Recyklace Těžkých Kovů: Metody a Technologie

Recyklace kovů je klíčovým prvkem udržitelnosti, snižuje spotřebu přírodních zdrojů a energie. Recyklace kovů šetří přírodu, životní prostředí a energie.

Nové Metody Separace Kovů

Vědecký tým Miloslava Poláška z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vynalezl nový způsob separace prvků vzácných zemin, lanthanoidů. Unikátní metoda umožňuje získat kovy jako například neodym nebo dysprosium z použitých neodymových magnetů. Vše se děje ekologickou cestou, pouhým srážením ve vodě, bez organických rozpouštědel a toxických látek.

Celosvětová poptávka po vzácných zeminách je poháněna především jejich použitím v extrémně silných neodymových magnetech. Na trhu s lanthanoidy dominuje Čína, která tak získává silnou páku na Evropu a Severní Ameriku. Je proto strategicky výhodné soustředit se na recyklaci.

„Naše metoda řeší zásadní problémy recyklace neodymových magnetů. Umíme od sebe dělit ty správné prvky tak, aby bylo možné vyrobit magnety nové. Jsme ekologičtí a věříme, že naši metodu lze využít i v průmyslovém měřítku," upozorňuje Miloslav Polášek, vedoucí vědecké skupiny Koordinační chemie.

„Podařilo se nám vyvinout nový typ chelátorů, tedy molekul, které vážou kovové ionty. Chelátor z rozpuštěných magnetů cíleně vysráží neodym, zatímco dysprosium zůstane v roztoku a prvky se tak od sebe jednoduše oddělí. Metodu lze snadno upravit i pro další kovy vzácných zemin, lanthanoidy, obsažené v neodymových magnetech,“ popisuje Kelsea G. Jones a zdůrazňuje: „Separace se děje ve vodě, aniž by vznikal nebezpečný odpad. Nová technologie je patentovaná a v pravý čas reaguje na zásadní globální problém.

Čtěte také: Budoucí emisní normy Euro 7

Výzkum přináší ještě jedno důležité zjištění a sice, že v neodymových magnetech novějších elektrických vozů se používá prvek holmium. Vědci z týmu Miloslava Poláška to zjistili analýzou vzorků z elektromotorů evropských a čínských aut.

Bakteriální Loužení

Olovo patří z hlediska ekotoxikologického spolu s kadmiem a rtutí k silně rizikovým kovům, vyznačuje se kumulativními účinky v lidském organismu se všemi negativními důsledky. Pozornost byla zaměřena na odpadní produkt technologie VARTA - kamínek ze šachtové pece, vznikajících při redukčním tavení akumulátorových baterií.

Pro bioloužení byl použit speciální skleněný reaktor o objemu 5 litrů. Po sterilizaci byl do reaktoru přiveden homogenizovaný vzorek kamínku o hmotnosti 250 g. Bylo přidáno 500 ml bakteriálního roztoku a 3,5 l živné půdy 9K bez obsahu FeSO4. Jako loužidlo byla aplikována 5 % suspense, kterou doporučuje literatura pro loužení v reaktoru. Provzdušnění vyluhovací zóny byla zajištěno kontinuálním přívodem vzduchu.

Provedení experimentálních testů bioloužení kamínku potvrdilo možnosti razantního snížení koncentrace rizikových kovů v tomto odpadu. U olova představovala výtěžnost do roztoku vzhledem k původní koncentraci kovů po čtyřtýdenním cyklu loužení 69 %. U zinku bylo dosaženo hodnoty 83 %. Z výsledků zpracování kamínku vyplývá, že aplikací bioloužení dochází ke snížení obsahu sledovaných kovů již při použití čisté bakteriální kultury.

Z údajů bakteriálního loužení kamínku vyplývá, že u všech vybraných kovů jejich výtěžnost roste s dobou loužení, s výjimkou mědi, u které mezi třetím a čtvrtým týdnem loužení byla výtěžnost konstantní.

