Mitsubishi-proces geeft e-waste nieuw imago

Aan terugwinning kostbare metalen gaat intensief logistiek traject vooraf

Het (kunnen) terugwinnen van kostbare edelmetalen uit elektronisch afval (e-waste) is booming, niet alleen vanwege het streven naar een gesloten grondstoffenkringloop, maar ook en met name vanwege het snel groeiende tekort aan edelmetalen. Aan e-waste is gelukkig geen gebrek: men spreekt in dat verband wel van een urban mine. Met behulp van het zogeheten ‘Mitsubishi-proces’ slaagt het Japanse Mitsubishi Materials Corporation erin hieruit behalve koper ook edelmetalen als goud, zilver en − in veel geringere mate − platina en palladium terug te winnen.

Professionele recycling

Elektronisch afval of e-waste is afval dat bestaat uit onderdelen van defecte of verouderde elektronica. Te denken valt daarbij aan printplaten van huishoudelijke apparaten, pc’s en laptops (zonder scherm), mobiele telefoons, netwerkapparatuur en overige kleine IT-apparaten. Nederland alleen al telt momenteel vele miljoenen in onbruik geraakte mobiele telefoons die een schat aan waardevolle metalen bevatten; niet voor niets spreekt men in dat verband wel van een ‘urban mine’. Behalve financiële redenen om over te gaan tot een professionele aanpak van de recycling zijn er ook een tweetal milieuaspecten die een rol van betekenis spelen:

• het snel groeiende tekort aan zeldzame − dus waardevolle − metalen als goud, zilver, koper, platina en palladium;
• het sluiten van de grondstofkringloop: doordat het afval na bewerking opnieuw inzetbaar is, zijn er minder nieuwe grondstoffen noodzakelijk en daalt bovendien de CO₂-uitstoot.

De verwachting is dat de hoeveelheid e-scrap de komende jaren enorm zal toenemen, mede doordat de hoeveelheid elektrisch en elektronisch afval aan het stijgen is met ongeveer 4% per jaar wereldwijd. Dit is het gevolg van de hogere recyclingpercentages van huishoudelijke apparaten en andere artikelen. Gezien de énorme waarde die de hoeveelheid e-waste vertegenwoordigt, is de recycling ervan streng gereguleerd. Voor Europa is dit neergelegd in de zogeheten WEEE-richtlijn, waarbij WEEE staat voor ‘Waste Electrical and Electronic Equipment’.

E-scrap wordt in zo homogeen mogelijke partijen (batches) gegroepeerd om de waarde ervan te kunnen verhogen

Logistiek

Aan het terugwinnen van kostbare metalen als koper, goud en zilver uit e-waste gaat een intensief logistiek traject vooraf. Het afvalmateriaal wordt in bulk aangeleverd bij bedrijven die daarin gespecialiseerd zijn. Eén van deze bedrijven is MM Metal Recycling (MMMR), gevestigd op het haven- en industrieterrein Moerdijk in de buurt van Klundert. Strikt volgens de protocollen van Mitsubishi Materials Corporation (MMC, zie kader) worden de laadpapieren gecontroleerd en wordt de vrachtwagen samen met de lading gewogen; zowel de vrachtwagen als de lading worden ook gecontroleerd op radioactiviteit. Nadat het sein veilig is gegeven, wordt de lading gelost, vindt een tweede weging plaats, en is het ladingsgewicht bekend.

De volgende stap is een visuele inspectie. Punt van aandacht daarbij zijn de eventueel tijdens de voorselectie gemiste batterijen, en dan met name de oplaadbare lithium-ion-batterijen, aangezien deze spontaan kunnen ontbranden met alle gevolgen van dien.

E-scrap wordt gegroepeerd in zo homogeen mogelijke partijen (batches), teneinde de waarde ervan te kunnen verhogen. Als de betreffende partij is goedgekeurd, wordt overgegaan tot het valoriseren en verkleinen van de e-scrap teneinde te komen tot een zo homogeen mogelijke partij, een zogeheten lot.

Elk lot wordt vervolgens op representatieve wijze bemonsterd, waarbij de betreffende recycler bepaalt op welke metalen dient te worden gefocust. De analyse van de monsters wordt door MMC zelf uitgevoerd; aan de hand van die analyseresultaten wordt uiteindelijk de waarde van de betreffende lot bepaald. Vervolgens wordt het materiaal in zeecontainers geladen en per vrachtschip vervoerd naar Japan.

Het Mitsubishi-proces is compact, energiezuinig en wordt gekenmerkt door lage bedrijfskosten

Smelttechnologie

MMC gebruikt voor de verwerking van e-scrap als gezegd het ‘Mitsubishi-proces’. Dit innovatieve proces verbindt een drietal ovens − de smeltoven, de reinigingsoven en de conversieoven − met wassers. Hierdoor is er sprake van een continue proces vanaf het smelten van het kopererts tot de productie van ruw koper. Het proces is compact, energiezuinig en wordt gekenmerkt door lage bedrijfskosten. Bovendien is er door het afdichten van de troggen − de smeltkanalen of opvangbakken waarin het gesmolten koper en de slakken worden gescheiden – sprake van een vervuilingsvrij systeem dat lekkage van zwavelzuurgas voorkomt. Een laatste zuiveringstap vindt plaats in de anode-oven.

Smeltoven (S oven)

De smeltoven maakt gebruik van de zogeheten Top Blowing Method. Dit is een methode waarbij koperconcentraat en schroot via lanspijpen direct in het gesmolten metaal worden geblazen, tezamen met gecomprimeerde, zuurstofrijke lucht; de oplosreactie wordt bevorderd door krachtig roeren. In de smeltoven wordt een matte geproduceerd, een mengsel van koper- en ijzersulfide, en een slak, een mengsel van ijzeroxide en kiezelzuur. De oventemperatuur wordt daarbij als gevolg van de warmte van deze chemische reactie op 1.200 °C of hoger gehouden. De matte en de slak stromen van de S-oven door een wasser naar de cleaningoven.

