trattamento di pirogassificazione di schede elettroniche ai fini

TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI SCHEDE
ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Dr. Ing. Giuseppe Todarello
Senior Scientist Tecnologie Ambientali
IL CENTRO SVILUPPO MATERIALI S.P.A.
IN BREVE
2
Missione
CSM è un Centro di Ricerca Industriale privato orientato al
mercato, che si
pone l’obiettivo di convertire risultati di ricerca e tecnologie in
applicazioni industriali,
industriali
mediante una “massa critica ” di competenze basate sulla
propria esperienza maturata “sul
sul campo
campo” e una rete di
collaborazioni internazionale. 3
CSM Shareholders
4
CSM at a glance
5
CSM per ll’ambiente
ambiente
6
Settori principali
p
p
Rifiuti
Prevenzione (residui industriali interni Æ sottoprodotti)
Valorizzazione (rifiuto Æ materia prima e/o energia)
Inertizzazione (rifiuto pericolosiÆ materiale inerte)
Bonifica siti ((siti industriali molto inquinatiÆ
q
trattamenti in -sito))
Efficienza energetica(risparmio, recupero & utilizzazione)
Risparmio (riduzione dell’ energia richiestaÆ bassi consumi)
Recupero (calore del rifiutoÆ da una parte del sistema.
Utilizzo
l
(calore
l
rifiutoÆ
f
energia elettrica,
l
teleriscaldamento
l
ld
)
Emissioni in aria (CO2, NOx, diossine, polveri)
7
Approccio
pp
CSM
Offerta Commerciale su tre livelli:
FASE 1 – STUDIO
DI FATTIBILITÀ E PROGETTAZIONE DEL PROCESSO
FASE 2 – SVILUPPO SOLUZIONE
UTILIZZANDO
“TEST RIGS” DEDICATI
VALIDAZIONE PROCESSO & SOLUZIONI TECNOLOGICHE PER
PRIMARIO (ASSESMENT ECONOMICO – POSSIBILI BREVETTI)
SPECIFICHE
CSM
core business
IL REATTORE
PER L’IMPIANTO INDUSTRIALE, INCLUSA INGEGNERIA DI DETTAGLIO
DEI COMPONENTI INNOVATIVI
FASE 3 – SCALING –UP INDUSTRIALE- PRIMO PROTOTIPO
Assistenza al Cliente per le garanzie di processo
e supporto verso I fornitori di impianti
8
CSM
service
Capabilities del
(1 of 2)
CSM
Attività di laboratorio:
Caratterizzazione del rifiuto mediante apparecchiature da
laboratorio di chimica analitica standard ed analisi del suo
comportamento termico su apparecchiature originali progettate
da CSM.
Simulazioni di modello numerico e studi del processo di
trattamento utilizzando codici di calcolo termodinamico
commerciali e/o modelli originali di calcolo dedicati e sviluppati
ad hoc.
hoc
9
Capabilities del CSM
(2 of 2)
Impianti pilota:
Gasificatore a tamburo rotante da
G
100 kg/h di rifiuto
Per la produzione di Syngas da
rifiuti organici.
Impianto Torcia al plasma da
500 kW
per ll’inertizzazione
inertizzazione a caldo di
rifiuti pericolosi
Reattore a tamburo rotante da 50 kg/h
per p
p
processi di p
pirolisi
10
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE
DELLE SCHEDE ELETTRONICHE
AI FINI DEL RECUPERO
11
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Composizione chimica media di una scheda elettronica
(Computers monitors
(Computers,
monitors, telefonini,
telefonini altro)
Elemento/composto
12
% in peso
Vetronite (fibra di vetro+polimero )
70
Rame
16
Ferro e/o Ferrite ((trasformatori))
3
Nickel
2
Argento
0,05
Oro
0,03
Palladio
0.01
Altro (Bi,
(Bi Sb,
Sb Ta)
<0 01
<0.01
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Composizione merceologica e chimica
% in peso
PC
TV
Cellulari
Metalli + fibra di vetro
32.0
32.1
83.1
Materiale organico
68.0
67.8
16.9
Umidità
00
0.0
01
0.1
00
0.0
El.
