Bis 2025 wird die Technologie für lösliche 3D-gedruckte Leiterplatten das herkömmliche Elektronikrecycling revolutionieren. Das gemeinsam von der University of Maryland, dem Georgia Institute of Technology und der University of Notre Dame entwickelte Dissolv-PCB-System verwendet ein Polyvinylalkohol-Substrat (PVA) und eutektische Gallium-Indium-Flüssigmetalltinte (EGaIn). Schaltungsentwürfe werden mithilfe eines FreeCAD-Plugins in 3D-gedruckte Modelle umgewandelt. Nachdem die Leiterplatten das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben, werden sie in Wasser getaucht, wo sich das PVA-Substrat innerhalb von 30 Minuten vollständig auflöst und intakte Komponenten freigibt. Gleichzeitig aggregiert das Flüssigmetall aufgrund der Oberflächenspannung zu sphärischen Tröpfchen, was eine effiziente Rückgewinnung ermöglicht. Diese Recyclingtechnik für Leiterplattenabfälle erreicht eine Wiederverwendungsrate von 99,4 % für PVA-Materialien und eine Rückgewinnungsrate von 98,6 % für Flüssigmetall. Eine Lebenszyklusanalyse (LCA) zeigt, dass sie die herkömmliche Verarbeitung von FR-4-Platinen in acht Umweltmetriken, darunter Treibhauspotenzial und Ressourcenverbrauch, deutlich übertrifft. Eine parallel entwickelte Lösung eines Teams der Tsinghua-Universität in China senkt die Stückkosten um 38 %. Die Dielektrizitätskonstante (3,2) und Hitzebeständigkeit (180 °C) entsprechen dabei dem Industriestandard FR-4. Solche Closed-Loop-Technologien werden derzeit beispielsweise bei Smart Tags kommerziell getestet und können nach Erhalt selbst aufgelöst und recycelt werden.
Im industriellen Maßstab sind mehrstufige mechanisch-physikalische Verfahren nach wie vor die am weitesten verbreitete Technologie zum Recycling gebrauchter Leiterplatten (PCBs). Das automatisierte System von GreenJet Environmental verwendet einen dreistufigen Zerkleinerungs- und Sortierprozess: Zunächst werden die Leiterplatten mit einem Doppelwellenzerkleinerer grob auf 3–5 cm große Partikel zerkleinert, dann mit einer Hammermühle auf 0,5–1 cm zerkleinert und schließlich mit einem wassergekühlten Scheibenbrecher zu 30–80 Mesh-Pulver gemahlen. Die Sortierstufe kombiniert Luftstromsortierung, Dichtesortierung und elektrostatische Hochspannungssortierung, um Metallkomponenten vom Harzpulver zu trennen. Dieses Verfahren erreicht eine Kupferrückgewinnungsrate von ≥99 %, eine Nichtmetallrückstandsrate von <1 % und eine tägliche Verarbeitungskapazität von 600–800 kg. Die Staubkontrolle erfolgt durch ein Impulsstaubsammelsystem, und die Abgasemissionen entsprechen internationalen Umweltstandards, sodass sich das System für die Verarbeitung mehrschichtiger Leiterplatten mit hohem Kupfergehalt eignet. Dingji Electronics hat diese Technologie weiter optimiert und integrierte Verfahren zur intelligenten Röntgensortierung (Fehlerrate <0,5 %) sowie zur Niedertemperaturzerkleinerung und elektrostatischen Sortierung für Impedanzleiterplatten entwickelt. Dadurch wird eine Kupferreinheit von 99,9 % erreicht, die direkt für die Produktion neuer Leiterplatten verwendet werden kann. Das Harzpulver wird in feuerfeste Baustofffüllstoffe umgewandelt, wodurch eine 100-prozentige Ressourcenausnutzung erreicht wird und die Gesamtbetriebskosten um 30 % gesenkt werden.
Im Bereich des Edelmetallrecyclings haben sich das Aminosulfonsäureverfahren und das Biolaugungsverfahren zu zentralen Lösungen für eine effiziente Goldgewinnung entwickelt. Das Aminosulfonsäureverfahren arbeitet bei Raumtemperatur. Dabei wird eine 70 g/l Aminosulfonsäurelösung gemischt mit 15 % Wasserstoffperoxid verwendet, um die vergoldete Schicht zu behandeln und die darunterliegende Kupfer-Nickel-Schicht anzugreifen, sodass die Goldfolie abgelöst wird. Bei einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:5 (g/ml) und einer Laugungsdauer von 120 Minuten liegt die Goldrückgewinnungsrate bei über 96 %. Mit der Lösung können Kupfer und Nickel zur Wiederverwendung zurückgewonnen und die abgelöste Goldfolie ohne weitere Reinigung eingeschmolzen werden. Das Biolaugungsverfahren verwendet einen zweistufigen Prozess: Zunächst werden Eisen(II)-sulfidbakterien verwendet, um 99 % des Kupfers bei einem pH-Wert von 2,0 und 44,3 g/l Fe²⁺ auszulaugen; Der Rückstand wird dann mit Purpurstäbchenbakterien behandelt. Die optimalen Parameter wurden mithilfe der Response-Surface-Methode mit einem pH-Wert von 10,5, 4,02 g/l Glycin und 31 °C ermittelt. Dadurch wird eine Goldauslaugungsrate von 72,58 % erreicht. Südkoreanische Unternehmen kombinieren Hydrometallurgie mit funktioneller Polymeradsorption, um Gold selektiv aus sauren Auslaugungslösungen zu gewinnen. Dabei wird eine Reinheit von ≥ 99,9 % erreicht und die Gesamtkosten um 30 % gesenkt.
In der Praxis muss die Technologiekombination den Eigenschaften der Komponenten angepasst werden. Bromierte Epoxidharzsubstrate: Die überkritische Methanol-Technologie (ScM) zersetzt 96 % des organischen Harzes bei 350 °C, 90 Minuten und einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis von 20 ml/g und erzeugt bromfreie Phenolverbindungen. Durch die Zersetzung der organischen Schicht wird Kupfermetall angereichert, wodurch eine Rückgewinnungsrate von 35,76 % erreicht wird, wobei die Methanol-Recyclingeffizienz über 90 % liegt.
Ätzflüssigkeitsabfälle: Ein neues Patent der Jiangxi University of Science and Technology nutzt ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen, Konzentrationskristallisation und Salz-Alkali-Reaktion, um aus saurer Ätzflüssigkeit Rohkupferhydroxid zu erzeugen. Anschließend erfolgt eine Auflösungs-Rekristallisation und eine Ammoniakreaktion zur Synthese von Kupferoxid in Elektronikqualität. Zinksalzzusätze und Tenside werden hinzugefügt, um die spezifische Oberfläche zu vergrößern. Das fertige wabenförmige Kupferoxid weist eine Reinheit auf, die den Anforderungen für Halbleiteranwendungen entspricht.
Gemischter Elektroschrott: Das Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ein säurelaugendes Polymeradsorptionssystem entwickelt, um Kupfer, Zinn und Edelmetalle sequenziell aus der Lauge zu trennen. Das Polymeradsorbent ermöglicht eine giftfreie, hocheffiziente Goldrückgewinnung (≥99,9 %), wobei feste Rückstände in Baustoffrohstoffe umgewandelt werden, wodurch die Dreistoffemissionen um 40 % reduziert werden. Diese Recyclingtechniken für Leiterplattenabfälle bilden zusammen ein umfassendes Recyclingnetzwerk für Substrate, Metalle und chemische Rohstoffe.
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