Elektronik atıklar; televizyon, telefon, yazıcı ve bilgisayar bileşenleri, buzdolabı, kurutucular gibi akıllara gelen elektrik ve elektronik donanım içeren cihazlardan oluşmaktadır. Günümüzde, nüfus artışı ve gelişen teknoloji sayesinde, elektronik ekipmanların üretim ve tüketim oranları giderek artmaktadır.
Her yıl ortalama %5-8 oranında artış gösteren e-atık miktarı,üretilen yıllık katı atığın yaklaşık %5-6’sını oluşturmaktadır. E-
atık miktarı gelişmişlik endeksi ve satın alma gücü ile doğru orantılıdır ve gelişmekte olan ülkelerde bu artış hızının ileri teknoloji kullanımı nedeniyle daha da artması beklenmektedir.
Özellikle PC’ler ve iletişim cihazları e-atık konusunda önde gelen cihazlar olacaktır. Moda, yeni fonksiyon talepleri ve teknolojinin ve bilişim yazılımlarının ilerlemesi kişileri bu alanlarda yeni araç kullanımına itmektedir.
Gerek çevre açısından gerekse ekonomik anlamda bu atıkların yönetimi (tekrar kullanım, geri dönüşüm ve geri kazanımı) dünyada yeni bir araştırma konusu olarak gündeme gelmektedir.
Çevresel açıdan bakıldığında ise bu atıklar içerdiği ağır metaller ve toksik bileşikler yüzünden hem doğaya hem de canlılara ciddi anlamda zarar vermektedir [1]. Elektronik atık içerisinde yer alan zararlı metal ve bileşenler ve bunların etkileri Tablo 1’de verilmektedir.
Tablo 1. Elektronik Atıklardaki Zararlı Element ve Bileşenler ve Canlılar
Üzerindeki Etkisi [2]
Sahip olduğu önemli miktardaki metal içeriğinden dolayı bilgisayar ana kartları ikincil metal kaynağı olarak değerlendirilebilecek niteliktedir. Baskı devre kartlarına monte edilen bileşenler genellikle çipler, bağlantı elemanları ve kondansatörlerdir.
Farklı bileşenler farklı içeriklere sahiptir. Örneğin, Ta kapasitörlerde kullanılırken; Ga, In, Ti, Ge, As, Sb, Se ve Te çip ve diğer ünitelerde bulunabilir. Lehimler Sn, Pb ve Cd içerirken, panolardaki köprüler ve yuvalar seramikten oluşmakta, BeO ve silis içermektedir.
Yarı iletkenler Ga, Se, Ge ve diğer elementleri daha küçük miktarlarda içerir. Bu atıklardan değerli olan kısımların geri kazanılmasının ülke ekonomisine getireceği pozitif etkilerin yanında uzaklaştırılması gereken tehlikeli bileşik içerikleri de atık yönetiminin önemini artıran hususlardan biridir.
Tablo 2’de çeşitli elektronik atıklarda bulunan metallerin oranları görülmektedir. Bu metaller içinde özellikle altın, gümüş, bakır gibi değerli metallerin oranları dikkat çekmektedir.
Altın madeninde 3-5g/ton civarında Au bulunması halinde ekonomik değere sahip olmakta iken elektronik atıklarda bulunan Au özellikle bilgisayar ve cep telefonu baskı devre kartlarında 20-100 kat daha fazla bulunmaktadır. Bu nedenle elektronik atıklardan metal geri kazanımı büyük önem taşımaktadır.
2015 rakamlarına göre dünyadaki elektronik baskı devre kartlarının değeri yaklaşık olarak 58.6 milyar $ olmuştur. Ülkemizde de bu konunun öneminin artması ile elektronik artıkların geri kazanımı ve değerlendirilmesi ile ilgili çalışmalar yapılmaya başlanmıştır.
Çevre ve Orman Bakanlığı’ndan uygunluk belgesi almış firmalar elektronik atıkların farklı yöntemler ile bertarafını ve geri kazanımını gerçekleştirmektedir. Bu kapsamda demir, bakır, plastik ürünler elde edilerek ekonomiye kazandırılmaktadır.
Ayrıca elde edilen elektronik kart, flopy ve baskı devreleri genelde bir işleme tabii tutulmayıp ihracatı gerçekleştirilmektedir.