Fe
g/kg
108
Al
48
Cu
37
Sn
Pb
Br
Mn
Zn
Sb
Ni
Cl
Na
Cr
31
30
27
22
15
4.5
3.1
1.9
1.8
1.6
Composizione tipica di una scheda madre di PC
13
Hg
.001
Ag
1
Pt
.2
Au
.005
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Stato dell
dell’arte
a te sul recupero
ecupe o delle sc
schede
ede elett
elettroniche
o c e a fine
e v
vita
ta
General routes
Recupero
p
componenti
p
mediante smontaggio
Recupero
p
componenti
p
mediante:
• Processi meccanici:
Shredding
•

•

•
14
Processi Piro-metallurgici:
Piro metallurgici:
Combustione
Pirolisi
Processi Idrometallurgici
g :
Lisciviazione
Elettrolisi
Combinazione di tali processi
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
COMBUSTIONE
DA SHREDDING
Camera di
combustione
(1200°C)
Aria
Combustibile ausiliario
Off‐gas
Off
gas
Materiale ricco
di rame
(black metal)
Idrometallurgia secondaria.
(electrofining, elettrolisi,
ecc.)
15
Camera di
Post - combustione
(1200°C - 1400 °C)
Scorie
Inertizzazione
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
PIROLISI
(1 of 3)
Processo di dissociazione endotermica in assenza di
ossigeno a temperature > 400°C e <900 ( tipicamente).
9Poiché molte sostanze di tipo organico sono termicamente instabili, in caso di forte
riscaldamento operato
p
in ambiente p
privo di ossigeno,
g
, esse p
possono essere
frammentate in frazioni solide, liquide e gassose tramite una combinazione di
“cracking termico” e di “condensazione” (vedi schema sotto riportato).
Gas ((Idrocarburi, alcoli, ecc.))
Rifiuto
Tar (idrocarburi, Aldeidi, ecc. in fase liquida)
Char (Solido carbonioso e inerti
Rifiuto + Calore Æ H2 + CO + CO2 + CH4 + Altri volatili + Tar + Char
16
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
PIROLISI
(2 of 3)
La natura del combustibile alimentato e le condizioni operative
p
influenzano le proporzioni relative dei prodotti di pirolisi:
9Temperature più basse producono maggior frazione di prodotti liquidi e cere;
9 Temperature più alte producono sostanzialmente idrocarburi a basso peso
molecolare (e quindi gassosi) e aromatici (vedi tabella seguente per R.S.U.)
17
Temp °C
C
Gas %
Liq %
Sol %
480
650
815
925
12,33
18,64
23 69
23,69
24,36
61,08
59,18
59 67
59,67
58,70
24,71
21,80
17 24
17,24
17,67
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
PIROLISI
(3 of 3)
Tipologia di processi
9Le diverse
9L
di
modalità
d lità di esecuzione
i
d l processo di pirolisi
del
i li i possono essere
classificate in base alla temperatura e al tempo di residenza del rifiuto combustibile
all’interno del reattore:
1.
Pirolisi lenta : avviene a temperature <500°C e per lunghi tempi di
residenza all’interno del reattore:
Viene massimizzata la quantità di Char (oltre il 30% del rifiuto di partenza).
2.
Pirolisi convenzionale : avviene a temperature < 600°C con moderati
tempi di residenza all’interno del reattore:
Gas,, liquido
q
e solido sono pprodotti circa in uguale
g
pproporzione
p
3.
Flash pirolisi (Plasma) : avviene a temperature superiori a 700°C, e con
tempi di contatto inferiori a 1 s.
Viene massimizzata la quantità di gas e minimizzata la quantità di liquido.
liquido
18
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
GASSIFICAZIONE
Processo ad alta temperatura che consiste nella parziale ossidazione di un
combustibile solido o liquido per generare un combustibile gassoso ricco in
idrogeno, CO e alcuni idrocarburi saturi, principalmente metano.
L’interesse per i processi di gassificazione è motivato da:
La bassa quantità di ossigeno blocca la formazione di Diossine e Furani.
Contenute emissioni di inquinanti.
Possibilità di integrazione con impianti di cogenerazione IGCC.
Produzione di una portata effluente di gas molto ridotta a quella di una
combustione convenzionale, soprattutto se si opera in eccesso d’aria. Questo
determina costi di investimento più bassi della sezione trattamento fumi.
La bassa
L
b
quantità
tità di gas prodotti
d tti genera un effetto
ff tt di trascinamento
t
i
t neii
confronti della parte fine della carica molto ridotto.
