140613_Frederic Clarens CTM_Centre Tecnològic de Manresa
•
0 likes•2,253 views
91 jornada tècnica de la Borsa de Subproductes: "Primeres matèries crítiques i residus d'aparells elèctrics i electrònics (RAEE)", el 13 de juny de 2014. Tecnologies metal·lúrgiques per la recuperació de metalls valuosos als RAEEs.
![2. Modelització: disseny procés
recuperació
0 2 4 6 8 10 12
-1 .0
-0 .5
0 .0
0 .5
1 .0
ESHE/V
pH
Z n2+
Z n (OH )2
Z n (OH )3
Z nOH +
Z nSO 4
Z n (H S )2
Z n (H S )3
Z nS (H S )
Z n (c )
Z nO (c r)
Z nS (am )
[Z n2+ ]TO T
= 10 .00 M [SO 4
2 ]TO T
= 10 .00mM
t= 25 C
0 1 2 3 4 5 6
-8
-6
-4
-2
0
LogSolubl.
pH
SO 4
2
ZnS (cr)
pe= 0 .00
[SO 4
2 ]TO T
= 100 .00mM
Log {ZnS (cr)} = 1 .00
Especiació i modelització química
•Selecció elements a recuperar a partir aplicació models termodinàmics
•Selecció tecnologia separació
•Disseny de l’esquema de la ruta de separació (p.ex. lixiviant, condicions reacció)](https://image.slidesharecdn.com/140613fredericclarensctm-140625050129-phpapp01/85/140613_Frederic-Clarens-CTM_Centre-Tecnologic-de-Manresa-27-320.jpg)
More Related Content
Viewers also liked (20)
Similar to 140613_Frederic Clarens CTM_Centre Tecnològic de Manresa (10)
More from Council of Catalan Chambers of Commerce (14)
140613_Frederic Clarens CTM_Centre Tecnològic de Manresa
- 1. Fundació CTM Centre Tecnològic -Competitiveness for Technology- Tecnologies metal·lúrgiques per la recuperació de metalls valuosos als RAEEs Frederic Clarens Barcelona, 13 de Juny del 2014
- 2. MISSIÓ VISIÓ CTM és un centre de Recerca i Desenvolupament amb un objectiu principal: millorar i incrementar la competitivitat, el progrés tecnològic i el capacity building d’empreses i altres organismes, mitjançant projectes conjunts, serveis tecnològics avançats i la transferència de tecnologia fruit de l’R+D+I: Recerca Aplicada, Desenvolupament Tecnològic i Innovació. Ser un centre referent mundial en les tecnologies pròpies del centre, reconegut en els àmbits científic i industrial, mitjançant l’actiu més important: les PERSONES
- 3. Tecnologia de Materials Simulació i disseny Innovador Energia Tecnologia Ambiental Bioenginyeria Àrees de treball del CTM
- 4. Disseny de nous productes, processos i equips Simulació, modelització Experimentació (escala laboratori, planta pilot) Competències Científico- tècniques CTM + R+D+IR+D+I CTM Empresa Capacitats tècniques Producte, procés Mercat
- 5. Perquè reciclem RAEE •Obligació d’acord a la legislació vigent •Waste directive 2008/98/EU, WEE Directive, 2012/19/EU,... •Presencia compostos perillosos •Quantitats limitades a la natura. Necessari reciclar-lo per mantenir el balanç entre la demanada i subministrament •RAEE son els principals consumidors de metalls estratègics Oportunitat de negoci Els % de recuperació han d’augmentar Tassa reciclatge
- 6. Perquè reciclem RAEE •Obligació d’acord a la legislació vigent •Oportunitat de negoci •Retorn econòmic del procés •PCI residual tenen un preu de mercat entre 500 i 3000 €/Tn. En canvi el valor de mercat dels metalls està entre els 3500- 6800 €/Tn. •Aquest diferencial es la base per millorar els actuals sistemes de gestió ↑ Grau tractament, separació
- 7. Perquè reciclem RAEE •Obligació d’acord a la legislació vigent •Oportunitat de negoci •Retorn econòmic del procés •Protecció/millora ambiental : economia circular •Impacte ambiental dels metalls primaris pot ser més elevada Software ACV Simapro Developer disponible al CTM
