Какие драгметаллы содержатся в мониторе

Одной из проблем настоящего времени является проблема утилизации и переработки электронной техники, количество которой неуклонно растет. Ожидается, что в будущем значительна доля электронного мусора будет приходиться на жидкокристаллические и плазменные дисплеи. Ведь уже сейчас можно с полной уверенностью сказать, что наступил век жидких кристаллов и плазмы, а громоздкие кинескопы ушли в прошлое. Однако ничто не вечно и может наступить тот печальный момент, когда устройство по тем или иным причинам уже не может выполнять свои функции и отправляется на свалку. В лучшем же случае техника отправиться на переработку, и если Вам интересно как сейчас утилизируют жидкокристаллические и плазменные дисплеи, то прошу под кат.

С целью минимизировать негативное влияние электронного мусора на окружающую среду в ряде развитых стран активно проводятся программы по его сбору и утилизации. Например, Европейский союз принял директиву 2002/96/EC, согласно которой утилизации подлежат все устройства с ЖК-дисплеями площадью более 100 см2 и CCFL подсветкой.

Как же происходит процесс утилизации?

Процесс переработки начинается с ручного демонтажа составных частей электронной техники. Демонтированные компоненты, как правило, сортируются на пластик, металл, печатные платы, провода, люминесцентные лампы, ЖК-дисплеи для дальнейшей переработки. На демонтаж 3-4 единиц техники примерно уходит один час.

Как видно из представленных круговых диаграмм основную массовую долю электронной техники составляет металл и пластик, а ЖК-дисплеи — от 6 до 18%.

Фракционный состав ЖК телевизора, монитора и ноутбука

Особую опасность для окружающей среды составляют ЖК-дисплеи с ССFL (люминесцентная лампа с холодным катодом) подсветкой. В зависимости от характеристик люминесцентной лампы в ней может содержаться до 3,5 мг ртути. Для сравнения, в энергосберегающей люминесцентной лампе содержится около 5-7 мг ртути.

Внешний вид люминесцентных ламп с холодным катодом для ЖК-дисплеев

Поэтому приём, хранение и транспортировка электронной техники проводится таким образом, чтобы избежать повреждения люминесцентных ламп. Однако очень часто телевизоры и мониторы поступают на участок по переработке с уже разбитыми лампами (до 20% разбитых ламп в телевизорах и до 5% в мониторах). На участке, в связи с этим проводится постоянный контроль и мероприятия по недопущению концентрации ртути в воздухе выше предельно допустимой концентрации. Демонтированные лампы, как правило, утилизируются по той же технологии, что и обычные энергосберегающие люминесцентные лампы. Следует сказать, что ЖК-дисплеи с LED или OLED подсветками считаются безопасными для окружающей среды, поскольку не содержат токсичные вещества в каких-либо значительных количествах. Уже сейчас наблюдается тенденция к переходу на ЖК-дисплеи с LED, а в будущем и с OLED подсветками.

Между подсветкой и ЖК-дисплеем находиться пакет из различных полимерных оптических плёнок. Это увеличитель яркости, светорассеивающая плёнка, призматическая плёнка, светонаправляющая и светоотражающая плёнки. Как правило, эти плёнки отправляются на мусоросжигательный завод ввиду их разнообразного состава и низкой стоимости.

А теперь обратим свое внимание на сами ЖК-дисплеи. Прежде всего, давайте посмотрим, из чего же делают ЖК-дисплеи, чтобы выяснить, что и как утилизировать.

Упрощенное схематическое изображение строения ЖК-дисплея

Рассмотрим все составные слои ЖК-дисплея по порядку:

Поляризационный фильтр представляет собой многослойную композицию из полимеров органического и неорганического происхождения. Считается экологически безопасным, но при невысоких температурах горения может выделять вредные вещества.

Стеклянная подложка имеет толщину 0,4-1,1 мм и изготавливается из натриевого или из более дорогих боросиликатных и алюмосиликатных стекол. Является экологически безопасной.

