Katódsugárcsövek újrafeldolgozása tiszta technológiával

Átírás

1 EGYÉB HULLADÉKOK 6.7 Katódsugárcsövek újrafeldolgozása tiszta technológiával Tárgyszavak: hulladékhasznosítás; képernyő; recycling; személyi számítógép; technológia; üveg. A katódsugárcsövek újrahasznosításának problémája A hulladékokra úgy kell tekinteni, mint már kinyert erőforrásokra, amelyeket a jelenleginél sokkal nagyobb mértékben kell hasznosítani, különösen, ha nagy lehetősége van az anyagvisszanyerésnek egy adott hulladékból. Nemcsak több anyagot kell ezért újrafeldolgozni, hanem összpontosítani kell azokra az anyagokra, amelyek iránt nagy az ún. teljes anyagigény. A teljes anyagigény a természetből egy országban, gazdasági tevékenységhez kivont elsődleges anyag teljes mennyiségét jelzi (a víz és a levegő nélkül, tonnában), azaz a termékek, a hulladék és az emissziók teljes mennyiségét. Az elektronikus és elektromos berendezésekből származó hulladékok mennyisége az utóbbi évtizedekben nőtt. Ebben 80% körül volt a tv-k és a számítógépek aránya. Olaszországban összesen 117x10 3 tonna elektromos és elektronikus hulladék képződött 2002-ben, és az ilyen hulladék növekedési üteme háromszorosa volt a települési hulladékénak. Az elektronikai berendezések rövid élettartamú termékek (a tv-készülék használati ideje 10 évre, a számítógépé pedig négy évre becsülhető). Figyelembe véve az ilyen hulladékokban (fém, műanyag, üveg) rejlő nagy értéket, célszerűnek tűnik a visszanyerés, ezért Európában az elhasznált elektronikus áruk szétszerelését is tartalmazó ipari tevékenységeket indítottak el, hogy elkerüljék az ilyen hulladékok lerakását. A tv-k és a PC-monitorok kezelése lehetővé teszi a katódsugárcsövek különválasztását, amelyek a készülékek tömegének hozzávetőleg a kétharmadát teszik ki, és 85%-ban üvegből állnak. Bár már léteznek módszerek a fém, a műanyag és az elektronikai alkatrészek újrafeldolgozására, a hul-

2 ladékba került katódsugárcsövek üvegének a hasznosítása mégsem megoldott kérdés. Ez annak a következménye, hogy a katódsugárcsöveket rendesen többféle üvegből gyártják, amelyek négy csoportra oszthatók (1. ábra), és mindegyiküknek más a vegyi összetétele és a tulajdonságai. 1. Elülső rész (front): nagyon homogén bárium-stroncium üveg, zöldeskék színű, amelynek a tömege az egész katódsugárcsőének kb. kétharmada. 2. Kúp (a tv-készülék belsejében rejlő rész): ólomüveg, amelynek a tömege az egész katódsugárcsőének kb. a harmada. 3. Fritt (a kapcsolat a frontrész és a kúp között): alacsony olvadási hőmérsékletű ólommáz. 4. Nyak: az elektronágyút burkoló, nagyon nagy ólomtartalmú üveg. peremszalag kúpüveg fritt frontüveg mágnespajzs anód a mellső lap bevonata eltérítőegység a mellső lap bevonata nyak elektronsugár elektronágyú 1. ábra Tv-készülékek és PC-monitorok katódsugárcsöve Ebből adódik, hogy ha a katódsugárcsöveket összetörik és összekeverik, nem dolgozhatók fel újra törmelékként, például olyan ipari üvegek gyártásában, mint az edényüveg, asztali üveg, tv-üveg stb. E probléma megoldására 1997 és 2000 között az Európai Bizottság által finan-