Čtěte také: O nádobách na těžký odpad

Recyklace Elektronického Odpadu

Elektronický odpad, či elektroodpad (e-waste) v dnešní době představuje zásadní problém pro skládky. Zároveň je to ale cenný zdroj surovin, který trestuhodně opomíjíme. Odborníci americké Rice University vymysleli účinný postup, který chytlavě nazývají „urban mining“, jak z elektronického odpadu získat drahé kovy i prvky vzácných zemin.

Neutuchající poptávka po nové elektronice udělala z elektronického odpadu nejrychleji narůstající typ odpadu na světě. V současnosti se ale recyklujeme méně než 20 procent elektronického odpadu. Tým Rice pod vedením Jamese Toura nabízí postup, kterým by měl být oproti stávajícím recyklacím snazší, a také méně nákladný.

Specialisté na bleskové ohřívání Jouleovým teplem použili tento postup pro těžbu cenných kovů, jako je zlato, stříbro, palladium nebo rhodium, ze starých mobilů a notebooků. V nové studii se zaměřili na problém s elektronickým odpadem. Nejprve rozemleli elektronický odpad na prášek. Do něj pak práskali elektrickými blesky, jimiž ho zahřáli až na 3 127 °C. Při takové teplotě se kovy vypaří. Vzniklé páry jsou odvedeny do „chladiče“, kde opět zkondenzují do podoby pevných kovů.

Badatelé uvádějí, že bleskovou recyklací je možné vytěžit z elektronického odpadu přes 60 procent zlata a přes 80 procent stříbra, palladia a rhodia. Stejný postup rovněž odstraní toxické těžké kovy, jako je chrom, arsen, kadmium, rtuť nebo olovo. Pro úspěch bleskové recyklace elektronického odpadu je zásadní, že jde o energeticky úsporný proces, který je možné provozovat v průmyslovém měřítku. Zpracování jedné tuny tohoto materiálu bleskovou recyklací spotřebuje cca 939 kWh.

Recyklace Fosforu

Podle Cordell et al. a USGS lze očekávat úplné vytěžení zásob fosforu mezi 100 - 120 lety. Nicméně výroba fosforečnanů z fosfátových rud bude čím dál tím obtížnější a dražší mnohem dříve, především kvůli zhoršení dostupnosti a zvýšené kontaminaci nežádoucími sloučeninami. Tyto aspekty podstatně zvýší cenu fosfátových rud a tento nárůst lze očekávat mnohem vyšší i kvůli častým dočasným nedostatkům a spekulacím, jako tomu bylo v letech 2007 - 2009, kdy vyrostla cena fosfátových rud sedminásobně.

Čtěte také: Lehké a těžké ionty v ovzduší

Zatímco fosfátové rudy budou v budoucnu postupně vyčerpány, poptávka po fosforu bude stále narůstat, protože bude potřeba vypěstovat v zemědělství mnohem více plodin, které by nasytily stále narůstající světovou populaci. Zájem o fosfor proto v poslední dekádě znatelně vzrostl.

Srážecí procesy zahrnují čtyři technologie - srážení z kapalné fáze (Phostrip. Prisa), tvorbu peletů (Crystalactor, Ostara), adsorpci na nosič (Propos, Recyphos, Phoseidi) a srážení v kalu bez předchozího loužení (Berlin, Airprex, Fixphos). Rozdíl mezi Phostripem a Prisou spočívá ve zdroji kalu. U Phostripu se využívá vratného kalu, zatímco u Prisy je fosfor získáván z přebytečného kalu. Rozdíl mezi Crystalactorem a Ostarou je pouze ve velikosti reaktorů, nicméně Crystalactor byl vyvinut primárně na srážení fosforečnanů z průmyslových odpadních vod.

Srážení je mnohem jednodušší proces než mokrá chemická extrakce. Okolo 40 % fosforečnanů (v přítoku na ČOV) může být recyklováno dvoustupňovým procesem za současného přidání hořčíku. Mokrá chemická extrakce oproti tomu dosahuje účinnosti okolo 90 % pro kal a popílek, ale vyžaduje výrazně větší spotřebu chemikálií a celkový proces extrakce je komplikovanější.

