Методи поводження з електронними відходами
На даний час існують наступні методи поводження з електронними відходами:
Захоронення на полігонах побутових відходів;
Довготривале зберігання на спеціальних майданчиках;
Термічний метод;
Утилізація з видаленням та використанням цінних складових елементів.
Захоронення на полігонах або складування на спеціальних майданчиках
Захоронення ВЕЕО — є не найкращим способом позбутися непотрібної електронної техніки. До 70 % важких металів попадають в навколишнє середовище з електронними відходами. Одна портативна батарейка може забруднювати 20 м2 грунту або 400 л води.
Крім того, у зв’язку з наявністю в електронних відходах полібромованих дифенілів та з метою виключення вилуження мікрочастинок, які містять ПБД та ПБДЕ захоронення ВЕЕО на полігонах є небажаним.
При тривалому складуванні в природних умовах у низькомолекулярних речовинах проходять метаболічні перетворення домішок (окислювання, гідроліз, відновлення) з наступною кон'югацією (біохімічний синтез дезактивованих чи токсичних сполук). Під час контакту з біосередовищами при визначених погодних умовах проходять взаємозалежні процеси деструкції полімерного матеріалу. Взаємодія з живими організмами викликає багатостадійний процес міграції низькомолекулярних речовин на межі розділу з біологічним середовищем протягом декількох годин або багатьох місяців.
ПВХ не можна захоронювати на сміттєзвалищах, тому що дана речовиречовина в ґрунті не розкладається, а при вилужуванні утворяться такі токсичні речовини як хлористий вініл і фталати. Нагромадження таких відходів може супроводжується виділенням у навколишнє середовище суміші шкідливих хімічних речовин, у тому числі і використовуваних у процесі їхнього виробництва (полівінілхлорид, ізопропанол, ізоаліфатичні вуглеводні, діоктилфталат, азодикарбонат).
Крім того, полімерні матеріали (складові ВЕЕО) є діелектриками, при терті на їх поверхні можуть накопичуватися заряди статичної електрики, досягаючи нерідко десятків кіловольтів, що, у свою чергу, приводить до утворення електричних полів, зміни іонного складу й електропровідності повітря. І як наслідок — виникнення пожежі, що призводить, крім іншого, до надходження в повітря цілого комплексу хімічних забруднювачів — продуктів горіння.
Термічний метод
Деякі полімерні компоненти, що являються складовими електронних відходів потребують видалення з використанням термічного методу. Але ж при наявності ПВХ серед складових ВЕЕО цей метод є небезпечним та потребує значних фінансових вкладень, спорудження спеціальних камер.
При використанні термічного методу видалення хлорвмісних полімерних матеріалів, в залежності від температури в камері згоряння, у навколишнє середовище можуть мігрувати СОЗ і такі токсиканти, як формальдегід, хлористий водень, етилен, пропілен, вуглекислий газ, парафіни, діолефіни, феноли, сірковуглець та інш.
Спалювання відходів, які містять полібромовані дифеніли може бути додатковим джерелом надходження полібромованих дибензо-р-діоксинів або фуранів в навколишнє середовище.
Побічними продуктами функціонування сміттєспалювальних підприємств, які можуть становити ризик для здоров'я людей, є викиди в повітря, скиди у воду, а також викиди, пов'язані із залишковими продуктами від непероблених відходів. Забруднюючі речовини, що викидаються в повітря через димові труби, включають діоксини та фурани, летючі важкі метали (ртуть, кадмій, свинець), кислотні гази (HCl, HF, SO2), а також тверді частки, і всі вони представляють
Надходження речовин у воду відбувається в результаті скидання стічних вод в процесі очищення димових газів, і може вплинути на людей після їх контакту водою з цих водойм, наприклад, зі струмків.
Характер токсичної дії на людину в залежності від продуктів, що утворюються при спалюванні, може бути задушливий, нейротоксичний, загальнотоксичний і ін.
Залишкові продукти процесів спалювання на сміттєспалювальних підприємствах включають як золу (або шлак), так і більш токсичні відходи обробки димових газів. Зольний залишок може бути використаний у будівництві, наприклад, в якості наповнювача в матеріалі дорожнього покриття. Остаточний продукт очищення димових газів вважається небезпечним. Такі відходи перед відправленням на полігон для розміщення небезпечних відходів повинні бути оброблені. Забруднюючі речовини, такі, як важкі метали (кадмій, нікель, мідь, цинк, свинець), що містяться в залишках непереробленого сміття, включаючи зольний залишок і особливо залишки, що виникають в процесі обробки димових газів, потенційно можуть потрапляти в об’єкти довкілля.
