Ein neues Verfahren zur Gewinnung wertvoller Metalle aus Elektronikschrott könnte 500-mal weniger Energie verbrauchen als bestehende Methoden, die Nachfrage nach abgebauten Rohstoffen senken und umweltfreundlichen Abfall produzieren, sagen Wissenschaftler.
Die Technik basiert auf dem „Flash-Joule-Heizverfahren“, das Pionierarbeit leistete, um superdünne Substanz Graphen aus Kohlenstoffquellen wie Holz und Kunststoff herzustellen.
Neue Anpassungen eines Teams der Rice University in Texas ermöglichen es jedoch, mit der Methode Substanzen wie Rhodium, Palladium, Gold und Silber aus Abfällen zurückzugewinnen, damit sie wiederverwendet werden können.
Es funktioniert durch sofortiges Erhitzen des Abfalls auf 3.400 Kelvin (3.124 ° C) mit einem Stromstoß, der die vorherigen Metalle verdampft, und die Gase werden dann zur Trennung, Lagerung oder Entsorgung abgelassen.
Reste hochgiftiger Schwermetalle wie Chrom, Arsen, Cadmium, Quecksilber und Blei werden aus den „geflashten“ Materialien entfernt und hinterlassen ein Nebenprodukt mit minimalem Metallgehalt, so das Team.
Mit mehr als 40 Millionen Tonnen Elektroschrott, der jährlich weltweit produziert wird, gibt es viel Potenzial für diese Form des „Urban Mining“, was auch bedeuten kann, dass Technologieunternehmen nicht alle ihre Rohstoffe aus Ländern und Regionen mit Sicherheit beziehen müssen , Korruption und Konfliktthemen.
„Hier wird die größte wachsende Abfallquelle zu einem Schatz“, sagte Professor James Tour von der Rice University.
„Dies wird die Notwendigkeit verringern, auf der ganzen Welt an abgelegenen und gefährlichen Orten nach Erzen abzubauen, die Erdoberfläche abzustreifen und Klumpen von Wasserressourcen zu verbrauchen.
“Der Schatz liegt in unseren Müllcontainern.”
Er sagte, ein immer schnellerer Umsatz mit persönlichen Geräten wie dem Mobiltelefon habe den rasanten Anstieg von Elektroschrott auf der ganzen Welt vorangetrieben.
Derzeit werden nur rund 20 Prozent dieser Abfälle recycelt.
„Wir haben einen Weg gefunden, die Edelmetalle zurückzugewinnen und Elektroschrott in eine nachhaltige Ressource zu verwandeln“, sagte er. „Die giftigen Metalle können entfernt werden, um die Umwelt zu schonen.“
Das Forschungsteam gab an, dass das Flashen des Elektroschrotts einige Vorbereitungen erfordert.
Unter der Leitung des Hauptautors und Postdoktoranden der Rice University, Dr. Bing Deng, pulverten die Forscher Leiterplatten, die sie zum Testen des Verfahrens verwendet hatten, und fügten spezielle Additive wie Teflon oder Kochsalz und einen Schuss Ruß hinzu, um die Rückgewinnungsausbeute zu verbessern.
Nach dem Flashen beruht der Prozess auf der „Verdampfungstrennung“ der Metalldämpfe.
Die Dämpfe werden aus der Flashkammer unter Vakuum in ein anderes Gefäß transportiert, wo sie zu ihren Metallbestandteilen kondensieren.
„Die wiedergewonnenen Metallgemische in der Falle können durch etablierte Raffinationsmethoden weiter zu einzelnen Metallen gereinigt werden“, sagte Dr. Deng.
Die Forscher berichteten, dass eine Joule-Flash-Reaktion die Bleikonzentration in der verbleibenden Kohle auf unter 0,05 ppm reduzierte, was für landwirtschaftliche Böden als sicher gilt.
Der Gehalt an Arsen, Quecksilber und Chrom wurde durch die Erhöhung der Anzahl der Blitze weiter reduziert.
„Da jeder Blitz weniger als eine Sekunde dauert, ist dies einfach zu bewerkstelligen“, sagte Professor Tour.
Das Rice-Verfahren verbraucht rund 939 Kilowattstunden pro Tonne verarbeitetem Material – 80-mal weniger Energie als kommerzielle Schmelzöfen und 500-mal weniger als Laborrohröfen, so die Forscher.
Sie sagten, es erübrigt auch die langwierige Reinigung, die durch Schmelz- und Auslaugungsverfahren erforderlich ist.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.