Množství anorganických i organických zdrojů může být použito jako hnojivo. Mezi ně lze zařadit ty, které znovuvyužívají organický fosfor z výrobního a spotřebního řetězce potravin (kejda, zbytky zemědělských plodin, zbytky potravin, lidské fekálie) a přírodní zdroje (mořské řasy, řasy, fosfátové rudy). Mají různá skupenství (pevné, kapalné nebo plynné), koncentraci fosforu a chemické a fyzikální vlastnosti. Komunální odpadní voda obsahuje ca. 10 g dusíku a 1.5 g fosforu na jednoho EO, z čehož je 70 % dusíku a 60 % fosforu obsaženo v moči.

Recyklace Žárovek, Zářivek a Výbojek

Do této skupiny odpadů patří vyřazené žárovky, zářivky a výbojky. Žárovky obsahují toxické prvky jen v kovové formě (Zn, Ni, Mo, W, Pb, Sn, Cu). Před vlastní recyklací se provádí demontáž zářivek (odstranění některých částí např. Nejjemnější frakce která obsahuje luminofor a rtuť, je zahřívána v peci. Uvolněné páry rtuti se nechají zkondenzovat a produkt je rafinován.

Při hydrometalurgické metodě recyklace zářivek se odpad se drtí v hermeticky uzavřené komoře v prostředí kapaliny obsahující redukční látky. Potom se v odstředivce oddělí rtuť. Výbojky jsou recyklovány v menším množství. Je jich hodně druhů a jsou rozměrově odlišné. větším rozsahu nezpracovávají, provádí se ruční postupná destrukce.

Recyklace Desek s Plošnými Spoji (DPS)

Desky s plošnými spoji (DPS) je kompozitní materiál vytvořeny z izolační sklolaminátové desky opatřené z jedné či častěji obou stran měděnou fólií. Deska je osazena elektronickými součástkami k vodivým drahjám připojeným pájením cínovou pájkou. Vyřazené DPS jsou ekologicky nebezpečné vzhledem k obsahu olova v pájce, samozhášecích přísad (obvykle bromových 5-10% hmotnosti) a oxidu antimoničného (obvykle 1% hmotnosti).

Desky s plošnými spoji obsahují kromě nosného plastu environmentálně nebezpečných složek i složky, které mohou být cennými zdroji surovin. Využitelné jsou cín, nikl, zinek, olovo, a drahé kovy. V první fázi jsou z DPS ve většině případů vyjmuty konektory pro následnou recyklaci ušlechtilých kovů. Poté jsou desky v drtičích rozdrceny na granule o velikosti přibližně 4 mm. Ve druhé fázi je magnetickou separací odděleno železo. Následným roztříděním se získá hrubá a jemná frakce.

Elektrotechnické součástky jako konektory, nebo integrované obvody se mísí v peci s roztaveným olovem. Plasty vyhoří, železo a část barevných kovů plavou na povrchu taveniny a odtud se stahují. Do roztaveného olova přechází většina ušlechtilých kovů. Tavenina se následně prohání vzduchem, většina olova a obecných kovů zoxiduje a odstraní se jako struska. Zbylá část olova obohacená o drahé kovy se podrobí rafinaci. Výhodou procesu je malá náročnost na pracovní sílu, nevýhodou neekologičnost tohoto postupu - odplyny z hoření plastů, struska s obsahem těžkých kovů.

Nejvíce zastoupený a také nejžádanější kov přítomný v elektroodpadech je zlato. To je možno selektivně a snadno izolovat loužením zředěnými roztoky alkalických kyanidů. Podmínkou je, aby pozlacený materiál byl obnažen, tedy jeho povrch byl přístupný kontaktu s loužícím roztokem. To bývá splněno při ručním rozebírání odpadu. Loužení má vysokou účinnost a jeho výhodou je fakt, že ostatní kovy nejsou dotčeny. Nevýhodou je samozřejmě vysoká toxicita použitého činidla.