Утилізація з видаленням та використанням цінних складових елементів
Переробка (утилізація) електронних відходів, в основному здійснюється в розвинутих країнах. Директива 2002/96/ЄС зобов’язала європейських виробників електричного та електронного обладнання (ЕЕО) та його комплектуючих брати на себе відповідальність за «долю» виробленого продукту після закінчення його терміну експлуатації, яка включає збір, утилізацію і переробку продукту. Виробники повинні подбати і про фінансову сторону питання.
Крім того, виробники ЕЕО повинні виконувати норми утилізації й переробки: від 50 % до 75 % від загальної ваги продукту, залежно від його типу. Перед утилізацією необхідно виймати з обладнання, що вийшло з експлуатації, друковані плати, батарейки, електронно-променеві трубки і зовнішні кабелі, а також будь-які деталі з пластмаси, що містять бромовані вогнетривкі добавки, які слід переробляти ізольовано. Для того, щоб створити систему збору ВЕЕО і розробити технології їх переробки (утилізації), Директива 2002/96/ЄС зобов'язувала уряди країн-членів ЄС закріпити затверджені норми в національних законодавствах до серпня 2004 р. Це дозволило б їм виконати всі зобов'язання по збору, утилізації і переробці продуктів після закінчення його терміну експлуатації до серпня 2005 р., досягти вищеназваних чисельних показників з переробки та утилізації до січня 2007 р. та встановити нові до грудня 2008 р.
Найбільше практичне значення Директиви 2002/96/ЄС полягає в тому, що всі витрати на продаж або постачання товарів на ринок ЄС, збір, переробку продуктів та їх правильну утилізацію після 13 серпня 2005 р. мали оплачуватися виробниками.
Виробники, відповідальні за «долю» відпрацьованих товарів повинні прийняти розумне з точки зору захисту навколишнього середовища рішення. І це рішення може змусити виробників переконструювати їх ЕЕО, змінити процес його переробки для вторинного використання, спростити склад матеріалів або змінити його конфігурацію. Тому утилізація (переробка) електронних відходів є серйозним питанням для більшості компаній.
Збір електронних відходів, їх сортування та подальша утилізація (комплексна переробка для одержання цінної сировини або готового продукту) є економічно вигідною і в той же час вирішує екологічну проблему, сприяє зменшенню забруднення та нанесення шкоди довкіллю і, як наслідок, здоров’ю населення.
Одним з підходів до утилізації електронних відходів є використання методу піролізу —розщеплення складних органічних сполук, які входять до складу пластикових корпусів апаратури, на простіші при високій температурі без доступу кисню. Під час процесу піролізу органічні інгредієнти розкладаються, а дорогоцінні метали, скловолокно, відділяються. Рідка фаза представлена маслами чи іншими речовинами. Але ця технологія має апаратурні складнощі як на стадії піролізу, так і на стадії газоочистки
При використанні складових електронних відходів в якості вторинної сировини (наприклад, полімерні матеріали) необхідно враховувати можливість погіршення гігієнічних, органолептичних показників кінцевої продукції. Використання деяких полімерних матеріалів в якості сировини вторинної переробки для виготовлення виробів дитячого, медичного призначень і контактуючих з харчовими продуктами, неприпустимо. Тому рішення санітарно-епідеміологічних проблем на всіх етапах поводження з електронними відходами є дуже важливим фактором.
Для оцінки безпеки вибраного методу поводження з електронними відходами необхідно враховувати хімічні, біологічні і фізико-хімічні фактори, що присутні при використанні кожної з обраних технологій. Ці врахування повинні бути відображені при удосконаленні нормативно-законодавчої документації щодо поводження з електронними відходами.
Установки і споруди по знешкодженню / переробці / утилізації відходів можна розглядати як процес-ланцюжок, що складається на кожному етапі з потоків матеріалів і енергії на вході і виході. З точки зору турботи про здоров'я суспільства уваги до себе вимагають наступні потоки «на виході»: викиди в повітря, ґрунт і воду, а також залишковий продукт процесу. Викиди в навколишнє середовище являють собою потенційний ризик для здоров'я як у випадку, коли ці викиди потрапляють в навколишнє середовище під час виконання передбачених виробничих операцій, так і тоді, коли це відбувається аварійно.