Tablo 2. Elektronik Atıklardaki Metal İçerikleri
Bu atıkların ikincil kaynak olarak kullanılması ile birincil kaynakların tükenme hızının azaltılması, katı atık miktarının azaltılması, metal dışı malzemenin (plastik vd.) kazanılması, demir, demir dışı (çelik, Al, Cu) ve değerli metallerin (Au, Ag, Pd vd.) kazanılması mümkündür [8].
Atık kapsamındaki baskı devre kartlarından (BDK) metal kazanımı genellikle pirometalürjik ve hidrometalürjik yöntemlerle gerçekleştirilmekte olup, her iki yöntemden de önce fiziksel ön zenginleştirme işlemlerinin uygulanması ile metal kayıpları %10 ile 35 oranında azaltılabilmektedir [9].
Mekanik bir şekilde gerçekleştirilen ön işlemler ile elektronik artığa ait bileşenler demonte edilip ayrılabilmektedir. Bu sayede metaller (demir, bakır, alüminyum vb.), plastik, seramik, batarya ve BDK ayrı ayrı elde edilebilmektedir.
Elektronik atıkların cıva, kurşun, kadmiyum, krom gibi ağır metaller, kloroflorokarbon (CFC), klorlubifeniller (PCB), polivinil klorür (PVC) ve bromlu alev geciktiriciler gibi halojenli bileşikler, asbest ve arsenik gibi tehlikeli ve toksik kirleticiler içermesi nedeniyle çevresel açıdan problemler ortaya çıkmaktadır.
Hidrometalurjik ve pirometalurjik işlemlerin öncesinde plastik metal ayrılmasının verimli olarak yapılması metal kazanma verimlerini artıracak, işletme maliyetleri en düşük seviyelere indirecek ve enerji maliyetlerini azaltacaktır.
Özellikle çözündürme işlemlerindeki asit sarfiyatları düşecek, ergitme işlemlerinde yanma sonucu ortaya çıkacak olan zehirli gazların salınımı en aza indirilecektir. Bu amaçla metal ve plastik, seramik vb. hafif materyallerin ayrılarak uzaklaştırılması gibi bir zorunluk oluşmaktadır.
Uygulanan bir takım basit ayırma teknikleri ile bu hafif malzemelerin bertarafı mümkün olmakla birlikte, değerli metaller (Cu, Au, Ag vb.) bir arada konsantre edilebilmektedir.
Şekil 1. Ana Kart Bileşenleri
Baskı Devre Kartlarından Metal Kazanımı
Elektroniklerin temeli olan baskı devre kartları, tüm elektronik atıkların %3’ünü oluşturmaktadır [10]. Baskı devre kartlar, üzerinde bulunan kapasitör, soğutucu, çipler ve bağlantı girişlerinden oluşmaktadır. Şekil 1’de örnek baskı devre kartı görülmektedir.
Baskı devre kartlarında (BDK) bulunan Au, Ag, Cu, Pd gibi değerli metallerin içeriği, birincil kaynaklardaki içeriklerine kıyasla çok yüksek olup bu metallerin geri kazanımı için son yıllarda birçok çalışma yürütülmüştür. Baskıdevre kartları %30 metal, %30 seramik ve %40 plastik türevi malzemeden oluşmaktadır [11].
Baskı devre kartı üzerinde yer alan bileşenler (kapasitör, soğutucular, çipler, köprüler, soketler) elle sökülerek ayrı ayrı değerlendirilmektedir. Şekil 2’de baskı devre kartı üzerinden sökülmüş parçalar görülmektedir [12].
Boyut Küçültme-Sınıflandırma
Elektrikli ve elektronik ekipman hurdalarının geri kazanılmasında büyük önem taşıyan ön işlemlerin temel olarak üç amacı vardır. Birincisi, küçük tane boyutlu parçalar büyük tane boyutlu parçalara göre daha kolay tutunabilir.
İkincisi, elektrostatik ayırma işlemi esnasında aynı tane boyutlu ve aynı şekilli partiküllerin daha efektif olarak ayrılabilmesidir. Son amaç ise farklı maddelerin birbirinden ayrıştırılabilmesidir [13-14].