3 szírozott Recytube-projekt keretében olyan technológiát dolgoztak ki, amely képes kiselejtezett katódsugárcsövek feldolgozásával gazdaságosan jó minőségű, másodlagos nyersanyagot gyártani. Ezzel az anyaggal mind zárt, mind nyitott ciklusú újrafeldolgozás megvalósítható. Az első esetben a hulladékból ismét katódsugárcsövek, a másodikban más termékek készülnek. A két fő üvegfajta felhasználása a zárt ciklusban 55%- ra, a tiszta kúp- és panelüvegre 10 15%-ra becsülhető. A nyitott ciklusú újrafeldolgozás nem könnyű, mivel veszélyes elemeket (amilyen az ólom) tilos olyan termékekbe vinni, mint üvegpalackok, háztartási üvegárú vagy üvegszál. Az üvegipar csak a káros elemek nélküli üvegek kitűnő potenciális felhasználója, amilyen a képernyők gondosan válogatott üvege. A kerámiaiparban nem ilyen szoros a korlátozás, és mind a képernyő (front), mind a kúpos rész üvege elfogadható, de adott homogenitási, tisztasági stb. jellemzőkkel kell szállítani. A vizsgálatokat a Reggio Emilia város által támogatott projekt keretében végezték, együttműködve a helyi egyetemmel és két helyi iparvállalattal. Ezen belül az egyes partnereknek specifikus szerepe volt. Anyagok és módszerek A tisztított tv- és PC-üveget kerámiaalkalmazásokhoz használták fel, másodnyersanyagként. Különválasztották a képernyőt a kúptól, eltávolítva a káros, fluoreszcens porokat az ernyő belsejéből. Letisztították az egyes bevonatokat, például a kúpról, majd az anyagot mosták és zúzták, hogy kerámiamázak anyagaként lehessen felhasználni (részben vagy egészen helyettesítve az üvegfrittet). A máz különböző üvegesített oxidokból (frittekből) és szervetlen adalékokból (agyagok, földpát stb.) állt, amelyet hevítve üveges vagy részben üveges vékony réteggel (0,15 0,50 mm) vonták be az agyagalap felületét. Az üveges bevonat a felületet vegyileg semlegessé, folyadék- és gázzáróvá, könnyen tisztíthatóvá, kopás- és karcállóvá, mechanikailag szilárddá, dekoratívvá és esztétikussá teszi. Induktív csatolású plazmakészülékkel végeztek vegyelemzést. Platinatégelyben, mintegy 0,1 g üvegport kevertek 1 g lítium-metaboráttal, amely folyósítóként hatott. A tégely 30 perces, 1250 C fokos hevítésével gyöngynek nevezett üveges anyagot nyertek, majd a tégelyt szobahőmérsékletre hűtötték, és a gyöngyöt 150 ml desztillált vizet és 4 ml 65%- os salétromsavat tartalmazó főzőpohárba tették. Mágneses keverőt használtak. A teljes oldódás után az oldatot desztillált vízzel 250 ml-re hígították az induktív csatolású plazmakészülékkel végzett vizsgálat

4 előtt. Dilatométeres és izzító mikroszkópos vizsgálatokat is végeztek. Az üvegek lineáris hőtágulási együtthatóját (α) és lágyulási pontját (T s ) 20x5x5 mm-es, 20 C-ról a lágyulási pontig 50 C/min sebességgel hevített próbatesteken mérték. Az anyag hevítés alatti viselkedését sajtolt üvegporok optikai hevítő mikroszkópos vizsgálatával, 50 C/min sebességgel tanulmányozták. Mindegyik üveg négy különböző mintáján vízbemerítéses módszerrel sűrűséget mértek. 0,212 0,250 mm-es szemcseméretű, porított mintákon törésmutatót mértek Becke-módszerrel. Ismert törésmutatójú folyadékcseppbe üvegrészecskéket merítettek monokromatikus fénymikroszkóp tárgylemezen. A mikroszkóp kondenzorlencséjéről az üveg/folyadék határfelületbe csapódó fény visszaverődik és megtörik. A két közeg relatív mutatójától függően, diszperzió eredményeként, a látómező átlagos megvilágításánál nagyobb intenzitású vonal vagy határ jelenik meg a határfelület közelében a nagyobbik mutatójú anyagban. Ha a mutatók egyformák, nem látható Becke-vonal. A mérés interaktív folyamat, amelynek során szabványos folyadékokat használnak, amíg megfelelést érnek el. A máz szuszpenzióin reológiai vizsgálatokat végeztek. Az előállított szuszpenziókat kereskedelemben forgalmazott hordozókra vitték fel, és kiégették. A végtermék tulajdonságait a szabványos csempékével hasonlították össze (amelyeket üveg nélküli mázzal vontak be), az ISO szabályokkal összhangban. A környezeti hatást életciklus-vizsgálattal tanulmányozták, amelyet az UNI EN ISO előírásokban szabványosítottak. Az életciklus-vizsgálat hatékony eszköz, amely felhasználható a döntéshozatal támogatására a politika és a stratégia, a beruházási döntések, alternatív anyagok/termékek felhasználása stb. terén. Az eljárás általában adatintenzív, és minden szempont szigorú vizsgálatát igényli. Magában foglalja az anyag- és energiafelhasználás leltárát (input), valamint az ehhez kapcsolódó kibocsátást a levegőbe, a vízbe, a földre (output), minden, az életciklusba tartozó tevékenységre. Az adatokat azután a hatások számítására használják. Eredmények és értékelés Műszaki értékelés Vegyi szempontból főleg a színes és a fekete-fehér készülékek, illetve a tv+pc színes front- és kúpos üvegek között vannak különbségek (1. táblázat).

