ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO. Dr. Ing. Giuseppe Todarello Senior Scientist Tecnologie Ambientali

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Giordano Cipriani
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1 SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO Dr. Ing. Giuseppe Todarello Senior Scientist Tecnologie Ambientali

2 IL CENTRO SVILUPPO MATERIALI S.P.A. IN BREVE 2

3 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, mediante una massa critica di competenze basate sulla propria esperienza maturata sul campo e una rete di collaborazioni internazionale. 3

applicazioni industriali, mediante una massa critica di competenze basate sulla

4 CSM Shareholders 4

5 CSM at a glance 5

6 6 CSM per l ambiente

7 Settori principali p Rifiuti Prevenzione (residui industriali interni sottoprodotti) Valorizzazione (rifiuto materia prima e/o energia) Inertizzazione (rifiuto pericolosi materiale inerte) Bonifica siti (siti industriali molto inquinati trattamenti in -sito) Efficienza energetica(risparmio, recupero & utilizzazione) Risparmio (riduzione dell energia richiesta bassi consumi) Recupero (calore del rifiuto da una parte del sistema. Utilizzo (calore rifiuto energia elettrica, teleriscaldamento) l ld Emissioni in aria (CO 2,NO x, diossine, polveri) 7

energetica(risparmio, recupero & utilizzazione) Risparmio (riduzione dell energia richiesta bassi consumi) Recupero (calore del rifiuto

8 Approccio CSM Offerta Commerciale su tre livelli: FASE 1 STUDIO DI FATTIBILITÀ E PROGETTAZIONE DEL PROCESSO FASE 2 SVILUPPO SOLUZIONE UTILIZZANDO TEST RIGS DEDICATI CSM core business VALIDAZIONE PROCESSO & SOLUZIONI TECNOLOGICHE PER IL REATTORE PRIMARIO (ASSESMENT ECONOMICO POSSIBILI BREVETTI) SPECIFICHE 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 CSM service 8

ECONOMICO POSSIBILI BREVETTI) SPECIFICHE PER L IMPIANTO INDUSTRIALE, INCLUSA INGEGNERIA DI DETTAGLIO DEI COMPONENTI INNOVATIVI FASE 3

9 Capabilities del CSM (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. 9

apparecchiature originali progettate da CSM.

10 Capabilities del CSM (2 of 2) Impianti pilota: Gasificatore a tamburo rotante da 100 kg/h di rifiuto Per la produzione di Syngas da rifiuti organici. Reattore a tamburo rotante da 50 kg/h per processi di pirolisi Impianto Torcia al plasma da 500 kw per l inertizzazione a caldo di rifiuti pericolosi 10

11 TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DELLE SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO 11

12 Composizione chimica media di una scheda elettronica (Computers, monitors, telefonini, altro) Elemento/composto % 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, Sb, Ta) <

(fibra di vetro+polimero ) 70 Rame 16 Ferro e/o Ferrite

13 Composizione merceologica e chimica % in peso PC TV Cellulari Metalli + fibra di vetro Materiale organico Umidità El. Fe Al Cu Sn Pb Br Mn Zn Sb Ni Cl Na Cr Hg Ag Pt Au g/kg Composizione tipica di una scheda madre di PC 13

0 El. Fe Al Cu Sn Pb Br Mn Zn Sb Ni Cl Na Cr Hg Ag Pt Au g/kg 108 48 37 31 30 27

14 Stato dell arte sul recupero delle schede elettroniche e a fine vita General routes Recupero componenti mediante smontaggio Recupero componenti mediante: Processi meccanici: Shredding Processi Piro-metallurgici: Combustione Pirolisi Processi Idrometallurgici: g Lisciviazione Elettrolisi Combinazione di tali processi 14

Processi meccanici: Shredding Processi Piro-metallurgici: Combustione Pirolisi

15 COMBUSTIONE DA SHREDDING Aria Camera di combustione (1200 C) Materiale ricco di rame (black metal) Combustibile ausiliario Off gas Scorie Camera di Post - combustione (1200 C C) Idrometallurgia secondaria. (electrofining, elettrolisi, ecc.) Inertizzazione 15

gas Scorie Camera di Post - combustione (1200 C - 1400 C)

16 PIROLISI (1 of 3) Processo di dissociazione endotermica in assenza di ossigeno a temperature > 400 C e <900 ( tipicamente). Poiché molte sostanze di tipo organico sono termicamente instabili, in caso di forte riscaldamento operato in ambiente privo di ossigeno, esse 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 H 2 + CO + CO 2 + CH 4 + Altri volatili + Tar + Char 16

essere frammentate in frazioni solide, liquide e gassose tramite una combinazione di cracking termico e di condensazione (vedi schema sotto riportato).

17 PIROLISI (2 of 3) La natura del combustibile alimentato e le condizioni operative influenzano le proporzioni relative dei prodotti di pirolisi: Temperature più basse producono maggior frazione di prodotti liquidi e cere; Temperature più alte producono sostanzialmente idrocarburi a basso peso molecolare (e quindi gassosi) e aromatici (vedi tabella seguente per R.S.U.) Temp C Gas % Liq % Sol % ,33 61,08 24, ,64 59,18 21, ,69 59,67 17, ,36 58,70 17,67 17

producono sostanzialmente idrocarburi a basso peso molecolare (e quindi gassosi) e aromatici (vedi tabella seguente per R.

18 PIROLISI (3 of 3) Tipologia di processi Le diverse modalità di esecuzione del processo di pirolisi 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 e solido sono prodotti circa in uguale proporzione 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. 18

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.

19 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 quantità di gas prodotti genera un effetto di trascinamento t nei confronti della parte fine della carica molto ridotto. Temperatura più bassa rispetto alla combustione che non consente la distillazione dei metalli più volatili. 19

Possibilità di integrazione con impianti di cogenerazione IGCC.

20 Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate effettuate a livello di laboratorio con reattore a letto fisso PC TV Cellulari Test 1 Test 2 Test 1 Test 2 Test 1 Test 2 Gas % Liq % Sol % Totale

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.

21 Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate effettuate a livelloll di laboratorio con reattore a letto fisso Fase gas Composti % PC TV Cellulari H CO CO Metano Etano Propano Butano Cl Br

22 Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinate effettuate t a livelloll di laboratorio con reattore a letto fisso Elementi ppm PC TV Cellulari Fase solida metalli più preziosi Frazione Frazione Frazione Frazione Frazione Frazione > < > < > < 600μm 600μm 600μm 600μm 600μm 600μm Co 12 < Ni Cu Ag Au <5.6 < Pd <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

23 Considerazioni di sintesi 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 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

24 Proposta CSM di processo innovativo schede Metalli IDROMETALLURGIA ELETTROWINING ELETTROLISI Scorie (silicati)provenienti da PCB in vetronite 24

25 Impianto pilota presso la Piattaforma Ambientale del CSM di Castel Romano Vista complessiva del reattore Dati principali del reattore Interno del reattore con palettatura per la movimentazione del fluff CFD (computational fluid-dynamics) del reattore - campo di velocità dei gas 25

26 CONCLUSIONI Da quanto emerso dai risultati di pirolisi su scala di laboratorio si possono trarre le seguenti conclusioni: i 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; 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; sono disponibili presso CSM know how e tecnologia innovativa adeguati per la verifica del processo su impianto pilota, propedeutica al successivo scalingup industriale. 26

27 Grazie per la vostra attenzione s m.it 27

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