Fizikai tulajdonságokon alapuló feldolgozás

A fizikai tulajdonságokon alapuló feldolgozáshoz sorolok be minden olyan folyamatot, ami a HEEB-ek valamilyen fizikai tulajdonságát használja a komponensek szétválasztására, illetve mechanikai behatást alkalmaz.

2.2.1 Előzetes válogatás

Az előzetes válogatás többnyire emberi erő igénybevételével történik. A hulladékká vált eszközök szétszerelése után a komponensek szétválogatása gyorsítható és precízebbé tehető különböző kódolási és jelölési technikák használatával (Rios et al. 2003). A szelektálás automatizálásra is van lehetőség különböző detektorok alkalmazásával (Rios, Stuart, and Grant 2003).

Automatizált szétszerelési módszer a MeWa Recycling GmbH által kifejlesztett láncos törő (UNI-CUT^® QZ 2000 HD). A flexibilis, gyorsító eszköz (lánc) a beadagolt anyagot nagy sebességre gyorsítja, mely ettől, és a reaktor speciálisan kialakított geometriájától egy jellegzetes anyagáramlási mintát vesz fel (harántmozgás lásd 7. ábra). Különböző fizikai hatások gondoskodnak az alkatrészek illesztéseinek mechanikai meglazításáról és szétbontásáról. Ezen kívül a feltárást segíti még a súrlódási hő hatása is. A következő paraméterek határozzák meg a ―termék‖ minőségét: tartózkodási idő, a gyorsító eszköz sebessége és a kihordónyílás nagysága (KMProjekt_Kft 2009; MeWa 2007).

7. ábra: Az UNI-CUT^® QZ 2000 HD működési elve, a nyilak a hulladék mozgásának irányát jelölik (láncos törő) (MeWa 2007)

Az automatizálás nagyobb kapacitást tesz lehetővé, míg a pusztán kézi szétszerelés inkább precíz és roncsolásmentes (Duflou et al. 2008).

Az előzetes válogatás előnye a kis kapacitással szemben, hogy a magas nemesfém tartalmú alkatrészek, például NyHL-ek, kiválogatása szignifikánsan nagyobb hatásfokot eredményez a fémek újhasznosításánál (Chancerel et al. 2009). Az előzetes válogatás után a hulladékok az aprítóba kerülnek, illetve a speciális kezelést igénylő berendezéseket, – mint hűtőgép vagy katódsugárcsöves készülékek, – más módszerrel kezelnek tovább.

2.2.2 Elektronikai hulladékok aprítása

A méretcsökkentésre különböző shredderek, malmok állnak rendelkezésre. A shredderekben többnyire tengelyre felszerelt kalapácsok és a berendezés falával történt ütközések aprítják az anyagot. A shredderben szorosan egymás mellett álló kések forognak, melyek nyíró hatás kifejtésével vágják szét a beadagolt anyagot (de Ron and Penev 1995).

További méretcsökkentő hatás a szemcsék súrlódása is (Chapman 1997). Az aprítandó hulladék ridegségének növelésével a méretcsökkentés hatásfoka jelentősen növelhető. Erre az úgynevezett kriogén aprítást alkalmazzák. A mélyhűtést kísérleti módon alkalmazzák a NyHL-ek mechanikai újrahasznosításánál (de Ron and Penev 1995; Jakob and Melchiorre).

Mivel (Chancerel et al. 2009; Hagelüken 2006a) szerint a NyHL ilyen aprítása csökkenti a kinyerhető nemesfémek mennyiségét, LCA modellem a kriogén aprítást nem tartalmazza.

Az aprítás szempontjából két fontos alkotóelemet különböztethetünk meg:

1. a NyHL és

2. az egyéb alkatrészek.

A megkülönböztetés alapja a fajlagos érték (gazdasági szempont) és az összetétel. Az egyéb alkatrészek nagy mennyiségű azonos anyagi minőségű komponenseket tartalmaznak. Így ezek szétválogatása különösebb technológiai nehézséget nem okoz.

Az elektronikai eszközökben a komponensek és alkatrészek csatlakozási mintázata is befolyásolja az aprítás hatékonyságát. Ez a mintázat kétféle lehet:

1. egyszerű illesztések és az

2. anyagok keveredésével járó zárt rendszerek.

A hozzáerősítés, beszúrás, menetelés, betokozás kis energiával bontható, míg a hegesztés, ragasztás, bevonatolás, lakkozás már nehezebben, a töltés, ötvözés pedig mechanikus úton szétválaszthatatlan (Zhang and Frossberg 1997).

A kriogén aprítás során a NyHL műanyagtartalma rideggé tehető, a fém és műanyag eltérő tágulási együtthatója következtében feszültség keletkezik köztük. Ez elegendő ahhoz, hogy a két anyagfajta szétváljon (Nallinger 1999). A kriogenizálás további előnye, hogy csökkenhetők az oxidatív folyamatok, és visszaszorítható a kiporzás vagy káros gázok keletkezése.

