Valorisation de Cartes Electroniques [PDF]

Zitiervorschau

Institut de Chimie Physique et Matériaux (ICPM) Ecole Nationale d’Ingenieurs de Metz (ENIM) Master 2 Chimie Durable et Environnement (CDE) VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Présenté par: OUMSALEM Razika ANAK MIJIM Jamie Kuk FAJARDO DAZA Jonny Ariel

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PLANS

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• Introduction • Voies de recyclage • Conclusion 2

INTRODUCTION http://eco3e.eu/flux/ecrans/

Économie circulaire

Déchets d’Equipement Electriques et Electroniques (D3E)  41,8 millions de tonnes produite en 2014.  Coûts environnementaux élevés.

 Catégorie 3: Equipements Informatiques et de télécommunications  Catégorie 4: Matériel grand public  Catégorie 6: Outils électriques et électronique

Cartes électronique

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INTRODUCTION Production des cartes électronique dans mondiale

Awasthi, A. K., Zlamparet, G. I., Zeng, X., & Li, J. (2017). Evaluating waste printed circuit boards recycling: Opportunities and challenges, a mini review. Waste Management & Research, 35(4), 346-356.

Tendance dans la production mondial des cartes électronique

Ghosh, B., Ghosh, M. K., Parhi, P., Mukherjee, P. S., & Mishra, B. K. (2015). Waste printed circuit boards recycling: an extensive assessment of current status. Journal of Cleaner Production, 94, 5-19.

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INTRODUCTION

Composition des cartes électronique

Polymère (50 %)

Fibres de verres et céramiques (20%)

Métaux (30%)

Résines époxy

Alumines

Cuivre, Nickel

Résines phénolique

Alcalinoterreux

Fer, Zinc

Retardateurs de flamme

Oxydes (BaTiO3, BeO)

Argent, Or

 Conducteurs  Non conducteurs  Composants électronique

Lu, Y., & Xu, Z. (2016). Precious metals recovery from waste printed circuit boards: A review for current status and perspective. Resources, Conservation and Recycling, 113, 28-39.

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INTRODUCTION Composition chimique de la carte électronique

Métaux de base

Métal

Concentration massique (%)

Métal

Concentration massique (%)

Cu

20,19

Ag

0,16

Al

0,16

Au

0,13

Fe

7,33

Pd

/

Pb

5,53

Pt

/

Zn

4,48

Valeur marchande de l’Or

Sn

8,83

 70 % -90 % métaux précieux  200 g Au/1t de carte

 5g Au/t (mines) Awasthi, A. K., Zlamparet, G. I., Zeng, X., & Li, J. (2017). Evaluating waste printed circuit boards recycling: Opportunities and challenges, a mini review. Waste Management & Research, 35(4), 346-356.

Métaux précieux

Pureté

Teneur en Or

Valeur estimée à la pièce en 2012

Haut

˃ 200 ppm

4,03 €

Moyen

˃ 100 ppm

/

Bas

˂ 100 pp

1,39 €

HUBAU,A. (2019). Conception d’un procédé de biolixiviation pour la valorisation des métaux contenus dans les déchets de cartes électroniques. (thèse de doctorat, École Nationale Supérieure de Chimie de Paris , Paris).

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Les processus de recyclage des cartes électronique

Traitement mécanique • Déchiquetage. • Concassage, Broyage. • Séparation physique, physico-chimique

Traitement métalurgique • Pyrométalurgie. • Hydrométalurgie. • Electrométalurgie. • Biométalurgie.

Purification • Échange d’ion • Adsorption • Extraction • Electroraffinage

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Traitement mécanique

Déchiquetage (granulo ˃ 1 cm)

o La taille des particules dépend de procédé aval. o 97 % Cu par traitement mécanique seul (100-300) µm.

Broyage (granulo ˂ 1 cm)

Déchiqueteuse à découpe rotative

Broyeurs à marteaux

Déchiqueteuse à lames en inox

Broyeurs rotatif

Inconvénients o Perte de matière. o Perte des éléments volatils. o Retrait de composants non broyer.

