回收电子废物的新科技

时间:2020-04-04 17:31 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

回收电子废物的新科技

我们这个相互联系的消费社会产生了大量的电子垃圾,全世界每年大约有5000万吨。即使是现在,垃圾也会在未来的一年中呈现出最强劲的增长。根据材料价格,这些废料中包括的原材料价值估计为500 - 600亿欧元。由于扩大了生产者责任制度,许多国家都组织了针对这种废物的立法和回收渠道,但目前只有20%的废物是通过认证程序回收的。此外,在电子废物所含的六十种化学元素中,只有少数可循环再造,共有十种:金、银、铂、钴、锡、铜、铁、铝和铅)。其他的东西最后都被扔进了垃圾填埋场。

从循环经济的角度来看,理想的情况是一方面尽可能延长这些电子设备的寿命,特别是延长第一次使用的时间,另一方面方便和有利于重复使用或维修。事实仍然是,这些垃圾填埋场代表着真正的“城市地雷”:那些知道如何开采它们的人的潜在矿藏。

我们如何处理电子废物?

回收电子垃圾是指将材料、分子或化学元素分离,以便作为制造新产品的原料出售。首先,你必须拆除设备和部件,对它们进行分类、研磨,最后分离材料,通常是通过焚烧,然后是基于溶液的化学过程。

从城市矿井中提取更多的化学物质说起来容易做起来难。电子废物在性质上非常多样化,经常与其他类型的废物混合在一起。因此,要处理的废物的组成不同于一铲垃圾焚化炉的灰或一批废物到另一批废物。这与“传统”矿的开采形成了对比,在“传统”矿中,矿石的成分要简单得多,而且比较稳定。

化学家面临着极其复杂的分离问题。这在一定程度上解释了为什么回收行业目前专注于最浓缩或最具经济吸引力的金属来回收,因此才有了上述名单。

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新战略:拆分、分类、研磨、解散

分类的目的是尽量减少化学复杂性的混合物被处理,以及它的变异性。它可以做尺度:设备(类型、代),它的模块(印刷电路、电池、外部信封、框架等),他们的基本电子元件(电缆、抗性、能力,芯片,裸板等),甚至在磨粉造成的水平,可以进行所有的尺度。

从理论上讲,设备的完全拆卸是最有效的方法。但是,由于设备的多样性和复杂性,这一步很难实现自动化:拆卸仍然主要是手工进行的,这意味着它的成本往往过高,无法进行基本组件级别的分类。

因此,在进行任何化学处理之前,回收商(MTB、Paprec、Veolia)最常用的方法是在设备或其组件的尺度上进行研磨,然后利用密度或磁性能的差异通过物理方法分离粒子。根据获得的粉末的纯度,然后使用热处理或化学处理来细化最终产品的成分。

在后一种情况下,化学元素溶液中最常用的分离方法是所谓的液-液萃取法。它通常首先将金属或其氧化物溶解在酸中(例如硝酸),然后制成乳液,也就是说,相当于法国的醋油沙。酸溶液(“醋”)在萃取柱中与有机溶剂(如煤油,“油”)和一个或多个分子(“芥末”)混合,具有促进某些金属(“风味”)从酸转移到溶剂的特性。由于这个分离步骤很少是完美的,为了达到期望的纯度水平,它被连续重复。为了达到想要的纯度,有时需要几十次甚至几百次连续的萃取。

为了优化这些过程的成本和效率,需要研究大量参数(例如,化学物质的浓度、酸度、温度等)的影响,以确定代表最佳折衷的组合。

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新工艺提高回收率

在实验室稀缺的情况下,我们正在研究新的工艺,这些工艺将最终允许“增加回收化学元素的数量,并提高它们的回收率:一方面是机械工艺(自动拆卸和分拣),另一方面是溶液中的化学提取工艺。”

例如,正如我们所看到的,电子垃圾的化学成分是很不稳定的。对于特定的化学成分,提取工艺的发展很容易需要5到10年的研究和优化,而现有工艺适应新的成分(例如一种新金属)需要几个月到几年的时间。这与可回收废物的数量、资源和时间几乎不相容。

微观管道优化元素的提取

为了减少开发新萃取工艺的时间和成本,我们将所有工艺研究所需的设备进行了小型化和集成在一个单一的设备微流体自动化。在微流控设备,管道小于一毫米(在我们的例子中100μm厚,两根头发的厚度或更少)。这允许使用非常少量的材料:用几微升的溶剂和酸代替毫升,用几毫克的化合物代替克。随着分析方法(x射线、红外和传感器)的集成,我们可以连续、自动、快速地研究参数的不同组合。这使得我们可以在几天内完成一项研究,而这通常需要几个月的时间。

与传统装置相比,微流体的另一个优点是:我们可以更好地理解化学元素在水和油之间的界面上转移的现象。事实上,由于多孔膜的使用,我们控制了水和油之间的交换表面,以及两相之间的接触时间,这两相通过计算机控制的注射泵被推入微流体通道。这样就可以精确地计算出物质的流动。

稀土的回收:珍贵的和很少回收的材料

这种方法最近使我们能够研究在移动电话中发现的战略金属的提取。这些在现代技术中必不可少的金属主要在中国生产,目前很少回收——不到5%。这是非常不幸的,因为它们的生产非常昂贵,并可能造成社会和环境问题。

结果表明,两种特定萃取分子的结合使稀土的萃取效率比单独使用分子的萃取效率高出近100倍。此外,我们已经证明,在酸浓度比工业使用低10至100倍的情况下,萃取效率更高,产生的污染更少。我们还确定了一些参数的组合,这些参数使我们能够更有效地分离稀土,而这通常很难通过几个步骤实现。我们现在正在研究这些结果的转换,在一个非常小的规模,获得的工业生产工具。

最后,我们的微流体方法是模块化的,这意味着每个模块都可以在其他情况下发挥作用,例如,液-液萃取模块可以用于有机分子(精油)萃取过程的研究;或用于在线监测农业食品或制药过程的红外光谱模块。它可以让你确定游离水的量——它是包裹在溶解于其中的分子周围的水,但这些分子不与它们相互作用,这是这些行业的许多公式中需要遵循的一个关键参数。

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