DE102007018954A1

DE102007018954A1 - Verfahren zur Entfernung von Quecksilber aus Elektronikschrott

Info

Publication number: DE102007018954A1
Application number: DE200710018954
Authority: DE
Inventors: Norbert Fraunholcz
Original assignee: Galloo Metal NV
Current assignee: Galloo Metal NV
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2007-04-21
Publication date: 2007-10-31
Also published as: NL1033692C1; LU91335B1; FR2900075B1; BE1017108A3; FR2900075A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Quecksilber und quecksilberhaltigen Substanzen aus Elektronikschrott mit quecksilberhaltigen LCD-Schirmen oder anderen Quecksilberquellen, wobei der quecksilberhaltige Schrott zunächst in einer dafür geeigneten Einrichtung zerkleinert wird, um die quecksilberhaltigen Bestandteile zu zerbrechen, wodurch Quecksilberdämpfe und andere quecksilberhaltige Stoffe freigesetzt werden, wobei flüchtige Quecksilberdämpfe durch ein Filter abgeschieden werden, wobei das nicht verdampfte Quecksilber und andere quecksilberhaltige Substanzen durch eine Kombination von mehrfacher Trennung auf Grund einer charakteristischen Eigenschaft der Bruchstücke und Spülen mittels einer Flüssigkeit von der Oberfläche der Bruchstücke entfernt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Quecksilber und quecksilberhaltigen Substanzen aus Elektronikschrott mit quecksilberhaltigen LCD Schirmen oder anderen Quecksilberquellen, wobei der quecksilberhaltige Schrott zunächst in einer dafür geeigneten Einrichtung zerkleinert wird, um die quecksilberhaltigen Bestandteile zu zerbrechen, wodurch Quecksilberdämpfe und andere quecksilberhaltige Stoffe freigesetzt werden, wobei flüchtige Quecksilberdämpfe durch ein Filter abgeschieden werden, wobei das nicht verdampfte Quecksilber und andere quecksilberhaltige Substanzen durch eine Kombination von mehrfacher Trennung auf Grund einer charakteristischen Eigenschaft der Bruchstücke und Spülen mittels einer Flüssigkeit von der Oberfläche der Bruchstücke entfernt werden.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Literatur nicht bekannt. Wohl ist es aus der Literatur bekannt, dass die wichtigste Quecksilberquelle in Elektronikschrottfernsehröhren, in LCD-Schirmen, sogenannten Backlights, vorliegen (A. Mester, N. Fraunholcz, A. van Scheik, M.a. Reuter: Characterization of the Hazardous Components in End-of-Life Notebook Displays. EPD Kongress 2005, Ed. M.E. Schlesinger TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) San Franzisco, Kalifornien Februar 13-17, 2005).
Es ist auch aus der obengenannten Literatur bekannt, dass das Quecksilber in Backlights im fluoreszierenden Pulver an der Innenseite der Fernsehröhre vorliegt, und dass mindestens ein Teil des Quecksilbers aus flüchtigem Dampf besteht.
Die Entfernung der quecksilberhaltigen Backlights durch Demontage im Handbetrieb von LCD Schirmen ist problematisch. Einerseits sind Backlights schwer zugänglich, teilweise da sie oft geschützt sind durch mehrere Materialschichten, wie die Außenseite des Schirms, plastische Folie und Aluminiumblech. Dadurch ist die Demontage von Backlights zeitraubend. Ein komplizierender Faktor ist, dass manche ältere Modelle von LCD Schirmen kein Backlight enthalten, während andere ältere Modell häufig zwei Backlights haben, wogegen neuere Modelle stets mit einem einzigen Backlight geliefert werden. Außerdem ist die Position der Backlights im LCD Schirm je nach Fabrikat und selbst nach Modell unterschiedlich. Eine Demontage im Handbetrieb ist wegen dieser Faktoren wirtschaftlich unattraktiv. In der obengenannte Studie werden 150 für die Rückgewinnung angebotene LCD Schirme aus Laptops per Hand demontiert. Daraus ergibt sich, dass 17% der in dieser Probe vorhandenen Backlights bei der Ankunft bereits zerbrochen waren. Diese Backlights waren auf dem Einsammelweg zerbrochen. Dies bedeutet, dass bei der Demontage solcher LCD Schirme Quecksilberdampf freigesetzt werden kann, was wichtige Folgen für die Arbeitssicherheit mit sich bringt.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Arbeitsweise zu schaffen, womit Quecksilber und quecksilberhaltige Substanzen aus Elektronikschrott mit quecksilberhaltigen LCD Schirmen oder anderen Quecksilberquellen auf eine sichere und wirkungsvolle Weise entfernt werden können.