Электроды представляют собой прозрачное покрытие из In2O3-SnO2 (ITO). Толщина слоя может составлять до 125 нм, что примерно составляет 234 мг/м2. Ввиду высоких цен на оксид индия это покрытие имеет потенциальный интерес для переработки. Например, уже существуют технологии выделения оксида индия из ЖК-дисплеев гидрометаллургическим методом. Однако экономическая эффективность данного метода всё ещё под вопросом по причине малой концентрации оксида индия в сырье.

Жидкие кристаллы имеют сложный состав и представляют собой смесь из 10-25 различных компонентов на основе ароматических полимеров. Количество жидких кристаллов на один квадратный сантиметр примерно составляет 0,6 мг. Основным производителем жидких кристаллов является немецкая компания Mеrck, которая выполнила ряд токсикологических и экотоксикологических исследований. Согласно полученным результатам жидкие кристаллы не являются остро-токсичными, канцерогенными, мутагенными, не вредны для водных организмов и имеют низкий потенциал биоаккумуляции.

Цветовой фильтр, TFT слой, а также ориентационная пленка не нуждаются в утилизации, поскольку не содержат какие-либо токсические вещества.

ЖК-дисплеи

Таким образом, можно сделать вывод, что материалы, которые используются в ЖК-дисплеях, не представляют опасности для окружающей среды. Это значит, что ЖК-дисплеи могут быть утилизированы захоронением на полигоне или сжиганием на мусоросжигательном заводе. Однако такие способы утилизации являются малоэффективными. Другие имеющиеся технологии утилизации ЖК-дисплеев в основном направлены на извлечение и повторное использование основного составляющего компонента – стекла. Качество переработанного стекла зачастую очень низкое и его крошка обычно используется как добавка в асфальт, бетон и другие строительные материалы. Более качественные стекла могут быть получены при удалении поляризационного фильтра, но это значительно усложняет и удорожает технологию.

Вышеупомянутая компания Merck предложила несколько иных способов утилизации ЖК-дисплеев. Например, стекло ЖК-дисплеев можно использовать для защиты футеровки мусоросжигательных ротационных печей от агрессивных веществ или частично заменить песок в составе шихты для металлургического процесса выделения благородных металлов. В обоих случаях горение поляризационной пленки происходит при температурах 1200-1300 оС, что позволяет сжечь диоксины, если даже они образовались.

Утилизация телевизоров с плазменными панелями

Телевизоры с плазменными дисплеями (ПД) составляют относительно небольшую часть среди остальных типов телевизоров, что можно объяснить их незначительными объемами продаж. Процесс утилизации телевизоров с ПД также начинается с демонтажа и сортировки его различных компонентов для дальнейшей переработки. В отличие от техники с ЖК-дисплеем, значительную массовую долю телевизора, кроме металла и электроники, составляет стекло.

Фракционный состав плазменного телевизора

Говоря о плазменных дисплеях в свете данной темы, следует упомянуть о том, что они в основном бывают AC- и DC-типа. В силу своей конструкции плазменные дисплеи DC-типа содержат ртуть, количество которой может составлять до 30 мг на один дисплей. Причиной введения ртути в газоразрядные ячейки ПД является увеличение срока службы дисплея путём предотвращения попадания материала катода на анод. Однако сейчас практически все выпускаемые ПД являются АС-типа, поэтому рассмотрим их поподробней.

Упрощенное схематическое изображение плазменного дисплея

Из выше приведенной таблицы видно, что ПД не содержит полимерные материалы, а основная его часть выполнена из стекла. Стекло на основе оксида свинца (40-63 мас.% PbO), из которого сделаны диэлектрик и перегородка, относиться к токсичным материалам. Его относительная массовая доля по отношению к остальным составляющим элементам ПД довольно мала и составляет около 1,5%. Опять же, если ссылаться на Европейскую директиву по ограничению содержания вредных веществ, то применение свинецсодержащего стекла в ПД на данный момент разрешено. Тем не менее, некоторые производители уже начали использовать альтернативные стекла на основе ZnO или BaO, которые не являются опасными для окружающей среды.

Извлечение оксида индия и ценных металлов из ПД пока имеет лишь потенциальный интерес.

