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Reciclagem de Placas de Circuito Impresso Reciclagem de Placas de Circuito Impresso de Resde Resííduos Electrduos Electróónicosnicos

1

LNEG - UPCS

Carlos Nogueira

Paula Oliveira

IST

Fernanda Margarido Marta Cabral

Filipa Taborda Ricardo Abrantes

2ª Jornada de Reciclagem e Valorização de Resíduos:

Equipamentos Eléctricos e Electrónicos (REEE)

30 de Março de 2011

Projecto Financiamento:

2ª Jornada de Reciclagem e Valorização de Resíduos:Equipamentos Eléctricos e Electrónicos (REEE)30 Março 2011 Carlos A.G. Nogueira 2

1. Introdu1. Introduçção: Factos e Não: Factos e Núúmeros meros

► Na Europa (EU27), são gerados cerca de 7 a 9 Milhões de toneladas de REEE para reciclar por ano (20 kg/hab/ano);

► Em Portugal, a geração anual de REEE é de 150-170 kt (15-17 kg/hab/ano); Os REEE recolhidos anualmente para tratamento totalizam cerca de 45 kt(4.5 h/hab/ano).

► Os resíduos “informáticos” gerados em aplicações “domésticas” são fluxos muito importantes dos REEE’s (20%p/p do total). Na Europa serão gerados, nos próximos 15-20 anos, cerca de 80 kg/hab de resíduos de computadores.

► Praticamente todos os equipamentos electrónicos e a grande maioria dos equipamentos eléctricos contêm placas de circuito impresso na sua constituição. A gestão em fim-de-vida destes componentes requer, assim, uma atenção especial dentro do fluxo dos REEE’s.


2. Relevância das 2. Relevância das PCIPCI’’ss nos Resnos Resííduos Electrduos Electróónicos nicos

Presença de várias substâncias potencialmente perigosas para o Ambiente e para a Saúde Pública:

- Metais pesados: Cu, Ni, Zn, Sn

- Metais tóxicos: Hg, Pb, Cd, Cr, As

- Substâncias orgânicas halogenadas, nomeadamente os retardadores de chama como os éteres difenílicos polibromados e os bifenilos polibromados(PBDE e PBB)

Relevância ambiental

Relevância económica

Materiais valiosos, principalmente metais:

- Não ferrosos: Cobre, Níquel, Cobalto

- Nobres: Ouro, Prata, Platina, Paládio

- Raros: Te, Tl, Ga, Terras raras


Distribuição (% em peso) dos diferentes componente, em computadores

Valor contido nos componentes desmantelados (€ %)

(2002)

0

5

10

15

20

25

30

Dis

trib

uiç

ão

em

pe

so (

%)

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

Dis

trib

. do

Val

or

em

€(%

)

Valor total estimado:120 €/ton

2. Relevância das 2. Relevância das PCIPCI’’ss nos Resnos Resííduos Electrduos Electróónicos nicos

2ª Jornada de Reciclagem e Valorização de Resíduos:Equipamentos Eléctricos e Electrónicos (REEE)30 Março 2011 Carlos A.G. Nogueira

3. Composi3. Composiçção das Placas de Circuito Impressoão das Placas de Circuito Impresso

Constituintes Principais

Placa impressa:

- Matriz Polimérica (vulgarmente resina epóxida com fibra de vidro);

- Circuito condutor de cobre, impresso sobre (ou dentro) da matriz;

Componentes montados na placa

chips, resistências, condensadores, interruptores/protectores (relés, fusíveis, limitadores), dispositivos magnéticos (indutores, transformadores, amplificadores, solenóides), transístores, transdutores, díodos (pontes, LED’s), terminais e conectores.

5



Tipos de Placas

6

Placas Ricas e Pobres: classificação em função dos teores médios em metais nobres, particularmente o ouro:

Placas Ricas: Au > 400 ppm

Placas médias-alto: Au 200-400 ppm

Placas médias-baixo: Au 100-200 ppm

Placas pobres: Au < 100 ppm

Placas Ricas: usadas principalmente em equipamentos informáticos e de telecomunicações

Placas Pobres: utilizadas em electrodomésticos de uso geral, p.ex. nos sistemas de operação e controlo de grandes equipamentos.