Zur Erzielung der hier obengenannten Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren der eingangsgenannten Art und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren mit einer Zerkleinerung des quecksilberhaltigen Elektronikschrotts anfängt. Diese Zerkleinerung bezweckt es, die quecksilberhaltigen Teile zu zerbrechen, damit Quecksilber und quecksilberhaltige Substanzen freigesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise wird die Zerkleinerung stufenweise durchgeführt, um die Freisetzung des Quecksilbers in kontrollierter Weise stattfinden zu lassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsweise werden zwischen zwei Zerkleinerungsstufen quecksilberfreie oder wenigstens quecksilberarme Bestandteile aus dem zerkleinerten Gemisch abgeschieden. Auf diese Weise wird der Niederschlag von Quecksilber und Quecksilberverbindungen auf ursprünglich nicht quecksilberhaltige Bestandteile im Elektronikschrott auf ein Minimum beschränkt.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die während der Zerkleinerung freigesetzten flüchtigen Quecksilberdämpfe und Quecksilberverbindungen entfernt und aufgefangen.
Die Menge an freigesetzten Quecksilberdämpfen kann beeinflusst werden, indem die Temperatur vor, während, oder nach der Zerkleinerung hinsichtlich der Zimmertemperatur erhöht oder erniedrigt wird. Bei höheren Temperaturen wird mehr Quecksilber verdunsten als bei niedrigeren Temperaturen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise werden die freigesetzten Quecksilberdämpfe und ein Teil der Quecksilberverbindungen in Feststoffform abgesaugt und in einen oder mehreren Schritten aus der Betriebsluft filtriert und gespeichert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsweise werden Quecksilberdämpfe chemisch an Feststoffteilchen gebunden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsweise wird das chemische Binden und Entfernen der entstandenen Quecksilberverbindungen aus dem Verfahren wenigstens teilweise in getrennten Schritten durchgeführt.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bruchstücke aus der Zerkleinerung auf eine charakteristische Teilchengröße in wenigstens zwei Fraktionen getrennt. Das Ziel dieser Trennung ist das Konzentrieren von quecksilberhaltigem Pulver in einer Feinfraktion. Außerdem können Backlights die möglicherweise unvollständig zerkleinert wurden, in einer Mittelfraktion aufgefangen werden. In einer groben Fraktion werden Bruchstücke von Bestandteilen des Elektronikschrotts konzentriert, die kein Quecksilber enthalten. Falls die Bruchstücke aus der Zerkleinerung keine wesentlichen Mengen an unvollständig zerkleinerten Backlights oder anderen quecksilberhaltigen Bestandteilen enthalten, kann auf die Herstellung einer Mittelfraktion verzichtet werden.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während des ersten Zerkleinerungsschritts möglicherweise nicht vollständig zerkleinerte Backlights selektiv zerpulvert, um die quecksilberhaltigen Stoffe einer Entfernung zugänglich zu machen.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht flüchtige Quecksilberverbindungen mit Hilfe einer Flüssigkeit von der Oberfläche der Bruchstücke des zerkleinerten Elektronikschrotts gespült, wobei anschließend die Quecksilberverbindungen mit Hilfe einer Klassifikationsmethode, basiert auf eine charakteristische Teilchengröße, aus der Spülflüssigkeit abgeschieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die verwendete Spülflüssigkeit Wasser.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels erläutert:
1 zeigt ein Verfahrensschema gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beginnt mit einer Zerkleinerung (A), worin der quecksilberhaltige Elektronikschrott so in Stücke zerbrochen wird, dass die quecksilberhaltigen Bestandteile im Schrott brechen, und die gebildeten Bruchstücke zum großen Teil von anderen nicht-quecksilberhaltigen Bestandteilen losgeschlagen werden. Dies kann durch schneidende oder schlagende Bewegungen, oder eine Kombination davon erreicht werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine übliche Rotorschere verwendet werden.
