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TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI SCHEDE TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO

Dr. Ing. Giuseppe TodarelloSenior Scientist Tecnologie Ambientali

IL CENTRO SVILUPPO MATERIALI S.P.A.IN BREVEIN BREVE

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Missione

CSM è un Centro di Ricerca Industriale privato orientato al mercato, che si

pone l’obiettivo di convertire risultati di ricerca e tecnologie in applicazioni industriali applicazioni industriali,

mediante una “massa critica ” di competenze basate sullapropria esperienza maturata “sul campo” e una rete di propria esperienza maturata sul campo e una rete di

collaborazioni internazionale.

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CSM Shareholders

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CSM at a glance

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CSM per l’ambienteCSM per l ambiente

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Settori principalip p

Rifiuti

Prevenzione (residui industriali interni sottoprodotti)

Rifiuti

Valorizzazione (rifiuto materia prima e/o energia) Valorizzazione (rifiuto materia prima e/o energia) Inertizzazione (rifiuto pericolosi materiale inerte)

Bonifica siti (siti industriali molto inquinati trattamenti in -sito)

Efficienza energetica(risparmio, recupero & utilizzazione)

( q )

Risparmio (riduzione dell’ energia richiesta bassi consumi)

Recupero (calore del rifiuto da una parte del sistema.

l l f l l ldUtilizzo (calore rifiuto energia elettrica, teleriscaldamento)

Emissioni in aria (CO2, NOx, diossine, polveri)

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Approccio CSMpp

Offerta Commerciale su tre livelli:Offerta Commerciale su tre livelli:

FASE 1 – STUDIO DI FATTIBILITÀ E PROGETTAZIONE DEL PROCESSO CSMCSM

FASE 2 – SVILUPPO SOLUZIONE UTILIZZANDO “TEST RIGS” DEDICATIcore businesscore business

VALIDAZIONE PROCESSO & SOLUZIONI TECNOLOGICHE PER IL REATTOREPRIMARIO (ASSESMENT ECONOMICO – POSSIBILI BREVETTI)

SPECIFICHE PER L’IMPIANTO INDUSTRIALE INCLUSA INGEGNERIA DI DETTAGLIO

FASE 3 SCALING UP INDUSTRIALE PRIMO PROTOTIPO

SPECIFICHE PER L IMPIANTO INDUSTRIALE, INCLUSA INGEGNERIA DI DETTAGLIODEI COMPONENTI INNOVATIVI

FASE 3 – SCALING –UP INDUSTRIALE- PRIMO PROTOTIPOAssistenza al Cliente per le garanzie di processo

e supporto verso I fornitori di impianti

CSMCSMserviceservice

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Capabilities del CSM (1 of 2)CSM

Attività di laboratorio:

(1 of 2)

Attività di laboratorio:

Caratterizzazione del rifiuto mediante apparecchiature dalaboratorio di chimica analitica standard ed analisi del suolaboratorio di chimica analitica standard ed analisi del suocomportamento termico su apparecchiature originali progettateda CSM.Simulazioni di modello numerico e studi del processo diSimulazioni di modello numerico e studi del processo ditrattamento utilizzando codici di calcolo termodinamicocommerciali e/o modelli originali di calcolo dedicati e sviluppatiad hoc

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ad hoc.

(2 of 2)Capabilities del CSM

Impianti pilota:

CSM

Impianti pilota:

Gasificatore a tamburo rotante da

Impianto Torcia al plasma da500 kW

per l’inertizzazione a caldo di

G100 kg/h di rifiuto

Per la produzione di Syngas da rifiuti organici.

per l inertizzazione a caldo di rifiuti pericolosi

Reattore a tamburo rotante da 50 kg/h per processi di pirolisi

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p p p

TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DELLE SCHEDE ELETTRONICHE

AI FINI DEL RECUPEROAI FINI DEL RECUPERO

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TRATTAMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE DI SCHEDE ELETTRONICHE AI FINI DEL RECUPERO

Composizione chimica media di una scheda elettronica(Computers monitors telefonini altro)(Computers, monitors, telefonini, altro)

Elemento/composto % in peso

Vetronite (fibra di vetro+polimero ) 70Vetronite (fibra di vetro+polimero ) 70

Rame 16

Ferro e/o Ferrite (trasformatori) 3( )

Nickel 2

Argento 0,05

Oro 0,03

Palladio 0.01

Altro (Bi Sb Ta) <0 01Altro (Bi, Sb, Ta) <0.01

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Composizione merceologica e chimicaComposizione merceologica e chimica

