Valorization of Wastesand

End-of-Life Products

Seminários sobre Inovação e Desenvolvimento Sustentável

Fernanda MargaridoIST – Instituto Superior TécnicoDepartamento de Engenharia Mecânica IST, 04 de Outubro de 2010

0 20 40 60 80 100Z

%

1E-3

1E-4

1E-5

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Pb

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Th

U

MUITO ABUNDANTE

> 1 %

ABUNDANTE

< 1 % > 100 ppm

MÉDIO

< 100 ppm > 1 ppm

RARO< 1 ppm > 10 ppb

MUITO RARO

< 10 ppb

1. Waste Management

Resíduo

Quaisquer substâncias ou objectos de que o detentor se desfaz ou tem

intenção ou obrigação de se desfazer, incluídas na Lista Europeia de

Resíduos, LER ... (DL 239/97)

Quaisquer substância, produto ou objecto que se encontra numa situação

de inutilidade, a qual resultou quer de desperdícios de uma dada

actividade quer por ter atingido o fim do seu tempo de vida.

Classificação dos Resíduos

- Quanto à perigosidade Não Perigosos (Banais / inertes) Perigosos

- Quanto à origem Industriais

Urbanos

Hospitalares

Resíduos - Classificação

Lista Europeia de Resíduos – LER (Portaria 209/2004 de 3 de Março)

Identifica os resíduos perigosos

Define e classifica todos os resíduos

20 Capítulos de Classificação agrupados essencialmente por tipo de Actividade. Os capítulos estão divididos em classes e sub-classes

- Capítulos 01 a 12 e 17 a 20 – correspondentes a Actividades económicas

- Capítulos 13, 14 e 15 – resíduos genéricos (óleos, solventes, embalagens)

- Capítulo 16 – outros resíduos (VFV, REEE, explosivos, gases sob pressão, pilhas/acumuladores, resíduos de limpeza tanques, catalisadores, oxidantes, ...)

Capítulos da Lista LER

01 – Resíduos da prospecção e exploração e minas

02 – Resíduos da agricultura e afins, caça e pesca

03 – Resíduos da transformação da madeira, da pasta de papel e do papel

(os nomes apresentados são resumos e não reflectem uma transcrição fidedigna nem completa da Lista )

04 – Resíduos do couro e têxteis

05 – Resíduos da refinação do petróleo e purificação do gás natural

06 – Resíduos de processos químicos inorgânicos

07 – Resíduos de processos químicos orgânicos

08 – Resíduos de tintas, vernizes e colas

09 – Resíduos da indústria fotográfica

10 – Resíduos de processos térmicos (centrais térmicas, pirometalurgias, fundição, vidro e cerâmica, cimento)

11 – Resíduos de tratamentos de superfície e hidrometalurgia

12 – Resíduos da moldagem e tratamento físico e mecânico (metais e plásticos)

13 – Óleos usados e combustíveis líquidos

14 – Resíduos de solventes e fluídos de refrigeração

15 – Resíduos de embalagens e material de limpeza

16 – Outros resíduos (VFV, REEE, explosivos, gases sob pressão, pilhas e acumuladores, resíduos de limpeza tanques, catalisadores, oxidantes, ...)

Capítulos da Lista LER (cont.)

(os nomes apresentados são resumos e não reflectem uma transcrição fidedigna nem completa da Lista )

17 – Resíduos de construção e demolição

18 – Resíduos da prestação de cuidados de saúde

19 – Resíduos de instalações de gestão de resíduos e tratamentos de água (incineração, tratamento FQ - lamas, resíduos estabilizados, ETAR/ETA, instalações de valorização,...)

20 – Resíduos urbanos e equiparados

Prevenção

Conjunto de medidas, procedimentos, processos e tecnologias que visam reduzir ou eliminar a produção de resíduos, ou a minorar os efeitos da sua potencial perigosidade.