Recyklace Pevných Disků (HDD)

Pevný disk (HDD Hard Disk Drive) je zařízení, které se používá v počítači k uchování dat. Skládá se z pouzdra, které je z nemagnetického materiálu, obvykle hliníku po obou stranách pokryté tenkou polovodivou vrstvičkou (obvykle 25% Cu).Záznamové plotny jsou z nemagnetického materiálu (hliník nebo sklo). Permanentní magnet je kompozitní materiál. Kromě mědi a boru jsou to lanthanoidy (33% neodym, samarium).

Důvody pro likvidaci HDD mohou být dva. V první řadě to je potřeba 100 % likvidace uložených dat na HD. Druhým důvodem je získání vzácných zemin (lanthanoidů). Vyžaduje to ale aby HDD dovolovaly strukturované rozebírání (structural disassesment). Takováto demontáž předpokládá použit co nejméně nástrojů. Další obecnou snahou je, aby každá snadno oddělitelná součástka obsahovala jen určitý typ materiálu.

Při kvalitní mechanické demontáži mohou být jednotlivé komponenty HDD snadno odstraněny a poměrně jednoduchým chemickým procesem mohou být cenné složky (Co, Sm, Nd) recyklovány.

Recyklace CRT Zobrazovačů

Klasický CRT (Cathod Ray Tube) zobrazovač se z hlediska recyklace skládá ze dvou základních částí. Obrazové části a katodová trubice. Obrazovou část tvoří stínítko, luminofor a maska obrazovky. Stínítko zabraňuje záření proniknout mimo monitor, luminofor je látka, která vyzařuje světlo, dopadne-li na ni elektron a maska "třídí" svazky paprsků vycházející z katodové trubice.

Obrazovky CRT zobrazovačů se vyrábějí z několika druhů skel. Sklo hrdla monitoru obsahuje 30 % PbO, sklo kónusu obsahuje 20 % PbO a sklo stínítka 10 % oxidu baria nebo stroncia. Olovo se používá v katodové trubici z důvodu odstínění rentgenového záření. Pro skla stínítka se oxidy olova nepoužívají, protože při dopadu elektronů na stínítko by docházelo k rozkladu PbO na Pb a O2 a krátké době by docházelo k černání obrazovky. Proto se olovo nahrazuje oxidy stroncia a barya.

Další součásti zobrazovače obsahují významný podíl dalších nebezpečných kovů jako je kadmium a berylium. Emitor (nebo horká katoda) může obsahovat wolfram, rhenium, barium nebo stroncium. Držák hrdla je většinou z niklu. Maska je vyrobena ze železného plechu.

Při recyklaci je nejprve je demontován zadní kryt monitorů, provedeno zavzdušnění obrazovky a očištění vnitřního prostoru pomocí proudu vzduchu. Poté je odstraněn zpravidla kovový antiimplosivní ochranný rám, který je umístěn nad spojem mezi částí kónusu a stínítka. V další fázi dochází k oddělení kónusové a stínítkové části. Kónusové a stínítkové sklo jsou rozděleny mechanickým řezem nebo tepelným rázem. Po vyjmutí kovových částí (stínítkové masky) se provede odstranění luminiscenční vrstvy.

Při této prvotní demontáži se materiál roztřídí na plasty, kov, sklo a položky na demontáž součástek. Po ruční separaci a vyčištění skla, je pásovým dopravníkem kónusová sklovina dopravena do sekundárního impaktoru a drtiče, kde se sklo autogenně drtí a zbaví všech nanesených vrstev, přičemž prach se odsává přes cyklon do zásobníku.

Recyklace LCD Panelů

Technologie LCD funguje na principu natáčení tekutých krystalů, které tak mění své vlastnosti (např. jas barených složek RGB, které potom určují výslednou barvu bodu apod.). Problémem LCD panelů je obsah rtuti a problematika tekutých krystalů, vyrobených z organických látek.