- 8. Perquè reciclem RAEE •Obligació d’acord a la legislació vigent •Oportunitat de negoci •Retorn econòmic del procés •Protecció/millora ambiental : economia circular •Mineria urbana: concentració metalls en RAEE >> mines •PCI metalls 10 cops més concentrats que minerals més rics (Huang, 2009) •Urban mining pot aporta % rellevants a les necessitats de producció Recuperació de metalls valuosos d’ordinador i telèfons mòbils
- 9. Que reciclar? •Distribució típica de materials en els RAEE PCI i Cu son les fraccions més valuoses
- 10. Que reciclar? •Usos habituals dels metalls en els EEE
- 12. Que reciclar? Elements presents en les plaques de circuit imprès Viabilitat recuperació en base models termodinàmics. P. ex: Al, Ag, Au, Cu, Ga, Ni, Pd, Pt, Ta, Zn,
- 13. Quan es començaran a generar residus de forma abundant? Quan reciclar? Escala temporal de producció massiva de LEDs per a vàries aplicacions (Perkins 2009):
- 15. Reptes •Residus complexes •Evolució constant de la tecnologia •Composició canviant Obsolescència dels processos Substitució d’elements valuosos Vigilància tecnològica
- 16. •Residus complexes •Evolució constant de la tecnologia Reptes •Residus complexes •Evolució constant de la tecnologia •Composició canviant •Accés al residu •% recuperacions dels elements molt diferents En funció composició de partida no es pot reciclar tot •Disseny pel reciclatge •Necessari seleccionar, prioritzar o ponderar que es vol recuperar No existeix solució única
- 17. Que es recicla? Unep, 2013. Necessari augmentar percentatges recuperació
- 18. Com reciclar Recuperació elements • Tractament pirometal·lúrgic • Tractament pirolíticTèrmics No Tèrmics • Tractament hidrometal·lúrgic • Tractament físico-mecànic • Tractament biometal·lúrgic Recollida Desmantellament Trituració Separació Valorització
- 19. Obtenció fraccions valoritzables •Recollida •Desmantellament •Trituració •Separació •Valorització
- 21. Cui (2008) Múltiples alternatives possibles: No existeix solució única Solució òptima es cas específica, requereix anàlisis per selecció tecnologia i probablement un desenvolupament per a la seva optimització
- 22. Tractament recuperació materials: Piro vs hidrometal·lúrgia Paràmetre Pirometal·lúrgia Hidrometal·lúrgia Cost econòmic Elevada inversió de capital. Rentables a gran escala Menor cost inversió. Costos operacionals normalment similars o superiores. Consum energètic Elevat Menor Emissió de gassos Alta, gases de efecto invernadero y compuestos orgánicos volátiles Menor cabal. Perillositat i toxicitat variable en funció dels reactius utilitzats Risc dioxines Elevat (requereix tractament de gases) No emissió de dioxines % recuperació Processos no selectius. Baixa, pèrdues or, pal·ladi 15-35% Processos selectius. Rendiment global depèn del nombre d’etapes i concentració de partida
- 24. • Lixiviació •Solvent extraction •Bescanvi iònic •Precipitació •Membranes •Necessari conèixer la química de cada element Tractament recuperació materials: Hidrometal·lúrgia Capacitats CTM •Les rutes hidrometal·lúrgiques ofereixen una metodologia viable per maximitzar la recuperació de metalls de valor intrínsec, en particular els metalls preciosos, i s’haurien de desenvolupar més a través d’estudis pilot. •Un enfocament únic segurament no serà adequat per a la gestió de totes les fonts. Més aviat, es necessita una estructura jeràrquica per a la gestió integrada, des de la separació, pre-tractament i fins a la recuperació final.
- 25. Cas pràctic: recuperació TR luminòfors 1. Caracterització proporció elemental Ca 20.3 % P 11.4 % Si 10.4 % Y 6.4 % Na 3.9 % Al 1.5 % La 1.3 % Mg 0.8 % Ce 0.9 % Sr 0.6 % Tb 0.4 % Mn 0.4 % Eu 0.34 % K 0.2 % Gd 0.3 % Sb 0.4 % Ba 0.17 % Pd 0.01 % •Composició: FRX,SEM, digestió (HNO3; HNO3+HF): ICP-MS, ICP-AES, CI Tipus de fosforòfor Fórmula simplificada % masa Blanc 3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn 75,3% Vermell (Y,Eu)2O3 6,0% Verd (La,Ce,Tb)(P,B)O4 13,4% Blau (Sr,Ca,Ba,Eu)10(PO4)6·Cl2 5,2% 135 €/kg Y 3860 €/kg 14 €/kg pols 7.6 €/kg pols 40.3 €/kg pols 4200 €/kg Tb 17 €/kg pols 14500 €/kg Pd 2 €/kg pols • Caracterització: Pols de fluorescent