Prevenção e Gestão – PrioridadesSumário

1º Prevenir

2º Reutilizar

3º Valorizar – Transformar para aproveitar(Material, Energia, Regeneração)

4º Eliminação

Prevenção

Medidas de melhoria da Qualidade

Substituição de substâncias perigosas

Rearranjos processuais

Implementação de tecnologias adicionais

Transformação tecnológica profunda

(operações de apanha de resíduos com vista ao seu transporte)

(Deposição temporária e controlada, por prazo não indeterminado)

(Operações que visam diminuir volume/perigosidade e preparar para o destino)

(Operações que visem dar um destino final adequado aos resíduos)

(Operações que visem o reaproveitamento dos resíduos)

(Reintrodução no circuito de produção/consumo, sem alterações)

Gestão de Resíduos

Recolha

Transporte

Reutilização Armazenagem

Tratamento

Destino

EliminaçãoValorização

REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS

Reuso na mesma função(embalagens; pneus recauchutados)

Novos usos / funções(pneus nas auto-estradas ou em barcos)

Reutilização – aspectos relevantes

Vantagens ao nível da poupança nos materiais, na energia e, subsequentemente, vantagens económicas;

Redução da quantidade de resíduos para eliminação;

Necessidade de algumas infraestruturas, essencialmente logísticas.

Solução mais simples, lógica e directa;

(Lista completa na Portaria 209/2004 – LER)

VALORIZAÇÃO DE RESÍDUOS

Valorização energética

Utilização como combustível

Outros meios

Regeneração de Solventes

Transformações biológicas (Ex: compostagem)

Recuperação decompostos orgânicos

Reciclagem: Valorização material

Metais, Inorgânicos, Polímeros

Regeneração/recuperação (Ácidos e bases)

Refinação/Recuperação de óleos

Tratamento no solo

Valorização – aspectos relevantes

Vantagens ao nível da poupança nos materiais, por vezes na energia e, subsequentemente, eventuais vantagens económicas dependendo do binómio custo/benefício;

Redução na quantidade de resíduos para eliminação;

Solução que implica um processamento, portanto infra-estruturas industriais, para além das logísticas, com os custos subsequentes;

Eventual perda de qualidade do produto no ciclo de reciclagem;

Sujeita às leis do mercado, com todos os condicionalismos daí resultantes.

Reciclagem – Fases fundamentais

* Separação ao nível das peças / produtos / objectos

** Separação ao nível dos materiais ou componentes constituintes

Recolha (selectiva ou genérica)

Triagem Primária *

Processamento Físico-Químico

Desmantelamento ou Fragmentação (redução de calibre)

Separação Física / Triagem secundária **

Processamento Químico

Processamento Químico

Processamento Físico

Resíduo

Fracções por materiais Fracções por componentes

ProcessamentoQuímico

ProcessamentoMetalúrgico

(Depende essencialmente da pureza das fracções obtidas)

Instalações dedicadas Processos pré-existentes

Reciclagem – Motivações e Condicionalismos

Impulsos e Motivações para a Reciclagem

Valores e necessidades de conservação ambiental;

Conservação dos recursos primários;

Eco-imagem e imagem no mercado (ex: “Electrocycling”)

Imposições legais – definição de taxas de reciclagem

– imposição de responsabilidades (Ex: REEE)

Vantagens económicas (por vezes!)

Reciclagem – Motivações e Condicionalismos

Dificuldades e Condicionalismos

Problemas de escala (capacidade mínima de processamento)

Preço do produto reciclado excessivo (reciclagem subsidiada)

Eco-imagem pela negativa

Má imagem do produto reciclado (Ex: incorporação de resíduos em outros produtos)

Dificuldade em competir com o produto original numa dada aplicação

(Ex: aplicação de lamas de Al como floculante – vantagens ?)

Complexidade do Resíduo: - Dificuldades tecnológicas

- Dificuldades de comercialização (pureza)

(Lista completa na Portaria 209/2004 – LER)

ELIMINAÇÃO DE RESÍDUOS

Deposição em aterro(sobre ou no interior do solo)

Lagunagem(descarga em poços, lagos naturais/artificiais)

Descarga para massas de água

Incineração(sem recuperação de energia)

Armazenagem permanente(ex: contentores em minas)

Eliminação – aspectos relevantes

Permite gerir os resíduos através de uma “armazenagem controlada”;

Necessidade de infraestruturas, logísticas e de armazenamento.

