Технология извлечения драгоценных металлов из отходов электротехники

В последнее время становится все более экономически выгодно использовать вторичное сырье с целью добычи полезных материалов для их дальнейшего использования. В частности, отходы электротехнической промышленности, радиотехнические и бытовые приборы являются вторичными источниками ценных металлов. Существуют технологии и методики обработки подобных отходов, но из-за ряда проблем широкого распространения они не находят. Для организации производств по обработке и утилизации вторичного сырья необходима муниципальная и государственная поддержка, а так же создание и модернизация технологий по утилизации, с целью увеличения экономической выгоды всего процесса.

По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий.

В радиотехнической и электронной промышленности постоянно образуются отходы изделий из цветных металлов и их сплавов, покрытых золотом, серебром, платиной и палладием. Использование вторичного металлосодержащего сырья в современном мировом производстве металлов быстро и неуклонно растет. В ряде промышленно развитых стран производство вторичных металлов составляет 30-40% от общего объема металлургической промышленности. Отходы, с одной стороны, наносят огромный вред окружающей среде, с другой – представляют собой ценнейшие ресурсы, по содержанию полезных компонентов в сотни и тысячи раз превосходящие природные источники.

Хорошо известно, что если ранее извлечённые ценные материалы, которыми являются драгоценные металлы, вводятся в оборотное использование, то это полностью оправдывает любые затраты, вложенные в утилизацию. Высокие показатели экономической эффективности при выделении драгоценных металлов из отходов определяются увеличением выхода и степени извлечения металлов по сравнению с первичным рудным сырьём. Данные процессы имеют значительно меньшее число стадий, сокращённый расход энергии и требуют небольших производственных площадей.

Несравнимы и уровни содержания драгоценных металлов в первичном или шлиховом сырье и вторичном сырье (лом, различные отходы). Например, содержание платиноидов суммарного количества в 2-3 г на тонну считается весьма рентабельным в переработке. Масса же драгметаллов во «вторичке» исчисляется килограммами и десятками килограмм на тонну, если не принимать во внимание ещё более богатую продукцию металлургического производства — контактные каталитические сетки, термопары, тигли, корпуса стеклоплавильных аппаратов и т.д.

Также, например, в россыпных месторождениях содержание золота составляет до 0,1 – 0,5 г/т руды, в коренных рудах 1 – 5 г/т. Во вторичном сырье содержание золота от 100 г/т до 100 кг/т. Доля благородных металлов, получаемых из вторичного сырья, составляет 20 – 50%.

Методы переработки вторичного сырья выбираются в зависимости от особенности сырья, содержания в них компонентов, подлежащих извлечению, а также наличию сопутствующих веществ.

Крупногабаритные электротехнические отходы (оргтехника, телевизоры, компьютеры) на первоначальном этапе утилизации подвергаются разборке на составляющие компоненты, которые затем самостоятельно перерабатываются по соответствующим технологиям. Квалифицированные специалисты проводят разборку утилизируемой техники с выделением всех опасных материалов (в первую очередь ртутьсодержащих люминесцентных ламп). 

Разрушение одного монитора персонального компьютера способно вызвать загрязнение ртутью производственного помещения объемом 50м³ до 60ПДК, а жидкокристаллического телевизора с диагональю 40 дюймов — до 400-500ПДК. Ртутьсодержащие люминесцентные лампы помещаются в специальные герметичные контейнеры и направляются на обезвреживание специализированным предприятиям-переработчикам. 

Компоненты, из которых можно извлекать драгметаллы, извлекаются и помещаются в пластиковые контейнеры или полиэтиленовые пакеты. Эти компоненты передаются по договору в специализированные организации, имеющие свидетельства о постановке на учет Инспекцией пробирного надзора Минфина РФ («Промпереработка», «Экоцентр», МГУП «Промотходы» и др.). Затем отделяются детали, пригодные для дальнейшего рециклинга (полимеры, металл и др.). На втором этапе проводится механизированное измельчение отходов в дробилке в соответствии с утвержденным технологическим регламентом процесса переработки неликвидной продукции. Измельченные материалы помещают в герметичные контейнеры. Их могут использовать, например, для получения продукции — добавок для производства цемента. 

В мировой практике для извлечения металлов из электронного скрапа используют сжигание и плавление, а также процессы гидрометаллургии (гидрометаллургическая переработка плат заключается в обработке их азотной кислотой или раствором нитрата меди в азотной кислоте, что обуславливает необходимость в организации очистки сточных вод). Эти технологии дороги, приводят к выделению флоксинов и канцерогенов. Они отличаются большой материало- и энергоемкостью, значительная часть отходов электронного скрапа подлежит захоронению. При традиционных способах переработки теряются сопутствующие компоненты – пластики, текстолит, дерево. 