Екологічно безпечні технології утилізації електронних відходів
Бурхливий розвиток електроніки створює все більшу кількість відходів. Серед відходів електронного обладнання найбільшу вартість мають плати, що містять дорогоцінні метали. Річ у тому, що в платах та мікросхемах використовуються дорогоцінні метали, багато з яких на сьогодні є дефіцитними. В мобільних телефонах та інших електронних пристроях міститься відносно великі об'єми дорогоцінних металів, таких як срібло, золото та інш.
Оскільки стрімкий розвиток технологій та промисловості висуває нові вимоги до об'єму сировини, які часто супроводжуються значними фінансовими витратами з причин високих цін на природні мінерали, то це привело до розвитку комерційної інфраструктури, яка здійснює збір плат з подальшим їх сортуванням за вмістом дорогоцінних металів і відновленням шляхом переплавки в плавильній печі.
Експерти стверджують, що сучасні високотехнологічні способи утилізації дозволяють відновлювати близько 95 % дорогоцінних металів з електронних відходів. Але, незважаючи на існування інфраструктури з утилізації (переробки) електронних відходів, все ж таки більшість відходів плат (близько 85 %) все ще вивозять на сміттєзвалища, що призводить до нераціональних втрат обмежених матеріальних ресурсів і, крім того, дає велике навантаження на довкілля.
Створення ефективної інфраструктури з утилізації (переробки) електронних відходів дозволить не лише уникнути загрози нанесення негативного навантаження на навколишнє середовище, але й здобути економічну вигоду.
Незважаючи на те, що за останні п'ять років вартість електронних компонентів значно знизилася, все ж існує значний попит на відновлені компоненти, і тому зменшення навантаження на навколишнє середовище набуває великого значення.
При утилізації електронних відходів розглядаються дві категорії їх утилізації: утилізація компонентів та утилізація матеріалів14. На рис. 3 наведено загальну схему утилізації електронних відходів.
Рис. 3. Загальна схема утилізації електронних відходів (схема державною мовою)
Демонтаж
Демонтаж є невід’ємною операцією утилізації електронних відходів. Він проводиться на декількох рівнях (або OEM; або самими виробниками обладнання) для відновлення компонентів з бракованої продукції або виробленої в надмірній кількості для повторного використання або заміни; або спеціальними підрядниками, що виконують цю функцію для виробника; або фірмами з рециркуляції або з демонтажу для повторного продажу на ринку вторинних матеріалів.
OEM (англ. Original equipment manufacturer) — абревіатура для позначення чого-небудь, що має відношення до виробництва продукту OEM-способом, при якому цей продукт, що продається роздрібним покупцям під оригінальним брендом, получають шляхом складання типових комплектуючих і/або їх кастомізацією (адаптуванням наявного продукту під конкретного споживача). Компанію, яка займається складанням кінцевого продукту, називають OEM-виробником, а компанію, яка поставляє типові комплектуючі — OEM-постачальником.
Практично все операції демонтажу виконуються вручну, що саме по собі накладає обмеження на цю операцію із-за витрат на трудовитрати. Але були спроби розгляду технологій механічного, автоматизованого та роботизованого демонтажу, як з точки зору скорочення трудовитрат, так і для забезпечення комфортних умов праці. Австрійське товариство системних розробок та автоматизації (Austrian Society for Systems Engineering and Automation, компанія SAT) розробила методику автоматизованого демонтажу компонентів15. Ця методика використовується в першу чергу для демонтажу дорогих компонентів, але є вірогідність розвитку цієї технології і для виконання демонтажу інших компонентів. Компанія SAT вважає, що демонтаж компонентів будь-кому ручним способом вимагає багато часу та фінансових витрат і в майбутньому не знайде широкого застосування в загальному процесі переробки електронних відходів, об'єми яких в Європі, за оцінкою SAT 400 тис. т в рік (станом на 2008 р.).
Утилізація
Зазвичай при утилізації використовують наступні технологічні маршрути:
повторне використання компонентів шляхом їх демонтажу;
відновлення матеріалів за допомогою їх механічної переробки, пірометалургії, гідрометалургії або поєднання цих технологій.