Solução não valorizante, com custos;

Tem benefícios ambientais mas não económicos;

2. Materials Valorization

Recycling

of

End -of – Life Products

22

Waste

Of

Electric and Electronic Equipment

(WEEE)

23

Waste of Electric and Electronic Equipment (WEEE)

Waste of equipments who need electrical energy or magnetic

fields for working , including the generator sources, transference

and mesurement of currents (nominal tension < 1000 V AC or

1500 V DC)

Quantities of WEEE Produced

About 6 to 8 million tons of WEEE for recycling by year clar inEurope.

This quantity is a strong motivation for recycling these type ofwaste.

24

Legislation about WEEE

Communitary Directives

2002/95/CE of 27-Jan-2003: Limit the use of hazardous substances on thecomposition of EEE (ROHS)

2002/96/CE of 27-Jan-2003: Regulate the electric and electronic equipmentwaste (WEEE) management), changed by the Directive 2003/108/CE of 8-Dez-2003.

Dec-Law 230/2004 of 10-Dez

Transpose earlier Directives, giving rules for waste prevention, limit the use of hazardous substances on EEE and regulate the WEEE mangement.

- Priority for Prevention (reduction on the source and limit hazardoussubstances)

- Promote reuse and recycling (and anothers valorization steps)

-aims for Management and Purpose of and valorization/reuse

-Responsibilization of Producers and users

Producer responsability WEEE management system

• Financial responsibility

Waste producer

Collection center

Collection pointRetailer

Treatment unit

Recycling

Energy recovery

Landfill

Producer responsibility organization (PRO)

Producers/importers of EEE

Fee (€ per equipment placed on the market)

Differential cost of EoL management(cost – revenue)

Producer responsibility WEEE management system

• Physical responsibility

– Collection target of 4kg/inhabitant x Market share of PRO

– Recovery targets

Waste producer

Collection center

Collection pointRetailer

Treatment unit

Recycling

Energy recovery

Landfill

Producer responsibility organization (PRO)

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

1. Large household appliances

2. Small household appliances

3. IT and telecommunications equipment

4. Consumer equipment

5. Lighting equipment

6. Electrical and electronic tools

7. Toys, leisure and sports equipment

8. Medical devices

9. Monitoring and control instruments

10. Automatic dispensers

Reuse/Recycling

Recovery

Producer responsibility WEEE management system

• Physical responsibility

– Selective treatment by removal of

WEEE Classes (Legal Categories)

1. Large household appliances (washing machines, refrgerators, ect.)

2. Small household appliances (electric irons, etc.)3. IT and telecmmications equipment (PC,telefax )4. Consumer equipment (TV, videos,etc.)5. Lighting equipment (fluorescent lamps and acessories)6. Electrical and electronic tools7. Toys, leisure and electronic tools(slot machines, electric

cars, etc.)8. Medical devices (dialise, ventilateurs, etc)9. Monitoring and control instruments(Laboratory

equipments, etc.)10.Automatic dispensers (ATM machines, ticket machines,

etc.)

• Characterization of technologies

30

WEEE – Environmental Points

Os REEE têm composições muito complexas, essencialmente contendo metais e plásticos, mas com alguns constituintes perigosos.

Componentes típicos: Invólucros metálicos (aço) ou plásticos, fios eléctricos, condensadores, relays, resistências, disjuntores, placas de circuitos impressos, conectores, pilhas e baterias, ecrãs de visualização.

Hazardous Substances

Metais pesados – Hg (condensadoes e disjuntores); Pb (vidro dos tubos de raios catódicos); Cd (baterias e plásticos); Ni, Cu, Cr, As.

Substâncias halogenadas – retardadores de chama polibromados (plásticos ignífugos);

Clorofluorocarbonetos (CFC) – fluídos de refrigeração e materiais isolantes.

Bifenilos policlorados (PCB) - condensadores

WEEE Chemical Composition

Ferro

21%

Estanho

4%

Níquel

11%

Zinco

7%

Cobre

25%Pb, Cr,

Mn, Al,

outros

32%

Madeira

5%

Vidro

(CRT)

12%

Plásticos

33%

Outros

1% Metais

49%

PP

12%

PVC

4%ABS

14%

PU

9%

PS

28%

PC

8%

Outros

6%PPE

3%PF

5%PT

3%

Epoxi

3%

PA

5%

( %p/p )

32

WEEE Managment

Avaliação do Estado

EEEUtilização

Recolha

Recuperação

BOMReutilização

(do produto)

Recuperável Inutilizado

DesmantelamentoAvaliação de peças /

componentes

Reutilização

(de componentes)

Peças boas

Restante

PROCESSAMENTO

33

WEEE Managment – Processing/Recycling

Triagem Primária

(por tipos de Equip.)

