, достаточно высокое содержание полезных ресурсов, что делает их извлечение экономически выгодным. Но минимизация вреда, наносимого окружающей среде, которую мы достигаем при переработке электроники, гораздо важнее.