Die während der Zerkleinerung eventuell freigesetzten Quecksilberdämpfe (2) werden abgesaugt und aus der Ventilationsluft ausfiltriert (E). Ein geeignetes Verfahren hierfür ist es, die Quecksilberdämpfe durch ein Aktivkohlefilter zu leiten. Die saubere Ventilationsluft (3) kann in das Verfahren zurückgeleitet oder abgeführt werden. Das abgeschiedene Quecksilber (4) wird gespeichert und weggeleitet.
Insbesondere wird eine sehr gute Absorption von Quecksilber aus der Ventilationsluft mittels eines mit Schwefel imprägnierten Aktivkohlefilters erhalten.
Im übrigen kann die Abtrennung von Quecksilberdämpfen durch lokale Abkühlung der Ventilationsluft gefördert werden.
Eine andere Art, die Quecksilberdämpfe aus der Ventilationsluft abzutrennen, ist es, den quecksilberhaltenden Luftstrom durch eine quecksilberabsorbierende Flüssigkeit, beispielsweise eine wässrige Lösung von Kaliumdichromat (K2Cr207) zu leiten.
Die Bruchstücke aus der Zerkleinerung werden nach dem Absaugen der Quecksilberdämpfe mit Bezug auf eine charakteristische Teilcheneigenschaft in zwei, drei oder sogar vier Fraktionen getrennt.
Eine hierfür geeignete Verfahrensweise ist es, die Teilchen zu trennen aufgrund ihrer Fallgeschwindigkeit in Luft oder Wasser. Für diesen Zweck kann beispielsweise eine ballistische Trenneinrichtung, ein Luftzyklon oder ein Zickzacksieb verwenden werden. Sämtliche dieser Klassifikationsverfahren sind aus der Literatur bekannt.
Eine andere geeignete Methode für die obengenannte Klassifikation ist das Trennen der Teilchen auf Grundlage einer charakteristischen Teilchendimension mit Hilfe eines Siebs.
1 zeigt eine Ausführungsform, worin die Bruchstücke in Luft (B) in drei Fraktionen getrennt werden: eine grobe Fraktion (6), eine Mittelfraktion 7 und eine feine Fraktion 8. Dabei wird die charakteristische Dimension aufgrund derer die Bruchstücke in der obengenannten Klassifikation getrennt werden so gewählt, dass die Bruchstücke in der groben Fraktion (6) keine Quecksilberquelle enthalten. Ein Teil der während der Zerkleinerung freigesetzten Quecksilberdämpfe und quecksilberhaltigen Pulvers kann sich jedoch an der Oberfläche der Bruchstücke niederschlagen.
1 zeigt eine Ausführungsweise, worin die grobe Fraktion (6) mit einer Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser gespült wird, um das anhaftende Quecksilber von der Oberfläche der Bruchstücke zu entfernen. Eine geeignete Einrichtung für diesen Zweck besteht aus einem Sieb mit einer Einrichtung zum Besprühen der Bruchstücke mit frischer Spülflüssigkeit und einem Auffang und Abführmechanismus für die verwendete Spülflüssigkeit. Die Öffnungen im Spülsieb haben eine einigermaßen kleinere Dimension solcher Art, dass die Bruchstücke nicht durch die Öffnungen hindurchgeführt werden können, während die Spülflüssigkeit gemeinsam mit den quecksilberhaltigen Substanzen wohl dahin durch strömen kann. Die gespülte grobe Fraktion 9 ist ein Endprodukt im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt wird, wird die Mittelfraktion, die in der obengenannten Klassifikation anfällt, einer zweiten Zerkleinerungsstufe (C) zugeführt, worin eventuell unvollständig zerkleinerte quecksilberhaltige Komponenten weiter zerkleinert werden, um die quecksilberhaltigen Komponenten bloßzulegen, wobei nicht quecksilberhaltige Brocken so wenig wie möglich weiter zerkleinert werden. Für die Durchführung einer derartigen selektiven Zerkleinerung kann beispielsweise eine Hammermühle verwendet werden, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Hämmer so gewählt wird, dass alle oder wenigstens der überwiegende Teil der quecksilberhaltigen Komponenten zerbrechen, während die nicht quecksilberhaltigen Brocken nicht, oder in erheblich geringerem Maße brechen.