Kırma işlemi için genellikle ilk kademede kesici-parçalayıcı, ikinci kademede çekiçli veya darbeli kırıcı tercih edilmektedir. Baskı devre kartlarındaki metallerin farklı boyutlardaki serbestleşme özelliklerinden dolayı kırma ve öğütme işlemleri kademeli olarak gerçekleştirilir.
Yeterli derece serbestleşen metal, plastik ve seramik malzemeler fiziksel zenginleştirme yöntemleri kullanılarak plastik kısımdan ayrılır. Metaller bükülebilir özellikte oldukları için serbestleşme boyutunun altına geçemez ve sadece şekil değiştirirler.
Bu sebeple kırıcı veya öğütücü için gereksiz kapasite ve enerji israfı olmaması için serbestleşme boyutunun saptanması oldukça önem taşımaktadır.
Şekil 2. Elle Montaj İşlemi Sonucu Ayrılan Ana Kart Bileşenleri
Zenginleştirme Yöntemleri
Heterojen bir bileşime sahip olan bu malzemelerin kazanımı bileşimdeki malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri göz önüne alınarak seçilecek yöntemlerle (fiziksel, fizikokimyasal ve kimyasal) gerçekleştirilmektedir [15].
1. Fiziksel Zenginleştirme Yöntemleri
Elektronik atıkların farklı fiziksel özelliklere (özgül ağırlık, manyetik duyarlılık, iletkenlik vb.) sahip çok sayıda malzemeden oluşması, bu farklılıklardan yararlanarak metal ve plastiklerin ayrılmasını mümkün kılabilmektedir [16-18].
Elde edilen ön metal konsantresi hidrometalurjik süreçlerle değerlendirilerek daha yüksek metal kazanma verimlerine ulaşılabilir.
• Özgül ağırlık farkına göre ayırma
Özgül ağırlık farkına göre ayırma sıvı veya hava ortamı içerisinde aralarında özgül ağırlık farkı bulunan nispeten iri boyutlu malzemelere uygulanan oldukça basit ve ekonomik bir zenginleştirme işlemdir. Ortam içerisindeki tanenin hareketi sadece özgül ağırlığa bağlı değil, tanenin şekli ve büyüklüğü ile de orantılıdır.
Yakın boyut gruplarına ayrılmış ürün daha etkili olarak birbirinden ayrılabilmektedir. İri boyutlarda jig, sarsıntılı masa kullanılabilirken tane boyutunun çok küçük olması durumunda ise santrifuj kuvvetini kullanan ayırıcılar (Knelson, Falcon Konsantratörleri gibi) tercih edilebilmektedir [19].
• Manyetik ayırma yöntemi
Manyetik ayırma yöntemi manyetik duyarlılığı yüksek olan metaller; Fe, Ni, Co gibi, manyetik duyarlılığı düşük olan kısımdan ayrılması esasına dayanmaktadır. Tane boyutu ve manyetik duyarlılık derecesine göre cihaz seçimi yapılmaktadır [13].
Baskı devre kartları zenginleştirilmesinde genellikle ilk kademe kırma işleminden sonra serbest hale geçen demirli malzeme manyetik ayırma yöntemi ile ayrılır. Kalan kısım kademeli olarak boyut küçültme işlemine tabii tutulur ve bir sonraki zenginleştirme aşamasında ayrılır.
• Elektrostatik ayırma
Elektrik iletkenlik temelli ayırıcılar farklı elektrik iletkenliğe (özdirence) sahip materyallerin ayrılmasında kullanılmaktadır.
Eddy akım ayırıcılar ile 5 mm’den büyük parçalarda demirsiz metal/ametal ayrımı, korona elektrostatik ayırıcılar ile 0.1-0.5 mm aralığındaki materyallerde metal/ametal ayrımı, triboelektrik ayırıcılarda ise 5 mm’den küçük materyallerde plastik ayrımı yapılmaktadır [20-21].
2. Fiziko-Kimyasal Zenginleştirme Yöntemi (Flotasyon)
Flotasyon temeli bir flotasyon hücresi içinde, suyu seven minerallerin (hidrofilik) su içinde ıslanarak çökmesini, suyu sevmeyen minerallerin (hidrofobik) oluşturulan gaz kabarcıklarına tutunarak yukarıya taşınmasını sağlamaktır [22].