У США та в Європі існують спеціальні ринки з продажу демонтованих та відновлених компонентів. Вони поступають на ринок з виробництв, де використовують робототехнічні системи, що забезпечують можливість ідентифікації та демонтажу тільки тих компонентів, яких бракує на складі. Але швидке оновлення елементної бази і відносно низька вартість нових компонентів приведуть до серйозного обмеження повторного використання демонтованих компонентів невизначеної давності.
Існуючі та потенційні підходи до утилізації електронних відходів з метою отримання матеріалів базуються на механічних та механіко-гідрометалургійних методах. Внаслідок самої природи відходів гідрометалургійній обробці передує механічне подрібнення та сепарація. Основною перевагою механічного методу є сухий режим роботи без використання яких-небудь хімічних речовин, тоді як застосування «мокрих» процесів з використанням хімікатів створює небезпеку для навколишнього середовища.
Основи технології механічної переробки електронних відходів були запозичені з технологій збагачення гірських руд та адаптована до процесів утилізації продуктів електроніки. Робота, що виконується за допомогою механічних систем, спрямована, передусім, на збільшення ефекту розділення відходів на різні фракції.
В даний час серійно випускаються системи механічної переробки для утилізації різноманітних матеріалів електронних відходів. Одна з таких систем розроблена фірмою Hamos GmbH16 (Німеччина) і є автоматизованою інтегральною системою механічної переробки, що включає наступні етапи:
первинне подрібнення великих фракцій за допомогою подрібнювача з ножами різноманітного застосування, що обертаються;
відділення великих фракцій чорних металів за допомогою сильних магнітів, розташованих над вібруючим конвеєром;
подрібнення в порошок — в цьому процесі відходи перетворюються на порошок в кульовому млині, в якому використовуються кулі, стійкі до стирання;
просіювання з використанням сит, що самоочищаються;
електростатичне розділення, що дозволяє фактично завершити розділення металевих фракцій шляхом рециркуляції фракцій часток середнього розміру;
подальше зменшення розміру, що є вторинним подрібненням в порошок для зменшення розміру великих часток.
Система Hamos переробляє електронні відходи з продуктивністю до 4 т/час. Перероблена продукція, що включає суміш пластиків, метали, екстраговані залізисті матеріали та алюміній, автоматично пакується в мішки для подальшого транспортування.
Гідрометалургійні методи традиційно застосовуються для відновлення золота з контактних поверхонь роз'ємів. Золото вивільнялося або у вигляді металевих лусочок за допомогою розчинення в кислоті мідних підкладок, або за допомогою розчинення золота в розчинах на основі ціаніду або тіомочевини, з подальшим електролітичним осадженням або хімічним заміщенням з використанням цинку.
Були також зроблені різні дослідження можливості використання розбавлених неорганічних кислот у поєднанні з подальшими технологіями відновлення металів методами концентраційного розділення, екстракції, іонного обміну тощо.
Розроблений ряд гідрометалургійних методів та дослідних установок переробки відходів показали можливість отримання прибутку в процесі переробки (процесінгу) приблизно 200 дол. США за тонну, не рахуючи вартості витягнутих дорогоцінних металів.
Необхідно відмітити, що гідрометалургійний підхід є хорошою альтернативою переплавці відходів, а також дає можливість отримати більш високий вихід відновлених металів.
Піролітична обробка зазвичай включає спалювання та плавлення подрібненої сировини при температурі приблизно 1200 °C. Для цього потрібно невелику кількість мазуту, оскільки більша частина енергії забезпечується за рахунок згорання органічних компонентів. При цій температурі згорають органічні складові відходів, а дими, що утворюються, спрямовуються в камеру допалювання з температурою 1400 °C. Конгломерат, що залишається від спалювання, називається «чорним металом», цей продукт, як правило, багатий на мідь. При подальшому електролітичному очищенні та хімічній обробці анодного осаду відділяють мідь та інші компоненти, наприклад, дорогоцінні метали.
Нові технології обробки електронних відходів дозволяють їх не спалювати, а переробляти у вироби. Наприклад, компанія FUBA17 переклала на комерційну основу виділення від 92 % до 95 % металів з відходів порожніх друкованих плат за рахунок використання механічних та гідрометалургійних методів розділення, які включають подрібнення, гранулювання, магнітне розділення, класифікацію та електростатичне розділення.