- 26. • Caracterització: Pols de Tubs de Raigs Catòdics Composició elemental (mg/kg pols) Y 200 000 ± 40 000 Si 1 900 ± 120 Cd 1 000 ± 170 W 8 ± 2 La 7± 1 P < 30 Ta < 3 11 – 13 €/kg pols Mapa distribució d’elements O Si S Fe Al La Ba Cr Y P Ir Mn SEM-EDX (ZEISS Ultraplus) Cas pràctic: recuperació TR luminòfors 1. Caracterització
- 27. 2. Modelització: disseny procés recuperació 0 2 4 6 8 10 12 -1 .0 -0 .5 0 .0 0 .5 1 .0 ESHE/V pH Z n2+ Z n (OH )2 Z n (OH )3 Z nOH + Z nSO 4 Z n (H S )2 Z n (H S )3 Z nS (H S ) Z n (c ) Z nO (c r) Z nS (am ) [Z n2+ ]TO T = 10 .00 M [SO 4 2 ]TO T = 10 .00mM t= 25 C 0 1 2 3 4 5 6 -8 -6 -4 -2 0 LogSolubl. pH SO 4 2 ZnS (cr) pe= 0 .00 [SO 4 2 ]TO T = 100 .00mM Log {ZnS (cr)} = 1 .00 Especiació i modelització química •Selecció elements a recuperar a partir aplicació models termodinàmics •Selecció tecnologia separació •Disseny de l’esquema de la ruta de separació (p.ex. lixiviant, condicions reacció)
- 28. 3. Definició model conceptual. Càlcul pre-viabilitat econòmica Simulació Innocenci, (2013) Inversió (€) 500 000 (5 anys depreciació) Y2O3 (€/kg) 50 Tractament (kg/dia) 230 690 920 Reactius (€/any) 39 271 117 810 157 080 Residus (€/any) 14 861 44 583 59 444 Altres costos (€/any) 38 300 54 539 62 659 Ingressos (€/any) 242 000 726 000 968 000 Benefici (€/any) -51 632 307 867 498 617 PF (s) Lixiviació H2SO4 Na2SO4 ó NaOH Eliminació impuresa Neutralització i conversió a espècie soluble Conversió a RE(OH)3 (s) Precipitació NaRE(SO4)2 (S) NaOH RECl3 (aq)HCl Re-extracció RE Concentrat RE (aq) Extracció amb resina catiònica Separació/concentració resines HCl
- 29. Etapa lixiviació pols fluorescent: proves realitzades al CTM Mn Sr Y Pd Sb Ba La Ce Eu Gd Al Ca Na P Si T (ºC) P (bar) temp s (h) % % % % % % % % % % % % % % % 50,7 0 1 58,71 39,72 0,06 0,44 57,63 38,57 0,05 0,09 0,45 0,39 0,25 32,99 3,24 43,53 6,44 62,1 0,2 2 53,23 38,97 0,09 0,41 51,61 37,07 0,05 0,11 0,59 0,53 0,55 35,36 3,00 43,47 6,83 118,1 1,3 3 66,92 46,64 1,97 3,05 61,31 49,36 0,20 1,43 11,23 10,85 3,34 42,38 2,79 47,93 9,45 121,3 1,5 4 72,43 56,79 17,91 32,00 67,62 63,69 0,42 3,21 26,65 26,47 14,76 54,49 4,42 55,04 12,24 Mn Sr Y Pd Sb Ba La Ce Eu Gd Al Ca Na P Si Mostra % % % % % % % % % % % % % % % 30min 85,77 59,52 13,05 17,41 83,36 66,46 0,13 0,69 16,82 5,22 - - - - - 3h 95,17 62,06 41,70 33,77 94,10 76,14 0,17 2,94 52,68 25,75 26,18 83,34 5,43 73,63 16,46 Mn Sr Y Pd Sb Ba La Ce Eu Gd Al Ca Na P Si Mostra % % % % % % % % % % % % % % % 4h 92,95 7,00 80,05 89,41 81,43 0,03 0,03 3,84 94,02 42,70 28,32 2,83 5,15 81,94 3,51 8h 95,34 5,38 83,20 93,60 83,40 0,03 0,04 9,18 98,27 87,02 - - - - - 24h 99,69 5,92 87,65 97,44 86,55 0,03 0,06 11,51 102,80 111,66 - - - - - 48h 105,91 6,12 92,47 102,67 93,41 0,03 0,09 12,65 108,96 121,28 53,66 2,67 5,12 92,40 2,56 H2SO4, 4N, 60 ºC, L/S = 10 Barreja àcids, 60 ºC, L/S = 5 Barreja àcids, 50-120 ºC, Pressió, L/S = 5 4. Experimentació: Optimització, disseny processos •Variables estudiades: • Tipus Lixiviant: HNO3 H2SO4 HNO3/HF •Temps reacció •Temperatura •Pressió •Relació L/S
- 30. 5. Establiment procés • Diagrama bàsic procés •Determinació viabilitat econòmica Implementació industrial
- 31. Frederic Clarens (frederic.clarens@ctm.com.es) Responsable ecologia Industrial Fundació CTM Centre Tecnològic Plaça de la Ciència, 2 08243 Manresa (Barcelona) www.ctm.com.es /938777373