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Séparation physique

 Différencier les éléments à valoriser des éléments dits stériles  Propriétés physico-chimiques des matériaux

Type de séparation

Commentaires

Granulométrique

Métaux Précieux dans les fines (˂ 75 µm)

Densimétrique

Pertes et puretés non élevées, énergie faible

Magnétique

83 % des métaux ferreux

Courants à Foucault

90 % Al, perte des précieux

• • • •

Consommation d’énergie Poussières produites Perte des métaux Effluents liquide énorme

Séparer les métaux ferreux et non ferreux

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Pyrométallurgie  Energie thermique  Récupération non sélective des métaux individuels  4 principales techniques:

1)La fusion

2)La pyrolyse

3)L’incinération

4)Le traitement par plasma 10

LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES 1) La fusion

Pyrométallurgie

Principale technique actuelle:

• four à arc plasma, • un haut fourneau, • une fonderie de cuivre: 70% de cartes sont traités dans des fonderies

Procédés de Knudsen (récupération de cuivre)

Grillage

Fusion (1200 °C)

Transformation de la matte

Raffinage

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES

Partie organique de la carte électronique

2) La pyrolyse  Dégrade la partie organique  Enrichir les % de métaux  Facilité de solubilisation des métaux (prétraitement pour l’hydrométallurgie)

Pyrolyse

Produits liquides /gazeux

Réutilisable (combustibles)

3) L’incineration  Dégrade les matières organiques en CO2 et H2O  Libère les métaux sous forme d’oxyde

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES

Les méthodes en cours de développement Le traitement par plasma

La matière organique décompose sous forme de gaz Les verres devient vitreux en fusion Facile de séparer les métaux de reste

Pyrométallurgie sous vide

Métaux avec différentes pressions de vapeur séparées par distillation ou sublimation

L’utilisation de sels fondus (KOH/NaOH) ou LiCl-KCl

Séparer les produits métalliques du reste de la matrice fondue

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Hydrométallurgie

Dissolution de la matrice et récupération des métaux • Solvants organiques (DMSO) • Liquides ioniques • Prétraitement mécaniques non nécessaire

Eliminer les résines plastiques et fibres de verres.

Dissolution des métaux et récupération de produits

• Lixiviation • Extraction sélective • Prétraitement mécanique nécessaire

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Avantage et inconvénients  Les coûts de production faible

Avantage

 L’hydrométallurgie est adaptée au développement de petites installations de traitement  limiter le transport des déchets vers les unités de recyclage

 méthode plus flexible en termes de produits traités

 récupèrent entre 92 et 98% des métaux précieux contenus dans les déchets traités.  pas besoin de subir de lourds traitements mécaniques en amont pour rendre accessibles les métaux

Inconvénients

 Des traitements mécaniques pour préparer la matière.  Grandes quantités d’effluents doivent être traitées  Les solvants utilisés en hydrométallurgie sont parfois toxiques et peuvent présenter des risques pour l’environnement.

 La demande en énergie est importante  L’aluminium et le fer, sont perdus dans les scories  Les plastiques non-recyclable  Des gaz et poussières toxiques  des coûts supplémentaires.

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES La lixiviation

Lu, Y., & Xu, Z. (2016). Precious metals recovery from waste printed circuit boards: A review for current status and perspective. Resources, Conservation and Recycling, 113, 28-39.