Componentes Montados nas Placas

7

Tecnologias de Montagem de componentes:

- Through-Hole Technology (THT) - origina os “Through-Hole Devices” (THD);

- Surface Mounted Technology (SMT) – origina os “Surface Mounted Devices” (SMD)

Surface Mounted TechnologyThrough-Hole Technology

Componentes com terminal

PCI

Solda e/ou Adesivo Furo através da placa

Trilho de cobre

Ilha Solda

Trilho de cobre

Componentes



Composição Química

Ceram.

19%

Nobres

0.2%

Resina

(compósito)

36%

Perigosos

0.5%

Outros

0.5%

Raros

0.05%

Halogénios

3%

Ti

3% Zn

1%

Fe

6%

Cu

20%

Ni

0.9%

Pb

2%

Sn

2%

Al

5%

Fibra 24%

Epoxi 12%

8



0

10

20

30

40

50

60

Fe Cu Al Plast+Epoxi Ceram.

Co

mp

osi

ção

(%

w/w

)

Elemento ou Material

Principais

0

10

20

30

40

50

Fe Cu Al Plast+Epoxi

Co

mp

osi

ção

(%

w/

w)

Elemento ou Material

PC's (Desk+Lap) Grandes Equip.

Monit. CRT Monit. FDP

Audio/VCR/DVD

Principais

Principais Elementos/Materiais

Variação da Composição das PCI’s por tipo de EEE

Comentários:

- Teor de Resinas superior nas PCI’s em Grandes Equipamentos (fluxo A) e CRT’s (fluxo E);

- Teor de Cobre claramente superior em PCI’s de Ecrans Planos.



Elementos Secundários


Comentários:

- Elevado teor de Pb/Sn/Zn em PCI’s de Grandes Equipamentos (fluxo A);

- Baixo teor de Pb/Sn/Zn em PCI’s de Ecrans Planos.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Ni Pb Sn Zn Br + Cl

Co

mp

osi

ção

(%

w/w

)

Elemento

Secundários

0.00.51.01.52.02.53.03.5

Ni Pb Sn Zn Br + ClCo

mp

osi

ção

(%

w/w

)

Elemento



Audio/VCR/DVD

Secundários



Elementos Menores / Nobres


Comentários:

- Elevados teores de Au/Pd em PCI’s de Computadores (fluxo C) e Ecrans Planos;

- Baixos teores de Au/Pd em PCI’s de CRT’s (fluxo E) e equip./Audio (fluxo C).

0.00

0.01

0.10

1.00

Ag Au Pd

Co

mp

osi

ção

(%

w/

w)

Elemento

Nobres

630 500

ppm

100 140

ppm32 30

ppm

0.00

0.01

0.10

1.00

Ag Au Pd

Co

mp

osi

ção

(%

w/

w)

Elemento



Audio/VCR/DVD

Nobres


4. Reciclagem de Res4. Reciclagem de Resííduos de duos de PCIPCI’’ss

Desmontagem

REEENão danificado/recuperávelComponentes

p/ ReciclagemAvaliação do

Estado Reutilização

Inutilizado

Desmontagem de Componentes

Sim

Desmontagem de Componentes ?

Não

Componentes

Circuitos de Reciclagem

Processamento Metalúrgico

Processamento Físico ?

Processam. Físico

Nãometálicos (plásticos)

Ferrosos Não Ferrosos

Sim

Circuitos de Reciclagem

PCI

Não

Pirometalurgia

Hidrometalurgia

Metais e Compostos Metálicos


4. Reciclagem de Res4. Reciclagem de Resííduos de duos de PCIPCI’’ss

Pirometalurgia Hidrometalurgia

Fusão do Cobre

PCI ou concentrado metálico

Conversão

Refinação

Fusão do Chumbo

Refinação

Refinação de metais nobres/raros

Cobre Chumbo

Metais nobrese Raros

Fragmentação

Lixiviação

Separação

Recuperação (outros metais)

Cobre

Electroextracçãoou Cristalização

Cobre Outros metais


5. Processo 5. Processo HidrometalHidrometalúúrgicorgico

2 Etapas de Fragmentação

5.1 Processamento Físico - Fragmentação

FragmentadorFragmentador de Garrasde Garras Moinho de corte / lâminasMoinho de corte / lâminas