Temperatura più bassa rispetto alla combustione che non consente la
distillazione dei metalli più volatili.
volatili
19
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate
effettuate a livello di laboratorio con reattore a letto fisso
PC
20
TV
Cellulari
Test 1
Test 2
Test 1
Test 2
Test 1
Test 2
Gas %
67.0
70.7
59.8
60.5
83.0
81.7
Liq %
24.5
21.0
29.2
28
14.0
15.5
Sol %
5.3
4.2
6.7
6.5
2.5
2.6
Totale
96.8
95.9
95.7
95.0
99.5
99.8
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate
effettuate
ff
a livello
li ll di laboratorio
l b
i con reattore a letto
l
fi
fisso
Fase gas
21
Composti
%
PC
TV
Cellulari
H2
4.6
3.2
5.7
CO
27
21.8
36.1
CO2
51
51.5
45.8
Metano
10.3
14
6.4
Etano
19
1.9
27
2.7
06
0.6
Propano
1
1.6
0.4
Butano
0.5
1.2
0.2
Cl
0
0
0.1
Br
0.3
0.1
0.5
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate
effettuate
ff tt t a livello
li ll di laboratorio
l b t i con reattore
tt
a letto
l tt fisso
fi
Elementi ppm
Fase solida
metalli più
preziosi
22
PC
TV
Cellulari
FFrazione
i
>
600μm
FFrazione
i
<
600μm
FFrazione
i
>
600μm
FFrazione
i
<
600μm
FFrazione
i
>
600μm
FFrazione
i
<
600μm
Co
12
<5.6
93
56
64
39
Ni
10660
1331
24338
1863
13454
6870
Cu
242986
167105
260404
185190
333228
323163
Ag
6458
800
15020
1164
8118
4125
Au
6
211
<5.6
<5.6
18
28
Pd
<5 6
<5.6
<5 6
<5.6
<5 6
<5.6
<5 6
<5.6
<5 6
<5.6
<5 6
<5.6
In
<5.6
<5.6
<5.6
<5.6
<5.6
<5.6
Ga
45
27
94
29
210
184
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Considerazioni di sintesi
9 Dall’analisi dei risultati dei test su scala di laboratorio si evince che :
1. il processo può essere condotto in autosostentamento dal punto di vista
energetico, visti la quantità e la qualità dei prodotti contenuti nella fase
gassosa del processo pirolitico;
2. una fase successiva di gassificazione (non sperimentata in laboratorio)
può migliorare la qualità e quantità del syngas prodotto e diminuire la
quantità del carbonio residuo (Char) e quella della fase liquida (Tar) ;(
;(*))
3. la fase di laboratorio è stata condotta su un letto fisso e quindi su un
reattore di tipo batch, mentre sarebbe auspicabile un processo continuo
industriale A tal fine si potrebbe adottare una tecnologia innovativa CSM
industriale.
già sperimentata con successo su altri rifiuti industriali (Fluff auto).
(*)
Tutto questo a beneficio della purezza della scoria prodotta ricca in metalli per il trattamento
idrometallurgico successivo
23
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Proposta CSM di processo innovativo
schede
Metalli
IDROMETALLURGIA
ELETTROWINING
ELETTROLISI
Scorie (silicati)provenienti da PCB in vetronite
24
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Impianto pilota presso la Piattaforma Ambientale del CSM di Castel Romano
Vista complessiva del reattore
Interno del reattore con palettatura
per la movimentazione del fluff
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Dati principali del reattore
CFD (computational fluid-dynamics)
del reattore - campo di velocità dei gas
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
CONCLUSIONI
Da quanto emerso dai risultati di pirolisi su scala di laboratorio si possono
trarre le
l seguentii conclusioni:
l i i
9 un processo di pirogassificazione, viste le energie dei sottoprodotti in gioco, è
idoneo al trattamento di schede elettroniche a fine vita, previo shredding
della carica;
9 rispetto ai processi di combustione, già usati da altri in Italia, a cui seguono sui
residui solidi i processi di idrometallurgia ed elettrolisi consolidati, si
ottengono i vantaggi della autosostenibilità del trattamento e quelli di un
miglior controllo di processo e minor impatto ambientale;
9 sono disponibili presso CSM know how e tecnologia innovativa adeguati per la
verifica del processo su impianto pilota, propedeutica al successivo scalingup industriale.
26
TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI
SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO
Grazie per la vostra attenzione
g.todarello@c‐s‐m.it
27

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