REEE

CaixasComponentes

internos

Componentes

especiais

Baterias

Sistemas de

refrigeração

Ecrans

Plásticos Metais

MotoresCircuitos

eléctricos

PCI (PCB) Outros

Processos de Reciclagem Específicos

34

WEEE Managment – Processing/Recycling

Desmontagem

Linha de Material

Informático e outros REEE

Separação

magnética

Trituração

Separação Manual

de componentes

perigosos / valiosos

Componentes

Separação Física

Mesas densimétricas

Plásticos

Metais

ferrosos

Caixa

Baterias

Cristais Liq (Hg)

Condensadores (PCB)

Ecrans CRTLinha de

Monitores e TV

Fragmentação

secundária

Metais não

ferrosos

PCI (PCB)

Metais nobres

E-waste - General Flowsheetfor Recycling

E-waste

Desmontagem Trituração

Separação magnética

Ferro

1º granulador

2º granulador

Acumulador

Mesa de separação e

crivagem

Cobre Alumínio Plástico Outros

Resíduos p/ aterro

Cables - Flowsheetfor Recycling

Cabos

Pré-trituração Separação magnética

Ferro

Granulador

acumulador

Mesas de separação

Cobre Plástico

Monitors - Flowsheetfor Recycling

E-waste

Desmontagem

Tratamento de tubos catódicos

Separação do écranAspiração/filtragem

Aspiração camada luminosa

Vidro

Material diverso

Camada luminosa

(Cd)

WEEE Recycling - Costs

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450C

usto

s d

e R

ecic

lag

em

(€ / t

on

)

Grandes

equip.

Equip.

Refriger.

Equip. c/

monitores

Pequenos

equip.

Total

Categoria de R E E E

1 Frigorífico – 20 € 1 TV – 8 € 1 telefone: 0.35 €

Printed Circuit Boards: Markets and Facts

About 8-9 million tones/year of WEEE are generated in European Union (EU27), being about 20 kg/habit/year.

PCB’s are present in most of the electric and electronic equipment;

Computers and Telecommunications equipment are very important (about 20% w/w of all WEEE) and contain large amounts of PCB’s; PCB’s have high economic interest due to the contents of valuable metals, such as copper, tin, nickel and precious metals (Ag, Au, Pd, Pt);

PCB’s have environmental concern due to the presence of potentially hazardous substances: heavy metals (Pb, As, Sb) and Flame Retardant Resins with polybrominated organics.

Printed Circuit Boards: Components and Composition

Resistors:

Condensers:

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Different assembly, (a) Surface-mounted; (b) Through-hole (with connection wire). In several applications: (c) nets; (d) with heat sink; (e) high voltage; (f) special applications.

Different assembly, (a) Surface-mounted; (b) Through-hole (with connection wire). Type of dielectric: (c) ceramic; (d) plastic film; (e) electrolytic; (f) tantalum.

SiO2, Al2O3, BaTiO3

NiCr, CuNi, CuNiMn

Al2O3, BaTiO3, PP, PS

Al, Ta, Ag

Printed Circuit Boards: Main Components

Circuit

Copper

Substrate

Epoxy resin

with Flame retardant

Fiber glass

Components

Semiconductors

(Ga, Si, Se, Ge)Resistors

Condensers(Ta, cerâmicos

(como BeO), vidro)

Tiristors, Diodes,

Transistors

(SiO2, Al2O3)

Connectors, wires

(Sn, Pb, Cd)

(*) Retardantes de chama: éteres difenílicos polibromados – PBDE (utilizados em alguns materiais plásticos ignífugos); as placas mais antigas têm “fenolite”

Chips

(Ga, In, Ti, Si, Ge, As,

Sb, Se, Te)

Printed Circuit Boards: Components and Composition

MicrochipsIntegrated circuits:

Silicon (and Ge)

Additives Sb, As, P, B, In, Al

Pins – Cu, Au, Ag, Pd