Cleaningoven (CL oven)

De cleaning oven is een elektrische oven. Door het gesmolten metaal te verhitten, scheidt dit zich als gevolg van het verschil in soortelijk gewicht in twee lagen: slak aan de bovenkant en matte aan de onderkant. De uit de cleaning oven stromende slak wordt gekoeld met water en verzonden als gegranuleerde koperslak, de matte vloeit via een wasser richting de conversie-oven.

Conversie-oven (C oven)

In de conversie-oven worden kalk en lucht onder hoge druk met een hoge zuurstofconcentratie tegelijkertijd via lanspijpen in de inmiddels afgekoelde, gegranuleerde koperslak geblazen, dit om zwavelresten te verwijderen. Het resultaat is ruw koper (blisterkoper) met een zuiverheid van om en nabij de 98,5%.

Anode-oven (AF)

Het aldus verkregen blisterkoper wordt geoxideerd en gereduceerd in anode-ovens. Het geraffineerde koper dat daarbij ontstaat – met een zuiverheid van 99% of meer − wordt in anodes gegoten die gebruikt zullen worden tijdens het elektrolyseproces, zie hierna.

Raffinage koper

Bij elektrolytische raffinage wordt een anode gebruikt als positieve pool en een koperen startplaat met een zuiverheid van 99,99% (of hoger) als negatieve pool. Beide elektroden worden in een elektrolytische cel geplaatst en gevuld met een kopersulfaatoplossing die fungeert als elektrolyt. Onder invloed van gelijkstroom wordt het koper in de anode geoxideerd en opgelost in het elektrolyt. Aan de andere kant worden koperionen in de kathode gereduceerd en als koper in de elektrolyt gedeponeerd. Hierdoor ontstaat hoogzuiver koper met een zuiverheid van 99,99% (of hoger):

Reactie anode: Cu (s) → Cu2+ (aq) + 2e-

Reactie kathode: Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)

Onzuiverheden in de anode die niet oplossen in het elektrolyt – onder meer edelmetalen als goud, zilver, platina en palladium − zinken naar de bodem van de elektrolytische cel en worden van daar af teruggewonnen in de vorm van anodeslijm.

Raffinage edelmetalen

Anodeslijm wordt uitgeloogd met zoutzuur, een proces dat bekend staat onder de naam chloreringsloging. Goud lost op in de uitloogoplossing, terwijl zilver als residu wordt afgescheiden. Het aldus opgeloste goud wordt geëxtraheerd in een organisch oplosmiddel en gereduceerd om goudmetaal terug te winnen met een zuiverheid van 99,99% of hoger.

De hoeveelheid platina en palladium die wordt teruggewonnen is in vergelijking met de hoeveelheid koper, zilver en goud zeer gering

Het zilverresidu wordt ontdaan van onzuiverheden en gegoten in zilveranodes. Door het elektrolyseren van de zilveranodes als anode en roestvrijstalen platen als kathode, wordt zilver met een zuiverheid van 99,99% of hoger afgezet op de kathode. De hoeveelheid platina en palladium die wordt teruggewonnen is overigens zeer gering in vergelijking met de hoeveelheid koper, zilver en goud.

Onderscheidend

Er zijn inmiddels diverse technologieën beschikbaar voor het terugwinnen van edelmetalen uit elektronisch afval. Naast mechanische en elektrochemische verwerking zijn dat onder meer hydro- en pyrometallurgie, ionenwisseling en chelatie, plasma- en laserbehandeling, microgolftechnologie en extractie met superkritisch CO₂. Deze methoden variëren nogal qua efficiëntie, milieueffecten en economische haalbaarheid; vaak is het nodig ze te combineren.

Het Mitsubishiproces verschilt van het batchproces vanwege de continuïteit van het proces. Aangezien er al tijdens het smeltproces een grote hoeveelheid energie wordt gegenereerd door exotherme zwaveloxidatie, is er minder toevoer nodig van externe energie. Dit verbetert de efficiëntie en verlaagt de bedrijfskosten. Door de zuurstofconcentratie te verhogen en de hoeveelheid ingeblazen lucht te regelen, is het bovendien mogelijk hooggeconcentreerd zwaveldioxidegas (SO₂-gas) terug te winnen – waaruit weer geconcentreerd zwavelzuur kan worden geproduceerd – en de hoeveelheid uitlaatgas te verminderen. Geconcentreerd zwavelzuur is een waardevol bijproduct dat een groot aantal toepassingen kent.

Het Mitsubishi-proces is een optimale recyclingtechnologie waarmee op efficiënte wijze edelmetaal kan worden teruggewonnen uit de steeds groter wordende hoeveelheid elektronisch afval. Daarnaast biedt het, met het oog op de verwachte groei, een belangrijke metallurgische oplossing voor milieuvriendelijke verwerking.

Mitsubishi Materials Corporation (MMC)
MMC is een Japanse multinationale onderneming die werd opgericht in 1950. Het is een van de kernbedrijven van de Mitsubishi Group en ontwikkelt industriële materialen, infrastructuur en energieoplossingen. MMC smelt basismetalen als koper, maar ook edelmetalen als goud, zilver en − in veel geringere mate − platina en palladium. Het bedrijf is 's werelds grootste verwerker van e-scrap, en zet zich in voor innovatie en duurzaamheid. Het hoofdkantoor van Mitsubishi Materials is gevestigd in Tokio, het Europese hoofdkantoor in Amsterdam.