5 Oxid 1. táblázat A katódsugárcső-üvegek összetétele (oxid, %(m/m)) Színes üvegek Fekete-fehér üvegek tv+pc-front tv+pc-kúp tv+pc-front tv+pc-kúp SiO 2 61,23 56,72 66,05 65,49 Al 2 O 3 2,56 3,42 4,36 4,38 Na 2 O 8,27 6,99 7,63 7,05 K 2 O 5,56 5,37 6,65 5,72 CaO 1,13 3,12 0,00 0,00 MgO 0,76 2,02 0,01 0,00 BaO 10,03 4,03 11,38 11,20 SrO 8,84 1,99 0,99 0,94 Sb 2 O 3 0,44 0,44 Fe 2 O 3 0,10 0,11 0,25 0,14 CoO 0,02 0,00 0,01 0,01 TiO 2 0,35 0,19 0,13 0,03 ZrO 2 0,91 0,24 0,07 0,01 ZnO 0,18 0,22 0,00 0,00 PbO 0,02 15,58 0,03 0,00 NiO 0,03 0,02 0,04 0,03 P 2 O 5 0,00 0,00 0,00 0,00 Egyéb 1,96 3,56 Összesen A színes készülékekben nincsenek jelentős különbségek a tv-k és a PC-k között (ezeket összekeverik), míg fontos eltérések vannak a frontrész és a kúp üvegei között. Az előzőben sok a BaO és az SrO, míg a kúp jelentős mennyiségű PbO-t tartalmaz, ami teljesen hiányzik a frontrész üvegéből. Ezzel szemben a fekete-fehér készülékek üvegében nincs lényeges különbség a front és a kúp üvegének vegyi összetétele között. A fentieknek megfelelően, az üvegfajtákat három kategóriára osztották: 1. színes frontüveg (tv+pc); 2. színes kúpüveg (tv+pc); 3. fekete-fehér kevert üveg (front és kúp).

6 Az összes vizsgált üveg jelentős mennyiségű alkáli-oxidot tartalmaz, ami figyelemre méltóan hat a tulajdonságaikra, az oxigénhidak törését okozva az üveges hálózatban. Ilyen tulajdonságok: kis lágyulási hőmérséklet (T s ), nagy hőtágulási együttható (α) (2. táblázat). Üvegfajta 2. táblázat A vizsgált katódsugárcső-üvegek termikus jellemzői Üvegesedés átmeneti hőmérséklete, T g ( C) a Lágyulási hőmérséklet, T s ( C) b Hőtágulási együttható α (10-6 C -1 ) c Színes frontrész (tv+pc) ,99 Színes kúp (tv+pc) ,79 Fekete-fehér kevert (front + kúp) ,15 a differenciális termogravitációs elemzés (DTG); b izzító mikroszkópos vizsgálat; c termo-dilatometrikus vizsgálat. A sűrűségmérések alátámasztották a vegyelemzés eredményeit. A törésmutató-vizsgálatok a szilikátüvegekéhez hasonló jellemző értékeket adtak, aláhúzva a bárium-, stroncium- és ólom-oxidok kis hatását. A különböző katódsugárcső-üvegek vizsgálata és tulajdonságaik elemzése után, üveges hulladékokat tartalmazó kerámiamázakat állítottak össze az ipari frittek helyettesítésére. A frittek a szilikátok és oxidok olvasztott és vízben gyorsan hűtött keverékeiből nyert mázak nem plasztikus alkotói. A kísérletek után a színes tv- és PC-frontüveget választották ki végtermékként. Ez nagy mennyiségben áll rendelkezésre (a katódsugárcső tömegének 65%-a), nincs benne ólom, és csak 15%-át hasznosítják a zárt ciklusú újra feldolgozásban. Az összeállított és vizsgált összetételeket ipari mázakként porcelán kőáru és gyorsan, egyszer égetett csempe gyártásába irányították. Az összetétel optimálása bonyolult feladat. Üveges frakciót és más nyersanyagokat, így agyagot és földpátot tartalmazó mázat választottak ipari szabványként. Az optimált mázban az üveges frakció több mint 80%-át katódsugárcső-üveggel helyettesítették. A határ megállapítása fontos az olyan hibák elkerüléséhez, amilyen a felhólyagosodás, a repedezés, az