Recyklace zobrazovačů se skládá z recyklace plastů, kovů a skla, pokud je to vhodné. V opačném případě jsou provedeny testy, zda nebude docházet k odloučení fosforového povlaku. Doposud nebyla vytvořena bezpečná technologie recyklace LCD panelů a plasmových obrazovek. Proto většina z nich se odstraňuje jako nebezpečný odpad, nebo čekají ve skladech společností, až výzkum postoupí dále a bude možno tyto je bezpečně recyklovat. Recyklace těchto panelů bude činností čistě ekologickou.

Recyklace Mobilních Telefonů

Mobilní telefony patří mezi nejčastěji obnovované elektrospotřebiče. Ve více než 70 % se mobil nevyřazuje kvůli nefunkčnosti. Mobily tvoří spolu s digitálními fotoaparáty, počítači a monitory skupinu elektrozařízení, které se rozvíjejí nejrychleji. Mobil obsahuje značné množství drahých kovů, zejména zlato.

Pokud se mobil dostane do recyklačního procesu, recykluje se stejně jako např. prostředky výpočetní techniky. Důvody proč nejsou mobilní telefony ve větší míře recyklovány je několik. Uživatel se nechce zadarmo zbavit přístroje který ještě funguje a za který zaplatil větší sumu. Důvodem může být také nostalgie, nebo mít doma rychlou náhradu když se nový přístroj porouchá.

Recyklace Baterií a Akumulátorů

Primární články (baterie) se dělí podle katalogu odpadů na niklkadmiové, alkalické a baterie obsahující rtuť a další Průměrné složení suchých galvanických článků je 30 % Zn, 35 MnO2, 10 % NH4Cl4), 3 % ZnCl25), 5 % saze + grafit, 0,005-0,5 % Hg, 0,01-0,05 % Cd, 0,03-0,9 % Pb.

Netříděné elektrochemické články (niklkadmiové, alkalické) se zpracovávají procesem nazývaným Recytec. Směs baterií je v kontinuální pyrolýzní peci podrobena suché destilaci při teplotě 600 až 650 °C. Veškeré těkavé složky jsou poté v kondenzačním prostoru ochlazeny na 30 °C.

Ekologická závadnost nikl-kadmiových akumulátorů je podstatně vyšší než u olověných akumulátorů. Hydrometalurgický postup je založen na pražení akumulátorového odpadu a loužení pražence roztokem NH4NO3. Výluh se sráží plynným CO2 a vzniká CdCO3. Po oddělení sraženiny se filtrát okyselí HNO3 a z roztoku se po odpaření dostane Ni(NO3)2.

Solidifikace Odpadu

Při recyklaci a výrobě olova v kovohutích se zachycují úlety z bubnových pecí. Úlety se vážou pomocí uhličitanu sodného a vzniklá sodná struska, která má vysokou hodnotu pH (12 až 14), je nestabilní ve vodném prostředí a její výluh obsahuje těžké kovy a soli. Jedná se proto o nebezpečný odpad s nadlimitním obsahem těžkých kovů, zejména olova, arsenu a chrómu. Pro její zneškodnění byla proto testována možnost solidifikace.

Jako pojivový materiál byl použit cement a vápenný hydrát a jako aditivum odpadní popílek.Odpad byl při teplotě 40 °C vysušen, rozdrcen a smíchán s pojivem a aditivem v různých hmotnostních poměrech. Kvalita připravených solidifikátů byla posuzována pomocí testů vyluhovatelnosti.

Přestože cementací strusky došlo ke snížení vyluhovatelnosti arsenu, mědi a kadmia, nebylo dosaženo dostatečné imobilizace olova v matrici. Proto byl v dalších pokusech přidáván do směsi odpadní popílek. Jeho přídavek měl příznivý vliv na pokles vyluhovatelnosti sledovaných kovů.