1. táblázat: A részecske alakjának hatása (Zhang and Frossberg 1997) Elválasztási eljárások Részecske alakjának hatása

Méret szerinti osztályozás A szitarekesz elkülönítette a lemez alakú részeket és az összegabalyodott huzalokat

Sűrűség szerinti szétválasztás Az ülepedési sebességre, végső soron az elválasztás hatékonyságára hat

Mágneses szétválasztás Demágneseződési faktorra és a mágneses erőre

Elektrosztatikus szétválasztás A koronatér töltésére, a szétválasztandó szemcsékre kifejtett elektrosztatikus erőre.

Örvényáramos szétválasztás A vezető szemcsékben indukálódó örvényáramra és az ennek folyamán fellépő Lorentz erőre

A shredder termékeit rázóasztalon, szitán vagy fluid ágyas szeparátorban is szétválaszthatjuk. Ennek lényege hasonló a rázóasztaléhoz. Az anyag egy dőlt vibráló felületen halad keresztül, és a fajsúly különbség következtében a nehezebb részecskék lefelé vándorolnak, míg a könnyebb műanyagban gazdag frakció a felszínen marad (de Ron and Penev 1995; Chapman 1997).

23 A shreddert többnyire kevert minőségű anyag hagyja el, aminek következtében különböző szemcseméretű frakciókban eltérő komponensek dúsulnak fel. Ezek az alábbiak:

• nem mágnesezhető fémek (réz, arany, ezüst, palládium, ón),

• mágnesezhető fémek (vas),

• egyéb maradékok (pl. műanyag),

• tiszta alumínium (Chapman 1997; Zhang and Frossberg 1997).

Ezeket további szeparációs módszerekkel tovább lehet dúsítani (lásd 1. táblázat). A ferromágneses fémek a kisebb szemcseméretű frakcióban dúsulnak fel a rézzel együtt, míg az alumínium leválási foka a nagyobb szemcseméret-tartományban magas (Oki, Yotsumoto, and Owada 2004; Guo et al. 2011).

A fizikai szétválasztásnál a komponensek méretének meghatározó szerepe van. Az aprítás egyik célja, hogy méretcsökkenést és ezzel fajlagos felületnövekedést érjünk el a feldolgozandó anyagoknál, illetve hozzáférhetővé tegyük az eredetileg rejtett hulladékkomponenseket is. Másrészről a kisebb formátumú hulladékkomponensek eljárás-technológiai szempontból könnyebben kezelhetőek (logisztika, beadagolás).

Habár a méretcsökkentéssel a szemcsék anyagi összetétele is egyszerűsödik, azaz közel homogén anyagi összetételű szemcsék keletkeznek, a túlzott mértékű aprítást kerülni kell.

Egyrészt az alkotók ilyen módú feldúsulása korlátorzott, így a befektetett energia korántsem arányos a szétválaszthatóság hatásfokával, másfelől a fontos fémes alkotóelemek könnyen emittálódhatnak a keletkező porral, gázokkal, ami csökkenti a visszanyerhető anyagmennyiséget (Chancerel et al. 2009; Hagelüken 2006a; Hagelüken 2006b; J.-C. Lee et al. 1994; J.-C. Lee et al. 1996).

2.2.3 Mágneses szeparáció

Az elektronikai eszközök nagy része fémekből áll, ami különböző mértékben mágnesezhető frakciókat is tartalmaz. Ezek egyik legegyszerűbb kiválogatása, amit a hulladékgazdálkodásban, és az ércdúsításban is alkalmaznak, a mágneses szeparáció.

A mágneses szeparációt előszeretettel alkalmazzák alacsony-intenzitású dob szeparátor formájában ferromágneses fémek nem-vas fémektől, és nem mágnesezhető szennyezőktől való elválasztásánál (Schloemann 1976). Ez tulajdonképpen már egyfajta kombinációja az örvényáramú szeparátornak és a mágnesnek (Schloemann 1976).

A ritkaföldfémeket tartalmazó nagy intenzitású permanens mágnesek több lehetőséget rejtenek magukban, mivel paramágneses fémek elválasztására is alkalmasak (Cui and Forssberg 2003). Sok hulladék-feldolgozó üzem ezeket használja mágneses futószalag formájában (de Ron and Penev 1995). Ez három ötvözetcsoportnál valósítható meg (Cui and Forssberg 2003):

 Réz ötvözetek relatíve magas szuszceptibilitással, például: Al-multikomponensű bronz

 Réz ötvözetek közepes szuszceptibilitással, például: Mn-multikomponensű bronz.