Taille de déchet des cartes électronique

Agent lixiviant

Conditions

Rendement de récupération (%)

(0,43-3,33) mm

CN-

NaCN (4g/L), pH=10,5-11

46,6 % Au 51,3 % Ag

˂ 2 mm

H2SO4 + CS(NH2)2

(74-180 ) µm

I2

Réaction global: 4Au +8CN- +O2 + 2H2O

1) 2M H2SO4; 5% 79.1mg/L Au H2O2 et 30◦C 121.1 mg/L Ag 2) 20 g/L CS(NH2)2 ; 6 g/L Fe3+ 1.0%–1.2% I2 1.0%–1.2% H2O2

95% Au

4Au (CN)-2 +4OH-

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Biolixiviation

Lors de la biolixiviation acidophile de minerais sulfurés, trois principales réactions ont lieu :  la dissolution du minerai sulfuré avec mise en solution du métal associé M,  l’oxydation du fer Fe(II) et  l’oxydation des composés réduits du soufre (sulfure S2-, thiosulfate S2O32ou soufre S0). 𝑀𝑆 + 2𝐹𝑒3+ → 𝑀2+ + 2𝐹𝑒2+ + 𝑆0 [1] 2𝐹𝑒2+ + 0,5𝑂2 + 2𝐻+ → 2𝐹𝑒3+ + 𝐻2𝑂 (𝑏𝑎𝑐𝑡.) [2] 𝑆0 + 1,5𝑂2 + 𝐻2𝑂 → 2𝐻+ + 𝑆𝑂4 HUBAU,A. (2019). Conception d’un procédé de biolixiviation pour la valorisation des métaux contenus dans les déchets de cartes électroniques. (thèse de doctorat, École Nationale Supérieure de Chimie de Paris , Paris).

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Purification Réactif

Méthode de purification

Conditions

Cloride

Echange d’ions

3,0 BV long; 1,0 M NaCl ; 0,2 M EDTA; 2,7 M Thiosulfate

Rendement de récupération (%) 72 % Ag

HCl

Echange d’ions

Temps lixiv. 24h; 2g/L; 150 rpm ; 10-40 °C

99% Au

Aqueuse

Adsorption

pH=4,0; 300 rpm; 0,5 M thiourée; 2,0 M HCl

99,23 % Ag

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Les voies de valorisation des cartes électroniques Procédés électrochimiques

Moins impact environnementale que hydrometallurgie

• Au, Pd et Ag par iodure électrolyse • Chlorure electrolixiviation et après électrodéposition sur cathode de graphite • Prétraitement mécaniques non nécessaire • Cl2 prometteur oxydante pour Au lixiviation des PCBs • Fe3+/Fe2+ couple pour récupération de Cu

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Bio-hydrométallurgie

 biolixiviation  bioextraction  biodégradation de réactifs organiques . La biohydrométallurgie présente elle-même des avantages vis-à-vis de l’hydrométallurgie:  L’environnement est généralement moins corrosif ;  Les besoins en réactifs sont moindres, car ils sont produits in situ, ce qui réduit les coûts et permet d’être indépendant de la volatilité des prix des réactifs ;  Les températures sont moins élevées donc la demande en énergie est réduite ;  Le traitement des minerais et des effluents peut parfois se faire simultanément

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LES VOIES DE VALORISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES Résistance à la traction

La partie non-métallique  Une technique de séparation par triboélectrique pour séparer la partie métallique de non métallique  Fraction non-métallique chargées (-)  Fraction métallique chargées (+)

Propriétés mécaniques Résistance à la traction - Augmente jusqu’à 30% de poudres non métalliques - Meilleure résistance avec des poudres fines

Résistance à la flexion

Résistance à la flexion - Meilleure résistance avec des poudres fines et moyennes

Yanhong,Z. et al. (2009). The reuse of nonmetals recycled from waste printed circuit boards as reinforcing fillers in the polypropylene composites . Journal of Hazardous Materials, 163(2-3), doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.07.008

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CONCLUSION  Les cartes électroniques sont la partie des DEEE qui contient la majeure partie des métaux non ferreux (précieux)  La contribution à l’approvisionnement en métaux, le recyclage des déchets permet également de limiter leurs impacts environnementaux.  Les techniques de recyclage développés sont complexes dont la composition et la quantité de métaux présents dans les cartes électroniques.

 La combinaisons de techniques variées, une alternative pour développer le recyclage,

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Merci pour votre attention

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