На сегодня, ввиду отсутствия более эффективных технологий переработки, плазменные дисплеи утилизируются путём их размола на дробилках. Полученная стеклянная крошка, как правило, используется в строительных материалах.

Выводы

В ближайшем будущем сегодняшние ЖК-дисплеи с CCFL подсветкой будут составлять значительную долю электронного мусора. Основную опасность для окружающей среды представляет ртуть, содержащаяся в CCFL подсветке, в то время как сами ЖК-дисплеи являются безопасными. Плазменные дисплеи содержат оксид свинца, который входит в состав стекла и является токсичным. Однако уже сейчас появилась тенденция к замене свинецсодержащего стекла на альтернативные стёкла. Существующие технологии утилизации ЖК и плазменных дисплеев позволяют получать невысокого качества вторсырьё без значительных капитальных затрат. В то время как новые технологии более полной переработки дисплеев пока ещё только находится на стадии зарождения.

С ростом объёмов информации, обрабатываемых компаниями, растут и серверные парки. Всё это обилие крупной техники со временем устаревает, списывается и… зачастую выбрасывается или простаивает мёртвым грузом на складах. Однако серверы, как и любая электроника, содержат в своём составе большое количество вредных веществ, поэтому их необходимо грамотно перерабатывать. Казалось бы, это довольно скучное и затратное занятие, но если подойти к нему с умом, то можно добывать из старых серверов золото. В буквальном смысле. И не только из них.

Не секрет, что при производстве электроники используются самые разнообразные металлы. И в том числе — золото. Считается, что в одной метрической тонне электронных отходов его содержится от 250 до 450 гр. И всё больше энтузиастов не выкидывают устаревшие и сломанные гаджеты, а накапливают их для последующего извлечения ценных металлов. Конечно, удельная доля золота и платины в ноутбуке или сервере невелика, но переработав несколько десятков старых гаджетов, выкинутых за ненадобностью, можно собрать того же золота на вполне себе неплохой слиточек, чья стоимость перекроет ваши старания.

Кроме золота определённую ценность представляет медь, из которой изготавливаются дорожки печатных плат. К слову, этот металл — одна из причин кражи кондиционеров, в теплообменнике которых используются медные трубки. Немало меди можно извлечь и из блоков питания.

Если вы уже схватились за отвёртку и алчно поглядываете на старые системные блоки, сваленные в кладовке, то не забудьте о том, что электроника содержит и массу вредных для здоровья веществ. Например, кинескопы телевизоров и мониторов «порадуют» ваш организм свинцом, барием и стронцием. А в целом обычный смартфон содержит в себе почти треть таблицы Менделеева.

Используемые при извлечении металлов химикаты тоже очень далеки от безопасных. Например, для растворения золота и платины может применяться царская водка — смесь концентрированных азотной и соляной кислот. Так что надёжная защита тела, очки, качественный респиратор и хорошо проветриваемое помещение — совершенно необходимые условия при добывании драгметаллов из электроники.

Где больше всего ценных металлов?

Основные места компьютеров и серверов, где сконцентрированы драгоценные металлы: материнские платы, процессоры, модули памяти, карты расширения и позолоченные штекеры кабелей.

Возьмём, для примера, материнскую плату и карту расширения:

А — Внутри северного и южного мостов находятся тончайшие золотые проводочки, а также позолоченные дорожки, связывающие разные уровни платы.
B — Позолоченные контакты разъёмов.
С — Позолоченные контакты слотов памяти и PCI.
D — Интегрированные платы могут содержать тончайшие золотые проводочки.
E — Монолитные керамические конденсаторы (SMD, Surface mount device) могут содержать палладий, а в некоторых случаях — ещё и серебро.

Видимые невооружённым глазом позолоченные контакты в пояснениях не нуждаются.

Имеет смысл пройтись по друзьям и знакомым, собрать у них старые компьютеры, сломанные телефоны, разбитые планшеты, неработающие ноутбуки, старые советские магнитофоны, радиоприёмники, телевизоры. Особенно повезёт сисадминам, в чьих компаниях проводится обновление серверного парка со списанием оборудования: древние серверы — богатый источник золотосодержащих компонентов.

