СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТСЛУЖИВШИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Р.В. Рожков

Наумова Ольга Дмитриевна, научный руководитель преподаватель

Мценского филиала  ФГБОУ  ВПО «Госуниверситет – УНПК», г. Мценск

Бурно развивающееся производство электроники создает все большее количество отходов. Среди отходов электронного оборудования самой большой стоимостью обладают платы, содержащие драгоценные металлы. Это привело к развитию коммерческой инфраструктуры, основанной на сборе печатных плат с последующей их сортировкой по содержанию драгоценных металлов и восстановлением путем переплавки в плавильной печи. 

Большинство отходов плат (примерно 85%) вывозится на мусорные свалки. Это приводит к нерациональным потерям ограниченных материальных ресурсов и, кроме того, дает большую нагрузку на мусорные свалки. Утилизация отходов электроники позволит сократить потребности в мусорных свалках, а также будет способствовать восстановлению ценных материалов и компонентов для повторного использования.

Несмотря на то, что за последние пять лет стоимость электронных компонентов значительно снизилась, все же существует значительный спрос на многие восстановленные компоненты, и вариант уменьшения нагрузки на мусорные свалки приобрел как никогда большое значение. Что касается продукции, получаемой из отходов, то можно рассматривать две категории ее утилизации: утилизация компонентов и утилизация материалов плат.

Демонтаж считается неотъемлемой операцией утилизации бракованных плат с компонентами. Он проводится на нескольких уровнях: либо OEM; либо самими производителями оборудования для восстановления компонентов с бракованной продукции или произведенной в избыточном количестве для повторного использования или замены; либо специальными подрядчиками, выполняющими эту функцию для производителя; либо фирмами по рециркулированию или по демонтажу для повторной продажи на рынке вторичных материалов. Практически все подобного рода операции демонтажа выполняются вручную, что само по себе накладывает ограничения на эту операцию из-за расходов на трудозатраты.

Технологии механического, автоматизированного и роботизированного демонтажа рассматривались как с точки зрения сокращения трудозатрат, так и для обеспечения комфортных условий труда. Компания SAT (Австрия) разработала методику автоматизированного демонтажа компонентов с избыточных или неисправных плат с компонентами (рис. 4). Эта методика используется в первую очередь для демонтажа дорогих компонентов. Однако существует вероятность развития этой технологии для выполнения демонтажа всех компонентов. Компания SAT считает, что демонтаж компонентов любым ручным способом требует много времени и финансовых затрат и в будущем не найдет широкого применения в общем процессе переработки отходов электроники, объемы которых в Европе, по оценке организации SAT, в настоящее время составляют 400 000 т в год. Технология SAT использует автоматический поиск и снятие припоя двойным лучом лазера с последующим снятием выбранных компонентов вакуумным пинцетом.

Операция по демонтажу компонентов включает следующие этапы:

• поиск — прочтение идентифицирующих данных всех компонентов;

• прочтение базы данных хранимых на складе компонентов для определения их стоимости и потребности;

• процесс определения, как припаяны или смонтированы идентифицированные компоненты;

• демонтаж выбранных компонентов — осуществляется роботом в течение 5 с;

• снятие припоя с помощью лазера или инфракрасного излучения методом, определенным для конкретного типа корпуса компонента.

Было также разработано оборудование для снятия компонентов по конвейерному принципу, путем нагрева инфракрасным излучением и стряхивания компонентов с платы с помощью ударяющих валиков.

Не так уж редко в процессе демонтажа отделяются компоненты и/или материалы, которые можно использовать повторно, которые можно идентифицировать или которые являются опасными для окружающей среды. Маловероятно, что будет развиваться один универсальный подход к утилизации; скорее всего будет использоваться совокупность вариантов переработки отходов, основанная на использовании гидрометаллургических, механических и пиролитических технологий, интегрированных с более высокими уровнями автоматизированного демонтажа. Такая гибкость считается необходимой, если учитывать разнообразие используемых материалов и связанную с этим разнообразную их стоимость.