% in peso PC TV Cellulari

Metalli + fibra di vetro 32.0 32.1 83.1

Materiale organico 68.0 67.8 16.9

Umidità 0 0 0 1 0 0Umidità 0.0 0.1 0.0

El. Fe Al Cu Sn Pb Br Mn Zn Sb Ni Cl Na Cr Hg Ag Pt AuEl.g/kg 108 48 37 31 30 27 22 15 4.5 3.1 1.9 1.8 1.6 .001 1 .2 .005

Composizione tipica di una scheda madre di PC

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Stato dell’arte sul recupero delle schede elettroniche a fine vita

General routes

Stato dell a te sul ecupe o delle sc ede elett o c e a e v ta

Recupero componenti Recupero componenti mediante:p pmediante smontaggio

p p• Processi meccanici:

Shredding

• Processi Piro metallurgici: • Processi Piro-metallurgici: CombustionePirolisi

• Processi Idrometallurgici: gLisciviazioneElettrolisi

• Combinazione di tali processi

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COMBUSTIONECOMBUSTIONE

Camera di

DA SHREDDING

Camera dicombustione

(1200°C)Combustibile ausiliario

Camera di

Aria

Off‐gas Post - combustione(1200°C - 1400 °C)

Materiale ricco di rame

Off gas

di rame(black metal)

Scorie

Idrometallurgia secondaria.(electrofining, elettrolisi,

ecc.) Inertizzazione

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PIROLISI (1 of 3)PIROLISI

Processo di dissociazione endotermica in assenza diossigeno a temperature > 400°C e <900 ( tipicamente).

Poiché molte sostanze di tipo organico sono termicamente instabili, in caso di forteriscaldamento operato in ambiente privo di ossigeno, esse possono esserep p g , pframmentate in frazioni solide, liquide e gassose tramite una combinazione di“cracking termico” e di “condensazione” (vedi schema sotto riportato).

Gas (Idrocarburi, alcoli, ecc.) ( )

Tar (idrocarburi, Aldeidi, ecc. in fase liquida)Rifiuto

Char (Solido carbonioso e inerti

Rifiuto + Calore H + CO + CO + CH + Altri volatili + Tar + Char

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Rifiuto + Calore H2 + CO + CO2 + CH4 + Altri volatili + Tar + Char



La natura del combustibile alimentato e le condizioni operativepinfluenzano le proporzioni relative dei prodotti di pirolisi:

Temperature più basse producono maggior frazione di prodotti liquidi e cere;Temperature più alte producono sostanzialmente idrocarburi a basso peso

molecolare (e quindi gassosi) e aromatici (vedi tabella seguente per R.S.U.)

Temp °C Gas % Liq % Sol %Temp C Gas % Liq % Sol %

480 12,33 61,08 24,71650 18,64 59,18 21,80815 23 69 59 67 17 24815 23,69 59,67 17,24925 24,36 58,70 17,67

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Tipologia di processi

L di d lità di i d l di i li iLe diverse modalità di esecuzione del processo di pirolisi possono essereclassificate in base alla temperatura e al tempo di residenza del rifiuto combustibileall’interno del reattore:

1. Pirolisi lenta : avviene a temperature <500°C e per lunghi tempi di residenza all’interno del reattore:

Viene massimizzata la quantità di Char (oltre il 30% del rifiuto di partenza).

2. Pirolisi convenzionale : avviene a temperature < 600°C con moderatitempi di residenza all’interno del reattore:

Gas, liquido e solido sono prodotti circa in uguale proporzione, q p g p p3. Flash pirolisi (Plasma) : avviene a temperature superiori a 700°C, e con

tempi di contatto inferiori a 1 s.Viene massimizzata la quantità di gas e minimizzata la quantità di liquido

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Viene massimizzata la quantità di gas e minimizzata la quantità di liquido.


GASSIFICAZIONE

Processo ad alta temperatura che consiste nella parziale ossidazione di uncombustibile solido o liquido per generare un combustibile gassoso ricco inidrogeno, CO e alcuni idrocarburi saturi, principalmente metano.idrogeno, CO e alcuni idrocarburi saturi, principalmente metano.

L’interesse per i processi di gassificazione è motivato da:La bassa quantità di ossigeno blocca la formazione di Diossine e Furani.

Contenute emissioni di inquinanti.

Possibilità di integrazione con impianti di cogenerazione IGCC.

Produzione di una portata effluente di gas molto ridotta a quella di unaProduzione di una portata effluente di gas molto ridotta a quella di unacombustione convenzionale, soprattutto se si opera in eccesso d’aria. Questodetermina costi di investimento più bassi della sezione trattamento fumi.

L b tità di d tti ff tt di t i t iLa bassa quantità di gas prodotti genera un effetto di trascinamento neiconfronti della parte fine della carica molto ridotto.

Temperatura più bassa rispetto alla combustione che non consente ladistillazione dei metalli più volatili

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distillazione dei metalli più volatili.


Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinateeffettuate a livello di laboratorio con reattore a letto fisso

PC TV Cellulari

Test 1 Test 2 Test 1 Test 2 Test 1 Test 2

Gas % 67.0 70.7 59.8 60.5 83.0 81.7

Liq % 24.5 21.0 29.2 28 14.0 15.5

Sol % 5.3 4.2 6.7 6.5 2.5 2.6

Totale 96.8 95.9 95.7 95.0 99.5 99.8

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Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinateff li ll di l b i l fieffettuate a livello di laboratorio con reattore a letto fisso

Composti%

PC TV Cellulari

H2 4.6 3.2 5.7

CO 27 21.8 36.1

CO2 51 51.5 45.8

Metano 10.3 14 6.4

Etano 1 9 2 7 0 6

Fase gas

Etano 1.9 2.7 0.6

Propano 1 1.6 0.4

Butano 0.5 1.2 0.2

Cl 0 0 0.1

Br 0.3 0.1 0.5

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Prove di pirogasificazione su schede elettroniche macinateff tt t li ll di l b t i tt l tt fieffettuate a livello di laboratorio con reattore a letto fisso

Elementi ppm PC TV CellulariF i F i F i F i F i F iFrazione

>600μm

Frazione<

600μm

Frazione>

600μm

Frazione<

600μm

Frazione>

600μm

Frazione<

600μm

Co 12 <5.6 93 56 64 39

Ni 10660 1331 24338 1863 13454 6870

Cu 242986 167105 260404 185190 333228 323163

Fase solidametalli più

preziosiAg 6458 800 15020 1164 8118 4125

Au 6 211 <5.6 <5.6 18 28

Pd <5 6 <5 6 <5 6 <5 6 <5 6 <5 6Pd <5.6 <5.6 <5.6 <5.6 <5.6 <5.6

In <5.6 <5.6 <5.6 <5.6 <5.6 <5.6

Ga 45 27 94 29 210 184

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Considerazioni di sintesi

Dall’analisi dei risultati dei test su scala di laboratorio si evince che :

1. il processo può essere condotto in autosostentamento dal punto di vistaenergetico, visti la quantità e la qualità dei prodotti contenuti nella fasegassosa del processo pirolitico;

2. una fase successiva di gassificazione (non sperimentata in laboratorio)può migliorare la qualità e quantità del syngas prodotto e diminuire laquantità del carbonio residuo (Char) e quella della fase liquida (Tar) ;(*)quantità del carbonio residuo (Char) e quella della fase liquida (Tar) ;( )

3. la fase di laboratorio è stata condotta su un letto fisso e quindi su unreattore di tipo batch, mentre sarebbe auspicabile un processo continuoindustriale A tal fine si potrebbe adottare una tecnologia innovativa CSM

(*) Tutto questo a beneficio della purezza della scoria prodotta ricca in metalli per il trattamentoidrometallurgico successivo

industriale. A tal fine si potrebbe adottare una tecnologia innovativa CSMgià sperimentata con successo su altri rifiuti industriali (Fluff auto).

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idrometallurgico successivo


Proposta CSM di processo innovativoProposta CSM di processo innovativo

schede

IDROMETALLURGIAELETTROWINING

ELETTROLISI

Scorie (silicati)provenienti da PCB in vetronite

Metalli

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Scorie (silicati)provenienti da PCB in vetronite


Impianto pilota presso la Piattaforma Ambientale del CSM di Castel Romano

Vista complessiva del reattoreDati principali del reattore

Interno del reattore con palettaturaInterno del reattore con palettaturaper la movimentazione del fluff

CFD (computational fluid-dynamics)del reattore - campo di velocità dei gas

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CONCLUSIONICONCLUSIONI

Da quanto emerso dai risultati di pirolisi su scala di laboratorio si possonol i l i itrarre le seguenti conclusioni:

un processo di pirogassificazione, viste le energie dei sottoprodotti in gioco, èidoneo al trattamento di schede elettroniche a fine vita, previo shreddingdella carica;

rispetto ai processi di combustione, già usati da altri in Italia, a cui seguono suiresidui solidi i processi di idrometallurgia ed elettrolisi consolidati, siresidui solidi i processi di idrometallurgia ed elettrolisi consolidati, siottengono i vantaggi della autosostenibilità del trattamento e quelli di unmiglior controllo di processo e minor impatto ambientale;

sono disponibili presso CSM know how e tecnologia innovativa adeguati per lasono disponibili presso CSM know how e tecnologia innovativa adeguati per laverifica del processo su impianto pilota, propedeutica al successivo scaling-up industriale.

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Grazie per la vostra attenzione

g.todarello@c‐s‐m.it

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