Обратите внимание: чем старше гаджет, тем больше в нём содержание драгметаллов. Особенно много золота и серебра в электронике 1940-60 годов.

Как извлечь золото?

Итак, вам понадобятся:

• Ненужная электроника.
• Резиновые перчатки.
• Резиновый фартук.
• Очки.
• 3%-ый раствор перекиси водорода (купите в аптеке).
• 31%-ый раствор соляной кислоты.
• Метиловый спирт (используют в качестве автомобильного антифриза).
• Воронкообразный фильтр (можно использовать от кофе-машины).
• Две большие стеклянные банки.
• Пластмассовые или стеклянные палочки для перемешивания.
• Весы с точностью примерно до 5 мг.
• Газовая горелка.
• Бура (тетраборат натрия).
• Глиняные горшки или другие сосуды, материал которых имеет способен выдержать температуру на 500 градусов Цельсия выше температуры плавления золота.
• Мерный сосуд.

Ещё раз призываем вас: соблюдайте технику безопасности! Лучше всего проводите все процедуры на открытом воздухе.

Соберите побольше золотосодержащих компонентов, включая процессоры, штекеры от кабелей и т.д. Затем отсортируйте электронику: платы, нуждающиеся в очистке, позолоченные разъёмы, позолоченные пины и контактные гребёнки, и т.д. Для сортировки стальных позолоченных компонентов можно использовать магнит.

В одну стеклянную банку сложите позолоченные гребёнки и очищенные платы, в другой смешайте две части соляной кислоты и одну часть перекиси водорода. Полученную смесь налейте в первую банку, чтобы жидкость полностью покрыла её содержимое. Ждите неделю, ежедневно перемешивая.

А пока эти обрезки замачиваются, займёмся купелированием. Это процесс извлечения золота или серебра из сплавов на основе свинца, меди, цинка или иных металлов. Принцип в том, что драгметаллы не окисляются и не вступают в химическую реакцию, в отличие от базовых металлов сплава, которые при нагреве образуют шлаки и другие соединения, а драгметаллы отделяются от них. Купелирование известно с Бронзового века и используется по сей день для извлечения золота и серебра. Однако этот процесс не позволяет отделить серебро от золота, но в нашем случае это и не нужно.

По сути, купелирование представляет собой выжигание с помощью горелки шлака из сплава, пока не образуется красивый жёлтый кусочек металла, который останется только остудить.

Прошла неделя, пора проверить наши замоченные в кислоте компоненты. Жидкость потемнела от растворившихся в ней веществ, и на дне можно заметить крохотные чешуйки золота.

Сливаем содержимое через фильтр, который задерживает чешуйки. Сохраните слитый раствор, не выливайте его в канализацию. Фильтр с частичками золота промываем сначала струёй воды, а потом метиловым спиртом. Он гораздо лучше очищает золото, в отличие от воды, капельки которой будут оставаться на чешуйках и золотой пыли и увеличивать их вес при взвешивании.

Вываливаем и сортируем их — очищенные от золота в мусор, неочищенные откладываем для повторного замачивания в кислоте.

Теперь займёмся переплавкой собранных чешуек и пыли из золота. Есть два метода — с использованием ртути (нам не подходит из-за ядовитости её паров) или буры.

Бура издревле применялась в кустарной добыче золота, позволяя снизить температуру плавления содержащегося в руде металла. В обычной ситуации золото плавится при температуре 1064 градуса Цельсия, что с трудом достижимо в домашних условиях. Если же поместить золотой порошок в буру, то можно выплавлять слитки при более низкой температуре. Более того, этот метод даёт более высокий выход золота, чем при использовании ртути.

Помещаем керамический горшок над газовой горелкой, нагреваем его, насыпаем буру, после её расплавления добавляем золотой порошок и ещё буры, и продолжаем нагревать.

А что делать с получившимся слитком, пусть вам подскажет ваша фантазия.

При написании поста использованы материалы с сайта Instructables.