Otomatik sınıflandırma, yoğunluk farkına göre ayırma, manyetik ve elektrostatik ayırma gibi birçok ayırma teknolojileri plastik atıklara uygulansa da bazı zorluklarla karşılaşılmaktadır ve flotasyon bunlara alternatif bir yöntemdir [23].
Flotasyon ile ayırmada başarı için kritik nokta; ayrıştırılacak maddelerin köpüğe seçimli olarak tutunmasını sağlayacak yüzey koşullarını belirleyebilmektir [24].
Flotasyon ince boyutlu malzeme için uygulanan bir yöntem olup baskı devre kartlarında bu yöntemin uygulanabilmesi için tane boyutunun 100 mikron altına indirilmesi gerekmektedir. İnce boyutta serbest hale geçen metaller için fiziksel yöntemlere alternatif olarak uygulanabilecek bir yöntemdir.
3. Metalurjik Yöntemler
Metalurjik yöntemler pirometalurjik ve hidrometalurjik işlemlerden oluşmaktadır. Elektronik atıklardan metal elde edebilmek için fiziksel yöntemlerden sonra veya direk olarak metalurjik işlemlere başvurularak konsantrasyon artırılır ve bazı tekniklerle uç ürüne kadar gidilebilmektedir.
Elektronik atıklarda özellikle bakır oranı yüksek olan kısım pirometalurji tesislerine gönderilerek işlenir.
Hidrometalurji kısmında çözelti içine metal alınmasının ardından, elde edilmek istenen metal; solvent ekstraksiyonu, iyon değişimi, çöktürme ve sementasyon gibi yöntemlerle kazanılır. İçerisinde kalan safsızlıklardan tamamen kurtulmak adına rafinasyon adımı olarak elektrometalurjik işlemlere gidilir.
İTÜ Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü’nde yürütülmekte olan “Baskı Devre Kartlarındaki Değerli Metallerin Flotasyon ve Santrifuj Ayırıcılar ile Kazanımı” isimli Bilimsel Araştırma Projesi kapsamında baskı devre kartlarından metal elde edilmesine yönelik yapılan çalışmada iki kademe kırma işleminden sonra özgül ağırlık farkına göre zenginleştirme işlemi sarsıntılı masa kullanılarak uygulanmış ve yüksek metal içerikli ürünler elde edilmiştir.
Şekil 3’te gösterilen sarsıntılı masa kullanılarak yapılan zenginleştirme işleminde masanın sol köşesinden ağır ürün (metalik kahverengi ürün), en sağ taraftan ise daha düşük özgül ağırlığa sahip hafif ürün (plastik ve seramik yoğunluklu gri ürün) elde edilmiştir.
Beslenen üründeki 130 ppm Au içeriği ağır üründe 780 ppm’e, %12,1 olan Cu içeriği se %73,2’ye kadar yükseltilmiştir.
Şekil 3. Sarsıntılı Masa ve Elde Edilen Ürünler
Ülkemizde bilgisayar ana kartlarının geri kazanımının yapılmadan, hurda olarak yurt dışına ihracatının yapılması ülke ekonomisi açısından olumsuz bir durumdur.
Basit, ekonomik ve çevresel açıdan etkin bir geri kazanım prosesinin ortaya konulması, atık sınıfındaki bir malzemenin değerlendirilmesi ile büyük karlılık sağlayan bir sektörü ortaya çıkacaktır. Oluşacak bu sektör yaptığı yatırımlar ile ülke ekonomisine doğrudan ve dolaylı yoldan faydalar sağlayacaktır.
Dr. Öğretim Üyesi Fırat Burat
İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi
Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü
Geri Kazanım, Ayırma ve Zenginleştirme Çalışma Grubu
Dr. Mühendis Mustafa Özer
İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi
Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü
Geri Kazanım, Ayırma ve Zenginleştirme Çalışma Grubu
Araştırma Görevlisi Esra Tanısalı
İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi
Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü
Geri Kazanım, Ayırma ve Zenginleştirme Çalışma Grubu
Kaynakça
[1] K. Robert, B. Schmidt-Bleek, J. Larderel, G. Basile, J. Jansen ve R. Kuehr, «Strategic sustainable development-selection,
design and synergies of applied tools,» Journal of Cleaner Production, pp. 197-214, 2002.