7 alap vetemedése stb. Másik probléma a nagy hőtágulás az alkáli-oxidok jelentős mennyisége következtében. Kissé módosítani kellett az arányokat, hogy az alapéhoz hasonló hőtágulást érjenek el, és elkerüljék a gyakori repedezést. Különös figyelmet fordítottak a viszkozitásra. A mázszuszpenziók nem-newtoni rendszerek, vagyis viszkozitásuk nem abszolút érték állandó hőmérsékleten és nyomáson. Ezekben a rendszerekben célszerűbb meghatározni a látszólagos viszkozitást, mint a nyírási sebesség és az idő függvényét. Az alapmázon végzett vizsgálatban (2. ábra) az alsó nyírásisebesség-tartományban (<20 s -1 ) plasztikus, a szilárd anyagéhoz hasonló viselkedést találtak, mind növelt viszkozitási értéknél ( 2000 mpa s), mind a csökkenő trendnél, amikor a nyírási sebesség megnő (20 50 s -1 ). Nagyobb nyírási sebességeknél (>50 s -1 ) plató figyelhető meg, amely a szuszpenzió időbeni stabilitását jelzi, garantálva a máz alkalmazását a csempe felületén. Ezek a szuszpenziók tixotróp időfüggésűek η, mpa s γ, l/s 2. ábra A mázszuszpenzió viszkozitási görbéje (látszólagos viszkozitás a nyírási sebesség függvényében) Az alapmázzal pigmentált, szitanyomott és lángedzett termékeket gyártottak, több réteg átlapolásával. Ebben a tartományban a katódsugárcső-tartalmú alapmáz marad az egyetlen szerkezeti alkotó, de olyan elemekhez adják, amelyek hasznosak rusztikus vagy természetes kőszerű felület előállításában.

8 Esztétikai szempontból vizsgáltak három pigmentált mázat, értékelve a kölcsönhatást az üveg és a pigment között. A katódsugárcső-üveget tartalmazó termékek nem mutatnak szemmel látható különbséget az eredetiekhez képest, mégis kolorimetrikus elemzést alkalmaztak (3. táblázat) a tudományos értékeléshez. Mérték az L*-t (fényességet) 100-tól (abszolút fehér) 0-ig (abszolút fekete). Az a* vörös-zöldet, a b* sárgakéket jelent a látható spektrumból. 3. táblázat Katódsugárcső-üveget tartalmazó pigmentált üvegek kolorimetrikus elemzése Máz Szabványos máz Katódsugárcső-üveget tartalmazó máz L* a* b* L* a* b* E* érték 1 54,5 8,6 28,5 58,4 9,9 30,2 4,4 2 42,5 0,9 7,1 43,2 1,1 10 2,8 3 38,6 0,8 3,9 38,6 0,6 2,3 1,6 Az E* mutató a színváltozásokat fejezi ki, azonosítva a vizsgált minta teljes kolorimetrikus eltolódását a referenciaszabványtól. A kerámiatermékek esetében ennek az értéke legfeljebb 1 lehet. A színváltozás azonban a szabványos és a katódsugárcsőt tartalmazó mázak között nem látható, így ez az üveg felhasználható az adott alkalmazási területen. Ilyen mázakat vittek fel zöld kerámia alapra, és így háromféle csempét állítottak elő; vörös márványt (egyszeri égetéssel), rusztikusat és metallizáltat (porcelán kőáru eljárással). A végzett vegyi állóképességi vizsgálat (UNI EN ISO ) eredményei a 4. táblázatban láthatók. Megfigyelhető, hogy nincsenek érzékelhető eltérések a szabványos mázaktól, kivéve a rusztikus típust, amelynek kisebb a savállósága. 4. táblázat Vegyi állóképességi vizsgálatok (A: savnak/lúgnak ellenálló; C: nem ellenálló) Termék Minta/Szabványos Minta/Szabványos 3 %(V/V)-os HCl 30 g/liter KOH Vörös márvány C/C A/A Rusztikus C/A A/A Metallizált C/C A/A