FragmentadorSecundário

FragmentadorPrimário


1 mm (-200 µµµµm)

15


5.1 Processamento Físico - Fragmentação

FragmentadorSecundário

FragmentadorPrimário

d50 = 4-6 mm

d50 = 1-2 mm

Eficiente Libertação de Materiais para

d<1mm

(-0.85+0.60 mm) 2 mm

(-2.4+1.7 mm) 2 mm



Meio Lixiviante Optimizado – HNO3

5.2 Processamento Químico - Lixiviação

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4

Re

nd

ime

nto

, C

u (

%)

Tempo (h)

(a) Cu

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4

Re

nd

ime

nto

, Pb

(%

)

Tempo (h)

(e) Pb

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4

Re

nd

ime

nto

, Ag

(%

)

Tempo (h)

(g) Ag

90ºC

40ºC

2M

1M

Cobre Chumbo

Prata

Estudo do Efeito dos Factores: T, Conc., tempo, granul. Vel.agit.



Condições de Lixiviação das PCI optimizadas

5.2 Processamento Químico - Lixiviação

MeioMeio HNO3T=90ºC [HNO3] = 1 ML/S= 25 L/kg t = 4 h

Lixiviação

Filtração

ÁguaHNO3

PCIfragment.

Licor de Lixiviação

Decantação

Resíduo

final



Circuito de Extracção/Re-extracção optimizado

5.3 Processamento Químico – Separação do Cobre por SX

Extracção do Cobre

LicorEsgotado

Re-extracçãodo Cobre

Cristalização

OrgânicaCarregada

OrgânicaRegenerada

SulfatoSulfatode de CobreCobre

Licor decobrecarregado Licor de

cobreesgotado

H2SO4


7.5 g/L Cu7.5 g/L Cu

0.72 g/L Cu0.72 g/L Cu

45 g/L Cu45 g/L Cu65 g/L Cu65 g/L Cu

10 g/L Cu10 g/L Cu

0.33 g/L Cu0.33 g/L Cu

(*) expresso em rela(*) expresso em relaçção aoão aoteor total dos metaisteor total dos metais



5.4 Diagrama Global

PCI

Fragmentação Lixiviação

Decantação

Filtração

Resíduo

Neutralização

Água HNO3

Extracção do Cobre

NaOH

PCI

fragmentadas

Suspensão


Licor Condicionado

Licor Esgotado

Re-extracção do Cobre

Cristalização

Orgânica

Carregada

Orgânica Regenerada

Sulfato de Cobre

Precipitação do Chumbo

Na2SO4

Sulfato de Chumbo

Licor de

cobre

carregado

Licor de cobre

esgotado

Cementação

Precipitação do Zinco

Cemento de Cobre

Sucata

(Fe ou Zn)

Na2CO3

Carbonato de Zinco (impuro)

Solução para

Tratamento de Águas

Cal ou

soda

Lama (Fe, Al) H2SO4


6. Conclusões6. Conclusões

► As placas de circuito impresso são um componente importante dos REEE, por razões ambientais e também económicas, requerendo soluções apropriadas de gestão, que passam pela valorização dos materiais contidos.

► A forma clássica de processamento é por via pirometalúrgica, sendo contudo esta solução pouco apropriada para pequenas capacidades de processamento.

► O processo hidrometalúrgico desenvolvido no âmbito do projecto RECIMP, baseado em tecnologias de lixiviação e extracção por solventes, permite a recuperação (>97%) do cobre contido nas placas.

► O processo pode ser aplicado a menores capacidades de produção, permitindo soluções mais versáteis para este tipo de resíduos e outros similares.


Instituto Superior TInstituto Superior Téécnicocnico

LaboratLaboratóório Nacional de Energia e Geologia, I.P.rio Nacional de Energia e Geologia, I.P.

Consórcio

Reciclagem de Placas de Circuito Impresso deReciclagem de Placas de Circuito Impresso deResResííduos de Equipamento Electrduos de Equipamento Electróóniconico

Um projecto financiado pela:Um projecto financiado pela:

RECICLAGEM E VALORIZARECICLAGEM E VALORIZAÇÇÃOÃO

Soluções Tecnológicas para aGestão Sustentável dos Recursos

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