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 25 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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