Piirikorttiromun sulaminen ja sekoittuminen sulaan fajaliittikuonaan

The amount of waste electrical and electronic equipment (WEEE) in the world has grown rapidly during recent decades. This paired with the decrease in grade of primary sources for metals emphasizes the industry to study new sources for metals. Waste printed circuit boards (WPCB) are a part of WEEE, that has higher concentration of copper and precious metals when compared to primary ore sources. PCB material can be processed using pyrometallurgy and is already done in some processes, such as copper flash smelting. In this thesis the behavior of printed circuit board scrap was studied when it was dropped on top of molten slag. The subject was studied by using literature sources and experiments. The theoretical part defines the general composition of PCB’s, changes in this composition during recent decades and the theoretical melting behavior of PCB’s as a function of time. The PCB’s comprise of metal, ceramic and polymer fractions. Experimental part studied the melting behavior of PCB pieces and synthetic Cu-Ni-Al alloys using a vertical tube furnace at 1350°C and under inert atmosphere. The sample pieces were dropped into molten fayalite slag containing crucibles. The produced samples were analyzed optically and compositionally using scanning electron microscope (SEM) and X-ray energy dispersive spectrometry (EDS). The results of experimental study showed that the PCB pieces melted between 2-5 minutes and formed metal alloy droplets containing Cu, Pb, Sn, Ni, Au and Ag. The droplets descended towards the bottom of the crucible. The ceramic fraction mixed with slag and the polymer fraction of the PCB’s pyrolysed and formed solid, charred residue or oil. The results give an understanding in melting behavior of PCB’s and their use in smelting furnaces. Although, more research is needed to fully understand how the different elements affect the process as the amount of PCB in feed increases.Sähköeletroniikkaromun (SER) määrä on kasvanut viime vuosikymmeninä merkittävästi ja nopeasti. Kun lisäksi huomioidaan metallien raaka-aineiden laadun heikkeneminen, metalliteollisuuden kannalta on hyödyllistä tutkia uusia raaka-aine lähteitä sekä tapoja valmistaa metalleja. Piirikorttiromu on SER:n osa, mikä sisältää merkittävän määrän kuparia sekä arvometalleja verrattuna malmiperäisiin raaka-aineisiin. Piirikorttiromua voidaan käsitellä pyrometallurgisin keinoin mitä tapahtuu jo jonkin verran teollisuudessa, kuten liekkisulatuksessa. Tässä työssä tutkittiin piirikorttiromun käyttäytymistä sulan kuonan pinnalla laboratoriomittakaavan uunissa. Tutkimusmenetelmänä käytetiin kirjallisuustutkimusta sekä kokeellista tutkimusta. Työn kirjallisuusosuus kuvaa piirikorttiromun yleisen koostumuksen ja viime vuosikymmeninä tapahtuneet muutokset, sekä teoreettisen tarkastelun piirikorttiromun sulamisesta ajan suhteen. Piirikorttiromu koostuu metalli-, keraami- sekä muovifraktioista. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin piirikorttien sekä synteettisten Cu-Ni-Al seospalojen käyttäytymistä. Kokeissa käytettiin pystysuuntaista putkiuunia, joka oli 1350 °C lämpötilassa ja inertissä kaasuatmosfäärissä. Tutkittavat näytteet pudotettiin sulaa fajaliittikuonaa sisältäviin, kartiomaisiin upokkaisiin. Näin tuotetut näytteet tutkittiin optisesti ja koostumuksellisesti käyttämällä pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM) sekä röntgenanalysaattoria (EDS). Tulokset näyttivät, että piirikorttiromu sulaa kuonan pinnalla 2-5 minuutissa ja muodostaa metalliseospisaroita, jotka sisälsivät kuparia, lyijyä, tinaa, nikkeliä, kultaa sekä hopeaa. Pisaroiden todettiin laskeutuvan upokkaan pohjalle. Piirikortin keraamisen osuus sekoittui kuonaan. Muoviosuus pyrolysoitui ja muodostui kiinteää, mustaa sakkaa tai öljyä. Tulokset lisäävät ymmärrystä piirikorttiromun sulamisesta, sekä tämän romufraktion käytöstä sulatusuuneissa. Tämä ei kuitenkaan riitä muodostamaan kokonaiskuvaa eri piirikorttiromusta löytyvien aineiden vaikutuksesta pyrometallurgisissa prosesseissa, joten lisätutkimus on tarpeellista