 Réz ötvözetek alacsony szuszceptibilitással, vagy diamágneses anyagok, például:

réz alacsony vastartalommal.

A mágneses szeparátorok egyik hátránya, hogy a mágnesezhető részek nem mágnesezhető részeket is magukkal ragadhatnak, ezzel rontva a ferromágneses frakció tisztaságát (Veit et al. 2005).

A dob mágnesek esetében a termékek tisztasága ugyan 90 % fölötti, de az újrahasznosítási arány 60-80 % között ingadozhat (Schloemann 1976).

A permanens és elektromágnesek között elsősorban üzemelés-technikai különbségek vannak. Jó hatásfokán túl a permanens mágnessel még üzemelési költségeket is redukálni

lehet az elektromágnesekkel szemben (Lungu 2009), mindamellett az üzemzavarok esetén kezelése is egyszerűbb. Az elektromágnesek pozitív tulajdonsága a könnyű tisztíthatóság, nagyobb kapacitás. Hátránya, hogy működéséhez elektromos áramot, egyes típusoknál hűtőolajat igényel (Goudsmit 2006). További jellemzőket a 2. táblázat mutatja.

2. táblázat: Néhány mágneses szeparátorfajta tulajdonságai (+ jellemző, - nem jellemző) (Steinert 2007a)

2.2.4 Elektromos vezetőképességen alapuló szeparáció

Ezen eljárás az anyagok különböző elektromos vezetőképességét, vagy ellenállását használja ki.

Az alábbi három eljárás a legismertebb (Cui and Forssberg 2003; de Ron and Penev 1995):

1. Örvény áramú szeparátor 2. Korona elektródos szeparáció 3. Dörzs elektromos szeparáció

Az örvényáramú szeparátor 5 mm-nél nagyobb szemcsék esetében használható hatékonyan, ezalatt már nagyobb hatékonyságú mágnesekkel felszerelt berendezésre van szükség (Lungu and Schlett 2001; Zhang et al. 1998). A szeparáció kritériuma itt a szemcse vezetőképessége és a sűrűsége. A szeparátorban taszító erő alakul ki a töltött részecskékben a megfelelő alternatív mágneses mező és az örvényáram kölcsönhatása által indukált mágneses mező hatására (Lorentz-erő). Alkalmazása: nem-vas kiválasztása zúzott autóhulladékból, vasipari öntöde öntőhomokjának tisztítása, PET, üvegtörmelék tisztítása, stb. (Kercher and Webb 1982; Lungu 2009; Lungu and Schlett 2001).

A korona-elektródos szeparációnál a koronaelektród és az ellentétesen töltött részecske között kialakuló kölcsönhatás a szeparáció hajtóereje. Ez 5 mm-nél kisebb szemcseátmérőnél alkalmazható. Nyersanyagok, hulladékok vezető és nem-vezető frakcióra való szétválasztáshoz, valamint Cu és Al aprított drót, illetve kábelhulladékból való visszanyeréséhez alkalmazzák. A vezető anyagok (fémek) a forgódobról a centrifugális erő és a koronaelektródok hatására távolabb repülnek, míg a kevésbé vagy egyáltalán nem vezető anyagok a dobbal tovább fordulva ahhoz közelebb esnek (Zhang and Forssberg 1998; Huang, Guo, and Xu 2009; Veit et al. 2005)

Az elektródrendszer kialakításán kívül a szétválasztás hatásfokát több más fizikai tényező is befolyásolhatja. Ilyenek a henger forgási sebessége, a betáplálás mennyisége és a

beszerzési < 20000€ < 5000€ < 5000€ > 20000€ < 20000€ < 20000€

energia fogy. közepes közepes közepes magas magas közepes

kezelő-személyzet utóválogatás alacsony alacsony alacsony alacsony alacsony alacsony

25 környezeti viszonyok (Nallinger 1999; Krause and Röhrs 2000). A kialakítástól függően a termékkihozatal elérheti a 90-95%-ot. A fémfrakció tisztasága akár 99 %-os is lehet (Nallinger 1999; Luga and Morar 2001).

Legtöbbet a gömb alakú szemcséket tanulmányozták, bár a legtöbb szemcse hengeres (apró huzaldarab). A hosszú szemcsék hajlamosak a villamos tér erővonalai mentén beállni, és a koronakisülés a végükön következik be. Ez a jelenség leronthatja a töltési folyamat hatásosságát a lapelektród felületén, ha a szemcsék hosszúak, a koronakisülés is káros szikrázással, beégéssel jár (Luga and Morar 2001)

A dörzs elektromos elválasztásnál a dörzstöltéssel ellentétes töltésű részecske okozza a különböző erőirányokat. Ezzel főként műanyagokat választanak el egymástól 10 mm-es szemcse átmérővel.