9 A metilénkékkel és kálium-permanganáttal (KMnO 4 ) végzett szenynyeződési vizsgálatok (UNI EN ISO ) a szabványossal egyező értéket adtak; 5. osztályút (a szennyezés vízzel eltávolítható). A felületi kopás vizsgálatai (UNI EN ISO ) szerint a katódsugárcső-üveg jelenléte a mázban 3.-ról 4. osztályúra növelte a metallizált típus kopásállóságát), és nem változtatta meg a szabványos rusztikus és vörösmárvány típusokét (4., illetve 3. osztály). Életciklus-elemzés A kétféle mázat életciklus-elemzéssel is összehasonlították. Az életciklus-elemzés (az UNI EN ISO szerint szabványosítva) jó eszköz az alábbi vizsgálatokhoz: a termékek aspektusainak és lehetséges környezeti hatásainak, az egész életciklusuk alatti folyamatoknak vagy tevékenységeknek (a nyersanyagok kivonása és kezelése, gyártás, szállítás és elosztás, újrafelhasználás és felhasználás, karbantartás, újrafeldolgozás és ártalmatlanízás) az értékelése, az optimálási és tökéletesítési lehetőségek megállapítása környezeti, gazdasági és társadalmi szempontból. Az elemzés eredményei azt mutatták, hogy a katódsugárcső-üveget tartalmazó máz alkalmazása a szabványoshoz képest 36%-kal csökkenti a potenciális károkat, ezen belül 53%-kal az emberi egészségnek, 31%- kal az ökorendszer minőségének, és 24%-kal az erőforrásoknak a veszélyeztetését. Az emberi egészséggel kapcsolatban a fő tényező a nyersanyagok kivonásával és szállításával járó porok mennyiségének a csökkentése. Az ökorendszer minőségével kapcsolatban főleg a frittgyártó kemencék NO 3 -kibocsátásának a csökkenése említendő. Összeállította: Szende György Andreola, F.; Barbieri, L.; stb.: Cathode ray tube glass recycling: an example of clean technology. = Waste Management & Research, 23. k. 4. sz aug. p Kim, D.; Petrisor, I. G.; Yen, T. F.: Evaluation of biopolymer-modified concrete systems for disposal of cathode ray tube glass. = Journal of the Air and Waste Management Association, 55. k. 7. sz p An overview of recycling and treatment of scrap computers. = Journal of Hazardous Materials, B114. k sz p

10 Röviden. Környezetvédők ellenzik a cementgyári hulladékégetést már. 13. A környezetvédők szerint a cementgyári hulladékégetés nagyobb környezeti kockázatot jelent a környezetre és a lakosságra, mint a hagyományos tüzelőanyagok. Az Esztergom-Dorog környéki szervezetek kezdeményezésére a cementgyári hulladékégetés ellen állásfoglalást fogadott el a Környezet- és Természetvédő Szervezetek Országos Találkozójának plenáris ülése a hét végén Veszprémben közölte Szuhi Attila, az Esztergomi Környezetkultúra Egyesület programfelelőse. A mintegy 100 szervezet által egyhangúlag elfogadott dokumentum megállapítja: a cementgyári hulladékégetés növeli a határérték-túllépések esélyét. A cementbe beépülő nehézfémek sem a probléma megoldását jelentik, hanem csak a környezetterhelés átcsoportosítását. A Holcim cementipari konszern tavaly jelentette be, hogy bezárná a 138 éves lábatlani gyárát, és 63 milliárd forintért új gyárat építene Nyergesújfalun. A létesítményben 280 munkahelyet teremtenének, és évi 1,5 millió tonna cementet termelnének. A beruházás ügyében eddig hat település írt ki népszavazást, mivel a gyárban évente 75 ezer tonna hulladék elégetését is tervezik, ezzel az ország második legnagyobb hulladékégető létesítménye lenne, alig 7 kilométerre a dorogi veszélyeshulladék-égetőtől. A Holcim kommunikációs igazgatója, Márta Irén az MTI kérdésére közölte: a cementipari hulladékhasznosításban a hagyományos tüzelőanyagok mintegy négy százalékát váltják ki hulladékokból előállított helyettesítő anyagokkal, így ezzel hagyományos erőforrásokat lehet megőrizni. A hasznosítás során nem képződnek maradékanyagok, például salak vagy szennyvíz mutatott rá. Márta Irén a károsanyag-kibocsátásról elmondta: több évtizedes nemzetközi és hazai tapasztalatok szerint a cementgyártásához felhasznált hulladékok a nitrogén-oxid kibocsátását nem növelik, sőt használt gumiabroncsok vagy papíriszap felhasználása során érzékelhető csökkenés tapasztalható a hagyományos tüzelőanyag-felhasználáshoz képest. A cementtermékek természetes módon tartalmaznak nehézfémeket, ezt a hulladékok felhasználása nem befolyásolja. (MTI)