Ведущими отечественными организациями в области переработке электронного лома являются Минсвязи РФ, НИИ Гиналмаззолото и некоторые другие.

В Минсвязи разрабатывается технология комплексной переработки лома радиоэлектронной аппаратуры, предусматривающая:

• механические методы измельчения лома и сепарации дробленого лома на компоненты;
• получение вторичного оловянно-свинцового припоя путем нагрева и последующего центрифугирования лома печатных плат;
• получение чистых металлов электролитическими методами;
• переработку стекла, полимерных и деревянных материалов и производство из них товаров народного потребления.

Технология, разрабатываемая в НИИ Гиналмаззолото, ориентирована на получение в основном благородных металлов из элементов и узлов электронного лома, их содержащих. Другой особенностью технологии является широкое использование методов сепарации в жидких средах и некоторых других, характерных для обогащения руд цветных металлов.

ВНИИПвторцветмет специализируется на технологиях переработки отдельных типов лома: печатных плат, электронно-вакуумных приборов, блоков ПТК в телевизорах и др.

По плотности материал платы с большой степенью достоверности делится на две фракции: смесь металлов и неметаллов (+1,25 мм) и неметаллы (-1,25 мм). Такое разделение может быть осуществлено на грохоте. В свою очередь из фракции неметаллов при дополнительной сепарации на гравитационном сепараторе может быть выделена металлическая фракция и тем самым достигнута высокая степень концентрации получаемых материалов.

Часть (80,26%) оставшегося материала +1,25 мм может быть подвергнута повторному дроблению до крупности -1,25 мм с последующим выделением из него металлов и неметаллов.

На заводе «ТЭКОН» в Санкт-Петербурге установлен и эксплуатируется производственный комплекс извлечения драгметаллов. Используя принципы ударно-скоростного дробления исходного лома (изделия для микроволновой техники, считывающие устройства, микроэлектронные схемы, печатные схемы, Pd-катализаторы, печатные платы, отходы гальванотехники) на установках (роторно-ножевой измельчитель, высокоскоростной ударно-роторный дезинтегратор, грохот барабанный, сепаратор электростатический, сепаратор магнитный) получают избирательно дезинтегрированный материал, который далее разделяется методами магнитной и электрической сепарации на фракции, представленные неметаллами, черными металлами и цветными металлами, обогащенными платиноидами, золотом и серебром. Далее драгоценные металлы выделяются посредством аффинажа. 

Этот метод предназначен для получения полиметаллического концентрата содержащего серебро, золото, платину, палладий, медь, и другие металлы, с содержанием неметаллической фракции не более 10 %. Технологический процесс позволяет обеспечить извлечение металла в зависимости от качества скрапа на 92-98% . 

Отходы электро- и радиотехнического производства, в основном платы, состоят, как правило, из двух частей: элементов монтажа (микросхем), содержащих драгметаллы и не содержащей драгметаллы основы с наклеенной на нее входящей частью в виде проводников из медной фольги. Поэтому по способу, разработанному объединением «Механобр-Техноген», каждая из составляющих подвергается операции разупрочнения, в результате чего слоистый пластик теряет свои первоначальные прочностные характеристики. Разупрочнение производят в узком интервале температур 200-210ºС в течение 8-10 часов, затем сушатся. Ниже 200ºС разупрочнения не происходит, выше материал "плывет". При последующем механическом дроблении материал представляет собой смесь зерен слоистого пластика с дезинтегрированными элементами монтажа, проводящей частью и пистонами. Операция разупрочнения в водной среде предотвращает вредные выделения.

Каждый класс крупности отклассифицированного после дробления материала (-5,0+2,0; -2,0+0,5 и -0,5+0 мм) подвергают электростатической сепарации в поле коронного разряда, в результате чего образуются фракции: проводящая все металлические элементы плат и непроводящая - фракция слоистого пластика соответствующей крупности. Затем из металлической фракции получают припой и шлихи драгметаллов. Непроводящую фракцию после обработки используют либо как наполнитель и пигмент в производстве лаков, красок, эмалей, либо повторно в производстве пластмасс. Таким образом, существенными отличительными признаками являются: разупрочнение электротехнических отходов (плат) перед дроблением в водной среде при температуре 200-210ºС, и классификация по определенным фракциям, каждая из которых затем проходит обработку с дальнейшим использованием в промышленности. 