На основании аналитического обзора можно выделить следующие ключевые моменты:

• в Великобритании, по оценке специалистов, накапливается 50 000 т отходов электроники в год, из них 40 000 т в год плат с компонентами. Остальное составляют пустые платы и сопутствующие отходы плат, такие как обрезки от раскроя ламината и технологические отходы;

• только примерно 15% отходов сегодня подвергаются какой-либо форме утилизации, а остальные выбрасываются на мусорные свалки или отправляются в другие страны (в частности, в Китай) для переработки;

• переработке подвергаются только те отходы, которые содержат относительно большое количество драгоценных металлов (обычно золота и палладия), потому что они представляют наибольший экономический интерес;

• все отходы, подвергаемые такой утилизации, перерабатываются пиролитическими методами;

• более 90% стоимости материалов плат, которые можно отнести к средней категории, содержится в золоте и платине;

• механическое обогащение отходов путем измельчения для снижения насыпного объема перед пиролизом производится с неизбежной потерей выхода, особенно драгоценных материалов. Эти потери обычно исчисляются 10%, но могут быть и выше;

• проблемы разделения при механической переработке в большей степени являются результатом сопряжения металл-пластик на компонентах и платах. Для пустых плат и плат с небольшим количеством компонентов проблем меньше, и для таких блоков можно успешно применять коммерческую методику полной механической очистки;

• демонтаж традиционно производится вручную, однако в будущем следует ожидать применения новых автоматизированных систем для максимального увеличения рентабельности при восстановлении компонентов низкой категории, а также для получения максимального выхода остаточных материалов;

• гидрометаллургические подходы позволяют устранить потери выхода металла после процесса переработки, но они потенциально более опасны для окружающей среды;

• механические методы переработки более выгодны как с экологической точки зрения, так и с технологической, и этот факт нашел отражение в большом количестве разработок на эту тему за последние 20 лет, в которых уделялось основное внимание повышению выхода материалов;

• сочетание механических и гидрометаллургических методов разделения создает преимущества в полноте разделения за счет различия физических и химических свойств, присущих разделяемым материалам. Эти различия включают плотность (удельный вес), магнитную и электрическую проводимость, формы разделяемых частиц, а также способность реагировать с различными химическими растворами;

• отходы ПП неоднородны по своей природе, и в основе всех методик их механической переработки лежит разделение фракций разнородных материалов.

Учитывая растущие объемы отходов продуктов электронного производства и возникающее из-за этого увеличение нагрузки на мусорные свалки и полигоны, актуальна их переработка с использованием современных технологий разделения веществ для их утилизации. Из аналитического отчета, посвященного этой проблеме, можно сделать следующие выводы:

• разработанные методы по утилизации отходов должны обеспечивать переработку не только ради содержания драгоценных металлов, но и для решения экологических проблем.

• следует более серьезно подойти к вопросу полной утилизации отходов, особенно 70% массы отходов ПП. Возможность получить особую продукцию из переработанных отходов ПП была продемонстрирована фирмой FUBA в Германии;

• трудности, связанные с некоторой потерей материалов при полной механической переработке отходов, не должны умалять важность этого подхода при переработке пустых плат, плат с меньшим количеством компонентов или отходов с низким содержанием драгоценных металлов, так как утилизация отходов ПП в любом случае прибыльна, особенно если они используются для изготовления вторичных изделий;

• для гидрометаллургических методов предложен способ максимального улучшения восстановления присущих металлам ценных свойств, что способствует их коммерциализации;

• нельзя применять один подход к переработке всех отходов ПП по причине разнообразия их фракций и различной присущей им ценности. Скорее всего, нужна комплексная иерархия методов, охватывающая методики демонтажа, механической и гидромеханической переработки, чтобы получить материалы и компоненты для повторного использования или нетоксичное сырье для пиролитической утилизации.

Список литературы:

1. Демина Л.А., Морозова Т.Ф. Экоиндустрия – новая отрасль промышленности // Энергия: экономика, техника, экология. – 2004. – № 1. – С. 54 – 57.

2. Смирнов А.Н., Степанчикова И.Г., Суранович В.Н., Барышенко А.В. Проблемы переработки отходов электротехнического и электронного оборудования // Энергия: экономика, техника, экология. – 2008. – № 7. – С. 42 – 49.

3. Вайсберг Л.А., Картавый А.Н Дробильно-сортировочные комплексы в технологиях переработки твердых промышленных и коммунальных отходов// Приложение к журналу «Безопасность жизнедеятельности», февраль, №2/2009. – 24 с.

4. Задорожняя Т.А. В Ульяновске начали перерабатывать электронные отходы// Ульяновский бизнес, ноябрь, 2008. – С. 10 – 11.