Nach der zweiten Zerkleinerungsstufe wird die Mittelfraktion (16) auf die gleiche Weise mit einer Spülflüssigkeit gespült wie oben für die grobe Fraktion (6) beschrieben wurde.
Die feine Fraktion aus der Klassifikation (8) wird gemeinsam mit den quecksilberhaltigen Spülflüssigkeitsströmen (10) und (17) einer Klassifikationsstufe (G) zugeführt, worin diese aufs Neue in eine grobe Fraktion (9') und eine feinere Fraktion (11) getrennt werden. Die Trennparameter in dieser Klassifikationsstufe werden so gewählt, dass in der groben Fraktion die quecksilberfreie oder wenigstens quecksilberarmen Teilchen konzentriert werden, die nach der Entwässerung ein zweites Endprodukt des Verfahrens bilden (9'). Die kleine Fraktion (11) ist eine Suspension, worin die quecksilberhaltigen Stoffe konzentriert sind.
Wie in 1 gezeigt wird, werden die quecksilberhaltigen Substanzen aus der Suspension (11) mit Hilfe eines weiteren Klassifikationsschritts (1) abgetrennt. Diese Abtrennung kann dadurch erleichtert werden, dass die Feststoffteilchen in der Suspension zu größeren Teilchen mit Hilfe eines geeigneten Flokkuliermittels (12) agglomeriert werden (H). Das saubere Verfahrenswasser (15) kann anschließend in das Verfahren zurückgeführt werden. Der quecksilberhaltende Filterkuchen (14) wird aufgefangen und abgeführt.
BEISPIEL
Eine Sammlung von abgedankten Laptops stammt aus den Produktionsjahren zwischen 1985 und 2001.
Eine Menge von 222 kg der obenbeschriebenen Laptops wird in einer vierachsige Rotorschere, die mit einem Innensieb mit runden Öffnungen mit einem Durchmesser von 50 mm versehen ist, zerkleinert bei einer Drehzahl der Achsen, auf denen die Klingen montiert sind von 23 Umdrehungen pro Minute. Die Zerkleinerung wird bei einer Umgebungstemperatur von 6°C durchgeführt.
Unter der Abführöffnung der Rotorschere war ein luftdichter Auffangtrog aufgestellt zum Auffangen der Bruchstücke der zerkleinerten Laptops. Alle Spalten und Seitenöffnungen der Rotorschere waren während dieses Versuchs abgedeckt mit Ausnahme einer kleinen Öffnung im Einfuhrtrichter von 100 × 440 mm, um die Ventilationsluft kontrolliert über den Einfuhrtrichter und über den Zerkleinerungsraum zum Auffangtrog zu leiten. Über einer Öffnung in der Seitenwand des Auffangtrogs wird die Ventilationsluft einem mit Schwefel imprägnierten Aktivkohlefilter zugeleitet. Mit einem geeichten Quecksilberdampfüberwacher werden die Quecksilberkonzentrationen vor und nach dem Aktivkohlefilter regelmäßig gemessen. In der unfiltrierten Ventilationsluft wurden Quecksilberkonzentrationen zwischen 10 und 19 μ/Nm³ gemessen, während in der gefilterten Luft zwischen 0 und 4 μ/Nm³ gemessen wurden.
Nach einer 48 Stunden währenden Absaugung werden die Bruchstücke in verschiedene Teilchengrößenfraktionen gesiebt und der Quecksilbergehalt jeder Fraktion mit Hilfe einer standardisierten Analysenmethode bestimmt. Für die Absiebung bei 10 mm wurde ein Trommelsieb mit runden Löchern verwendet, für die Absiebung bei 1 mm, 2 mm und 3.5 mm werden flache Schüttelsiebe mit quadratischen Maschen verwendet.
