直到最近,從舊的和報廢的電子設(shè)備中回收有價值的材料的經(jīng)濟途徑還很有限。經(jīng)過四年多的研究,歐盟國際項目ADIR現(xiàn)在根據(jù)城市采礦和逆向制造原理提出了可行的回收概念。在此,電子設(shè)備被視為可回收材料的儲存庫,一旦這些設(shè)備從流通中撤出,便可以從中回收原材料。在已經(jīng)在工業(yè)環(huán)境中試用過的自動化程序中,使用了多種激光工藝來識別印刷電路板(PCB)上的電子組件,然后進行拆焊和分類。
ADIR(下一代城市采礦-從電子設(shè)備中自動拆卸,分離和回收有價值的材料)是一個由歐盟Horizon 2020計劃資助的項目。由弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所ILT協(xié)調(diào),它匯集了來自研究和產(chǎn)業(yè)的9個項目合作伙伴。結(jié)果是全新的回收概念和演示裝置,然后由Electrocycling GmbH公司在1000多種手機和800塊印刷電路板上成功進行了測試。該試驗表明,ADIR演示器可在工業(yè)環(huán)境下工作,在某些情況下,回收率高達(dá)98%。從戰(zhàn)略上看,該項目的目的是減少歐盟對自然資源的依賴,減少對昂貴原材料的進口需求,并展示可實現(xiàn)逆向制造的新技術(shù)。后者被認(rèn)為是可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵技術(shù),并且符合歐洲新綠色協(xié)議的計劃目標(biāo)。
電子產(chǎn)品中的貴重材料
項目合作伙伴Electrocycling GmbH就是在這里進入框架的。該公司是一家位于下薩克森州戈斯拉爾的報廢電器和電子設(shè)備的回收再利用商。它每月處理4000公噸的電器和電子設(shè)備,因此擁有必要的工業(yè)專業(yè)知識。該公司選擇了兩種主要類型的材料進行ADIR演示裝置處理:手機以及它們所包含的PCB和電池,以及計算機和服務(wù)器中的PCB。
ADIR演示器可自動識別和分析電子組件的組件,例如手機和計算機中的印刷電路板。?Fraunhofer ILT,亞琛。
可以從這些組件中回收有價值的金屬。其中包括來自電容器的鉭,來自揚聲器的釹,來自振動警報器中的配重的鎢,以及來自PCB組件中不平衡質(zhì)量的金,銀和鉑族金屬。
ADIR流程如何工作?
拆卸系統(tǒng)基于激光技術(shù),機器人技術(shù),視覺系統(tǒng)和信息技術(shù)的巧妙結(jié)合。首先,手機進入生產(chǎn)線,由機器人將它們拿起并切開外殼。然后拆除電子設(shè)備以及電池,振動警報器和揚聲器(如果有)。就像使用較大的手動加載的PCB一樣,然后通過高分辨率成像過程來分析和識別這些組件,該過程將它們的形狀和大小與數(shù)據(jù)庫中記錄的信息進行比較。
發(fā)生了什么?
1. 外殼被切開;卸下電池和PCB;電池已安全處置
2. 拾取并放置PCB
3. PCB的高分辨率成像(2D彩色和3D);目標(biāo)部件的幾何圖像分析并與數(shù)據(jù)庫進行比較
4. 通過脈沖激光束對元器件的成分進行化學(xué)分析,該激光束局部蒸發(fā)出微量的材料,并產(chǎn)生所涉及元素的發(fā)射光譜(激光誘導(dǎo)擊穿光譜法– LIBS);組件獲得的物理和化學(xué)數(shù)據(jù)以數(shù)字方式記錄在數(shù)據(jù)庫中
5. 從PCB上拆下有價值的電子元件:用連續(xù)的紅外激光掃描會瞬間使相應(yīng)的焊盤變熱并軟化焊料;組件通過吸嘴去除,然后分為不同的部分
6. 其他電子集成,部件是分離的,通過在裝滿水的容器快速放電產(chǎn)生的沖擊波來拆卸
7. H.C. Starck Tantalum and Niobium GmbH公司, Aurubis AG公司 和 ?ukasiewicz研究網(wǎng)絡(luò) – 有色金屬研究所) 提供多種多級濕法和火法冶金工藝,用于回收所謂的技術(shù)金屬,將其作為有價值的二次原材料庫存。
各種激光器用于組件的拆焊和LIBS。額外的激光器用于3D成像。
經(jīng)過工業(yè)測試
除非滿足工業(yè)要求,否則即使是最好的演示裝置也毫無意義。在2019年期間,ADIR流程在Electrocycling GmbH公司進行了測試,并經(jīng)過驗證可用于工業(yè)領(lǐng)域。例如,這些現(xiàn)場試驗證明了如何結(jié)合使用各種工藝從PCB上移除大量的小型電容器,以便從中回收有價值的金屬鉭。在這種情況下,鉭的回收率在96%至98%之間。
成功的回收利用:在Fraunhofer ILT協(xié)調(diào)的ADIR項目中,拆卸了約1000部手機和800多個印刷電路板,產(chǎn)生了幾公斤的組件,然后可以從中回收有價值的材料。?Fraunhofer ILT,亞琛。
項目現(xiàn)已完成。有了演示裝置,ADIR團隊已經(jīng)能夠證明該新方法的工業(yè)可行性?;陧椖堪l(fā)現(xiàn),現(xiàn)在可以實現(xiàn)部分加工鏈。這包括檢查PCB以及拆焊和取下有價值的目標(biāo)組件。同時,在自動化等領(lǐng)域仍有改進的余地,這將有助于加快流程。切割和拆卸手機的自動過程的初步經(jīng)驗已經(jīng)收集并整理到數(shù)據(jù)庫中。將來,員工可以使用這些數(shù)據(jù)來培訓(xùn)回收單位以處理新的手機型號。
該加工引起了業(yè)界的興趣,已經(jīng)確定了幾個實施合作伙伴,現(xiàn)在正在尋求其他合作伙伴。這一新概念不僅有望更有效地利用原材料,還將減少歐洲對來自世界各地的原材料進口的依賴,并創(chuàng)造新的機會來引入建立封閉材料循環(huán)所需的逆向制造技術(shù)。
作為歐盟Horizon 2020計劃的一部分,開展了ADIR項目(全稱:下一代城市采礦-從電子設(shè)備中自動拆卸,分離和回收有價值的材料)。ADIR項目合作伙伴是:
·德國亞琛弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所(項目協(xié)調(diào)人)
·Aurubis AG,德國漢堡
·Electrocycling GmbH,德國戈斯拉爾
·德國馬格德堡弗勞恩霍夫工廠運營與自動化研究所
·HC Starck鉭鈮有限公司,德國戈斯拉爾
·波蘭格利維采有色金屬研究所
·激光分析系統(tǒng)和自動化有限公司,德國亞琛
·OSAI ASSpA,意大利帕雷利亞
·意大利都靈Tre Tau Engineering srl
原文由Fraunhofer ILT材料分析小組經(jīng)理Cord Fricke-Begemann博士撰寫,由激光制造網(wǎng)編譯
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