Технология характеризуется высокой эффективностью: проводящая фракция содержит 98,9% металла при его извлечении 95,02%; непроводящая фракция содержит 99,3% модифицированного стеклотекстолита при его извлечении 99,85%.

Известен еще один способ извлечения благородных металлов (патент Российской Федерации RU2276196). Он включает дезинтеграцию радиоэлектронного лома, виброобработку с отделением тяжелой фракции, содержащей благородные металлы, сепарацию и выделение металлов. При этом полученный радиоэлектронный лом сортируют и отделяют металлические детали, оставшуюся часть лома подвергают виброобработке с отделением тяжелой фракции и сепарации. Тяжелую фракцию после сепарации смешивают с предварительно отделенными металлическими деталями и подвергают смесь окислительному плавлению при подаче воздушного дутья в пределах 0,15-0,25 нм3 на 1 кг смеси, после чего проводят электрорафинирование полученного сплава в сульфатном растворе меди и выделяют из образовавшегося шлама благородные металлы. Благодаря способу обеспечивается высокое извлечение благородных металлов, %: золото - 98,2; серебро - 96,9; палладий - 98,2; платина - 98,5.

Непосредственно же программы по системному сбору и утилизации отработавшего электронного и электрического оборудования в России практически отсутствуют.

В 2007 году на территории Москвы и Московской области в соответствии с распоряжением правительства Москвы "О создании городской системы сбора, переработки и утилизации отходов электроники и электротехники" собирались выбрать земельные участки для развития производственных мощностей Экоцентра МГУП "Промотходы" по сбору и промышленной переработке отходов с выделением зон утилизации лома электронной и электротехнической продукции в пределах участков планируемых под объекты санитарной очистки.

По данным на 30.10.2008 проект еще не был воплощен в жизнь, а в целях оптимизации расходов бюджета города Москвы на 2009-2010 годы и плановый период 2011-2012 годов мэр Москвы Юрий Лужков в сложных финансово-экономических условиях распорядился приостановить ранее принятые решения о строительстве и эксплуатации ряда мусороперерабатывающих предприятий и заводов в Москве. 

В том числе приостановлены распоряжения: 

• "О порядке привлечения инвестиций для завершения строительства и эксплуатации мусороперегрузочного комплекса в промзоне Южное Бутово города Москвы"; 
• "Об организационном обеспечении строительства и эксплуатации мусороперерабатывающего завода по адресу: Остаповский проезд, д.6 и д.6а (Юго-Восточный административный округ города Москвы)"; 
• "О внедрении автоматизированной системы контроля оборота отходов производства и потребления в городе Москве"; 
• "О проектировании комплексного предприятия санитарной очистки ГУП "Экотехпром" по адресу: Востряковский проезд, вл.10 (Южный административный округ города Москвы)". 

Перенесены на 2011 год сроки реализации распоряжений: 

• Распоряжение №2553-РП "Об организации строительства производственно-складского технологического комплекса с элементами сортировки и предварительной переработки крупногабаритного мусора в промзоне "Курьяново";
• Распоряжение №2693-РП "О создании комплекса по переработке отходов". 

Также признано утратившим силу распоряжение «О создании городской системы сбора, переработки и утилизации отходов электроники и электротехники". 

Схожая ситуация наблюдается во многих городах Российской Федерации и при этом она усугубляется во время экономического кризиса.

Сейчас в России существует закон, который регулирует обращение с отходами потребления, куда относится и отслужившая бытовая техника, за нарушение которого предусмотрен штраф: для граждан – 4-5 тыс. рублей; для должностных лиц – 30-50 тыс. рублей; для юридических лиц – 300-500 тыс. рублей. Но при этом, выбросить на помойку старый холодильник, радиоприемник или какую-либо часть автомобиля – это по-прежнему наиболее простой способ избавиться от старой техники. Тем более что оштрафовать вас могут только в том случае, если вы решите оставить хлам просто на улице, в непредназначенном для этого месте.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вторичная металлургия серебра. Московский государственный институт стали и сплавов. – Москва. – 2007. 
2. Гетманов В.В., Каблуков В.И. Электролитическая переработка отходов
средств вычислительной техники, содержащей драгоценные металлы // МГТУ «Экологические проблемы современности». – 2009.
3. Патент Российской Федерации RU 2014135
4. Патент Российской Федерации RU2276196
5. Комплекс оборудования для переработки и сортировки электроннoго и электротехнического скрапа и кабеля. [Электронный ресурс]
6. Утилизация оргтехники, электроники, бытовой техники. [Электронный ресурс]