Tabelle 1 zeigt, dass 33,0 % Massen der quecksilberhaltigen Feststoffsubstanzen in der Fraktion 0-1 mm konzentriert sind, die nur 2,2 % der Gesamtmasse der Bruchstücke betragen. Der Quecksilbergehalt dieser Fraktion beträgt 10,8 ppm.
Aus Tabelle 1 ergibt sich ferner, dass der Quecksilbergehalt der Fraktion 2-10 mm höher liegt als der von sowohl der Fraktion 1-2 mm als auch der Fraktion oberhalb 10 mm. Aus einer Handsortieranalyse ergab sich, dass die Fraktion 2-10 mm unvollständig zerkleinerte Backlights enthielt, während in der Fraktion 1-2 mm und > 10 mm keine unvollständig zerkleinerten Backlights gefunden wurden.
Mit einer Menge von 6,4 kg aus der Fraktion > 10 mm wurde anschließend ein Spültest durchgeführt, um die Entfernung des an der Oberfläche der Bruchstücke haftenden quecksilberhaltenden Pulvers zu testen. Die Testeinrichtung bestand aus einem flachen Schüttelsieb mit quadratischen Maschen und einer Maschenweite von 5 mm, einem Auffangtrog für das Spülwasser und eine Sprüheinrichtung. Das Material wurde auf das Sieb gelegt und kräftig gespült mit einer Menge von 22 Liter Leitungswasser aus einem geklemmten Gummischlauch. Der Quecksilbergehalt der Probe nach dem Spülen betrug 0,28 ppm im Vergleich zu einem Quecksilbergehalt von 0,49 ppm vor dem Spülen.
Es dürfte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die hier oben beschriebene und in der Figur wiedergegebene Arbeitsweise beschränkt ist.
Tab. 1

Claims

Verfahren zur Entfernung von Quecksilber und quecksilberhaltigen Substanzen aus Elektronikschrott mit quecksilberhaltigen LCD Schirmen oder anderen Quecksilberquellen, wobei der quecksilberhaltige Schrott zunächst in einer dafür geeigneten Einrichtung zerkleinert wird, um die quecksilberhaltigen Bestandteile zu zerbrechen, wodurch Quecksilberdämpfe und andere quecksilberhaltige Stoffe freigesetzt werden, wobei flüchtige Quecksilberdämpfe durch ein Filter abgeschieden werden, wobei das nicht verdampfte Quecksilber und andere quecksilberhaltige Substanzen durch eine Kombination von mehrfacher Trennung auf Grund einer charakteristischen Eigenschaft der Bruchstücke und Spülen mittels einer Flüssigkeit von der Oberfläche der Bruchstücke entfernt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Trennung zu Grunde liegende charakteristische Teilcheneigenschaft eine charakteristische Größe der Bruchstücke beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Trennung zu Grunde liegende charakteristische Teilchengröße, die kleinste Größe der Bruchstücke beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchstücke in wenigstens zwei Fraktionen getrennt werden.
Verfahren gemäß einer der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Trennung der Bruchstücke eine ballistische Trenneinrichtung verwendet wird.
Venfahren gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen in einer Fraktion mit den kleinsten Teilchengrößen eine kleinste Größe von weniger als 1 mm haben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bruchstücke in einer Fraktion mit dazwischen liegenden Teilchengrößen ein kleinstes Maß zwischen 1 und 10 mm haben.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchstücke mit dazwischen liegenden Teilchengrößen einem erneuten Zerkleinerungsschritt zugeleitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abtrennung von Quecksilberdämpfen ein vorzugsweise mit Schwefel imprägniertes Aktivkohlefilter verwendet wird.
Verfahren gemäß einem vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht verdampftes Quecksilber gemeinsam mit nichtflüchtigen Quecksilberverbindungen von der Oberfläche der Bruchstücke mit einer Spülflüssigkeit abgespült wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Spülflüssigkeit Wasser enthält.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quecksilberhaltige Stoffe aus der Spülflüssigkeit auf Grund einer charakteristischen Eigenschaft der quecksilberhaltigen Stoffe abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Abtrennung der quecksilberhaltigen Stoffe aus der Spülflüssigkeit zu Grunde liegende Eigenschaft eine charakteristische Teilchengröße umfasst.