Recycling of plastics of waste from electrical and electronic equipment by microwave-assisted pyrolysis

Resumen

El uso de equipos electrónicos se ha generalizado a escala global debido a su mayor accesibilidad desde segmentos de población más amplios. Sin embargo, a pesar de los beneficios que esto conlleva, esta tendencia también ha contribuido al creciente problema de generación de residuos. Solo una pequeña fracción del flujo de residuos resultantes de estos dispositivos son debidamente tratados por la falta de sistemas de recolección específicos o una infraestructura de gestión deficiente en muchas regiones. En los últimos años, el interés en el reciclado de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) va en aumento porque minimiza su impacto ambiental y, sobre todo, por los valiosos materiales de los que están compuestos. Muchos métodos de reciclado se han implementado para la gestión de residuos electrónicos. Las operaciones mecánicas son el método convencional, pues pueden recuperar con facilidad y de manera económica metales como el hierro y el cobre, y algunos plásticos. No obstante, algunos materiales de valor se pierden en estas operaciones de separación y estos procesos suelen generar un residuo compuesto en su mayor parte por polímeros. Debido a la naturaleza heterogénea de esta mezcla de plásticos, su valorización es compleja o simplemente inviable de ejecutar mediante técnicas tradicionales. Las operaciones termoquímicas ofrecen una alternativa para el tratamiento de este residuo. Entre ellas, la pirólisis, que consiste en la descomposición de materia orgánica a altas temperaturas y en ausencia de oxígeno, genera tres productos: gas, aceite y carbón. Estos productos pueden usarse para producir energía o, en el caso del aceite, también como materia prima para procesos como la síntesis de polímeros, lo cual es un ejemplo de economía circular. Además, esta tecnología concentra en el producto sólido los metales que se perdieron en operaciones mecánicas previas y facilita su recuperación. La pirólisis asistida por microondas usa un mecanismo de calentamiento que difiere significativamente de la pirólisis convencional, que depende de la transmisión por conducción. Las ventajas del calentamiento por microondas sobre el conductivo incluyen un rápido calentamiento volumétrico o una mayor eficiencia energética. Los materiales pueden transformar la radiación electromagnética en energía, en mayor o menor medida, dependiendo de sus propiedades fisicoquímicas. Los plásticos, sin embargo, no presentan las mejores características para este propósito, ya que no se calientan rápido. En consecuencia, el rechazo de los residuos electrónicos debe mezclarse con absorbentes de microondas para hacer el proceso eficiente. Los plásticos usados en aparatos electrónicos deben ser ignífugos para cumplir con regulaciones de seguridad y por ello contienen aditivos denominados retardantes de llama. Muchos de estos aditivos generan sustancias altamente peligrosas 3 cuando se descomponen. Aunque el uso de determinados retardantes de llama ha sido restringido mediante normativas estrictas, los retardantes bromados todavía son muy comunes. Por consiguiente, los productos de la pirólisis de aparatos electrónicos también contienen estos compuestos tóxicos. El bromo y otros halógenos también pueden ser perjudiciales para los procesos de aprovechamiento de los productos líquidos y gaseosos. Por tanto, su refino es imprescindible para facilitar su aplicación como materias primas o combustibles. El presente trabajo estudia la valorización de los residuos de plástico derivados del reciclado mecánico de RAEE. La operación se realiza mediante pirólisis asistida por microondas a escala de laboratorio y tiene como objetivo la recuperación de metales que no fueron extraídos en procesos de gestión de residuos previos y el reciclado químico de la mezcla de plásticos. Presión de operación, potencia, tiempo de reacción y cantidad de absorbente de microondas fueron examinados para evaluar su efecto en el rendimiento de la pirólisis. Zeolitas ZSM-5 e Y fueron usadas como catalizadores para valorar su capacidad para fomentar la rotura de los enlaces carbono–halógeno y mejorar el aceite. Bases inorgánicas como NaOH, KOH y Ca(OH)2 también han sido evaluadas como aditivos para la deshalogenación del producto líquido. Estas variables fueron analizadas para profundizar en la optimización de la tecnología. Como materia prima, se utilizaron residuos obtenidos del tratamiento mecánico de pequeños equipos de informática y telecomunicaciones. Según su comportamiento térmico, determinado por análisis termogravimétrico, se concluyó que estaban compuestos principalmente por polímeros de bisfenol A. El proceso generó de media 24% de carbón, 49% de aceite y 27% de gases a partir de este residuo, aunque se observaron variaciones significativas en función de la composición de los materiales degradados y los aditivos usados. Los productos fueron caracterizados mediante espectrometría de fluorescencia de rayos X y cromatografía de gases–espectrometría de masas. Se detectó que los productos sólidos y líquidos contienen bromo en concentraciones superiores a 20.000 ppm y que la adición de bases inorgánicas reduce en hasta un 68% su cantidad en el aceite. El aceite producido a partir de este RAEE tiene cantidades considerables de fenol y otros compuestos aromáticos que pueden ser incorporados en la síntesis de nuevos polímeros.