Jako nejlepší varianta imobilizace těžkých kovů v solidifikační matrici a stabilizace strusky se tedy jeví solidifikace vápenným hydrátem s aditivním přídavkem vypraného odpadního popílku, kdy se podařilo imobilizovat ionty olova, arsenu a kadmia a jejich koncentrace klesla ve většině případů pod přípustnou hodnotu II. třídy vyluhovatelnosti.

Moderní Technologie v Recyklaci Kovů

Pokročilé technologie třídění využívají moderní systémy s umělou inteligencí (AI). Přínos AI v recyklaci kovového odpadu spočívá v její schopnosti zlepšit přesnost třídění. Díky strojovému učení a optickému rozpoznávání dokáže AI efektivně rozlišovat kovy, identifikovat kontaminanty a zlepšit zpracování kovového odpadu. To vede k vyšší kvalitě recyklovaných materiálů, menšímu odpadu a efektivnějšímu procesu recyklace. Zvýšená efektivita také snižuje náklady na práci a provoz.

Oběhové Hospodářství a Recyklace Kovů

Oběhové hospodářství se zaměřuje na design výrobků z materiálů, které se snadněji recyklují, čímž se prodlužuje životní cyklus materiálů. V rámci snahy o udržitelnost je recyklace kovů zásadním úkolem společnosti. Kovy jako jsou hliník, ocel, měď, olovo a zinek jsou recyklovatelné. Proces recyklace snižuje nutnost těžby nových surovin, emise skleníkových plynů, šetří energii a podporuje ekonomiku.

Recyklace Hliníku

Při výrobě hliníku vzniká velké množství odpadu. Na výrobu jedné tuny čistého hliníku je třeba čtyř tun bauxitu. Během zpracování těchto čtyř tun bauxitu vzniknou až tři tuny odpadu, částečně i toxického. Recyklace hliníku ušetří až 95 % energie bez ztráty kvality. Z hlediska recyklace je naproti tomu hliník velmi vhodný materiál. Pro výrobu nového hliníku je třeba vytříděný kov prakticky jen přetavit.

Hliník lze třídit do nádob na kovy nebo při vícekomoditním sběru do plastů. Důležitou roli hraje návaznost na dotřiďovací linku, která je schopná jednotlivé frakce efektivně rozdělit pro účely recyklace. Ovšem aby byl odpad ze žlutých popelnic co nejlépe využit a recyklován, je třeba dávat do žlutých kontejnerů jednotlivé druhy odpadu odděleně. To se týká plastů i kovů.

Výkup Železa a Neželezných Kovů

Výkup železa a neželezných kovů je proces, který na první pohled může působit jednoduše, ale ve skutečnosti zahrnuje řadu důkladných kroků, od třídění a oceňování až po konečné zpracování. Veškeré vážení a administrativa probíhají transparentně, zákazník má možnost vidět celý proces. Po potvrzení váhy je vystaven výkupní doklad, na jehož základě je provedena platba.

Společnost Kovohutě Příbram a Recyklace Drahých Kovů

Společnost Kovohutě Příbram s dlouhou tradicí v recyklaci starých olověných akumulátorů, se v posledních třech letech stále aktivněji zabývá recyklací odpadů s obsahem drahých kovů a elektrošrotu. Příbramská technologie zpracování OEEZ (odpadních elektrických a elektronických zařízení) cestou olova, tedy pyrometalurgicky, a následné získávání drahých kovů rafinací, je ve světě ojedinělá.

Desky tištěných spojů jsou zpracovávány cestou olova: ve speciálních kampaních je tento materiál přidáván do běžné vsázky šachtové pece. Produktem šachtové pece je tzv. stříbrné olovo, z nějž se rafinací získá obohacená pěna, která obsahuje zhruba 2 % stříbra, zinek a olovo.

tags: #tezke #kovy #recyklace #metody

Oblíbené příspěvky:

• Daňové přiznání – dluhopisy a akcie
• Recyklace Olomoucký kraj
• Škola v přírodě a sádra
• Cesta k uhlíkové neutralitě
• Komunální odpad Chlumec