[2] M. Kaya, «Recovery of metals from electronic waste by physical and chemical recycling process,» International Journal of
Chemical and Molecular Engineering, 10, no. 2, 2016.
[3] J. Legarth, L. Altisng ve G. Baldo, «Sustainability issues in circuit board recycling,» International Symposium on Electronics
and the Environment, Legarth, J.B., Altisng, L., Baldo, G.L.1995.
[4] A. Bandyopadhyay, «A Regulatory Approach for e-waste management: a cross-national review of current practice and policy
with an assessment and policy recommendation for the ındian perspective,» Int. J. Environment and Waste Management, pp.
139-186, 2008.
[5] C. Hagelüken, «Improving Metal returns and eco-efficiency in electronic recycling - a holistic approach to interface optimization
between preprocessing and integrated metal smelting and refining,» Proceedings of the 2006 IEEE international symposium on
electronics and the enviroment, 2006.
[6] H. Kang ve J. Schoenung, «Electronic Waste Recycling: A review of us infrastructure and technology options,» Resources,
Conservation and Recycling, p. 368–400., 2005.
[7] J. Cui ve L. Zhang, «Metallurgical recovery of metals from electronic waste: A Review,» Journal of Hazardous Materials, pp.
228-256., 2008.
[8] C. Duan, X. Wen, C. S. Shi, Y. m. Zhao, B. Wen ve Y. He, «Recovery of metals from waste printed circuit boards by a
mechanical method using a water medium,» Journal of Hazardous Materials, pp. 478-482, 2011.
[9] M. Goosey ve R. Kellner, A Scoping Study: End-of-life printed circuit boards. Intellect and the Department of Trade and
Industry, 2002.
[10] D. Bleiwas, «Obsolete Computers, ‘Gold Mine’ or high-tech trash resource recovery from recycling,» USGS Science For A
Changing World, pp. 1-4, 2001.
[11] E. Y. L. Sum, «The recovery of metals from electronic scrap,» JOM, cilt 43, no. 4, pp. 53-61, 1991.
[12] F. Burat, M. Özer ve F. Arslan, «Characterization of Printed circuit main boards prior to separation of precious metals,»
Industrial Hazardous Waste Management Congress, Crete, Grecee, 2014.
[13] Y. Kaytaz, «Cveher Hazırlama,» İstanbul, İTÜ Gümüşsusyu Matbaası, 1990.
[14] S. Zhang ve E. Frossberg, «Mechanical seperation-oriented characterization of electronic scrap,» Resources, Conservation
and Recycling, pp. 247-269.
[15] F. Burat ve M. Özer, «Physical separation route for printed circuit boards (PCBs),» Physicochemical Problems of Mineral
Processing, pp. 554-566.
[16] F. Burat, M. Özer ve F. Arslan, «Pre-concentration of precious metals from waste printed circuit boards (PCBs),» Water,
Waste and Energy Management, Rome, Italy, 2016.
[17] H. V. D. Valk, B. Braam ve W. Dalmijn, «Eddy-Current separation by permanent magnets Part I. Theory,» Resource
Conservation, pp. 233-252, 1982.
[18] H. Schubert ve G. Warlitz, «Sorting metal/non-metal mixtures using a corona electrostatic separator,» Aufbereitungs-Technik,
pp. 449-456, 1994.
[19] J. T. G.A Marques, «Use of Froth Flotation to Seperate PVC/PET Mixtures,» Waste Management, pp. 265-269, 1999.
[20] Ü. Yenial F. Burat, «Separation Of PET And PVC By Flotation Technique without using alkaline treatment,» Mineral Processing
and Extractive Metallurgy Review, pp. 412-421, 2013.
[21] N. Fraunholcz, «Seperation of waste plastics by froth flotation-A Review, Part 1,» Minerals Engineering, pp. 261-268, 2004.
[22] M. Kaya, «Recovery of metals and nonmetals from electronic waste by physical and chemical recyclimg process,» Waste
Management, pp. 64-90, 2016.
[23] C. Guo ve Z. Xu, «Recycling of nonmetalic fractions from waste printed circuit boards: a review,» Journal of Hazardous
Materials, pp. 567-590, 2009.
[24] S. Zhang ve E. Forssberg, «Optimization of Electrodynamic Separation For Metals Recovery From Electronic Scrap,»
Resources, Conservation and Recycling, pp. 143-162., 1998.
